2.2.2 弹力-【走好高中第1步】2020初高中物理教材衔接

第2节　弹力 (衔接要求 1．了解弹力及其方向。 2．掌握用胡克定律计算弹簧弹力的方法。 3．领悟弹簧测力计的原理。 4．掌握弹力有无的判断方法。 (回顾初中 在初中，我们已经初步认识了形变与弹力，我们知道，发生形变的物体，对与它接触的物体有力的作用，这个力就是弹力。 【例1】　三位同学用同一个弹簧拉力器测臂力，结果每个人都能把双臂伸直，甲同学臂力最大乙同学双臂最长、丙同学最强壮，关于他们对拉力器的拉力，下列说法中正确的是(　　) A．三位同学的拉力一样大 B．甲同学拉力大 C．乙同学拉力大 D．丙同学拉力大 【解析】　在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长与拉力成正比，弹簧伸长越长，弹簧产生的弹力越大，人对弹簧施加的拉力也越大；几个同学都把同一弹簧拉力器上的弹簧拉开，都把手臂伸直，手臂越长的人，弹簧的伸长量越大，人所用的拉力越大，根据已知乙同学双臂最长，所以乙同学拉力最大，故ABD错误，C正确。 【答案】　C (展望高中 在高中，我们将要在初中的基础上，研究弹力产生的条件，弹力的大小和方向，常见的几种模型，如绳、杆、弹簧等的弹力，会利用胡克定律计算弹簧的弹力。 【例2】　如图所示，画出图(甲)、(乙)、(丙)中小球A和图(丁)中杆所受的弹力。 【解析】　弹力总是垂直于接触面，画出小球和杆所受的弹力如图所示。 【答案】　见解析 2018年8月28日晚，在雅加达亚运会女子撑竿跳决赛上，亚洲纪录保持者、中国选手李玲以4米60的成绩获得冠军，打破了她和前辈师姐高淑英联合保持的4米35的亚运会纪录。 撑竿跳能够跳得如此之高，原因何在？想知道其中奥秘，请认真学习本节内容。 接点一　弹力及其方向 用力沿弹簧的中心轴拉(或压)弹簧，弹簧变长(或变短)；用力捏橡皮泥，橡皮泥形状发生变化。像这样物体形状和体积发生的改变叫作形变。伸长的弹簧，撤除外力，它能够恢复原长；一块橡皮泥用手捏后它不能恢复原样，显然这两种形变不一样。 它们的形变有什么本质区别？ 物理学中，把能恢复原样的形变叫弹性形变。若物体形变量过大，超过一定限度，撤去作用力后，则物体不能完全恢复原状，这个限度叫弹性限度。发生弹性形变的物体要恢复原状而对与它接触的物体产生力的作用，这种力就叫弹力。 产生弹力的条件是两物体相互接触并发生弹性形变。弹力的施力物体是发生形变的物体，受力物体是使得对方发生形变的物体。 常见弹力的方向： (1)支持面的弹力 支持面发生形变，对被支持的物体产生的弹力，称为支持力。其方向是垂直接触面指向被支持的物体。 被支持物发生形变，对支持物产生的弹力，通常称为压力。其方向是垂直于接触面指向被压的物体。 (2)绳子的弹力(张力) 由于绳被拉伸而对物体产生的弹力，通常称为拉力。拉力的方向总是沿绳指向绳收缩的方向。 (3)弹簧的弹力 弹簧既可被拉伸，又可被压缩，弹簧的弹力方向跟弹簧形变的方向相反。 【思考与讨论1】 轻杆产生的弹力一定沿着杆的方向吗？举例说明。 接点二　胡克定律 我们已经知道，弹簧发生形变后有弹力作用，弹力的大小跟形变量有关。 弹簧的弹力的大小跟形变量究竟有何关系呢？ 我们知道，要使弹簧伸长得越长，用力就要越大，弹力也就越大。英国物理学家胡克，为了总结出弹力与伸长量的关系，曾做过弹簧、金属线、手表的游丝甚至干燥的木片等的实验，最后于1676年发表了研究成果——胡克定律：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小跟弹簧的伸长(或缩短)的长度成正比。即 F＝kΔx 为弹簧的劲度系数，单位为牛顿每米，符号N/m。它由弹簧本身所决定，不同弹簧的劲度系数一般不相同。 Δx为形变量，即弹簧伸长或缩短的长度。 弹簧测力计的工作原理：在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长与受到的拉力成正比。平衡时，这个拉力与弹簧的弹力相等。所以，弹簧测力计的读数取决于弹簧伸长的长度，也就是说，弹簧测力计的读数不能是弹簧两端受力的和或差，要看弹簧的一端，使其伸长的那个力。 【思考与讨论2】 在弹性限度内，将弹簧拉得越长，弹簧的劲度系数越大吗？ 1．弹力有无的判断方法 我们已经知道，产生弹力的条件是两物体相互接触并发生弹性形变。由于微小形变不易察觉，两物体相互接触处是否有弹力呢？ 判断弹力的有无，通常有如下“五法”。 (1)条件法：根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力，此方法多用来判断形变较明显的情况。 (2)假设法：对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定有弹力。 (3)撤除法：将与研究对象接触的物体移除，若物体运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定有弹力。 (4)替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能否发生形态的变化，若发生形变，则此处一定