全国通用版高中物理第三章相互作用2弹力学案.docx

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全国通用版高中物理第三章相互作用2弹力学案

2　弹力

[学习目标]　1.知道形变的概念，能区分弹性形变和非弹性形变.2.知道弹力的定义及产生的条件，会判断两个物体间是否存在弹力，并会判断弹力的方向.3.掌握胡克定律并能用此定律解决有关问题.

一、弹性形变和弹力

1.形变：

物体在力的作用下形状或体积发生的变化.

2.弹性形变：

物体在形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变.

3.弹性限度：

如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后物体不能（填“能”或“不能”）完全恢复原来的形状，这个限度叫做弹性限度.

4.弹力

（1）定义：

发生形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生的力.

（2）产生的条件：

①两物体直接接触；②发生弹性形变.

二、几种弹力及方向

1.压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面.

2.绳的拉力方向总是沿着绳子而指向绳子收缩的方向.绳中的弹力常常叫做张力.

三、胡克定律

1.内容：

弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比，即F＝kx.

2.劲度系数：

其中k为弹簧的劲度系数，单位为牛顿每米，符号是N/m.是表示弹簧“软”　“硬”程度的物理量.

1.判断下列说法的正误.

（1）只要两物体接触就一定产生弹力.（×）

（2）发生形变后的物体撤去外力后都能够恢复原状.（×）

（3）海绵受挤压发生形变，桌面受挤压不会发生形变.（×）

（4）静止在水平地面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变.（√）

（5）由F＝kx可知，在弹性限度内弹力F的大小与弹簧的长度成正比.（×）

2.弹簧的原长为10cm，它下面挂一个重为4N的物体时，弹簧长为12cm，则该弹簧的劲度系数为________N/m.若在它下面挂一个重为6N的物体，则弹簧的伸长量为________cm（弹簧始终在弹性限度内）.

答案　200　3

【考点】胡克定律

【题点】胡克定律的应用

一、形变和弹力

（1）如图1所示，取一个扁玻璃瓶，里面盛满水，用穿有透明细管的橡皮塞封口，使水面位于细管中，用手捏玻璃瓶，会看到什么现象？

说明什么？

图1

（2）用手压橡皮泥，橡皮泥发生形变；脚踩在松软的泥土上，留下了深深的脚印（形变），这两种形变与玻璃瓶的形变有什么不同？

（3）如图2所示，被拉长的弹簧对手有一个拉力的作用，这个拉力是如何产生的？

图2

答案　

（1）用手捏玻璃瓶，管中水面会上升（或下降）.说明受压时玻璃瓶发生形变，体积变小（或变大）了.

（2）橡皮泥、泥土受力后发生的形变，在撤去外力后不能恢复原状（非弹性形变），玻璃瓶的形变在撤去外力后能恢复原状（弹性形变）.

（3）弹簧受到拉力后发生形变（伸长），发生形变的弹簧要恢复原状，对手就产生了拉力.

1.弹性形变和非弹性形变

弹性形变：

撤去外力后能恢复原状的形变.

非弹性形变：

撤去外力后不能恢复原状的形变.

发生弹性形变的物体，外力过大，超过一定的限度（弹性限度），会变成非弹性形变.

2.弹力的产生必须同时具备两个条件：

（1）两物体直接接触；

（2）两物体接触处发生弹性形变.

3.显示微小形变的方法

显示微小形变可以用光学放大法（图3）和力学放大法（图1），它们都是把微小的形变进行放大，便于观察.

图3

例1

　关于弹力的产生，下列说法正确的是（　　）

A.木块放在桌面上受到一个向上的弹力，这是由于木块发生微小形变而产生的

B.木块放在桌面上，木块没有形变，所以对桌面没有施加弹力

C.拿一根细竹竿拨动水中的木头，木头受到竹竿的弹力，这是由于木头发生形变而产生的

D.挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小的形变而产生的

答案　D

解析　木块和桌面相互作用，都会发生微小的形变.桌面发生微小形变对木块有向上的弹力即支持力；木块由于发生微小形变对桌面有向下的弹力即压力，A、B都错.木头受到的弹力是由细竹竿发生形变而产生的，C错.电灯受到的拉力是电线发生微小形变而产生的，D对.

【考点】物体的形变和弹力

【题点】对弹力概念的理解

二、弹力的方向　弹力有无的判断

1.弹力的方向与施力物体形变方向相反，作用在迫使物体发生形变的那个物体上，几种常见情况如下：

（1）压力、支持力的方向：

总是垂直于接触面，若接触面是曲面，则垂直于接触面的切线；若接触面是球面，弹力方向的延长线或反向延长线过球心，如图4所示.

图4

（2）绳的拉力方向：

总是沿着绳并指向绳收缩的方向.

2.弹力有无的判断：

（1）对于明显形变的情况，可以根据弹力产生的条件直接进行判断.

（2）对于不明显形变的情况，可利用假设法进行判断，具体有下列两种方法：

①假设无弹力：

假设撤去接触面，看物体还能否在原位置保持原来的状态，若能保持原来的状态则说明物体间可能无弹力作用；否则，有弹力作用.

②假设有弹力：

假设接触物体间有弹力，画出假设状态下的受力分析图，判断受力情况与所处状态是否矛盾，若矛盾，则不存在弹力；若不矛盾，则存在弹力.

如图5中，若A处有弹力，则无法使球处于静止状态，故A处无弹力.

图5

例2

　在如图6所示的各图中画出物体P受到的各接触点或接触面对它的弹力的示意图，各图中物体P均处于静止状态.

图6

答案　见解析图

解析　甲中属于绳的拉力，应沿绳指向绳收缩的方向，因此弹力方向沿绳向上；

乙中P与斜面的接触面为平面，P受到的支持力垂直于斜面向上；

丙中A、B两点都是球面与平面相接触，弹力应垂直于平面，且必过球心，所以A点弹力方向水平向右，B点弹力方向垂直于斜面指向左上方，且都过球心；

丁中A点属于点与球面相接触，弹力应垂直于球面的切面斜向上，且必过球心O，B点属于点与杆相接触，弹力应垂直于杆向上.

它们所受弹力的示意图如图所示.

【考点】弹力方向和弹力有无的判断

【题点】弹力方向的判断

例3

　（多选）如图7所示，图中的物体A均处于静止状态，受到弹力作用的说法正确的是（　　）

图7

A.图甲中地面是光滑水平的，A与B间存在弹力

B.图乙中两斜面与水平地面的夹角分别为α、β，A对两斜面均有压力的作用

C.图丙中A受到斜面B对它的弹力的作用

D.图丁中A受到斜面B对它的弹力的作用

答案　BC

解析　题图甲中对B进行受力分析，B球受重力和地面的弹力的作用，二力平衡，B球静止.不可能再受到A对B的弹力作用；B选项中采用假设法，若去掉左侧的斜面，A将运动，若去掉右侧的斜面，A也将运动，所以球A对两斜面均有力的作用；C选项中假设斜面B不存在，则小球A无法在原位置保持静止，故丙图中小球受到斜面的弹力.D选项中假设斜面B对小球A有弹力作用，则小球A不能保持静止，所以丁图中小球不受斜面弹力的作用.

【考点】弹力方向和弹力有无的判断

【题点】弹力有无的判断

判断弹力有无的两个误区

1.误认为两物体只要接触就一定存在弹力作用，而忽视了弹力产生的另一条件——发生弹性形变.

2.误认为有形变一定有弹力，而忽视了弹性形变和非弹性形变的区别.

针对训练1　在图8中画出物体A所受弹力的示意图.

图8

答案　见解析图

解析　支持力、压力的方向都要与接触面垂直并指向被支持或被压的物体，物体A所受弹力的示意图如图所示.

【考点】弹力方向和弹力有无的判断

【题点】弹力方向的判断

三、胡克定律

对于同一根弹簧，被拉得越长，弹簧的弹力越大，关于弹簧弹力的大小，甲说：

弹簧弹力大小与其长度成正比；乙说：

弹力的变化量ΔF与弹簧形变的变化量Δx成正比.哪个同学说法正确？

答案　甲错，乙对.弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，即F＝kx，也有ΔF＝k·Δx.

　胡克定律

1.成立条件：

在弹性限度内.

2.对F＝kx的理解

（1）x是弹簧的形变量，而不是弹簧形变后的长度.

（2）k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和伸长量x无关.

（3）F－x图象是一条过原点的倾斜直线（如图9所示），直线的斜率表示弹簧的劲度系数k.

图9

（4）弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比，即ΔF＝kΔx.

例4

　一根轻弹簧在10.0N的拉力作用下，其长度由原来的5.00cm伸长为6.00cm.

（1）当这根弹簧长度为4.20cm时，弹簧受到的力为多大？

（2）当弹簧受到15N的拉力时，弹簧的长度是多少？

（弹簧始终在弹性限度内）

答案　

（1）8.0N　

（2）6.50cm

解析　

（1）弹簧原长L0＝5.00cm＝5.00×10－2m

在拉力F1＝10.0N的作用下伸长到L1＝6.00cm＝6.00×10－2m

根据胡克定律得F1＝kx1＝k（L1－L0）

解得弹簧的劲度系数k＝

＝

＝1.00×103N/m

当压力为F2时，弹簧被压缩到L2＝4.20cm＝4.20×10－2m

根据胡克定律得，压力F2＝kx2＝k（L0－L2）＝1.00×103N/m×（5.00－4.20）×10－2m＝8.0N.

（2）设弹簧的弹力F＝15N时弹簧的伸长量为x.

由胡克定律得x＝

＝

＝1.50×10－2m＝1.50cm

此时弹簧的长度为L＝L0＋x＝6.50cm.

【考点】胡克定律

【题点】胡克定律的应用

1.轻弹簧有压缩和拉伸形变，既能产生压力，又能产生拉力，方向均沿弹簧的轴线方向.

2.如果题目中只告诉弹簧的形变量，并没有指出是伸长还是压缩，或只告诉弹簧弹力的大小，并没有指出弹簧处于拉伸状态还是处于压缩状态，就要分别进行讨论.

3.轻弹簧的一端空载时弹力为零，不空载时两端弹力必然相等.

针对训练2　一根轻质弹簧一端固定，用大小为50N的力压弹簧的另一端，平衡时长度为L1＝20cm；改用大小为25N的力拉弹簧，平衡时长度为L2＝35cm；若弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，求弹簧的原长和劲度系数.

答案　30cm　500N/m

解析　设弹簧原长为L0，劲度系数为k.由胡克定律得：

F1＝k（L0－L1）①

F2＝k（L2－L0）②

联立①②两式得：

L0＝0.3m＝30cm，k＝500N/m.

【考点】胡克定律

【题点】胡克定律的应用

1.（对弹力概念的理解）（多选）在日常生活及各项体育运动中，有弹力出现的情况比较普遍，如图10所示的跳水运动就是一个实例.请判断下列说法正确的是（　　）

图10

A.跳板发生形变，运动员的脚没有发生形变

B.跳板和运动员的脚都发生了形变

C.运动员受到的支持力，是跳板发生形变而产生的

D.跳板受到的压力，是跳板发生形变而产生的

答案　BC

解析　发生形变的物体，为了恢复原状，会对与它接触的物体产生弹力的作用，发生形变的物体是施力物体.B、C正确.

【考点】物体的形变和弹力

【题点】对弹力概念的理解

2.（弹力方向的判断）在图11中画出物体A所受弹力的示意图.

图11

答案　如图所示

【考点】弹力方向和弹力有无的判断

【题点】弹力方向的判断

3.（弹力有无的判断）下列各图中P、Q两球之间不存在弹力的是（所有接触面都是光滑的）（　　）

答案　A

解析　A图中两球间若有弹力则小球Q将向右运动，所以P、Q间无弹力；B图中两球间若无弹力，则两球将向大圆弧底部运动，所以P、Q间有弹力；C图中两球间若无弹力则小球P将向下运动，所以P、Q间有弹力；D图中两球间若无弹力则小球P将向右下运动，所以P、Q间有弹力.故选A.

【考点】弹力方向和弹力有无的判断

【题点】弹力有无的判断

4.（胡克定律的应用）如图12所示，锻炼身体用的拉力器，并列装有四根相同的弹簧，每根弹簧的自然长度都是40cm，某人用600N的力把它们拉长至1.6m，则（