第三章 2.第1课时 弹 力-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（教科版2019）

2．弹　力 第1课时　弹　力 课程标准 核心素养 1．认识弹力，知道弹力产生的条件 2．理解弹力的方向，计算弹力的大小 3．通过实验，探究理解胡克定律 物理观念：弹性形变、弹力、胡克定律 科学思维：放大法理解弹力 科学探究：弹簧弹力与形变量的关系 科学态度与责任：弹簧在生产、生活中的应用 一、形变 1．定义：物体在力的作用下形状或体积会发生改变的现象。 2．弹性形变：撤去外界的作用力后能够恢复原状的形变。 3．塑性形变：当撤去外力作用后物体的形变不能完全恢复原状。 4．弹性限度：当形变超过一定的限度时，撤去作用力后，物体不能完全恢复原来形状的限度。 二、认识弹力 1．弹力：发生形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用。 2．弹力的分类 常见的弹力有压力、支持力和拉力。 3．弹力的方向 (1)压力和支持力：垂直于物体的接触面，指向被压或被支持的物体。 (2)绳的拉力：沿着绳子指向绳子收缩的方向。 三、实验：探究弹簧弹力与形变的关系 胡克定律 (1)内容：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或缩短)量x成正比。 (2)公式：F＝kx。 (3)劲度系数：是一个有单位的物理量，单位为N/m。弹簧的劲度系数为1 N/m的物理意义为：弹簧伸长或缩短1 m时，产生的弹力大小为1 N。 (4)适用条件：在弹簧的弹性限度内。 1．图中两个实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．控制变量法 D．等效替代法 B 2．杯子放在水平桌面上，杯子对桌面有一个压力，关于压力的下列说法中正确的是(　　) A．这个压力就是杯子的重力 B．这个压力是因为杯子重力产生的 C．压力的性质是弹力，是由桌面的形变而产生的 D．压力的性质是弹力，是由杯子的形变而产生的 D　[弹力是由施力物体的形变引起的，与施力物体的形变恢复方向相同。解决本题的关键是明确弹力的产生原因和方向的判断方法，属于基础题目。压力是弹力，受力物体是桌面，重力的性质与弹力不同，故压力不是重力，A错误；杯子放在水平桌面上，杯子对桌面有一个压力，是杯子的形变引起的，B、C错误，D正确。] 3．判断正误 (1)相互接触的物体间一定有弹力。(×) (2)F＝kx中“x”表示弹簧形变后的长度。(×) (3)弹簧的形变量越大，劲度系数越大。(×) (4)弹簧的劲度系数由弹簧自身性质决定。(√) 知识点一　弹力有无的分析和弹力的方向 　图中三个重物均静止，则杆A、B、C的弹力方向如何？请分析并画出弹力的示意图。 提示：　题图中A杆给重物的弹力F类同于绳子的作用，为拉力，方向沿杆向上，如图a所示；题图中B杆给重物的弹力F类同于支持力，方向沿杆向上，如图b所示；题图中C杆给重物的弹力F并不沿着杆，根据二力平衡判断出F的方向应竖直向上，如图c所示。 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．判断弹力有无的三种常见方法 (1)直接法 对于形变比较明显的情况，可以根据弹力产生的条件判断：①物体间相互接触；②发生弹性形变。两个条件必须同时满足才有弹力产生。 (2)假设法 假设法 思路 假设使研究对象脱离与它接触的物体，判断研究对象的状态是否发生改变。若状态不变，则此处不存在弹力；若状态改变，则此处一定存在弹力 例证 图中为用竖直细线悬挂的小球，斜面是光滑的，因去掉斜面体，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力 (3)状态法：因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所以可以依据物体的运动状态由相应的规律(如二力平衡等)来判断物体间的弹力。 3．弹力方向的判定方法 (1)根据形变的方向判断。具体判断步骤：明确被分析的弹力→确定施力物体→分析施力物体形变的方向→确定该弹力的方向。 (2)根据不同类型弹力的方向特点判断。 支持力和压力总是垂直于接触面指向被支持或被压的物体，绳的拉力总是沿绳指向绳收缩的方向。 如图所示，将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和口小底大的三角烧杯中，钢球与各容器的底部和侧壁相接触，处于静止状态。若钢球和各容器都是光滑的，各容器的底部均在水平面上，则以下说法正确的是(　　) A．各容器的侧壁对钢球均无弹力作用 B．各容器的侧壁对钢球均有弹力作用 C．量杯的侧壁对钢球无弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用 D．口大底小的普通茶杯的侧壁对钢球有弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用 A　[假设容器侧壁对钢球无弹力作用，则钢球受重力和容器底部对它的支持力作用，钢球仍将处于静止状态，故钢球与容器侧壁虽然接触但没有发生弹性形变，容器侧壁对钢球无弹力作用的假设成立。我们也可以假设容器侧壁对钢球有弹力作用，作出各容器中钢球的受力示意图如图所示，可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾，所以原假设不成立，各容器的侧壁对钢球均无弹力作用。因此，本题正确选项为A。] 针对练1：(多选)下列说法正确的是(　　) A．木块放在桌面上所受到的向上的弹力是由于木块发生微小形变而产生的 B．木块放在桌面上对桌面有向下的压力是由于木块发生微小向上的形变 C．用细竹竿拨动水中的木头，木头受到的竹竿的弹力是由于竹竿发生形变而产生的 D．挂在电线下面的电灯对电线的拉力，是因为电线发生微小形变而产生的 BC　[木块放在桌面上所受到的桌面向上的弹力是由于桌面发生向下微小形变而产生的，故A错误。木块放在桌面上对桌面有向下的压力是由于木块发生微小向上的形变，要恢复原状而产生的，故B正确。用细竹竿拨动水中的木头，木头受到的竹竿的弹力是由于细竹竿发生形变而产生的，故C正确。挂在电线下面的电灯对电线的拉力，是因为电灯发生微小形变而产生的，故D错误。] 针对练2：画出图中静止的各球或杆受到的弹力，各接触面和点均光滑。 解析：　平面与平面接触，弹力方向垂直于平面；平面与曲面接触，弹力方向垂直于平面，也垂直于曲面过接触点的切面；曲面与曲面接触，弹力方向垂直于公切面；点与平面接触，弹力方向垂直于平面；点与曲面接触，弹力方向垂直于曲面过接触点的切面。根据不同接触面上弹力的特点，作图如下图所示。 答案：　见解析图 知识点二　胡克定律 　图甲表示弹簧处于原长状态。图乙表示弹簧处于拉伸状态。图丙表示弹簧处于压缩状态。请结合甲、乙、丙图分析在公式F＝kx中，x表示的是弹簧的长度吗？若不是，它表示什么意义？图甲中弹簧的原长为l0；图乙中在拉力F的作用下弹簧的长度为l1；图丙中在压力F′的作用下，弹簧的长度为l2，则F和F′分别等于多少？ 提示：　x表示的是弹簧伸长的长度或缩短的长度，而不是弹簧的长度，题图乙中弹簧伸长量为( l1－l0)，题图丙中弹簧压缩量为(l0－l2)，所以F＝k(l1－l0)，F′＝k( l0－l2)。 1．适用条件：弹簧发生弹性形变且必须在弹性限度内。 2．表达式中的x的意义：弹簧的形变量，即弹簧伸长或缩短的长度，而不是弹簧的原长，也不是弹簧形变后的实际长度，同一弹簧伸长或压缩相同长度时，弹力大小相等，但方向不同。 3．表达式中的k的意义：弹簧的劲度系数，它反映了弹簧的“软”“硬”程度，是由弹簧本身的性质(材料、匝数、直径等)决定的。在国际单位制中k的单位为“N/m”。 4．单位应用：由于弹簧的形变量x通常以“cm”为单位，而劲度系数k又往往以“N/m”为单位，因而在应用公式时要注意将各物理量的单位统一为国际单位制。 5．Fx图像： 根据胡克定律，可作出弹力F与形变量x的图像，如图所示，这是一条通过原点的倾斜直线，其斜率(＝)反映了k的大小，故胡克定律还可以写成ΔF＝kΔx，即弹力的变化量ΔF跟弹簧形变量的变化量Δx成正比。 如图所示，为一轻质弹簧的长度L和弹力F的关系图线，试由图线确定： (1)弹簧的原长； (2)弹簧的劲度系数； (3)弹簧伸长15 cm时，弹力的大小。 解析：　(1)由题图知，当弹力F＝0时，弹簧处于原长L0＝10 cm。 (2)由FL图像知：当弹力F＝10 N且弹簧处于拉伸状态时，弹簧长度为L＝15 cm，弹簧的伸长量x＝L－L0＝(15－10) cm＝5 cm＝0．05 m。由F＝kx得k＝＝200 N/m。 (3)当x＝15 cm＝0．15 m时，由F＝kx得F＝200×0．15 N＝30 N。 答案：　(1)10 cm　(2)200 N/m　(3)30 N 针对练1：(多选)关于胡克定律，下列说法正确的是(　　) A．由F＝kx可知，在弹性限度内弹力F的大小与弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比 B．由k＝可知，劲度系数k与弹力F成正比，与弹簧的长度改变量成反比 C．弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的，与弹力F的大小和弹簧伸长(或缩短)的长度x的大小无关 D．弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧单位长度时弹力的大小 AC　[在弹性限度内，弹簧的弹力与伸长量(或压缩量)遵守胡克定律F＝kx，故选项A正确；弹簧的劲度系数由弹簧本身的性质决定，与弹力F及弹簧伸长(或缩短)的长度x无关，故选项C正确，B错误；由胡克定律F＝kx得k＝，可理解为弹簧每伸长(或缩短)单位长度时弹力的值与k值相等，故选项D错误。] 针对练2：(田阳高一检测)一根轻质弹簧一端固定，用大小为50 N的力压弹簧的另一端，平衡时长度为L1＝20 cm；改用大小为25 N的力拉弹簧，平衡时长度为L2＝35 cm；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。 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)① F2＝k(L2－L0)② 联立①②两式得：L0＝0．3 m＝30 cm，k＝500 N/m 答案：　30 cm　500 N/m 1．下列各图中所有接触面都是光滑的，P、Q两球之间不存在弹力的是 (　　) B　[ 选项A中若两球间无弹力，则小球将向凹面的底部运动，因此P、Q间有弹力；选项B中若两球间有弹力，则两球将向两边运动，因此P、Q间无弹力；选项C中若两球间无弹力，则小球P将向下运动，因此P、Q间有弹力；选项D中若两球间无弹力，则小球P将向右下方运动，因此P、Q间有弹力。故本题应选B。] 2． (多选)在各项体育运动中，有弹力出现的情况比较普遍，如图所示为三米板跳水比赛。运动员在走板过程中，下列关于形变和弹力的说法正确的是(　　) A．跳板发生形变，运动员的脚没有发生形变 B．跳板和运动员的脚都发生了形变 C．运动员受到的支持力是跳板发生形变而产生的 D．跳板受到的压力是跳板发生形变而产生的 BC　[运动员在走板过程中，运动员的脚和跳板都会发生形变，形变的物体产生弹力，A错误，B正确。运动员所受弹力是由跳板发生形变产生的，C正确。跳板受到的压力是由运动员的脚发生形变产生的，D错误。] 3．如图(a)、(b)所示，把一个杯子分别静置在水平桌面和斜面上，下列说法正确的是(　　) A．(a)图中杯子对桌面的压力大小等于它的重力 B．(b)图中杯子的重力就是对桌面的压力大小 C．(a)图中杯子的重力就是对桌面的压力大小 D．(b)图中杯子对桌面的压力大小等于它的重力 A　[重力和压力是完全不同的两个力，两者大小不一定相等，只有物体静置在水平面上时，物体对水平面的压力大小才等于重力，重力与压力是不同性质的力，故选项A正确。] 4． 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．细线对它一定有拉力作用 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．斜面对它一定有支持力作用 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，弹力垂直于斜面向上，三个力的合力不可能为零，与题设条件矛盾，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。] 5．在如图所示图中画出物体P受到的各接触点或面对它的弹力的示意图，其中甲、乙中物体P处于静止状态，丙中物体P(即球)在水平面上匀速滚动。 解析：　甲属于绳的拉力，应沿绳指向绳收缩的方向，因此弹力方向沿绳向上；乙中A、B两点都是球面与平面相接触，弹力应垂直于平面，且必过球心，所以A处弹力方向水平向右，B处弹力垂直于斜面向左上方，且都过球心；丙中小球P不管运动与否，都是属于平面与球面相接触，弹力应垂直于平面，且过球心，即向上，它们所受弹力的示意图如图所示。 答案：　见解析　 　　 学科网（北京）股份有限公司 $$