高中物理 第三章 第一节 探究形变与弹力的关系学案 粤教版必修1(1).doc

第三章 研究物体间的相互作用第一节 探究形变与弹力的关系课前自主预习1形变：物体在外力的作用下 或 发生变化称为形变。（1）任何物体都会发生形变。微小的形变常常采用 法显示。（2）形变的种类有： 形变、 形变、 形变和 形变。2弹性形变：发生形变的物体，当外力撤除后，物体能够 原状的形变。非弹性形变：发生形变的物体，当外力撤除后，物体不能够 原状的形变。弹性限度：发生弹性形变的物体，外力撤除后能够完全恢复原状的 形变。3（1）力的三要素：不同的力，其作用效果不同，影响力的作用效果的因素有：力的 、 和 ，物理学中称之为力的三要素。（2）在物理学中，通常用力的 或力的 来简明扼要地表示某个力。用一 线段表示力，得到的图称为力的示意图。用线段的 表示力的大小，线段的 指向力的方向， （或 ）表示力的作用点，得到的图就成为力的图示。(3)力的示意图与力的图示的区别是 4.（单选）关于弹性形变的概念，下列说法中正确的是（）a.物体形状的改变叫弹性形变b.物体在外力停止作用后的形变，叫弹性形变c.一根铁杆用力弯折后的形变就是弹性形变d.物体在外力停止作用后，能够恢复原来形状的形变，叫弹性形变5（单选）关于弹簧的劲度系数k,下列说法正确的是( )a.与弹簧所受的拉力大小有关,拉力越大,k值也越大b.由弹簧本身决定,与弹簧所受的拉力大小及形变程度无关c.与弹簧发生的形变的大小有关,形变越大,k值越小d.与弹簧本身特性,所受拉力的大小.形变大小都无关【自主学习】参考答案一1形状，体积；放大；拉伸，压缩，弯曲，扭曲。2完全恢复。；完全恢复。；最大。3（1）大小，方向，作用点 （2）.示意图，图示，带有箭头的有向，长短，箭头，箭尾,箭头（3）力的示意图没有表示力的大小，力的图示完整的表达了力的三大要素.4.解释：根据弹性形变的定义，能够完全恢复原状的形变叫弹性形变可知a、b、c选项错误，d答案正确。5.根据弹簧的劲度系数k由弹簧本身决定，与弹簧所受外力及形变程度无关，可知答案b正确。课堂互动探究图3-1-1知识点1 弹力的产生新知探究如图3-1-1所示，被弯曲的细木棍能把圆木推开，圆木被推开的原因是圆木受到细木棍的 作用。细木棍对圆木产生弹力需要两个条件，一是，细木棍与圆木相互 ；二是，细木棍与圆木相互挤压产生 形变。答案：弹力、接触、弹性重点归纳对弹力产生条件的理解 （1）发生形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的、并使它发生形变的另一个物体产生的作用力叫弹力。（2）产生弹力的条件：两物体既要接触，又要发生形变。（3）形变和物体间弹力是同时产生、同时变化、同时消失的。（4）通常所说的压力、推力、拉力、张力、浮力、支持力等，本质上都是弹力。（5）弹力是接触力，物体和周围有几个接触面，就可能有几个弹力，但不一定有。（6）形变不明显时弹力是否存在的判断方法（假设法）：假设在该处将与物体接触的另一物体去掉，看物体还能否在原位置保持原来的状态，从而判断该物体是否受弹力作用。 例1分析图3-1-2中甲乙丙中接触面对小球（物块）是否有弹力作用？甲乙丙三图的物体均处于静止状态。图3-1-2 解析：甲图， 如果物块与斜面体间不存在弹力，则物块所受合力不能为零，物块不能处于静止状态；已图，如果水平面与小球间没有弹力，则小球将竖直向下掉，挡板与小球间如果没有存在弹力挡板将不能处于静止状态；丙图水平面如果没有弹力则小球将在重力作用下向下运动，斜面若有弹力则小球运动状态将改变，故斜面与小球间没有弹力。图3-1-3点评：掌握产生弹力的条件是理解弹力概念的前提，采用撤力法是分析弹力是否存在最常用的方法，特别是分析微小形变产生的弹力。触类旁通1.（单选）如图3-1-3所示，一小球用两根轻绳挂于天花板上，球静止，绳1倾斜，绳2恰好呈竖直状态，则小球所受的作用力有（ ）a1个b2个c3个d4个 解析：假设绳1对小球有作用力，该作用力的方向斜向左上方，另外，球在竖直方向上受重力和绳2的拉力，在这三个力的作用下小球不可能保持平衡而静止，所以绳1不可能对小球施加拉力，选项b正确。答案：b 知识点2 弹力的方向新知探究 图3-1-4 图3-1-5 情景一：2012年3月27日，中国射箭队奥运选拔赛第二阶段比赛在广州黄村训练基地全部结束，男女队共6名出征伦敦奥运会的运动员名单揭晓，福安籍射箭运动员刘招武将与邢宇、戴小祥组成新的男子“三箭客”，代表中国队参加比赛。如图3-1-4所示，弓的形状向 发生了形变，对箭有一个向 的弹力。形变的方向与弹力的方向 。情景二：北京时间3月11日，2012年国际田联室内世锦赛在土耳其伊斯坦布尔展开最后一日的争夺，在女子撑杆跳高决赛中，俄罗斯撑杆跳女皇伊辛巴耶娃尽管三次冲击5米02世界纪录失败，但仍以4米80轻松夺冠。如图3-1-5所示，杆的形状向 弯，杆对人的弹力向 ，形变的方向与弹力的方向 。情景一：左，右，相反；情景二：下，上，相反。重点归纳对弹力的方向的理解1.总是和作用在物体上、使物体发生形变的外力的方向相反，或者说和形变方向相反。2.支持力的方向面面接触：垂直于支持面点面接触：垂直于支持面，指向被支持的物体点点接触：垂直于接触点处的切面3.绳子产生弹力（通常称为拉力）：方向总沿着绳子而指向绳子收缩的方向。4.杆子产生的弹力方向可能是沿杆子方向，起拉力或支持力作用方向也可能不沿杆子方向，起支持力或拉力作用例2 图3-1-6中，物体a静止。画出物体a所受弹力的示意图aa afa a a 图1 图2 图3 图4 图5 图3-1-6解析：答案如图3-1-7aa afa a a答图1 答图2 答图3 答图4 答图5 图3-1-7 触类旁通2.如图3-1-8所示，杆子的a端被绳子拉住，b端放在一个球形容器内。试分析画出杆子ab受到的弹力的方向。图3-1-8 答图3-1-8 图3-1-10解析：如答图3-1-8所示，a端受到的是绳子产生的弹力ta，其方向沿绳子收缩方向；b端和容器的接触方式是“点点接触”，所以b端受到的弹力nb垂直于接触点处的切面指向球心，而不沿杆子方向。分析弹力的方向是个难点，要想准确地分析出弹力的方向，必须从下面几个方面着手：首先判断那些接触点或接触面处是否有弹力存在。其次分析弹力的种类是绳子产生的弹力、杆子产生的弹力还是支持面产生的弹力。最后按各种弹力方向的特点画出弹力的方向。知识点3 胡克定律新知探究图3-1-9 情景一:2012年3月27日，为期一年的射箭奥运资格赛终于结束，广东女子射箭新秀方玉婷以总积分第二名的身份，获得2012年伦敦奥运会射箭女子个人/团体赛参赛资格。如图3-1-9所示，方玉婷把弓拉得越满则箭射得 ；因为弓拉得越满 越大， 越大。情景二：英国力学家胡克经过多年研究总结出出弹性定律。胡克的弹性定律指出：在弹性限度内，弹簧的弹力f和弹簧的长度变化量x成 ，即。k是弹簧的劲度系数，它由 决定，负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长（或压缩）的方向 。答案： 情景一：越远，形变，弹力；情景二： 正比、材料、相反重点归纳对胡克定律的理解1.在弹性限度内，弹力和弹簧的型变量x大小成正比，即。k成为劲度系数，其单位为n/m.2. 劲度系数k的物理意义：数值上等于弹簧发生单位长度形变时产生的弹力大小。3.决定劲度系数k的因素：由弹簧的材料、粗细、长度、单位长度内弹簧的匝数等决定，与弹力的大小、形变量无关。4.胡克定律的另一种表述：因为在弹性限度内弹簧的弹力f和x成正比，故胡克定律又可以变形为，其中为弹力的变化量，为形变量的变化量。例3 如图3-1-11所示为一轻质弹簧的长度l和弹力f大小的关系，试由图线确定：图3-1-11(1)弹簧的原长_； (2)弹簧的劲度系数k=_；(3)弹簧伸长0.05m时，弹力的大小_。 解释：（1）由胡克定律得：当f=0时，弹簧处于原长；（2）由图3-1-11可知当弹簧伸长或压缩5cm时， f=10n，根据可知k=200n/m；（3）弹簧伸长0.05m时，根据可知f=10n。触类旁通图3-1-123. （单选）如图3-1-12所示，a、b是两个相同的轻弹簧，原长都是l010 cm，劲度系数为k500 n/m.若图中悬挂的两重物质量均为m，现测得两个弹簧的总长为26 cm，则(取g10 m/s2)()am3 kgbm2 kgcm1.5 kg dm1 kg解析：对b弹簧有kxbmg，对a弹簧有kxa2mg，得xaxb，m kg1 kg.故选项d正确答案：d方法技巧易错易混实验透视实验透视探究弹力和弹簧伸长的关系【实验目的】1. 探究弹力和弹簧伸长量之间的关系；2. 学会利用图像法处理实验数据【实验原理】1.在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。2.弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了。图3-1-13【实验器材】铁架台、坐标纸、弹簧、铅笔、钩码若干、重锤线、三角板毫、毫米刻度尺。【实验步骤】1.一起安装调试按图3-1-13安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度。2.测量与记录(1)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 (2)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，表示弹簧的伸长量.1234567f/nl/cmx/cm（3）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变化的图像。图3-1-14（4）以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可根据f-x图像的斜率求解，如下表是某同学为探索弹簧的弹力和伸长的关系所测的几组数据12345f/n0.51.01.52.02.5x/cm2.615.086.899.812.4（1）请你在图3-1-14的坐标系中作出fx图线（2）写出曲线所代表的函数式；（3）解释函数表达式中的常量的物理意义 解析：根据表中的数据描点，结合数学中函数图象的知识解决问题 答图3-1-14（1）根据表中数据描点，按照图中各点的分布与走向，应作出一条直线，使直线两侧的点数大致相同，这样可以减少偶然误差，如答图3-1-14所示（2）设直线斜率为k，由数学知识知，fkxc在直线上取较远的两点（可以减小误差），如点（9.8，2.0）与（2.1，0.5），并代入上式得k0.2n/cm，c0.05n所以函数表达式为：f（0.2x0.05）n （3）由fkxc知，当x0时，fc，因此，式中常数c表示弹簧的重力0.05n若忽略弹簧的重量，则fkx，因此，式中常数kf/x表示使弹簧形变单位长度时弹簧的弹力，即劲度系数【实验结论】弹簧发生弹性形变时，弹力大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比（胡克定律） 其中：k弹簧的劲度系数； x弹簧伸长（或缩短）的长度单位：牛每米，符号n/m ；【注意事项】1.所挂钩码不要过重，以免弹簧超出它的弹性限度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疏一些，这样作出的图线较为精确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图线上，但应注意一定要使各点均匀分布在图线的两侧5.记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位例4 （单选）下列关于实验“探究弹力与弹簧伸长的关系”的说法中正确的是()a实验中k的具体数值必须计算出来b如果没有测出弹簧原长，用弹簧长度l代替x，fl图线也是过原点的一条直线c利用fx直线可求出k值d实验时要把所有点连到线上，才能探索得到真实规律解析：本实验是探究弹力f和弹簧伸长量x之间的关系，若画出fx图像，则斜率为k值，若用弹簧长度l代替x，则图线不过原点，会与横轴l有一截距l0，l0为弹簧原长，所以a、b错，c对把描出的各点连线时，不一定把所有的点都连在线上，只要使不在线上的各点均匀分布在线的两侧即可，d错答案：c例5 （单选）某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上砝码后测出弹簧伸长后的长度l，把()作为弹簧的伸长量x，这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是图3-1-15所示图像中的() 图3-1-15 解析：本题主要考查用图像法来描述弹簧的弹力与其伸长量间的关系由于考虑弹簧自身重力的影响，当不挂钩码时，弹簧的伸长量x0，所以选c.答案：c触类旁通图3-1-164. 某同学在研究学习中，利用所学的知识解决了如下问题：一轻弹簧竖直悬挂在某一深度为h25.0 cm、且开口向下的小筒中(没有外力作用时弹簧的下部分位于筒内，但测力计可以与弹簧的下端接触)，如图3-1-17甲所示如果本实验的长度测量工具只能测出筒的下端弹簧的长度l，现要测出弹簧的原长l0和弹簧的劲度系数，该同学通过改变l而测出对应的弹力f，作出fl变化的图线如图3-1-16已所示，则弹簧的劲度系数为_n/m，弹簧的原长l0_cm. 解析：根据胡克定律fk(hll0)klk(hl0)，从图中知道当l0时f10 n；当l10 cm时，f20 n；代入方程联立得k100 n/m，l015.0 cm.答案：10015.05(2011揭阳高一质检)为了探究弹簧弹力f和弹簧伸长量x的关系，李强同学选了甲、乙图3-1-17两根规格不同的弹簧进行测试，根据测得的数据绘出如图3-1-17所示的图像从图像上看，该同学没能完全按实验要求做，使图像上端成为曲线，图像上端成为曲线是因为_这两根弹簧的劲度系数分别为：甲弹簧为_n/m，乙弹簧为_n/m.若要制作一个精确度较高的弹簧测力计，应选弹簧_(填“甲”或“乙”) 解析：图像上端成为曲线是因为弹簧超出弹性限度，弹力与伸长量不成正比了根据胡克定律得，要制作一个精确度较高的弹簧测力计，则应选劲度系数小的弹簧，即甲答案：弹簧超出弹性限度，弹力与弹簧伸长量不成正比了66.7200甲随堂练习一、单项选择题图3-1-181.如图3-1-18所示，a、b、c三个物体叠放在桌面上，在a的上面再加一个作用力f，则c物体受到竖直方向的作用力除了所受的重力之外还有（ ）a1个力b2个力c3个力d4个力 解析：c物体在竖直方向还受到b对它的压力和地面对它的支持力，故选项b正确。答案：b2探究弹力和弹簧伸长的关系时，在弹性限度内，悬挂15n重物时，弹簧长度为0.16m；悬挂20n重物时，弹簧长度为0.18m，则弹簧的原长l0和劲度系数k分别为（ ）al0=0.02m，k=500n/mbl0=0.10m，k=500n/mcl0=0.02m，k=250n/mdl0=0.10m，k=250n/m解析：由胡克定律f=k x =k (l- l0)，得15=k(0.16-l0) 20=k(0.18-l0) 联立方程解得l0=0.10m k =250n/m答案：d3用40n的力竖直向上提一重物，用力的图示法表示这个力，如图3-1-19所示正确的是（ ）f=40nc10nf=40nf=40nadf=40n10nb f=40nc10n图3-1-19解析：a选项没有画出箭头表示力的方向，没有定基本标度，b选项没有定标，没有表示出力的大小。c选项力的线段的长短标少了。d选项正确。答案：d 二双项选择题4. 关于弹力下列说法不正确的是( )a静止在水平面上的物体所受的重力就是它对水平面的压力b压力、支持力、绳中的张力都属于弹力c弹力的大小与物体的形变程度有关，在弹性限度内形变程度越大，弹力越大d弹力的方向总是与施力物体恢复形变的方向相反解析：a选项的重力是物体受到地球的万有引力，物体对水平面的压力是物体发生了弹性形变产生的，故a错；d选项弹力的方向与施力物体恢复形变的方向相同，故d错。答案：ad5关于胡克定律的下列说法，正确的是 （ ）a拉力相同、伸长也相同的弹簧，它们的劲度相同b劲度相同的弹簧，弹簧的伸长相同c知道弹簧的劲度，就可以算出任何拉力下的弹簧伸长d劲度和拉力、伸长没有关系，它只决定于弹簧的材料、长度、弹簧丝的粗细答案：ad课后巩固提升一、单项选择题1关于弹簧的劲度系数k，下列说法正确的是()a与弹簧所受的拉力大小有关，拉力越大，k值也越大b由弹簧本身决定，与弹簧所受的拉力大小及形变程度无关c与弹簧发生的形变的大小有关，形变越大，k值越小d与弹簧本身特性，所受拉力的大小，形变大小都无关解析: 劲度系数k由弹簧的材料、粗细、长度、单位长度内弹簧的匝数等决定，与弹力的大小、形变量无关。可知答案b正确，a、c、d错误，b正确。答案：b2下列说法正确的是()a木块放在桌面上受到向上的支持力，这是由于木块发生微小形变而产生的b用一根细竹杆拨动水中的木头，木头受到竹杆的推力，这是由于木头发生形变而产生的c绳对物体的拉力方向总是竖直向上d挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是由于电线发生微小形变而产生的解析：a选项中木块受到向上的支持力是由于桌面发生微小形变而产生的；b选项中的木头动起来是因为竹杆发生了形变；c选项中绳对物体的拉力总是沿绳方向。答案：d3如图3-1-20所示，a、b叠放在水平地面上，则地面受到的压力是()图3-1-20aa和b对地面的压力之和bb对地面的压力cb的重力da和b的重力 解析：地面受到的压力是因为物块b发生了形变而产生的。可知答案b正确。答案：b 图3-1-214如图3-1-21所示，对静止于水平地面上的重为g的木块，施加一竖直向上的逐渐增大的力f，若f总小于g，下列说法正确的是()a木块对地面的压力随f增大而增大b木块对地面的压力随f增大而减小c木块对地面的压力和地面对木块的支持力是一对平衡力 d木块对地面的压力就是木块的重力解析：木块收到竖直向下的重力g，向上的拉力f和地面对木块的弹力n，三力合力为零。即，可知，f增大，n减小，答案b正确；木块对地面的压力是木块发生微小形变二产生的，木块的重力是木块收到地球的吸引而产生，不是同一个力，可知答案d错误。答案：b二、双项选择题5. 下列各种情况中，属于弹性形变的有()a撑杆跳高运动员起跳中，撑杆的形变b当你坐在椅子上时，椅面发生的微小形变c细钢丝被绕制成弹簧d铝桶被砸扁解析：弹性形变指的是能够恢复原状的形变，故知答案ab正确。答案：ab6. 一弹簧原长15cm，受10n外力作用时变为17 cm长，若作用在弹簧上的外力大小为20n时，弹簧仍然在弹性限度内，则此时弹簧的长度可能为（ ）a0.19 mb0.14 mc0.24 md0.11 m解析：由胡克定律f1=kx1=k (l1-l0)可得弹簧的劲度系数为：k=f1/(l1-l0)=10n/(0.17m-0.15m)=500n/m若f2=20n是拉力，则由胡克定律f2=kx2=k (l2-l0)可得弹簧的长度为l2= f2 / k+ l0 =20n/(500n/m)+0.15m=0.19m若f3=20n是压力，则由胡克定律f3=kx3=k (l0-l3)可得弹簧的长度为l3= l0-f3 / k =0.15m-20n/(500n/m)=0.11m答案：ad图3-1-227如图3-1-22所示，a、b为两根相连的轻质弹簧，它们的劲度系数分别为ka=1103n/m，kb=2103n/m原长分别为la=6cm，lb=4cm在下端挂一物体，物体受到的重力为g=10n，平衡时（ ）a弹簧a下端的拉力为4n，b下端的拉力为6n b弹簧a下端的拉力为10n，b下端的拉力为10nc弹簧a的长度为7 cm，b的长度为4.5cmd弹簧a的长度为6.4cm，b的长度为3.3cm解析：对物体g受力分析，由平衡条件可知，弹簧a、b产生的弹力均为10n由胡克定律f=k x可算出a的长度为x a=7cm，b的长度为x b= 4.5cm故选项b、c正确。答案：bc8一根轻绳子受200n的拉力就会拉断，在下列哪些受力情况下，绳子将会被拉断（ ）a两个人沿相反方向同时用100n的力拉绳b两个人沿相反方向同时用200n的力拉绳c若将绳的一端固定，人用100n的力拉绳的另一端d若将绳的一端固定，人用200n的力拉绳的另一端解析：绳子一端固定，另一端用力拉，绳子两端受到的拉力是平衡力，大小相等，绳子受到的拉力，大小就等于其中一端的拉力，故选项b、d正确。答案：bd9关于弹力，下列说法正确的是（ ）a两物体间有弹力作用时，一定是相互接触的b放在桌面上的书本，它对桌面的压力是由于桌面发生形变而产生的c放在桌面上的书本，它受到桌面的支持力是由于桌面发生形变而产生的d绳子对物体的拉力总是竖直向上的解析：产生弹力的条件是两物体既要接触，又要发生形变，故选项a正确；一个物体之所以会对别的物体产生弹力，是因