高中物理第3章力与相互作用3.2弹力学案.docx

3.2弹力学 习 目 标知 识 脉 络1.知道弹力产生的条件.(重点)2.掌握胡克定律及其应用.(重点)3.判断弹力方向和有无.(难点)4.探究弹力与弹簧伸长量之间的关系.(难点)形变弹力及其方向1.形变：任何物体即使受到很小的力，都会发生形变.2.弹性形变与范性形变(1)弹性形变：外力撤去后物体能够恢复原状的形变(2)范性形变：外力撤去后物体不能恢复原状的形变3.弹力：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，就会对跟它接触使它发生形变的物体产生力的作用.4.弹力产生的条件：(1)接触，(2)弹性形变.5.形变的分类：(1)压缩与拉伸形变.(2)弯曲形变.(3)扭转形变.(4)剪切形变.6.弹力的方向(1)平板状物体：平板受压后产生的弹力，方向垂直于平板，指向压它的物体.(2)绳索弹力：方向沿着绳索、指向绳索收缩的方向 .(1)书本放在桌子上，书本和桌子都发生了形变.()(2)用泥坯捏泥人时，泥坯发生了弹性形变.()(3)只要物体接触，物体间就存在弹力.()(4)平常我们说的物体间的压力和支持力都是弹力，绳中的张力叫绳的弹力.()1.小朋友在蹦床上玩耍，若站在蹦床上不动是否受弹力作用？若跳起离开蹦床是否受弹力作用？【提示】站在蹦床上不动时，蹦床发生了形变，对小朋友有向上的弹力作用；跳离蹦床后，与蹦床不接触，没有弹力作用.2.如图321所示的情景中，运动员、箭、小车的运动状态为什么能发生变化？跳板弹起,跳水运动员 拉紧的弦,把箭射出 拉伸的弹簧使,小车向右运动图321【解析】运动员、箭、小车的运动状态发生变化是因为受到了跳板、弓弦、弹簧对它弹力的作用.探讨1：如图322所示，取一个圆玻璃瓶，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322图322【提示】手捏玻璃瓶，管中水面上升.说明受压时玻璃瓶发生形变，体积变小了.探讨2：如图323所示：物体A、B并排静止在光滑水平面上，A、B之间有弹力吗？图323【提示】A、B间无弹力，因为A、B两物体并排接触，物体没有发生弹性形变，不满足产生弹力的条件.1.弹力有无的判断方法(1)方法一：对于形变比较明显的情况，可以根据弹力产生的条件判断：物体间相互接触；发生弹性形变.两个条件必须同时满足才有弹力产生.(2)方法二：对于形变不明显的情况，通常采用假设法判断.2.几种常见弹力的方向类型方向图示接触方式面与面垂直公共接触面指向被支持物体点与面过点垂直于面指向被支持物体点与点垂直于公共切面指向受力物体且力的作用线一定过球(圆)心轻绳沿绳收缩方向轻杆可沿杆伸长方向收缩方向可不沿杆轻弹簧沿弹簧形变的反方向收缩方向伸长方向1.在下列各图中，A、B两球间一定有弹力作用的是() 【导学号：43212047】ABCD【解析】A、C图中若拿去B球，A球均静止不动，故A、B间无弹力作用，B图中若拿去B球，悬挂A球的细绳将会变成竖直方向，故A、B间一定有弹力作用，D图中A、B两球在上面小球的压力下有向两侧运动的趋势，A、B两球相互间应无弹力作用，故B正确.【答案】B2.如图324所示为我国的极地考察破冰船“雪龙”号.为满足破冰航行的要求，其船体结构经过特殊设计，船体下部与竖直方向成特殊角度.则船体对冰块的弹力示意图正确的是() 【导学号：43212048】图324【解析】弹力方向垂直于接触面，故可判定C选项正确.【答案】C3.如图325所示，长方体木块搁在光滑方形槽中，则长方体木块除重力外还受到弹力的个数是() 【导学号：43212049】图325A.1个B.2个C.3个 D.4个【解析】长方体木块搁在光滑方形槽中，与槽接触的地方三处，并且都有相互作用，故长方体木块除重力外还受到弹力的个数是3个，故C正确.【答案】C三种情况下弹力的方向1.平面与平面接触时，弹力的方向与接触平面垂直.2.点与平面接触时，弹力的方向与接触平面垂直.3.点与曲面接触时，弹力与曲面的切平面垂直.弹力的大小1.弹力的大小与形变形变越大，弹力也越大；形变消失，弹力随之消失.2.胡克定律(1)弹性限度：作用在弹簧上的力超过一定的程度时，弹簧就不能回复原状，这个限度叫做弹性限度.(2)胡克定律内容：在弹性限度内，弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比.公式：Fkx.k为劲度系数：单位N/m ，表示弹簧伸长(或缩短)单位长度所施加的力.(1)任何物体发生弹性形变，其弹力均适用于Fkx.()(2)对某一只弹簧，把它拉的越长，其劲度系数k越大.()(3)弹力一定产生于两个相互接触的物体间，不相互接触的物体间一定不存在弹力.()同一只弹簧，在弹性限度内对它的拉力越大，它就越长，弹簧越长，反映了弹簧的弹力越大，如图326所示.图326弹簧的弹力大小是否与其长度成正比？【提示】胡克定律给出了在弹性限度内弹簧弹力大小与弹簧长度变化量的关系，即Fkx.其中当弹簧伸长时.式中xll0，l、l0为弹簧现在和原来的长度，所以Fk(ll0)，因此弹力大小是与(ll0)成正比，而不是与弹簧长度(l)成正比.探讨1：当你用力拉一个弹簧时，所用的拉力越大则弹簧越长，因此弹力的大小与弹簧的长度有关，这种说法对吗？【提示】不对，决定弹簧弹力大小的是弹簧的劲度系数和形变量，而不是弹簧的长度.探讨2：弹簧的形变量是指弹簧后来状态的长度与开始状态的长度之差吗？【提示】不是，弹簧的形变量是指弹簧后来状态的长度与弹簧原长的差值大小.1.对胡克定律的理解(1)弹簧发生形变时必须在弹性限度内.(2)x是弹簧的形变量，不是弹簧形变后的实际长度.(3)Fx图像为一条经过原点的倾斜直线，图像斜率表示弹簧的劲度系数，对于同一根弹簧来说，劲度系数是不变的.图327(4)由于F1kx1，F2kx2，故FF2F1kx2kx1kx.因此，弹簧弹力的变化量F与形变量的变化量也成正比关系.2.弹力大小的计算(1)公式法：利用公式Fkx计算(适用于弹簧这样的弹性体弹力的计算).(2)平衡法：如果悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态，求解细绳的拉力时，可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小(目前主要分析二力平衡的情况).4.一轻质弹簧原长为8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度.则该弹簧的劲度系数为() 【导学号：43212050】A.40 m/NB.40 N/mC.200 m/N D.200 N/m【解析】由Fkx知，弹簧的劲度系数k N/m200 N/m，选项D正确.【答案】D5.如图328所示，一根弹簧的自由端未挂重物时指针B正对刻度5，当挂上80 N重物时(未超出弹性限度)指针正对刻度45，若要指针正对刻度20，应挂重物的重力为() 【导学号：43212051】图328A.40 NB.30 NC.20 ND.不知弹簧的劲度系数k的值，无法计算【解析】当挂上80 N重物时指针正对刻度45 N，知弹簧形变量为45540.指针正对刻度20 N时，弹簧的形变量为15.根据胡克定律Fkx得k，所以，解得G30 N.故B正确，A、C、D错误.【答案】B6.一轻弹簧在10.0 N的拉力作用下，长度由原长5.00 cm伸长为6.00 cm.则：(1)弹簧的劲度系数为多大？(2)当该弹簧长度为4.20 cm时，弹簧的弹力有多大？【解析】(1)由Fkx得F1k(l1l0)即k1103 N/m.(2)当该弹簧长度为4.20 cm时，弹簧处于压缩状态，此时弹簧的弹力F2k(l0l2)1103(5.004.20)102 N8 N.【答案】(1)1103 N/m(2)8 N探究弹力与弹簧伸长的关系1.实验原理(1)弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关.沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的.用悬挂法测量弹簧的弹力，利用的是钩码和弹簧静止时弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等.(2)弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可由弹簧拉长后的长度减去弹簧的原长来计算.(3)建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探究弹力大小与伸长量间的关系.2.实验器材轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、三角板、重垂线、坐标纸.3.实验步骤(1)按图329安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0.图329(2)在弹簧下悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力.(3)增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，xll0表示弹簧的伸长量.1234567F/N0l/cmx/cm04.数据处理 (1)以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图.连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线.图3210(2)以弹簧伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数.首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数.(3)得出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，研究并解释函数表达式中常数的物理意义.5.误差分析(1)本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差.为了减小误差，要尽量多测几组数据.(2)弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响会带来系统误差.为了减小误差，实验中应使用轻质弹簧.6.注意事项(1)所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度.(2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图线更精确.(3)测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差.(4)描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧.(5)记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位.7.(多选)在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，以下说法正确的是() 【导学号：43212052】A.弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度B.用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态C.用直尺测量弹簧的长度即为弹簧的伸长量D.用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等【解析】弹簧的伸长量是指弹簧伸长后的长度减去弹簧的原长，故C错误；做实验时要用同一个弹簧来测量，故D错误，正确选项为A、B.【答案】AB8.为了测量某一弹簧的劲度系