高中物理 相互作用（一）3.2 弹力学案.doc

3.2 弹力【学习目标】1. 了解形变、弹性形变、弹性限度等概念。2. 知道弹力产生的原因和条件。(重点)3. 知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向。(重点、难点)4. 知道影响弹力大小的因素，理解胡克定律，了解科学研究的方法。(重点)【思维导图】一、弹性形变和弹力1. 形变物体在力的作用下 或 发生的改变。2. 弹性形变撤去作用力后能够 的形变。3. 弹性限度发生弹性形变的物体要想恢复原状就不能超过一定的限度。如果超过一定的 ，即使撤去力的作用，物体也不会 的形状。4. 弹力(1)定义：发生 的物体，由于要恢复原状，对与它 的物体会产生力的作用。(2)二、几种弹力1. 常见弹力平时所说的 、 和 都是弹力，绳子的弹力通常称为“ ”(或“张力”)。2. 弹力的方向(1) 压力和支持力的方向 于物体的接触面。(2)绳的拉力沿着绳而指向绳 的方向。三、胡克定律1. 内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小f跟 成正比。2. 公式： ，其中k为弹簧的 ，单位：牛顿每米，符号 ，它的大小反映了弹簧的软硬程度。3. 想一想（1）对于同一只弹簧，被拉得越长，弹簧的弹力就越大。那么弹簧的弹力大小是否与其长度成正比呢？（2）由fkx，得k总结出“ k与弹力f成正比，与弹簧的形变量x成反比”对吗？为什么？答案 一、1. 形状 体积 2. 恢复原状 3. 限度 恢复原来 4. 弹性形变 接触二、1. 压力 支持力 拉力 拉力 2. 垂直 收缩 三、1. 弹簧伸长(或缩短)的长度x 2. fkx 劲度系数 n/m 3.（1）根据胡克定律，弹簧弹力大小与弹簧长度变化量的关系为fkx.由此可推出弹簧伸长时弹簧长度l与弹力大小的关系为fk(ll0)，其中l0为弹簧原长，因此弹簧伸长时，弹力大小与(ll0)成正比。而不是与弹簧长度l成正比。（2）不对k的大小只与弹簧本身组成有关，与f和x的大小无关对同一个弹簧，f增大，x就增大，f与x的比值不变。知识点一 弹力的产生和弹力有无的判断方法1弹力的成因相互接触的物体间不一定存在弹力，只有当两个物体相互挤压或拉伸产生弹性形变时，由于物体要恢复原状，才在接触位置对与它接触的物体产生弹力。所以弹力产生的直接原因是由施力物体发生形变引起的。2弹力产生的过程3判断弹力有无的常见方法： (1) 直接判定：对于发生明显形变的物体(如弹簧、橡皮条等)，可根据弹力产生的条件由形变直接判断。(2) 对于形变不明显的情况，通常用以下方法来判定：a假设法：假设将与研究对象接触的物体撤去，判断研究对象的运动状态是否发生改变，若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力。b替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能不能维持原来的力学状态。如将侧壁、斜面用海绵来替换，将硬杆用轻弹簧(橡皮条)或细绳来替换。c状态法：因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所以可以依据物体的运动状态由相应的规律(如二力平衡知识等)来判断物体间的弹力。【名师点睛】1. 接触的物体间不一定存在弹力，但两物体间若有弹力，则它们一定接触。2. 判断弹力有无的两大误区（1）误认为只要有接触一定存在弹力作用，而忽略了弹力产生的另一个条件发生弹性形变。（2）误认为有形变一定有弹力，忽略了弹性形变与范性形变(撤去外力后不能恢复原状的形变)的区别。知识点一 弹力的产生和弹力有无的判断方法【典例探究】【典例1】 一个球形物体o静止放在光滑的水平地面上，并与竖直墙壁相接触，a、b两点是球与墙和地面的接触点，则下列说法正确的是( ) a物体受三个力，重力、地面对物体的支持力、墙壁对物体的弹力b物体受两个力，重力、地面对物体的支持力c物体受两个力，重力、物体对地面的压力d物体受三个力，重力、物体对地球的引力、物体对地面的压力【典例2】玩具汽车停在模型桥面上，如图所示，下列说法正确的是()a桥面受向下的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变b汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力c汽车受向上的弹力，是因为桥面发生了弹性形变d汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了形变知识点二 弹力方向的判定 1常见的三种接触方式类型方向图示面与面垂直公共接触面点与面过点垂直于面点与点垂直于切面2.常见三类弹力的方向类型方向图示轻绳沿绳收缩方向轻杆可沿杆可不沿杆(由运动状态判断)轻弹簧沿弹簧形变的反方向【名师点睛】1. 压力、支持力的方向都垂直于接触面，确定它们方向的关键是找准它们的接触面或接触点的切面。2. 轻杆的弹力方向具有不确定性，一般要根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向。【典例3】在下图所示图中画出物体p受到的各接触点或面对它的弹力的示意图，其中甲、乙、丙中物体p处于静止状态，丁中物体p(即球)在水平面上匀速滚动。【学霸总结】判断弹力方向应把握以下三种情况： (1) 当面(或曲面)接触，弹力垂直于面。 (2) 绳上弹力沿绳并指向绳收缩方向。 (3) 与球面接触的弹力方向延长线或反向延长线过球心。【典例4】 体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示，下列关于足球与斜台作用时斜台给足球的弹力方向的说法正确的是()a沿v1的方向 b沿v2的方向c先沿v1的方向后沿v2的方向 d沿垂直于斜台斜向左上方的方向 知识点三 弹力大小的计算 1弹簧的弹力 (1) 应用胡克定律fkx求解。其中x为弹簧的形变量(可能为伸长量ll0，也可能为缩短量l0l)；k为弹簧的劲度系数，k只与弹簧本身有关，由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。它反映了弹簧的软硬程度，k越大，弹簧越硬，其长度越难改变。(2) 弹力与弹簧伸长量的关系可用fx图象表示，如图，图线的斜率即为弹簧的劲度系数。(3) 由于f1kx1，f2kx2，故ff2f1kx2kx1k(x2x1)kx，因此，弹簧上弹力的变化量f与形变量的变化量也成正比关系，即fkx。 2非弹簧的弹力大小的计算 弹力的大小与物体的形变程度有关，一般要借助物体的运动状态所遵循的物理规律求解。比如悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时，物体受绳向上的拉力和重力作用。根据二力平衡，可知绳的拉力大小等于物体重力的大小。【名师点睛】1. 无论是应用胡克定律计算弹簧弹力大小还是判断弹簧弹力方向，都要注意弹簧是被拉伸，还是被压缩。2. 物体不处于平衡状态时，物体所受的拉力或支持力不等于物体所受的重力。知识点三 弹力大小的计算 【典例5】 竖直悬挂的弹簧下端挂一重为4 n的物体时弹簧长度为12 cm；挂一重为6 n的物体时弹簧长度为13 cm.弹簧始终在弹性限度内，则弹簧原长为多少？劲度系数为多少？【典例6】由实验测得某弹簧弹力f和弹簧的长度l的关系图象如图所示，求： (1)该弹簧的原长为多少？ (2)该弹簧的劲度系数为多少？ 【典例7】某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小f和弹簧长度l的关系如图所示，则由图线可知：(1) 弹簧的劲度系数为_ n/m。(2) 当弹簧被压缩，弹力大小为5 n时，弹簧的长度为_ cm。【典例8】如图所示，轻质弹簧的劲度系数为k，小球重为g，平衡时球在a处，今用力f压球使弹簧缩短x，球至b处，则此时弹簧的弹力为() akx bkxgcgkx d以上都不对答案与解析1.【答案】 b 【解析】球形物体虽与墙接触，但它们之间无弹力作用，故物体只受重力和地面对物体的支持力两个力，b对。 2.【答案】c3.【答案】见解析【解析】甲属于绳的拉力，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，必过球心o，b点属于点与杆相接触，弹力应垂直于杆斜向上；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处弹力方向水平向右，b处弹力垂直于斜面向左上方，且都过球心；丁中小球p不管运动与否，都是属于平面与球面相接触，弹力应垂直于平面，且过球心，即向上。它们所受弹力的示意图如图所示。 4. 【答案】d 【解析】足球与斜台的作用是球面与平面的相互作用，足球所受弹力方向垂直于斜台指向足球，即斜向左上方的方向，故d正确。5.【答案】10 cm200 n/m 【解析】设弹簧的原长为l0，劲度系数为k，设挂g14 n的物体时弹簧的长度为l1，挂g26 n的物体时弹簧的长度为l2，则l10.12 m，l20.13 m，由胡克定律得： g1k(l1l0) ， g2k(l2l0)代入数据解得：l00.10 m，k200 n/m 即弹簧原长为10 cm，劲度系数为200 n/m.6.【答案】(1)15 cm (2)500 n/m 【解析】(1)弹簧不产生弹力时的长度等于原长，由题图可知该弹簧的原长为l015 cm. （2）据fkx得劲度系数k，由图线可知，该弹簧伸长l25 cm1