物理必修ⅰ人教新课标3.2弹力学案

1、3.2弹力一.新课标要求1.知道形变的概念及弹力产生的原因和条件。2.知道压力、支持力、拉力、推力等都是弹力。3.理解掌握胡克定律及劲度系数。4.能正确画出弹力的方向。二.知识讲析：1形变、弹性形变和弹性形变：物体在力的作用下所发生的形状或体积的改变。形状的改变指的是物体的外观发生变化。如橡皮条拉紧时，由短变长；跳水馆中的跳板本来是水平伸直的，当运动员在上面起跳时，平直的板变的弯曲；撑杆跳高时，撑杆由直变曲等。体积的改变指的是体积的大小发生变化。如用力压足球时，足球由大变小；用力压海绵时，海绵的体积由大变小等。物体的形变一般可分为压缩形变（图a）、拉伸形变（图b）、弯曲形变（图c）和扭曲形变（

2、图d）。任何物体均能发生形变，不能发生形变的物体是不存在的，只不过有的形变比较明显，可以直接看到；有的形变极其微小，要用仪器才能显示出来。弹性形变：在力的作用下发生形变的物体，在撤去外力后能够恢复到原状的形变。有的物体在发生形变后，不能恢复原状。如一块泥巴，用手一捏，泥巴不会恢复原状，这样的形变叫塑性形变，中学阶段只研究弹性形变。弹性限度：物体的形变超过一定的限度后，撤去外力不能恢复原状，这个限度就叫弹性限度。弹性：在力的作用下发生形变的物体，在撤去外力后能够恢复到原状的性质。弹性是物体本身一种力学性质，与它是否发生形变无关。2弹力弹力的施力者是发生形变的物体，受力者是使它发生形变的其它物体。

3、例如：桌面上物体受到的支持力，是因为桌子发生形变，要恢复形变而对与之接触的物体施加弹力，物体是施加力给桌子的支持力的受力者。弹力产生的条件为：物体间是否直接接触；接触处是否有弹性形变。3常见弹力的方向弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反，或者描述为总是与施力物体要恢复形变的方向相同。弹簧的弹力方向根据弹簧处于伸长还是压缩来定。支撑面的弹力：由于支撑面发生形变，对被支撑的物体产生的弹力，叫支持力。支持力的方向总是垂直与接触面，指向被支持的物体；由于被支持物体发生形变，对支持物产生的弹力，叫压力。压力的方向总是垂直与接触面，指向被压的物体（支持物）。如果接触面为曲面，则支持力或

4、压力垂直与接触面的切面，而指向被支持或被压的物体。绳的弹力：由于绳子被拉长而对被拉的物体所施加的弹力，通常叫做拉力。拉力的方向总是沿绳子而指向绳子收缩的方向。杆的弹力：杆即有拉力也有支持力，而且杆所施加的弹力不一定沿杆的方向。如图所示，固定在墙上的轻杆的左端有一个球，杆对球的弹力方向为竖直向上。4假设法判断弹力的有无相互接触是产生弹力的必要条件，但不是充要条件。只有相互接触的物体在接触处产生弹性形变时，才产生弹力。当形变微小难以直接判断时，用“假设法”。假设法就是假设施力的物体不存在，看受力物体能否维持原来的状态，能维持则弹力没有，不能维持则弹力存在。随着知识的深入，还有一种假设，即假设与研究

5、对象接触的物体施加了弹力（或没有弹力），然后判断受力情况是否和原有的状态符合，符合则说明假设正确，不符合则说明假设错误。如图所示，一球体静止于一水平地面于一侧壁之间，不计任何摩擦，判断侧壁对球体是否有弹力。GF1F2解析：方法一，假设侧壁不存在，物体将仍然能静止在水平地面上，因此侧壁不对球施加弹力。方法二，假设水平地面和侧壁均对球施加弹力，分别为F1和F2，则受力分析如图所示。由图可知，F2的存在不能使球处于静止状态，与题设条件（球体静止）相矛盾，故侧壁不对球施加弹力。答案：侧壁不对球施加弹力5胡克定律弹簧的弹力的大小与弹簧伸长与缩短的长度成正比，即Fkx。x叫弹簧的形变量，k叫劲度系数。劲度

6、系数与弹簧所受的外力无关，由弹簧本身的性质决定，在弹簧发生改变，例如一根弹簧被剪断成为两根，则弹簧的劲度系数发生改变。一根弹簧，其劲度系数为k。现在弹簧的1/3处用工具将其剪断，则原弹簧变成长度分别为原长1/3和2/3的两根弹簧，试分别求出两根弹簧的劲度系数。解析：设未剪断时，对弹簧施加拉力为F，则弹簧上各处的拉力均为F。设原弹簧伸长x，则1/3部分的弹簧伸长x/3，则2/3部分的弹簧伸长2x/3，又设1/3部分和2/3部分的弹簧的劲度系数分别为k1和k2。则由胡克定律，得 FkxAFk1x/3Fk22x/3联立三式，解得 k13 k， k2k。三.经典例题：例题1：如图所示，小球A系在竖直拉

7、紧的细绳的下端，球恰好与斜面接触并处于静止状态，则小球受到的力是A重力和线的拉力 B重力、线的拉力和斜面对球的弹力 C重力、斜面对球的弹力D以上说法都不对 F2 F1 G解析：小球一定受到重力，线的拉力和斜面对球的弹力用假设法来判断。假设线不存在，则小球将沿斜面滚下，故线应施加拉力；假设斜面不存在，小球在竖直方向的线的拉力作用下仍然能静止，故斜面的弹力不存在。方法二：假设细绳与斜面对球均有弹力作用，如图所示。由图可知，F2的存在破坏了小球的静止状态，与题设矛盾，故斜面的弹力不存在。答案：AABCD123abcdO例题2：请在下图中画出杆或球所受的弹力。 A杆靠在墙上 B杆放在半球形的槽中 C球

8、用细线悬挂在竖直墙上D点1、2、3分别为球的重心位置，2为球心，1、2、3点在同一竖直线上解析：A杆在重力作用下对a、b两处都产生挤压作用，故a、b两点处对杆有弹力，弹力方向与接触点的平面垂直。如图A所示。B杆对c、d两处有挤压作用，因c处为曲面，d为支撑点，所以c处弹力垂直其切面而指向球心，d处弹力垂直杆斜向上。如图B所示。C球挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力垂直墙面，绳子对球的弹力沿绳子斜向上。如图C所示。D当重心不在球心处时，弹力作用点却必须通过球心2，不要认为弹力应过物体的重心。如图D所示。ABCD123abcdOFaFbFdFcF1F2F1F2答案：如图A、B、C、D所示AA弹簧

9、细绳乙甲例题3：对于如图所示的两种情况，若都在A处剪断细绳，在剪断瞬间，关于甲、乙两球的受力情况，下面说法正确的是A甲、乙两球所受合力都为零 B甲、乙两球都只受重力作用 C甲球只受重力作用D乙球只受重力作用解析：在细绳未剪断时，甲、乙两球分别受到弹簧和细绳的拉力，此时弹簧发生弹性形变，剪断A处细绳，则乙球所受细绳的拉力立刻减小为零。而与甲球相连的弹簧恢复弹性形变还需要一定的时间，则此时弹簧对A球的弹力不为零，仍是原值，即甲球仍受到重力和拉力作用，合力为零，乙球只受重力作用。答案：D四.课堂检测：1关于弹性形变的概念，下列说法正确的是A物体的形状改变叫弹性形变 B一根铁丝用力折后的形变就是弹性形

10、变 C物体在外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫弹性形变D物体在外力作用后形变叫弹性形变2一本书放在水平桌面上，下列说法正确的是A书的重力就是书对桌面的压力B书对桌面的压力和桌面对书的支持力相平衡C书的重力与桌面对书的支持力是一对平衡力D书对桌面的压力是桌面发生形变而产生的3下列说法中正确的有A书本放在桌面上，桌子放在地面上，由于书本有重力，使桌子对地面的压力增大了，这说明书对地面有压力作用B一支笔放在玻璃板上，玻璃板受到压力，但没有看到玻璃板弯曲，这说明有弹力作用时，物体也可以不发生形变C弹力产生在直接接触的物体间，同时物体间还要发生形变D弹力的大小都可以利用胡克定律F=kx求得4如图，A、

11、B叠放在水平地面上，则地面受到的压力是AA和B对地面的压力之和B只有B对地面的压力CB的重力DA和B的重力5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劲度系数和拉力、伸长没有关系，它只决定于弹簧的材料、长度、弹簧丝的粗细6把一根劲度系数k1000 N/m的弹簧截成等长的两段，每一段弹簧的劲度系数为A500 N/m B1000 N/mC1500 N/m D2000 N/mAAA7画出图中作用在物体A上的所有弹力的示意图。BACa b8如图所示，质量为m的物体A压在置于水平面上的劲度

12、系数为k1的竖直轻弹簧B上。用细绳跨过定滑轮将物体A与另一根劲度系数为k2的轻弹簧C连接。当弹簧C处在水平位置且未发生形变时，其右端点位于a位置。将弹簧C的右端点沿水平缓慢拉到b位置时，弹簧B对物体A的拉力大小恰好等于A的重力。该过程中物体A上升的高度为_，ab间的距离为_。9一根劲度系数为103 N/m的轻弹簧，两端均受500 N的压力作用时，长度为33 cm，当不受外力作用时，弹簧的长度为_。10竖直悬挂的轻弹簧下端挂一个质量为m1的物体时，弹簧的长度为L1，但物体的质量增加到m2时，弹簧的长度为L2。如果两次均在弹簧的弹性限度内，求弹簧的原长及劲度系数。11如图所示，两木块的质量分别为m

13、1和m2，两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2，上面木块压在上面的弹簧上（但不拴接），整个系统处于平衡状态。现缓慢向上提上面的木块，直到它刚离开上面弹簧，在这过程中下面木块移动的距离为多少？五.趣味阅读：微小形变的测量1液柱变化方法：如图（a）在一个酒瓶中盛满水盖上橡皮塞，塞中插入一根很细的玻璃管，当手压瓶壁时使瓶产生微小体积变化，由于液体具有不可压缩性，当瓶的容积变小时，原先瓶中的那部分液体就在截面很小的玻璃管中上升很大的高度，从而将瓶的微小形变显示出来了。     2悬挂金属丝的微小形变观察方法：如图（b）所示，取一根长约1m的铜丝，上端固定在支架上，下端悬挂一个小砝码

14、。在铜丝下端偏上位置，用金属胶粘上一块小齿条c（齿条可以用铜块挫出齿痕），再找一个小齿轮b，（也可以用塑料加工而成），齿轮用轴固定在支架上，在齿轮上粘上一个纸做的指示方向的箭头d。然后将铜丝与齿轮齿合，让齿条与齿轮靠紧，这样齿条向上下运动时，便会带动齿轮转动，指针便会有明显转动。当铜丝下的悬挂物增加时，铜丝有微小的伸长，这时指针会逆时针转过一个较大的角度，从而显示微小形变。在技术中通常也是通过测量微小形变来检测力，一般叫做实验应力分析法，常用的有电学方法，光学方法或声学方法等。电学方法中最常用的是电阻应变计、形变量跟原长的比值叫做应变。为了测出应变大小可以将应变转换成电阻的变化，测出电阻的变化

15、就知道应变的大小这种测量的方法起源于19世纪，当时W·汤姆生对金属丝进行拉伸试验时，发现金属丝的应变和电阻变化有一定的函数关系，从而启发人们创造了电阻应变仪，如图(c)所示是一种箔式应变计，将铜合金或合金的薄金属片刻蚀成曲折形，装上两根引出线，将它用粘结剂粘在待测构件上，并加热固化，这时应变计将随构件形变而发生形变，形变时长度发生变化，导致电阻发生变化，从而使电流变化，这个电流经应变仪放大，在纪录器上加以记录，从而测得应变的大小，电阻应变仪有各种形式，在机械、化工、土建、航空等结构试验中应用广泛。除了电阻之外，还有电容、电感等传感器组成的测试仪，DIS实验中的测力探头，就是一种用电学

16、方法测应力的传感器。六.课后练习：1.物体A受到外力作用发生弹性形变时,发生形变的物体A对使它发生形变的物体B产生弹力作用,下列关于弹性形变和弹力的说法中正确的是()A.物体A先发生形变,后产生弹力B.物体A先产生弹力,后发生形变C.弹力和形变是同时产生,同时变化的D.物体A由于形变而对物体B产生了弹力作用2.下面有关于弹力的几种说法:只要两物体接触就一定产生弹力只有发生弹性形变的物体才能产生弹力只有受到弹簧作用的物体才会受弹力作用相互接触的物体间不一定存在弹力其中正确的是()A.B.C.D.3.如图所示,物体A静止在斜面B上.下列说法正确的是()A.斜面B对物块A的弹力方向是竖直向上的B.物

17、块A对斜面B的弹力方向是竖直向下的C.斜面B对物块A的弹力方向是垂直斜面向上的D.物块A对斜面B的弹力方向跟物块A恢复形变的方向是相同的4.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5.关于弹力下列说法正确的是()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

18、施力物体恢复形变的方向相同6.如图所示,小球A系在坚直拉紧的细绳下端,球恰又与斜面接触并处于静止状态,则小 球A所受的力是()A.重力和绳对它的拉力B.重力、绳对它的拉力和斜面对它的弹力C.重力和斜面对球的支持力D.绳对它的拉力和斜面对它的支持力7.如图所示,静止的弹簧秤受到大小都为4N的拉力F1、F2的作用,弹簧秤的 示数为()A.0B.4NC.8ND.无法确定8.如图所示,两个同样的弹簧秤每个自重都是0.1N,下端挂钩的重力忽略不计,甲”正挂”,乙”倒挂”, 在乙的下方挂上重0.2N的砝码,则甲、乙两弹簧秤的示数分别为()A.0.2N.0.3NB.03N.0.2N C,0.3N.0.3ND.0.4N.0.3N9.如图所示,条形磁铁A、B质量均为m,C为木块,它们放在水平面上静止时,B对A的弹力 为F1,C对B的弹力为F2,则F1、F2与重力mg的大小关系正确的是()A.F1=mg,F2=2mgB.F1mg,F2=2mgC.F1mg,F2=mgD.F1=mg,F2