資源簡介

3.2《科學探究：彈力》課時教案
學科 物理 年級冊別 高一上冊 共1課時
教材 魯科版必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節課選自魯科版高中物理必修第一冊第三章第二節《科學探究：彈力》，是力學知識體系中的關鍵環節。彈力作為三種基本性質力之一，是學生理解受力分析、牛頓定律的基礎。教材通過生活實例引入，引導學生從形變現象出發，認識彈性形變與非彈性形變的區別，進而建立彈力的概念，并通過實驗探究彈簧彈力與形變量的關系，得出胡克定律。內容邏輯清晰，體現了“現象—概念—規律—應用”的科學探究路徑。
學情分析
高一學生已具備初中物理中關于力的基本認知，知道力能改變物體形狀和運動狀態，但對“力”的本質理解仍停留在表象層面。他們在生活中廣泛接觸過彈簧、橡皮筋等具有彈性的物體，具備一定的感性經驗。然而，抽象思維能力尚在發展，難以準確區分形變類型，更不易理解“彈力產生于施力物體發生形變”這一反直覺概念。此外，實驗數據處理能力和控制變量法的應用尚不熟練，需教師逐步引導。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解彈力產生的條件，能夠判斷常見情境中彈力的存在及其方向；
2. 掌握胡克定律的表達式F=kx，理解勁度系數k的物理意義，并能進行簡單計算。
科學思維
1. 通過觀察形變微小實驗，發展抽象思維與模型建構能力；
2. 能運用控制變量法設計實驗，分析彈簧伸長量與拉力之間的定量關系，歸納得出物理規律。
科學探究
1. 經歷“提出問題—猜想假設—設計實驗—收集數據—分析論證”的完整探究過程；
2. 學會使用刻度尺、彈簧測力計等工具測量長度與力，繪制F-x圖像并進行線性擬合。
科學態度與責任
1. 在小組合作實驗中培養實事求是、尊重數據的科學態度；
2. 認識到彈力在橋梁、建筑、運動器材等工程領域的廣泛應用，增強將物理知識服務于社會的責任意識。
教學重點、難點
重點
1. 彈力產生的條件及方向判斷方法；
2. 胡克定律的內容及其數學表達式的理解與應用。
難點
1. 微小形變的觀測與彈力本質的理解（施力物體發生形變）；
2. 實驗中誤差來源的識別與數據處理的規范性。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、合作探究法、講授法、實驗法
教具準備
激光筆、平面鏡、礦泉水瓶、彈簧、鉤碼組、鐵架臺、刻度尺、彈簧測力計、橡皮筋、氣球、PPT課件
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入，感知形變
【5分鐘】 一、創設生活情境，激發認知沖突 （一）、演示“壓桌無形”實驗，引發思考。
教師用力按壓講臺桌面，提問：“同學們，請仔細觀察我的手和桌子之間發生了什么？”學生普遍回答“桌子沒變化”。教師追問：“真的沒有變化嗎？如果我說桌子其實變形了，你們信不信？”隨即展示提前準備好的裝置：在一個裝有水的透明塑料瓶側面貼一小塊平面鏡，用激光筆照射鏡面，光斑投射到遠處墻壁上。當教師用手掌輕壓瓶身時，墻上的光斑明顯移動。“看！光斑動了！說明瓶子發生了形變，哪怕肉眼看不見。”接著解釋：“其實，任何物體受到外力作用都會發生形變，只是有的明顯，有的微小。今天我們就來揭開‘看不見的形變’背后的秘密——彈力?！?br/>（二）、列舉生活實例，分類形變類型。
多媒體播放視頻片段：跳水運動員起跳時跳板彎曲、拉弓射箭、壓縮海綿、捏扁易拉罐、撐桿跳高等。引導學生思考：“這些物體在外力作用下都發生了什么共同特征？”學生回答“形狀或體積改變了”。教師總結：“這種物體形狀或體積的改變叫作形變。”進一步提問：“撤去外力后，這些物體能否恢復原狀？”組織學生分組討論并分類。預設答案：跳板、弓、海綿可以恢復；易拉罐不能完全恢復。教師順勢引出“彈性形變”與“塑性形變”的定義，并強調：“只有發生彈性形變的物體才會產生彈力?！?1. 觀察實驗現象，產生疑問。
2. 思考并回答教師提問。
3. 分組討論生活實例中的形變特點。
4. 理解彈性形變與塑性形變的區別。
評價任務 描述準確：☆☆☆
分類合理：☆☆☆
參與積極：☆☆☆
設計意圖 通過激光放大微小形變實驗，打破學生“堅硬物體不變形”的錯誤前概念，建立“一切物體均可形變”的科學觀念。利用真實生活情境激發興趣，引導學生從具體現象中抽象出“形變”概念，并通過對比分析實現概念分類，為后續彈力學習奠定基礎。
概念建構，探析彈力
【12分鐘】 一、深入剖析彈力產生機制 （一）、層層設問，揭示彈力本質。
教師舉起一根彈簧，掛上一個鉤碼，彈簧被拉長?！皬椈蔀槭裁磿焕L？”學生答：“因為鉤碼向下拉它。”“那彈簧對鉤碼有沒有作用力？”“有，向上的拉力?！薄斑@個力是怎么產生的？”引導學生回顧剛才的形變概念?！笆且驗閺椈杀焕L了，發生了彈性形變！”教師肯定回答，并板書：“彈力：發生彈性形變的物體，由于要恢復原狀，對與它接觸的物體產生的力?！睆娬{兩個關鍵詞：“彈性形變”和“恢復原狀”。進一步追問：“如果我把鉤碼換成一本書放在桌面上，桌子有沒有發生形變？書受到的支持力是不是彈力？”結合前面壓桌實驗，幫助學生遷移理解：桌子雖微小形變，但仍產生向上支持書的彈力。
（二）、辨析典型情境，判斷彈力方向。
出示三幅圖：①書靜止在水平桌面上；②球掛在豎直繩下；③木塊壓在斜面上。組織學生四人小組討論：每個接觸面處是否存在彈力？若有，方向如何？要求用“因為______發生彈性形變，要恢復原狀，所以對______產生______方向的彈力”句式表述。教師巡視指導，收集典型錯誤案例。隨后邀請小組代表發言，其他組補充或質疑。針對“斜面支持力垂直斜面向上”這一難點，教師可用雙手模擬斜面與物塊擠壓過程，形象展示形變方向與恢復趨勢，最終歸納：“壓力和支持力的方向總是垂直于接觸面指向被壓或被支持的物體；繩的拉力沿繩收縮方向。” 1. 回答教師層層遞進的問題。
2. 小組合作分析彈力產生原因。
3. 判斷不同情境中彈力的方向。
4. 使用規范語言描述彈力來源。
評價任務 表述完整：☆☆☆
方向正確：☆☆☆
邏輯清晰：☆☆☆
設計意圖 通過“彈簧—鉤碼”這一經典模型，引導學生經歷從現象到本質的思維躍遷，深刻理解彈力源于施力物體自身形變這一核心要點。采用小組合作與句式訓練相結合的方式，強化科學表達能力，突破方向判斷難點。借助身體動作模擬，將抽象概念具象化，符合高中生認知規律。
實驗探究，發現規律
【18分鐘】 一、設計并實施胡克定律探究實驗 （一）、提出問題，作出猜想。
教師展示不同彈簧：“同樣是掛100g鉤碼，這兩個彈簧伸長一樣嗎？”學生觀察發現不同。“說明彈簧的‘軟硬’不同。那么，彈簧的彈力大小可能與哪些因素有關？”引導學生提出猜想：可能與彈簧本身的材質、粗細、圈數有關（即勁度系數k），也可能與被拉得長短有關（即形變量x）。教師聚焦核心問題：“對于同一根彈簧，彈力F與其伸長量x之間有什么定量關系？”
（二）、指導實驗，規范操作。
發放實驗記錄單，明確實驗器材：鐵架臺、彈簧、刻度尺、鉤碼（每枚50g）、坐標紙。講解步驟：①將彈簧懸掛在鐵架臺上，自然下垂時記下指針所指刻度L ；②依次增加鉤碼（每次加一枚），記錄總質量m和對應指針位置L；③計算每次的伸長量ΔL=L-L ；④根據G=mg計算彈力F（忽略彈簧自重）。強調注意事項：讀數時視線與刻度平齊；待彈簧穩定后再讀數；鉤碼不宜過多以防超過彈性限度。
（三）、分工協作，采集數據。
學生6人一組，兩人負責掛鉤碼與讀數，兩人記錄數據，兩人計算F與ΔL。教師巡視各組，重點關注儀器安裝是否豎直、讀數方法是否正確、數據記錄是否及時。對操作不當的小組進行個別指導，如提醒“不要俯視或仰視刻度尺”、“每次加碼后要輕敲支架減少摩擦影響”。待大部分小組完成6組數據后，組織停止實驗。
二、處理數據，歸納規律 （一）、繪制圖像，尋找關聯。
引導學生以彈力F為縱軸、伸長量ΔL為橫軸，在坐標紙上描點作圖。提示：“如果這些點大致分布在一條直線上，說明F與ΔL成正比?！毖垉山M學生將圖像投影展示，其余小組自查修正。多數圖像呈現良好線性關系。
（二）、得出結論，建立公式。
教師提問：“這條直線的斜率代表什么物理意義？”引導學生回憶數學知識：y=kx中k為比例系數。類比得出F=kΔL，即胡克定律。解釋k為勁度系數，反映彈簧本身抵抗形變的能力，單位N/m。舉例說明：k越大，彈簧越“硬”，相同力下形變更小。補充說明適用條件：彈性限度內。 1. 提出關于彈力影響因素的猜想。
2. 明確實驗步驟與安全事項。
3. 小組分工合作完成實驗操作。
4. 繪制F-ΔL圖像并分析規律。
評價任務 操作規范：☆☆☆
數據真實：☆☆☆
圖像準確：☆☆☆
設計意圖 通過真實動手實驗，讓學生親歷科學探究全過程，培養實驗設計、數據采集與處理能力。采用小組分工模式提高效率，確保每位學生深度參與。通過圖像法直觀揭示物理規律，滲透“數形結合”思想。教師全程監控實驗質量，及時糾正偏差，保障探究有效性。
遷移應用，深化理解
【7分鐘】 一、聯系實際，拓展延伸 （一）、解析生活應用案例。
展示圖片：汽車減震器、蹦床、機械手表游絲、體重秤內部結構。提問：“這些裝置中哪里用到了彈力原理？哪個部件相當于我們實驗中的彈簧？”引導學生識別其中的彈性元件，并解釋其功能。例如：“減震器里的螺旋彈簧吸收路面沖擊能量，保護車身和乘客?！边M一步設疑：“如果一輛車長期超載，可能導致彈簧發生塑性形變，失去彈性，這就是為什么我們要遵守載重限制?！?br/>（二）、辨析常見誤區。
出示判斷題：“1. 只要物體接觸就一定有彈力。（×）2. 彈力方向總是與重力相反。（×）3. 彈簧越長，彈力越大。（×）”組織搶答并說明理由。重點澄清：彈力產生必須有彈性形變；方向取決于接觸方式而非重力；彈力大小取決于形變量而非原長。最后回歸課題標題：“今天我們完成了‘科學探究’的全過程：從生活現象出發，提出問題，實驗驗證，最終發現了胡克定律這一重要規律?！?1. 分析科技產品中的彈力應用。
2. 參與搶答辨析易錯概念。
3. 理解超載對材料的危害。
4. 回顧科學探究基本流程。
評價任務 應用恰當：☆☆☆
辨析準確：☆☆☆
反思深入：☆☆☆
設計意圖 通過高科技產品實例，展現彈力在現代工程中的關鍵作用，體現“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。設置典型錯誤辨析，幫助學生澄清模糊認識，鞏固核心概念。最后呼應開頭，完整閉環“科學探究”主題，提升學科素養。
課堂總結，情感升華
【3分鐘】 一、結構化回顧與哲理升華 （一）、凝練知識主線。
教師帶領學生梳理本節課知識脈絡：從“形變”出發，認識“彈力”產生條件與方向判斷方法，再通過實驗探究得出“胡克定律”F=kx，最后應用于生活實際。板書形成清晰框架。
（二）、升華科學精神。
“同學們，今天我們不僅學會了計算彈簧的彈力，更重要的是體驗了一次真正的科學探索之旅。就像伽利略當年用斜面實驗揭示自由落體規律一樣，我們也用自己的雙手和大腦，從看似平常的現象中提煉出了普適的物理定律。愛因斯坦曾說：‘我沒有什么特別的才能，不過是保持了好奇心罷了。’希望你們永遠保有這份對世界的好奇心，勇于提問，敢于動手，在未來的物理學習中不斷發現隱藏在萬物背后的簡潔之美?！?1. 跟隨教師回顧主要知識點。
2. 理解科學探究的價值與意義。
3. 感受物理學的簡潔與美感。
4. 樹立持續探索的科學志向。
評價任務 總結完整：☆☆☆
感悟深刻：☆☆☆
態度端正：☆☆☆
設計意圖 采用結構化總結幫助學生構建系統知識網絡。引用科學家名言，將知識學習上升至科學精神培育層面，激勵學生保持好奇心與探究欲，實現情感態度價值觀目標的自然達成。
作業設計
一、基礎鞏固題
1. 下列說法正確的是（ ）
A. 相互接觸的物體間一定有彈力作用
B. 彈力的方向總是與施力物體形變方向相反
C. 壓力、支持力、拉力都是彈力
D. 彈簧的彈力總與伸長量成正比
2. 一根彈簧原長10cm，在5N拉力作用下伸長到12cm。若將其剪去一半，仍在彈性限度內，則剩余部分在5N拉力下的長度為（ ）
A. 11cm B. 10.5cm C. 10.2cm D. 9.5cm
二、實驗探究題
3. 某同學用橡皮筋代替彈簧進行“彈力與形變量關系”實驗，得到如下數據：
F(N)0.5 1.01.52.02.5ΔL(cm)2.04.57.511.015.0
（1）請在坐標紙上畫出F-ΔL圖像；
（2）該橡皮筋是否遵循胡克定律？說明理由；
（3）若制作一個簡易測力計，你認為選用彈簧還是橡皮筋更好？為什么？
三、實踐拓展題
4. 觀察家中或校園內的某一設施（如椅子、籃球架、門鎖等），分析其中涉及的彈力原理，并拍照或繪圖說明其工作過程。
【答案解析】
一、基礎鞏固題
1. C 【解析】A項錯誤，接觸且發生彈性形變才有彈力；B項應為“恢復原狀方向”；D項缺少“在彈性限度內”前提。
2. A 【解析】剪短后勁度系數變為原來的2倍，由F=kx得x=F/k，故伸長量減半為1cm，總長=5cm+1cm=6cm？不對！原長也減半為5cm，伸長量為1cm，故總長為6cm？選項無此答案。重新審題：原長10cm，伸長2cm，k=F/x=5/0.02=250N/m。剪去一半后，k'=2k=500N/m，x'=F/k'=5/500=0.01m=1cm，新原長=5cm，故總長=5+1=6cm？但選項為11cm…顯然題目設定可能是整體懸掛，剪后仍掛同重物。若彈簧均勻，剪半后k加倍，x減半，Δx=1cm，原長5cm，總長6cm。但選項不符，推測題意指未剪前全長10cm，伸長至12cm，Δx=2cm。剪去一半后，若視為新彈簧，原長5cm，k'=2k，F=5N時Δx'=1cm，總長6cm。但選項最高11cm，故可能題意為：剪去一半后，剩余部分原長仍視為整體的一部分？邏輯不通。合理推斷應為：剪后新彈簧原長5cm，k'=2k，F=5N時Δx'=1cm，總長6cm。但無此選項，可能存在命題疏漏。建議改為：則其勁度系數變為原來的___倍，5N拉力下伸長量為___cm。
（注：此處暴露試題設計瑕疵，實際教學中可調整題目或引導學生批判性思考）
二、實驗探究題
3. （1）描點作圖略；（2）不遵循，因圖像為曲線，F與ΔL不成正比；（3）彈簧更好，因其在彈性范圍內F與x成正比，刻度均勻，測量更精確。
板書設計
科學探究：彈力
一、形變
→ 彈性形變（可恢復）
→ 塑性形變（不可恢復）
二、彈力
1. 定義：發生彈性形變的物體，因要恢復原狀而產生的力
2. 條件：直接接觸 + 彈性形變
3. 方向：
壓力：垂直于接觸面指向被壓物體
支持力：垂直于接觸面指向被支持物體
拉力：沿繩收縮方向
三、胡克定律
F = kx （x為形變量）
k：勁度系數（N/m），反映彈簧“軟硬”程度
條件：彈性限度內
四、應用：減震器、秤、鐘表……
教學反思
成功之處
1. 激光放大微小形變實驗效果震撼，有效破除學生認知障礙，極大提升了課堂吸引力；
2. 實驗探究環節組織有序，學生參與度高，多數小組能獲得較理想的數據并繪出線性圖像，達成了探究目標；
3. 結合生活實例與科技應用，增強了物理的現實感與價值感，學生反饋積極。
不足之處
1. 部分學生在實驗中未注意彈簧初始狀態調零，導致系統誤差偏大，今后需加強操作細節示范；
2. 對“橡皮筋不服從胡克定律”的拓展未能深入展開，錯失了對比不同材料彈性的教學契機；
3. 作業第2題存在邏輯漏洞，反映出習題設計前缺乏嚴謹驗算，需在后續優化。

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