《弹力》教案

学案学案2 2 弹力弹力 一一 学习目标定位 1 知道形变的概念 并会区分某种形变是弹性形变还是非弹性形变 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 知识储备区知识储备区 一 形变和弹力 1 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 这种力叫做弹力 2 弹性形变 作用在物体上的外力撤去后 物体能恢复原状的形变 3 范性形变 外力撤去后 物体不能恢复原状的形变 二 胡克定律 1 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 2 公式 F kx其中k为弹簧的劲度系数 单位是牛顿每米 符号是N m 它反映了弹 簧的一种力学性质 三 弹力的方向 1 平板状物体受压弯曲后产生的弹力 方向一定垂直于平板 指向压它的物体 2 绳索的弹力方向一定沿着绳索 指向绳索收缩的方向 学习探究区学习探究区 一 弹性形变和弹力 问题设计 1 如图1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1 2 用手压橡皮泥 橡皮泥发生形变 脚踩在松软的土地上 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 用手拉弹簧 弹簧会对手产生一个拉力 如图2所示 这个拉力是如何产生的 图2 答案 1 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 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 要点提炼 1 弹力的成因 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受力物体发生形 变引起的 2 弹力产生的条件 1 两物体相互接触 2 发生弹性形变 二 胡克定律 问题设计 如图3所示 为一弹簧测力计 弹簧测力计的刻度是否均匀 这说明什么 答案 均匀 说明弹簧测力计的弹力与弹簧的形变量成正比 图3 要点提炼 1 内容 在弹性限度内 弹簧弹力的大小F跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成正比 2 公式 F kx 3 说明 1 应用条件 弹簧发生形变时必须在弹性限度内 2 x是弹簧的形变量 而不是弹簧形变后的长度 3 F x图像是一条过原点的倾斜直线 如图4所示 直线的斜率表示弹簧的劲度系数k 图4 4 弹簧弹力的变化量 F与形变量的变化量 x也成正比 即 F k x 三 弹力的方向 问题设计 1 一铁块放在海绵上 铁块和海绵都发生了形变 从而在它们之间产生了弹力 如图5 所示 海绵对铁块的支持力是如何产生的 方向怎样 铁块对海绵的压力是怎样产生的 方向怎样 图5 答案 1 海绵对铁块的支持力 海绵发生弹性形变 对与它接触的铁块产生力的作用 方向垂直于接触面向上 如图甲 甲 乙 2 铁块对海绵的压力 铁块发生弹性形变 对与它接触的海绵产生力的作用 方向垂 直接触面向下 如图乙 2 如图6所示 用橡皮绳斜向右上拉放在水平面上的物块 橡皮绳对物块的拉力是怎样 产生的 方向怎样 图6 答案 由于橡皮绳发生形变 对与它接触的物块产生力的作用 方向沿绳指向绳收缩 的方向 沿绳斜向右上 要点提炼 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 弹力方向延长线或反向延长线过球心 2 绳的拉力方向 总是沿着绳并指向绳收缩的方向 延伸思考 如图7所示 把一个球形物体A放在半球形容器B内 在图中画出A受到的弹力 图7 答案 A受到的弹力垂直于两接触面的切线 弹力方向的延长线过球心 如图所示 典例精析典例精析 一 弹力的产生 例1 下列关于弹力的几种说法 其中正确的是 A 只要两物体接触就一定产生弹力 B 静止在水平面上的物体所受重力就是它对水平面的压力 C 静止在水平面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变 D 只要物体发生形变就一定有弹力产生 解析 两物体接触并发生弹性形变才会产生弹力 A D错误 静止在水平面上的物体 所受重力的施力物体是地球 而压力的施力物体是该物体 受力物体是水平面 两力不同 B错误 C正确 答案 C 二 弹力的方向 例2 画出图8中静止物体A所受弹力的示意图 图8 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 A物体所受 弹力的示意图如图所示 答案 见解析图 针对训练 分别画出图9甲 乙中小球 丙中杆的受力示意图 甲中小球用细绳挂在 光滑的墙壁上 乙中小球用细绳拴着静止在桌角上 丙中杆一端放在光滑的半球形碗中 另一端靠在墙壁上 图9 答案 受力示意图如图所示 三 胡克定律 例3 由实验测得某弹簧所受弹力F和弹簧的长度L的关系图像如图10所示 求 图10 1 该弹簧的原长为多少 2 该弹簧的劲度系数为多少 解析 解法一 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L0 15 cm 2 据F kx得劲度系数 k 由图线可知 该弹簧伸长 L 25 cm 15 cm F x F L 10 cm时 弹力 F 50 N 所以k N m 500 N m F L 50 10 10 2 解法二 根据胡克定律得F k L L0 代入图像中的两点 0 25 50 和 0 05 50 可得50 k 0 25 L0 50 k 0 05 L0 解得L0 0 15 m 15 cm k 500 N m 答案 1 15 cm 2 500 N m 课堂要点小结课堂要点小结 弹力Error 自我检测区自我检测区 1 弹力的产生 下列有关物体所受的弹力及形变的说法正确的是 A 有弹力作用在物体上 物体一定发生形变 撤去此力后 形变完全消失 B 有弹力作用在物体上 物体不一定发生形变 C 弹力作用在硬物体上 物体不发生形变 弹力作用在软物体上 物体才发生形变 D 一切物体受到弹力都要发生形变 撤去弹力后 形变不一定完全消失 答案 D 解析 力是物体间的相互作用 弹力的施力物体和受力物体都会发生形变 故B项错误 发生形变后的物体 当撤去外力后 有些能完全恢复原状 有些不能完全恢复原状 A项 错误 D项正确 不管是硬物体还是软物体 只要有弹力作用 都会发生形变 C项错误 2 弹力的产生 杂技演员具有高超的技术 如图11所示 他能轻松地顶住从高处落下 的缸 关于他顶缸时头顶受到的压力产生的直接原因是 图11 A 缸的形变B 头的形变 C 缸受到重力D 人受到重力 答案 A 解析 头顶受到的压力的施力物体是缸 受力物体是头顶 头顶受到的压力产生的直 接原因是缸的形变 间接原因是缸受到重力 A项正确 3 弹力的方向 三个相同的支座上分别放着三个质量和直径均相同的光滑圆球a b c 支点P Q在同一水平面上 a的重心位于球心 b c的重心分别位于球心的正上方和正 下方 如图12所示 三球皆静止 试分析三种情况下支点P Q对球的弹力方向是怎样的 图12 答案 见解析 解析 三种情况都是点与点接触 圆球所受弹力的方向都是垂直于接触面指向球心 即沿半径指向球心 如图所示 弹力的方向与重心的位置无关 学案学案3 3 弹力弹力 二二 学习目标定位 1 探究弹力与弹簧伸长量之间的关系 2 学会利用图像法处理实验数 据 3 能根据F x F l图像求出弹簧的劲度系数 知识储备区知识储备区 一 实验原理 1 如图1所示 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 码受到的重力大小相等 弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出 其伸长 量x可以用弹簧的长度减去原长来求得 图1 2 建立直角坐标系 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 作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像 根据实验所得的图像 就可探知弹力大小与弹簧伸长量之间的关系 二 实验器材 轻弹簧 钩码 一盒 刻度尺 铁架台 学习探究区学习探究区 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 如图2所示 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 图2 3 改变所挂钩码的质量 测出对应的弹簧长度 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 x l l0 和弹簧受到的拉力F F mg 并将数据填入 表格 4 F N l cm x cm 二 数据处理 1 建立直角坐标系 以F为纵轴 x为横轴 根据测量数据用描点法作图 连接各点得 出F随弹簧伸长量x变化的图线 2 以弹簧的伸长量为自变量 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 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 为了减小该系统误 差 实验中应使用轻质弹簧 四 注意事项 1 实验中弹簧下端挂的钩码不要太多 以免超出弹簧的弹性限度 2 测量长度时 应区别弹簧原长l0 实际长度l及伸长量x三者之间的不同 明确三者 之间的关系 3 记录数据时要注意弹力及伸长量的对应关系及单位 4 描点作图时 应使尽量多的点落在画出的线上 可允许少数点分布于线两侧 描出 的线不应是折线 而应是平滑的曲线或直线 5 尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响 典例精析典例精析 例1 某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系 1 将弹簧悬挂在铁架台上 将刻度尺固定在弹簧一侧 弹簧轴线和刻度尺都应在 方向 填 水平 或 竖直 2 弹簧自然悬挂 待弹簧 时 长度记为L0 弹簧下端挂上砝码盘时 长度记 为Lx 在砝码盘中每次增加10 g砝码 弹簧长度依次记为L1至L6 数据如下表 代表符号 L0LxL1 L2L3L4L5L6 数值 cm 25 3527 3529 3531 3033 435 3537 4039 30 表中有一个数值记录不规范 代表符号为 由表可知所用刻度尺的最小分度 为 3 图3是该同学根据表中数据作的图 纵轴是砝码的质量 横轴是弹簧长度与 的差值 填 L0 或 Lx 图3 4 由图可知弹簧的劲度系数为 N m 通过图和表可知砝码盘的质量为 g 结果保留两位有效数字 重力加速度g取9 8 N kg 解析 1 为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力产生 所以弹簧轴线和刻度尺均 应在竖直方向 2 弹簧静止稳定时 记录原长L0 表中的数据L3与其他数据有效位数不同 所以数据 L3不规范 标准数据应读至cm位的后两位 最后一位应为估读值 精确至0 1mm 所以刻度 尺的最小分度为1 mm 3 由题图知所挂砝码质量为0时 x为0 所以x L Lx L为弹簧长度 4 由胡克定律F k x知 mg k L Lx 即mg kx 所以图线斜率即为弹簧的劲度 系数 k N m 4 9 N m mg x 60 10 10 3 9 8 12 2 10 2 同理 砝码盘质量 m kg k Lx L0 g 4 9 27 35 25 35 10 2 9 8 0 01 kg 10 g 答案 1 竖直 2 稳定 L3 1 mm 3 Lx 4 4 9 10 例2 1 在 探究弹力与弹簧伸长量的关系 实验中 以下说法正确的是 A 弹簧被拉伸时 不能超出它的弹性限度 B 用悬挂钩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 用刻度尺测得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 2 某同学做 探究弹力与弹簧伸长量的关系 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L0 再把弹簧竖直悬挂起来 挂上钩码后测出弹簧伸长 后的长度L 把L L0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 解析 1 本实验中应以需要研究的一根弹簧为实验对象 在弹性限度内通过增减钩码 的数目 以改变对弹簧的拉力 实验时弹簧要处于竖直位置 故A B正确 弹簧的伸长量 为弹簧拉长后的长度与原长的差 故C错误 对于不同的弹簧 其所受拉力与伸长量之比是 不同的 故D错误 2 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x 0 所以选C 答案 1 AB 2 C 自我检测区自我检测区 1 在 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验中 某实验小组将不同数量的钩码分别 挂在竖直弹簧下端 进行测量 根据实验所测数据 利用描点法作出了所挂钩码的重力G与 弹簧总长L的关系图像 如图4所示 根据图像回答以下问题 图4 1 弹簧的原长为 2 弹簧的劲度系数为 3 分析图像 总结出弹簧弹力F与弹簧总长L之间的关系式为 答案 1 10 cm 2 1 000 N m 3 F 1 000 L 0 10 N 解析 钩码的重力等于其对弹簧的拉力 又根据胡克定律F kx k L L0 所以图线 在横轴上的截距表