2024-2025学年高中物理第三章相互作用2弹力学案新人教版必修11

PAGE7-2弹力[学习目标]1.[物理观念]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.[科学思维与科学方法]知道弹力的定义及产生的条件，会推断两个物体间是否存在弹力，并会推断弹力的方向．(重点)3.[科学思维与科学方法]驾驭胡克定律并能用此定律解决有关问题．(难点)一、弹性形变和弹力1．形变(1)形变：物体在力的作用下形态或体积的变更．(2)弹性形变：物体在形变后撤去作用力时能够复原原状的形变．(3)弹性限度当形变超过肯定限度时，撤去作用力后物体不能完全复原原来的形态，这个限度叫弹性限度．2．弹力(1)定义：发生形变的物体，由于要复原原状，对与它接触的物体产生的力．(2)方向①压力和支持力的方向垂直于物体的接触面．②绳的拉力沿着绳而指向绳收缩的方向．二、胡克定律1．内容：弹簧发生弹性形变时，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，单位为牛顿每米，符号N/m，它的大小反映了弹簧的软硬程度．3．适用条件：在弹簧的弹性限度内．1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)发生形变的物体肯定产生弹力． (×)(2)若两物体间存在弹力，则它们肯定接触． (√)(3)弹簧的长度越长，弹力越大． (×)(4)弹力的方向总与相应的形变的方向相反． (√)(5)只有在肯定条件下，胡克定律才成立． (√)2．关于弹性形变，下列说法正确的是()A．物体形态的变更叫弹性形变B．一根钢筋用力弯折后的形变就是弹性形变C．物体在外力停止作用后，能够复原原来形态的形变，叫弹性形变D．物体在外力停止作用后的形变，叫弹性形变C[弹性形变指物体在外力停止作用后，能够复原原状的形变，C正确，A、D错误；钢筋用力弯折后，无法复原到原来形态，不属于弹性形变，B错误．]3．一轻质弹簧原长为8cm，在4N的拉力作用下伸长了2cm，弹簧未超出弹性限度．则该弹簧的劲度系数为()A．40m/N B．40N/mC．200m/N D．200N/mD[由胡克定律可知，弹簧的劲度系数为k＝eq\f(F,x)＝eq\f(4,0.02)N/m＝200N/m，D项正确．]弹力的有无及方向推断1．产生弹力必备的两个条件(1)两物体间相互接触．(2)发生弹性形变．2．推断弹力有无的三种常见方法(1)干脆推断：对于形变较明显的状况，可依据弹力产生条件干脆推断．(2)间接推断①分析物体所受其他力的状况．②依据物体的运动状态分析物体应具有的受力特点．③结合前两点推断物体是否还需受弹力作用．(3)“假设法”推断：常见以下三种情形．①假设与探讨对象接触的物体解除接触，推断探讨对象的状态是否变更，若状态不变，则此处不存在弹力，若状态变更，则此处存在弹力．②假设有弹力，看看探讨对象还能否保持平衡或原来的运动状态．若能保持，则说明有弹力；若不能保持，则说明没有弹力．③假设没有弹力，看看探讨对象还能否保持平衡或原来的运动状态．若能保持，则说明没有弹力；若不能保持，则说明有弹力．3．几种常见弹力的方向类型方向图示接触方式面与面垂直于公共接触面指向被支持物体点与面过点垂直于面指向被支持物体点与点垂直于公共切面指向受力物体且力的作用线肯定过球(圆)心轻绳沿绳收缩方向轻杆可沿杆伸长方向收缩方向可不沿杆轻弹簧沿弹簧形变的反方向收缩方向伸长方向【例1】请在图中画出杆或球所受的弹力．甲图中杆靠在墙上；乙图中杆放在半球形的槽中；丙图中球用细线悬挂在竖直墙上；丁图中点1、2、3都可能是球的重心位置，点2是球心，点1、2、3在同一竖直线上．[解析]甲图中杆在重力作用下对A、B两处都产生挤压作用，故A、B两处墙对杆都有弹力，弹力方向与接触点的平面垂直．如图(a)所示．乙图中杆对C、D两处都有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直于圆弧切面指向球心，D处弹力垂直于杆斜向上．如图(b)所示．丙图中球挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙面垂直；绳子对球的弹力沿绳子向上．如图(c)所示．丁图中当重心不在球心处时，弹力作用线也必通过球心，如图(d)所示．应留意不要错误地认为弹力作用线必定通过球的重心．(a)(b)(c)(d)[答案]见解析图三种状况下弹力的方向(1)平面与平面接触时，弹力的方向与接触平面垂直．(2)点与平面接触时，弹力的方向与接触平面垂直．(3)点与曲面接触时，弹力与曲面的切平面垂直．[跟进训练]1．下列各图中，A、B两球间肯定有弹力作用的是(都静止)()ABCDB[利用“假设法”进行推断，在A图中，若拿去A球，则B球静止不动，故A、B间没有挤压，即A、B间没有弹力．在B图中，若拿去A球，则B球将向左运动，故A、B间存在相互挤压，即A、B间存在弹力．在C图中，若拿去A球，则B球静止，故A、B间没有挤压，即A、B间没有弹力．在D图中，不能推断A、B间是否有弹力．故应选B.]弹力的大小1.应用胡克定律的四个关键(1)弹簧发生形变时必需在弹性限度内．(2)x是弹簧的形变量，不是弹簧的原长，也不是弹簧形变后的长度．(3)其F­x图象为一条经过原点的倾斜直线，图象斜率表示弹簧的劲度系数．同一根弹簧，劲度系数不变．(4)一个有用的推论：ΔF＝kΔx.推导：F1＝kx1，F2＝kx2，故ΔF＝F2－F1＝kx2－kx1＝kΔx.因此，弹簧弹力的变更量ΔF与形变量的变更量Δx也成正比关系．2．计算弹力大小的两种方法(1)公式法：利用公式F＝kx计算，适用于弹簧、橡皮筋等物体的弹力的计算．(2)二力平衡法：若物体处于静止状态，物体所受弹力与物体所受的其他力应为平衡力，可依据其他力的大小确定弹力的大小．【例2】一根轻质弹簧一端固定，用大小为50N的力压弹簧的另一端，平衡时长度为L1＝20cm；改用大小为25N的力拉弹簧，平衡时长度为L2＝35cm；若弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，求弹簧的原长和劲度系数．思路点拨：①弹簧压缩量为L0－20cm时弹力为50N．②弹簧伸长量为35cm－L0时弹力为25N.[解析]设弹簧原长为L0，劲度系数为k.由胡克定律得：F1＝k(L0－L1) ①F2＝k(L2－L0) ②联立①②两式得：L0＝0.3m＝30cm，k＝500N/m.[答案]30cm500N/m[跟进训练]2．(多选)一轻质弹簧的长度L和弹力F大小的关系如图所示，依据图象推断，下列结论正确的是()A．弹簧的原长为20cmB．弹簧的劲度系数为2N/mC．弹簧的劲度系数为200N/mD．弹簧伸长0.05m时，弹力的大小为10NCD[由题图知，当F＝0时，弹簧原长L0＝10cm，A错；弹簧长度L＝15cm时，F＝10N，由胡克定律得，劲度系数k＝eq\f(F,L－L0)＝eq\f(10,0.15－0.1)N/m＝200N/m，B错，C对；弹簧伸长0.05m时，即弹簧长度为15cm时，弹力的大小为10N，D对．]1．[物理观念]形变、弹力的概念．2．[科学思维]弹力有无的推断、胡克定律的应用．3．[科学方法]“假设法”确立弹力的有无和弹力的方向．1．下列两个试验中体现出的共同的物理思想方法是()A．极限法 B．放大法C．限制变量法 D．等效替代法B[题图甲是利用光的多次反射将微小形变放大，图乙是利用细管中液面的变更视察玻璃瓶的微小形变，均为放大法，B正确．]2．静止的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球，如图所示，小球下方与一光滑斜面接触．关于小球的受力，下列说法正确的是()A．细线对它肯定有拉力作用B．细线可能对它没有拉力作用C．斜面对它可能有支持力作用D．斜面对它肯定有支持力作用A[小球必定受到重力和细线的拉力．小球和光滑斜面接触，斜面对小球没有弹力(假设有弹力，小球将受到三个力作用，重力和细线的拉力在竖直方向上，弹力垂直于斜面对上，三个力的合力不行能为零，小球将向右上方运动，与题设条件冲突，故斜面对小球没有弹力)．故小球只受到重力和细线对它的拉力两个力，故选项A正确，选项B、C、D错误．]3．如图所示，轻弹簧的两端各受100N拉力F作用，弹簧平衡时伸长了10cm(在弹性限度内)，那么下列说法中正确的是()A．该弹簧的劲度系数k＝10N/mB．该弹簧的劲度系数k＝1000N/mC．该弹簧的劲度系数k＝2000N/mD．依据公式k＝eq\f(F,x)，弹簧的劲度系数k会随弹簧弹力F的增大而增大B[依据胡克定律F＝kx得，弹簧的劲度系数：k＝eq\f(