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1、弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 1 页 共 12 页 弹力教学设计 一、设计思路 总体上，以高中物理新课改的基本理念为指导，围绕让学生“想学会学学会”三个紧密相关的教学问题，基于高一学生的实际和与弹力相关的学习任务，注重对实验（特别是实验设计思想方法）的挖掘和探究式学习，使学生不仅仅是掌握一定的科学知识和技能，更强调科学方法的教育与熏陶、领悟科学的思维品质，并尽可能强化创新的意识。具体来看，本节课是整个高中物理较早进入学生学习的力学内容。考虑到学生的知识基础的现状，他们在生活中已接触到一些弹力现象，但由于认知水平正处在从形象思维向抽象思维的转变阶段，所以对弹力的认识上更多的停留
2、在表面上，还具有一定的片面性，特别是在物体发生微小形变时产生弹力的认识了解不够，即有经验的感性认识无法提高到理性认识。再看学习任务设计，本节教材在文字叙述上非常简洁，并配有大量的插图，内容直观、感性，表面上看较易为学生接受，若只是照本宣科，教学将会很空泛。如果深入研读教材，这节课既有物理学中把微小量放大的科学思想通过细管液面升降放大、光点反射放大等方法来研究微小形变，又有力学模型轻弹簧弹力大小的定量研究及弹簧模型的建立，这就为学生进行探究式学习创造了较大的空间，为学生体验和应用科学方法提供了一个很好的平台与载体。再考虑到高中物理新课改，明确地倡导让学生使用类似科学研究的方法去探究问题，并在探究
3、学习中体会科学的思想，从而提升他们全面的科学素养。因此，本节课主要采用如下图所示的非线性教学策略，通过模拟前人的探究历程，尤其是通过总结评价，让学生反思实验的成败之处及原因，从而促进学生掌握和领悟科学方法、科学思想和科学智慧。课型：概念型新授课 课时：1 课时 问题导入 假设、猜想 实验设计 实验操作 总结评价 反思 弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 2 页 共 12 页 二、学习任务分析 【教材内容】弹力 这节课的内容我将分为三个知识层框：“弹力产生的条件”、“弹性形变的存在”、“验证胡克定律”。【教材的地位和作用】弹力选自人民教育出版社新课标物理必修 1 第三章第二节。是力学
4、的核心内容之一，在整个高中物理中占有相当重要的地位，是以后正确进行受力分析的基础。教材从物体的明显形变引入，继而通过放大的思想演示“微小形变”的过程中，用实例引出了形变、弹性形变和弹力的概念。并通过研究形变来探究弹力产生的原因、弹力的方向和作用点，探究支持力、压力和绳子的拉力这几种弹力产生的原因和方向。对于胡克定律的教学，要先让学生亲身经历体验，然后引导学生设计实验“探索弹力的大小与形变量大小之间的关系”，这种先从感性认识出发，上升到理性认识，再通过实验检验并进行具体运用的研究办法十分重要，在教学过程中应注意渗透。三、学习者分析 【已有知识与经验】高一学生通过前面对重力 基本相互作用的学习，已
5、经对力的三要素及作用效果等弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 3 页 共 12 页 有了一定的了解。而且在初中阶段的学习过程中，也对弹力有了初步感性的认识和一定的理念基础。在高中教学中要进一步帮助学生深化对弹力的理解。【认识特征】弹力产生的原因及其方向的判定，是学生普遍感到难以把握的问题。为此，在这节课的教学中要精心设计实验，通过形象直观的实验教学帮助学生突破难点，并让学生在亲历探究的过程中，体验到探究未知世界的乐趣，领悟科学探究的真谛。四、教学目标 普通高中物理课程标准指出，物理学知识应注重与现实生活的联系，倡导探究性学习，强调面向全体学生，进一步提高学生的物理科学素养。基于以上
6、对学习任务和学习者情况的把握，以及科学新课程的理念，为了提升每一位学生的科学素养，由此，我确定如下三维目标：【知识与技能】1.用自己的语言说出弹性形变的概念及弹力产生的条件，会判断弹力的有无和方向；2.知道胡克定律的表达式，弹簧劲度系数的单位、符号及物理意义，并能运用胡克定律解决相关问题。【过程与方法】1.通过明显形变和微小形变的演示实验，用自己的语言说出弹性形变的概念及掌握微小形变观察的物理思想方法；2.通过探究性实验，尝试使用图像法进行数据处理，得出胡克定律的表达式。【情感、态度与价值观】从任何物体都能发生形变入手，对实事求是的科学态度的养成起到非常大的作用，从而形成不被表面现象所迷惑的科
7、学观。【教学重难点】根据学科的特征、内容的特点和学生的水平，以及课标的要求，由此我确定本节课的重难点为：1.教学重点：弹力产生的条件、方向的判断和利用胡克定律解决相关问题。2.教学难点：弹力产生的条件、方向的判断和显示微小形变。弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 4 页 共 12 页 五、教学准备 【教具学具】细钢丝、弹簧，通过橡皮塞插有细玻璃管的扁平玻璃瓶、牙膏、激光教鞭器光源、平面镜两块（一大一小）、喷雾器、演示胡克定律用的刻度尺、钩码、力传感器、电脑液晶屏、偏振片、有机玻璃。【教法学法】以学生为主体，充分发挥学生的自主能力和创新能力，调动学生学习的积极性，创设一定的情境，自主
8、形成科学概念，这是建构主义教学理论的核心，也是课程标准的要求。本着这个主导思想，本节课以探究式教学模式为主，结合演示法、归纳法、多媒体辅助法等教学方法。对探究实验设计好实验的内容、步骤和表格，便于学生的探究。教学中多处通过设计演示实验，多媒体课件动画演示，创设物理情境，把复杂抽象的问题形象化，以便于学生的思考和分析。六、教学过程 (一)亲身体验，导入新课（5min）（课前以 4 人为一小组，每个小组分发一根细钢丝，让学生在课前自己动手绕制一个小弹簧）【学生实验】用自己绕制的小弹簧，轻轻地一拉或一压，感受弹簧被拉伸或压缩的时候，手受到的力的作用。【思考】这种力是什么性质的力？它产生的条件是什么？
9、它的大小、方向和作用点又如何？让学生亲身体验弹力的存在，从而导入新课弹力。【学生实验】用力拉或压同一个弹簧，弹簧不能够恢复原状。【小组讨论】上面的形变有什么特点：有的形变可以恢复原状，有的不可以恢复原状。【结论】能恢复原状的形变，叫弹性形变；不能恢复原状的形变，叫非弹性形变。让学生举例在日常生活中所发现或者观察到的一些形变，区分哪些是弹性形变，哪些是非弹性形变。（播放视频）：撑船时竹竿弯曲，皮球与地面接触时内凹，钓鱼时鱼竿弯曲。弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 5 页 共 12 页 通过观看视频，形成印象，物体的形变、由于形变而产生的弹力在现实生活中很常见。(二)放大形变，突破难
10、点(20min)像弹簧、海绵、钓鱼竿，这些物体在力的作用下，都能发生形变，这种形变是很明显的。一本书放在桌面上，桌面也会发生形变，而这种形变是很微小的，眼睛无法看见。怎么才能看到微小形变？同学们开始讨论，提出了很多方案，教师在进行评价时，给予适当的提示：例如一张纸的厚度测不出来，我们采用什么方法来测量？这样，通过类比的方式使他们想到了放大法。从而在课堂教学中引入渗透微观放大的物理思想方法。设计微小形变实验。【探究实验1】如图所示，一个扁平的玻璃瓶里，装满了红色的液体，用力挤压玻璃瓶的不同位置时，让学生想一想：玻璃瓶是否发生形变了？但我们肉眼看不见，让学生展开思考。【学生活动】把一根毛细管子插入
11、橡皮塞中，用来显示体积的变化。尝试后，液面真的上升了。这表明了玻璃瓶在力的作用下，体积减小了，水上去了。【教师活动】如果在腰部给玻璃瓶施加一个力呢？请同学上来表演。【学生活动】挤压玻璃瓶的腰部，液面下降了。【教师活动】为什么？与此同时，用挤压一支牙膏来说明这个问题，从而把这种细管液面升降放大的思想教给学生。说明这种放大的思想很管用。【实验说明】结合书本“问题与练习”的第 1 个实验，我将实验装置做了如下的改进：（1）玻璃瓶的首选为体积较大横截面为椭圆的瓶子；（2）细管用口径较小的硬毛细管子，在细管上套一个黑色小橡皮圈，使挤压前与液面相平，并在细管背面用白色硬纸相衬，有利于观察水面升降；（3）用
12、红墨水将水染红，水与细管的色差较大，宜于观察水面的升降情况。挤压不同部位，水面有升又有降，彻底打消了学生的疑惑水面的上升不是由于水的热膨胀而是由于瓶子的形变引起的，因而更清楚更全面展示了玻璃瓶的形变。细管液面升降放大法是通过透明细管中的有色液面的上升或下降来反映某种物理量（如体积、温度、压强、热量、内能等）的微小变化，其显著程度取决于细管直径的大小。细管液面升降放大法在热学演示实验中用得比较多。如用空气温度计或微小压强计来演示诸如比热实验、热辐射实验、液体蒸发制冷实验、焦耳定律实验、克服摩擦力做功增加内能实验等，实际上都是运用了细管液面升降放大法。【探究性实验 2】力作用在桌子上的这个形变怎么
13、来显出？弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 6 页 共 12 页【学生活动】小组讨论，提出方案，展示方案。【教师活动】用光点反射放大的办法来进行。激光教鞭器发出的激光通过平面镜两次放大，在墙上出现一个点迹，为了看清激光光线，增强趣味性，用喷雾器喷洒细水雾在两平面镜之间的区域，两次反射的红色激光光线立即跃入眼帘，非常生动。同时，为了之后易于观察，用蓝色的小纸片贴住之前的这个点迹。【学生活动】一名学生上来对桌面施加一个作用力，其它同学观察墙壁上点迹的变化。【实验结果】点迹发生了移动。这个光点位置的变化说明了桌面发生了微小形变，通过光的两次放大，从而把它显示出来了。这就是光点反射放大。【
14、实验说明】光点反射放大法是使光的反射角的微小变化通过反射线投射到远处的墙壁上的光点的移位来显示，其变化的显著程度取决于反射镜至光点投射之间的距离。这种放大法通常也叫“光杠杆放大法”。光点反射放大法是物理实验中常用的放大方法。如卡文迪许设计的测量万有引力的著名扭秤装置，就是巧妙地运用了光点反射放大法才解决了测量石英丝微小扭转角的难题，进而算出两球间的引力。【探究性实验 3】细管液面升降放大和光点反射放大的两种方法已经能够帮助我们解决生活中的很多问题了。但是，有一些物体，像坚硬的钢板、有机玻璃，无论怎么挤压，这个形变还是很难用前面两种办法显示出来。而在这个实验中，可以让一束特殊的光通过这块有机玻璃
15、片，然后对有机玻璃片施加一个压力。透过偏振片来观察一下。【实验结果】有机玻璃片的边缘花纹发生了改变，用力越大，这花纹改变得越明显。挤压不同部位，花纹改变的形状不一样。这就说明了用这种仪器可以看到极难改变的形变。这在桥梁、刚体形变发生中有着广泛的应用。弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 7 页 共 12 页 【引出概念】我们把这种发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。像上面我们所熟知的拉力、压力和支持力就是最常见的几种弹力。（三）自主探究，寻找规律(15min)【验证胡克定律】用力传感器在弹簧挂钩上加一定的力 F，使得弹簧发生形变，其形变量（
16、伸长量）为 x，通过计算验证 F x。1.固定弹簧，用刻度尺测出弹簧长度 L0；2.在其弹性限度内用力传感器在弹簧挂钩上加一个力 F1，用刻度尺测出弹簧此时长度L1；3.仿照步骤 2 得到 F2,F3,F4,F5,F6和 L2,L3,L4,L5,L6;4.换用另一根弹簧，重复 1-3步；同样的表格设计 6 张 F（N）L0（cm）L1(cm)X=L1-L0(cm)K=F/x(Nm-2)1 2 3 4 5 6 【数据处理】根据实验中所记录的数据，绘制 F-x图像。液晶屏 表面不均匀的的圆塑料片 偏振片 弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 8 页 共 12 页 由图像可以看出，引起弹簧
17、形变的外力 F 与弹簧的型变量 x 之间成正比关系。【误差分析】1.在刻度尺读数时可能存在一定的偶然误差，但可以通过多次重复操作减少偶然误差对实验造成的影响；2.在刻度尺读数时，可能由于手的移动导致弹簧的形变量与手移动之前所读取的力传感器的示数不对应，造成偶然误差；3.进行实验时，弹簧可能未垂直于地面，导致弹簧所受重力的一个分力使力传感器的示数产生偏差，造成系统误差；4.在控制弹簧匝数时，未保证每次操作时匝数为整数，造成偶然误差。【实验结论】在弹性限度内，引起弹簧形变的外力 F 与弹簧的型变量 x 之间成正比关系，F=kx.这个公式实际上是一个定律，叫做胡克定律，是英国科学家胡克首先发现的，其
18、中式子中的 k 是弹簧的劲度系数，单位是牛每米，符号是 N m。生活中常说有的弹簧“硬”，有的弹簧“软”指的就是它们的劲度系数不同。弹簧的劲度系数跟弹簧丝的粗细、材料、弹簧的直径、绕法、弹簧的长度等量有关，这个量反映了弹簧的特性。式中的 x 是弹簧的形变量，即伸长或缩短的量。(四)过程评价，理清思路(5min)引导学生在小组分析讨论的基础上进行总结，帮助学生形成知识纲要，提高学习的水平。【总结】a 形变和弹性形变；b 弹力的概念；c 弹力的有无与弹力方向的判断；d 胡克定律的表达式，劲度系数的单位、符号及物理意义；e 确定弹簧弹力大小的计算。【形成性评价】1.下列说法中，正确的是（）A.闹钟是
19、由发条的弹力带动指针走动的，电子钟不是由发条的弹力带动指针走动的 B 用细杆拨动水中的木头，木头受到的弹力是由于木头发生形变而产生的 弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 9 页 共 12 页 C 绳对物体拉力的方向总是沿绳而指向收缩的方向 D 木块放在桌面上受到向上的弹力，是由于木块发生微小形变而产生的 解析：闹钟跟电子钟地工作原理是不同的，闹钟是利用发条的弹力带动指针启动的，而电子钟则是一种机械运动，跟闹钟不一样。而产生弹力的原因是施力物体发生了形变而产生的。绳子上拉力的方向是沿绳而指向绳收缩的方向。故选项是 A、C。2.一根轻质弹簧，当它受到 10N的拉力时，长度为 12cm，
20、当它受到 25N的拉力时，长度为 15cm，问：弹簧不受力时的自然长度为多少？该弹簧的劲度系数为多少？当受到 20N的压力时，其长度为多少？（均在弹性限度内）解析：有些同学往往把弹簧的原长、弹簧的长度、弹簧伸长的长度混淆起来。有的同学还把弹簧被压缩时的弹簧形变量与弹簧伸长量混淆起来。帮助学生形成 认真审题、仔细分析的解题习惯，养成规范解题格式的习惯。【课外作业】我们在物理中会碰到许多弹力，但他们的方向是有共同规律的，你能不能找出？这个问题希望大家根据书本在课后去找资料、同学间相互讨论来完成一篇关于判断一般的弹力方向的规律的小论文。七、板书设计 3.2 弹 力 拉伸、压缩、弯曲、扭转 可以恢复原
21、状 不能恢复原状 弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 10 页 共 12 页 显示微小形变实验：细管液面升降放大法、光点反射放大法、现代光学技术放大法 八、附录 【本教学设计的创新和特色】提升学生的科学素养是中学物理教学的重要任务之一。课程标准明确地把提高学生科学素养作为学科课程的总目标。因此，在物理课堂教学中，强调和体验问题的探究过程，加强科学方法的教育熏陶，不仅能使学生学会掌握知识与技能、认识并掌握科学的研究方法和科弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 11 页 共 12 页 学的思维品质，而且还能初步培养学生的科学态度和科学精神。弹力 这节课的教学是整个高中物理较早
22、进入学生学习的力学内容。从学生知识基础的现状来看，他们在生活中已接触到一些弹力的现象，对弹力有粗浅的认识，但认识不全面，特别是在物体发生微小形变时产生的认识了解不够，即有经验的感性认识无法提高到理性认识；另外，对弹力大小、方向等的认识也仅停留在经验上；从学习的方法与过程的角度来看，学生有生活中的经验，但缺少用科学的方法去探究问题本质的过程与经历；从教材的安排上来看，既有对弹力产生定性的研究，又有力学模型轻弹簧弹力大小的定量研究及弹簧模型的建立，这就为学生探究活动创造了较大的空间，为学生体验和应用科学方法提供了一定的平台与载体。根据以上对本节课内容的深入理解和剖析，精心设计教学内容。本节课的亮点
23、是三个显示“微小形变”实验的层层推进，突破课本传统教学，将常规教学中这个并不被大多数物理教师重视的一块内容，其实也是本节课难点的内容很好的、巧妙的展示给学生。简单的显示“微小形变”的教学过程，却经过精心设计后，也凸显了教学的层次感。使学生看到各种坚硬的物体，像玻璃、木板、钢板，有不同程度的形变，而且，它们的形变一个比一个微小，可以通过采取不同的方法来进行显示。第一个实验是采用细管液面升降放大的方法，使学生有一个比较直观的感性认识。第二个形变是采用光点反射放大的办法，使学生体验实验中的物理思想方法。第三个是采用了现代光学技术放大的方法，这是我设计的比较颇具创意的一个实验。这个实验尽管学生并不了解
24、它的原理，然而让他们感受现代技术在形变当中的反映，这就符合了人教版教学的意图。在显示“微小形变”这个环节中，所有的实验都是进行过改进，特别是采用现代光学手段来放大微小形变的实验是精心设计的。其中穿插的一些实验仪器也是我们生活当中很容易见到的，这样的教学更具有特色，同时也更能够被学生们所接受。加强和改进实验教学，激发学生学习物理的兴趣。实验过程是学生积极观察、思考和探索的过程。通过实验，模拟物理知识发现的过程，让学生受到物理思想方法的教育。通过趣味、新奇的物理实验，激发学生好奇心理，从而激发他们的思索的欲望。通过体验微小形变的存在，培养学生“用放大的实验方法观察微小形变的实验思想“。本课中设计了多个学生实验，演示实验和自主探究实验，将原本较为抽象、枯燥的思维活动转化为生动活泼、兴趣昂然的学习体验，让学生在以小课题研究为载体的研究性活动中，获得了知识、能力和情感方面的提升和发展。本教学设计充分注重对生活的挖掘，积极贯彻新课程“从生活走向物理，从物理走向弹力 教学设计 杭州师范大学物理系 徐青青 第 12 页 共 12 页 社会”的理念，也充分地注意从学生身边或社会实践活动中选取典型的素材，紧密结合学生已有的生活经验，使抽象的物理概念变成生动形象的认知对象，从而有效地降低了学习的难度。