教科版必修1 第2章 3. 弹力 学案.doc

3. 弹力学 习 目 标知 识 脉 络1.了解形变、弹性形变、弹性限度的概念2知道弹力产生的原因和条件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)4知道影响弹力大小的因素，理解胡克定律，了解科学研究方法(难点)物 体 的 形 变1形变：物体形状或体积的变化2弹性形变：撤去外力作用后物体能恢复原状的形变3弹性限度：能够完全恢复原状的物体的移变量的最大限度4范性形变：撤去外力作用后物体的形变或多或少仍有保留而不能复原的形变1任何物体都可以发生形变，但并不是所有的形变都是弹性形变()2物体在外力停止作用后能自动恢复原状的形变叫弹性形变()3细钢丝被绕制成弹簧是弹性形变()如图231所示的形变中，哪些发生的是弹性形变？图231【提示】甲、乙、丙较大的力能使物体产生形变探讨1：很小的力能否使物体产生形变？【提示】形变产生的原因是物体受到外力作用，任何物体在外力的作用下都能发生形变，只是形变的程度不同探讨2：我们如何观察微小的形变？【提示】通过放大来观察微小的形变1形变的两种情况(1)形状的改变：指受力时物体的外观发生变化，如橡皮条拉伸时由短变长；撑竿跳高时，运动员手中的撑竿由直变曲等(2)体积的改变：指受力时物体的体积发生变化，如用力压排球，排球的体积变小；用力压海绵，海绵的体积变小2显示微小形变的方法(1)光学放大法：如图232所示，在一张大桌子上放两个平面镜m和n，让一束光依次被两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点p.用力压桌面时，桌面发生了形变，虽然形变量很小，但镜子要向桌面中间倾斜，由于两个镜子间距较大，光点在墙上有明显移动，把桌面的形变显示出来图232(2)力学放大法：如图233所示，把一个圆玻璃瓶瓶口用中间插有细管的瓶塞堵上，用手轻压玻璃瓶，玻璃瓶发生形变，容积减小，水受挤压上升，松开手后，形变恢复，水面落回原处图233(多选)下列各种情况中，属于弹性形变的有()a撑竿跳高运动员起跳中，撑竿的形变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】“撑竿的形变”“椅面发生的微小形变”均能恢复原状，是弹性形变；“细钢丝被绕制成弹簧”不能恢复成“钢丝”，“铝桶被砸扁”不能恢复成“桶”，是非弹性形变，故选项a、b正确，c、d错误【答案】ab迁移1关于弹性形变的说法，下列说法正确的是()a物体形状的改变叫做弹性形变b一根铁丝被用力折弯后的形变就是弹性形变c物体在外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫做弹性形变d物体在外力作用下的形变叫做弹性形变【解析】外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫做弹性形变，c正确【答案】c迁移2(多选)如图234所示，在一张大桌子上放两个平面镜m和n，让一束光依次被两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点p.用力压桌面，观察墙上光点位置的变化下列说法中正确的是()图234af增大，p上移bf增大，p下移cf减小，p下移 df减小，p上移【解析】当力f增大时，两镜面均向里倾斜，使入射角减小，经两次累积，使反射光线的反射角更小，光点p下移；反之，若力f减小，光点p上移所以，选项b、d正确【答案】bd物体的形变1一切物体都可以发生形变，只不过有的明显，有的不明显2显示微小形变的方法：光学放大法、力学放大法等弹 力1定义：发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生的作用力2产生条件：两物体接触发生弹性形变3弹力的方向：与引起形变的作用力的方向相反4常见的弹力(1)压力和支持力：方向垂直于支持面而指向被压或被支持的物体(2)绳的拉力：方向沿着绳而指向绳收缩的方向(3)弹力的大小：与弹性形变的大小有关，弹性形变越大，弹力也越大，形变消失，弹力随着消失5胡克定律(1)内容：在弹性限度内，弹力和弹簧形变大小(伸长或缩短的量)成正比(2)公式：fkx，其中k为弹簧的劲度系数，单位：牛顿每米，符号n/m.(3)弹力f与弹簧的形变量x的关系图像形状是过原点的直线1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()2支持力的方向垂直于物体的接触面()3弹簧的弹力总是与其形变量成正比()能否将胡克定律表述为“弹簧发生弹性形变时，弹力的大小f跟弹簧的长度成正比”？为什么？【提示】不能公式fkx中的x指的是弹簧的伸长或缩短的长度(形变量)，而不是弹簧的长度如图235所示，用细绳悬挂的小球与光滑斜面相接触，并保持静止，(甲)中细绳倾斜，(乙)中细绳呈竖直方向图235探讨1：图(甲)、(乙)中小球是否受到斜面的弹力作用？【提示】图(甲)中小球和斜面一定有弹力作用，图(乙)中小球和斜面间无弹力作用探讨2：小球受到斜面弹力作用的方向？【提示】垂直斜面向上1弹力有无的判断(1)对于发生明显形变的物体(如弹簧、橡皮筋等)，可根据弹力产生的条件：物体直接接触和发生弹性形变直接判断(2)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(1)几种不同的接触方式面与面点与面点与点弹力方向垂直于公共接触面指向受力物体过点垂直于面指向受力物体垂直于公切面指向受力物体图示(2)轻绳、轻杆、轻弹簧的弹力方向轻绳轻杆轻弹簧弹力方向沿绳子指向绳子收缩的方向可沿杆的方向可不沿杆的方向沿弹簧形变的反方向图示3.对胡克定律的理解(1)弹簧要发生“弹性形变”，即在弹性限度内；(2)表达式中x是弹簧的形变量，是弹簧伸长(或缩短)的长度，不是弹簧形变后的长度；(3)表达式中的劲度系数k，反映了弹簧的“软”、“硬”程度，是由弹簧本身的性质(如材料、形状、长度等)决定的不同型号、不同规格的弹簧，其劲度系数不同；(4)设劲度系数为k的弹簧，在形变量为x1、x2时产生的弹力分别为f1、f2，则根据胡克定律fkx，有f1kx1，f2kx2.两式相减，有f1f2k(x1x2)，即fkx，此式表明弹簧发生弹性形变时，弹力的变化f与弹簧长度的变化x成正比；(5)根据fkx作出弹力f与形变量x的关系图像，如图所示，这是一条过原点的直线，其斜率k.图2364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，目前主要适用于二力平衡的情况一辆汽车停在水平地面上，下列说法中正确的是 ()【导学号：96332036】a地面受到了向下的弹力，是因为地面发生了弹性形变；汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力b地面受到了向下的弹力，是因为地面发生了弹性形变；汽车受到了向上的弹力，是因为汽车也发生了形变c汽车受到向上的弹力，是因为地面发生了形变；地面受到向下的弹力，是因为汽车发生了形变d以上说法都不正确【解析】汽车停在水平地面上，因为地面发生了向下的形变，所以地面为恢复原状对与之接触的汽车产生一个向上的弹力作用；因为汽车的车轮发生了向上的形变，所以车轮为恢复原状对与之接触的地面产生向下的弹力作用，故只有c项正确【答案】c迁移3如图237所示，一根弹性杆的一端固定在倾角为30的斜面上，杆的另一端固定一个重为2 n的小球，小球处于静止状态，则弹性杆对小球的弹力 ()【导学号：96332037】图237a大小为2 n，方向平行于斜面向上b大小为1 n，方向平行于斜面向上c大小为2 n，方向垂直于斜面向上d大小为2 n，方向竖直向上【解析】小球受重力和杆的支持力(弹力)作用处于静止状态，由平衡知识可知，杆对小球的弹力与重力等大、反向【答案】d如图238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()图238a40 nb30 nc20 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】b迁移4将原长10 cm的轻质弹簧竖直悬挂，当下端挂200 g的钩码时，弹簧的长度为12 cm，则此弹簧的劲度系数为 ()a1 n/mb10 n/mc100 n/m d1 000 n/m【解析】伸长量为2 cm0.02 m，弹簧弹力大小等于物体重力的大小，f2 n，由胡可定律fkx可知，k100 n/m，c正确【答案】c1弹力的施力物体是发生形变的物体，受力物体是跟施力物体接触并使施力物体发生形变的物体2判断弹力方向的步骤探 究 弹 力 与 弹 簧 伸 长 的 关 系一、实验目的1探究弹力和弹簧伸长的定量关系2学会利用图像研究两个物理量之间关系的方法二、实验原理1弹簧的弹力f的测量：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂钩码的重力大小相等，即fmg.2弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长量xll0.3作出弹簧弹力f与弹簧伸长量x的关系图像，根据图像可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系三、实验器材轻质弹簧(一根)，钩码(一盒)，刻度尺，铁架台，坐标纸一、实验步骤1将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长2在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1.3改变所挂钩码的质量，重复步骤2，记录m2、m3、m4、m5、和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、.4计算出每次弹簧的伸长量x(xll0)和弹簧受到的拉力f(fmg)，并将数据填入表格1234567f/n0l/cmx/cm0二、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，如图239所示图2392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，这个常数也可据fx图线的斜率求解，k.3得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义三、误差分析1偶然误差：由于读数和作图不准产生的误差，为了减小偶然误差要尽量多测几组数据2系统误差：弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差，为减小系统误差，应使用较轻的弹簧四、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3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4记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验图2310图2310甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，其示数为7.73 cm；图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度，此时弹簧的伸长量l为_cm；本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力，关于此操作，下列选项中规范的做法是_；(填选项前的字母)a逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重b随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量l与弹力f的关系图线，图线的ab段明显偏离直线oa，造成这种现象的主要原因是_.【解析】弹簧伸长后的总长度为14.66 cm，则伸长量l14.66 cm7.73 cm6.93 cm.逐一增挂钩码，便于有规律地描点作图，也可避免因随意增加钩码过多超过弹簧的弹性限度而损坏弹簧ab段明显偏离oa，伸长量l不再与弹力f成正比，是超出弹簧的弹性限度造成的【答案】6.93a弹簧受到的拉力超过了其弹性限度迁移5某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”时，安装好实验装置，让刻度尺零刻度与弹簧上端平齐，在弹簧下端挂1个钩码，静止时弹簧长度为l1，如图2311甲所示，图乙是