3.1.2 弹力(word教参)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（人教版2019）

第2课时　弹力 （见学生用书P53） 　　[学习目标]1.知道形变的概念及产生弹力的条件（物理观念）.2.知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向（物理观念）.3.掌握弹力有无的判断方法，会分析物体间的弹力（科学思维）.4.理解胡克定律，会利用胡克定律解决有关问题（科学思维）. 弹力 1.形变：物体在力的作用下　形状　或　体积　发生的变化. 2.弹力：发生形变的物体，要　恢复原状　，对与它　接触　的物体产生的力. 3.常见的弹力：压力和支持力都是弹力，方向　与接触面垂直　；绳子的拉力也是弹力，方向　沿着绳子而指向绳子收缩的方向　. 弹力的产生条件 1.弹力的产生条件 （1）两物体间相互　接触　. （2）发生　弹性　形变. 2.弹力有无的判断方法 （1）根据弹力的产生条件判断. （2）根据物体所处的状态判断. 胡克定律 1.弹性形变：物体在发生形变后，如果撤去作用力能够　恢复原状　的形变. 2.弹性限度：如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后物体　不能　完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度. 3.内容：在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟　弹簧伸长（或缩短）的长度x　成正比，即F＝　kx　. 4.劲度系数：式中k叫作弹簧的　劲度系数　，单位是　牛顿每米　，符号是　N/m　.是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量. 1.判断下列说法的正误. （1）发生形变后的物体撤去外力后都能够恢复原状.（　×　） （2）相互接触的物体之间一定存在弹力.（　×　） （3）在弹性限度内，同一根弹簧被拉伸长度x和被压缩长度x，弹力的大小相等.（　√　） （4）由k＝知，弹簧的劲度系数与弹力成正比.（　×　） 2.轻质弹簧原长为8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为　200　N/m，在8 N拉力作用下，弹簧的长度为　12　cm. 弹力 【情境导学】 如图所示，取一个扁玻璃瓶，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？ 答案　用手捏玻璃瓶，细管中水面会上升（或下降）.说明受到压力时玻璃瓶发生形变，体积变小（或变大）了. 1.弹力的成因：施力物体发生形变且要恢复原状. 2.弹力的产生必须同时具备两个条件 （1）两物体直接接触； （2）两物体接触处发生弹性形变. 3.几种常见弹力的方向 注意：每个接触面最多只能产生一个弹力. 【例题1】如图所示，足球运动员准备罚点球时，一只脚用力踩在足球上面，让足球保持静止.下列说法正确的是（　　） A.如果足球气打得足一点，足球可能不发生形变 B.地面对足球的支持力是由于足球的下部发生形变引起的 C.足球对地面的压力是由于足球的下部发生形变引起的 D.脚对足球的压力是由于足球的上部发生形变引起的 思维导引：理解弹力产生的原因，分清哪个力是哪个物体形变产生的. 答案　C　 解析　再小的力都可以使物体发生形变，足球气打得足一点，受力后，依然会发生形变，选项A错误；弹力是由施力物体发生形变而产生的，地面对足球的支持力是由于地面发生形变引起的，足球对地面的压力是由于足球的下部发生形变引起的，脚对足球的压力是由于脚发生形变引起的，选项C正确，B、D错误. 【变式1】下列四种情境中，球或轻杆均处于静止状态，它与外界的接触面（接触点）均光滑，物体所受弹力示意图如图所示其中正确的是（　　） A B C D 答案　B　 解析　A项图中的小球受到重力与水平面的支持力即可保持静止，若受到左侧顶点处的弹力，则小球将向右运动，所以A选项图中小球只受到水平地面的弹力F1，不能存在弹力F2，选项A错误；B项图中处在杆顶的小球处于静止状态时受到重力与杆对小球的弹力，二者是一对平衡力，所以杆对小球的弹力的方向与重力的方向相反，为竖直向上，选项B正确；C项图中小球受到竖直向下的重力，如果受到左上方的F1的拉力，小球将无法处于静止状态，选项C错误；D项图中杆与半球容器有两个接触点，左侧处为点与球面接触，所以弹力的方向过圆心与接触点，方向指向球心，右侧是点与直杆接触，弹力方向垂直于杆的方向指向左上方，选项D错误. 弹力有无的判断 弹力有无的判断方法 条件法 根据物体间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 图中弹力带与手直接接触，弹力带发生形变，手与弹力带之间一定存在弹力 假 设 法 方 法 一 假设两物体间不存在弹力，看物体能否保持原有的状态，若状态不变，则不存在弹力；若状态改变，则存在弹力 （斜面光滑，细绳竖直） 假设斜面对小球无弹力，则小球在拉力和重力作用下能保持静止状态，则斜面对小球无弹力 方 法 二 假设两物体间存在弹力，看物体的受力情况是否与物体的运动状态相符合，若不符合，则无弹力 （地面光滑，小球静止） 如图甲，若墙壁对小球有弹力，受力情况如图乙，小球不能处于静止状态，则FN2不存在 【例题2】（多选）如图所示，各接触面是光滑的，A、B处于静止状态，则A、B间无弹力作用的是（　　） A　　 B C　　 D 答案　AC　 解析　对于A、C选项来说，假设物体A和B之间存在弹力，则物体均无法保持静止，故A、B之间无弹力；对于B、D选项来说，假设拿走B物体，A物体都会开始运动，故A、B间存在弹力，选项A、C正确. 判断弹力有无的两个误区 1.误认为两物体只要接触就一定存在弹力，而忽视了弹力产生的另一条件——发生弹性形变. 2.误认为有形变一定会有弹力，而忽视了形变可能是非弹性形变. 【变式2】（多选）如图所示，a的质量是2 kg，b的质量是1 kg.设接触面是光滑的，a和b都静止不动，其中a受两个或两个以上弹力的有（　　） 答案　CD　 解析　图A中物体a所受弹力仅一个，为地面的支持力；图B中仅一个弹力，为地面的支持力；图C中两个弹力，来自地面的支持力及物体b的压力；图D中有两个，来自地面的支持力及绳子的拉力. 胡克定律 1.对胡克定律F＝kx的理解 （1）适用范围：弹簧的形变必须在弹性限度内. （2）x的意义：x是弹簧的形变量，即弹簧的伸长量（l－l0）或压缩量（l0－l）. （3）k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和形变量x无关. 2. F－x图像是一条过原点的倾斜直线（如图所示），直线的斜率表示弹簧的劲度系数k.即k＝. 3.推论式ΔF＝kΔx：弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx成正比. 【例题3】一根轻质弹簧在10.0 N的拉力作用下，其长度由原来的5.00 cm伸长为6.00 cm.求：（弹簧始终在弹性限度内） （1）当这根弹簧长度为4.20 cm时，弹簧受到的压力是多大？ （2）当弹簧受到15.0 N的拉力时，弹簧的长度是多少？ 解析　（1）弹簧原长L0＝5.00 cm＝5.00×10－2 m， 在拉力F1＝10.0 N的作用下伸长到 L1＝6.00 cm＝6.00×10－2 m， 根据胡克定律得F1＝kx1＝k（L1－L0）， 解得弹簧的劲度系数k＝1.00×103 N/m， 设当压力大小为F2时，弹簧被压缩到 L2＝4.20 cm＝4.20×10－2 m， 根据胡克定律得，压力大小F2＝kx2＝k（L0－L2）＝1.00×103×（5.00－4.20）×10－2 N＝8.00 N. （2）设弹簧的弹力大小F＝15.0 N时弹簧的伸长量为x. 由胡克定律得 x＝＝ m＝1.50×10－2 m＝1.50 cm， 此时弹簧的长度为L＝L0＋x＝6.50 cm. 答案　（1）8.00 N　（2）6.50 cm 弹力的计算方法 弹簧弹力的大小可根据胡克定律来计算，在弹性限度内弹簧的弹力大小跟弹簧的形变量成正比；公式ΔF＝kΔx可作为胡克定律的推论使用.对于处于静止状态或匀速直线运动状态的物体，弹力的大小也可根据平衡条件进行求解. 弹力种类 理论根据 问题分析 弹簧弹力 胡克定律 F＝kx 其中x是弹簧的形变量（可能是伸长量，也可能是压缩量），x＝｜l－l0｜；k是弹簧的劲度系数，它是一个反映弹簧形变难易程度的物理量，由弹簧本身的材料（长度、粗细、匝数等）决定 一般弹力 二力平衡 比如：悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时，物体受绳向上的拉力和竖直向下的重力作用，根据二力平衡可知，绳的拉力大小等于物体重力的大小 注意：胡克定律只能计算弹簧弹力的大小，而弹簧弹力的方向，要根据弹簧是被拉伸还是被压缩来确定，其方向总是与弹簧恢复原状的方向相同 【变式3】轻质弹簧的弹力与形变量之间的关系如图甲所示.将该弹簧下端固定在水平地面上，把一质量为1.8 kg的物体缓慢放在弹簧的上端，待物体稳定后静止在弹簧上端，弹簧处在弹性限度内，如图乙所示，g取10 m/s2.下列说法正确的是（　　） A.物体对弹簧的压力是由弹簧的形变产生的 B.弹簧的压缩量为3 cm C.弹簧的劲度系数为6 N/m D.弹簧的压缩量为5 cm 答案　B　 解析　物体对弹簧的压力是由于物体发生形变产生的，选项A错误；由题图甲可知弹簧劲度系数k＝＝ N/m＝600 N/m，选项C错误；设弹簧压缩量为x，根据平衡条件得mg＝kx，解得x＝3 cm，选项B正确，D错误. 1.（弹力有无的判断）（多选）在下列图中，a、b表面均光滑，且a、b均处于静止状态，天花板和地面均水平. a、b间一定有弹力的是（　　） A B C D 答案　BC　 解析　图A中a、b无相互挤压，没有发生形变，a、b间无弹力，选项A错误.图B中细绳偏离竖直方向，则a、b相互挤压，a、b间有弹力，选项B正确.图C中a、b间有弹力，且弹力方向垂直于a、b的接触面，选项C正确.图D中假设a、b间有弹力，a对b的弹力垂直于斜面斜向上，b球不可能静止，则a、b间无弹力，选项D错误. 2.（弹力有无的判断）如图所示，一小球用两根轻绳挂于天花板上，小球静止，绳1倾斜，绳2恰好竖直，则小球所受的作用力个数是（　　） A.1个 B.2个 C.3个 D.4个 答案　B　 解析　假设绳1对小球有作用力，该作用力的方向斜向左上方，另外小球在竖直方向上受重力和绳2的拉力，在这三个力的作用下小球不可能保持平衡，根据二力平衡可知绳1不可能对小球施加拉力，小球只受重力和绳2的拉力，选项B正确. 3.（弹力方向的判断）（多选）下列关于胡克定律的说法，正确的是（　　） A.在弹性限度内拉力相同、伸长量也相同的弹簧，它们的劲度系数相同 B.劲度系数相同的弹簧，伸长量也相同 C.知道弹簧的劲度系数，就可以算出任何拉力下的弹簧伸长量 D.弹簧的劲度系数和拉力、伸长量没有关系，它只决定于弹簧本身的性质 答案　AD　 解析　根据胡克定律F＝kx可知，拉力相同，伸长量也相同的弹簧，它们的劲度系数相同，选项A正确；劲度系数相同的弹簧，只有在拉力相同时弹簧的伸长量才相同，选项B错误；胡克定律的成立条件是弹簧处于弹性限度内，超过弹性限度，此公式就不能计算弹簧伸长量，选项C错误；弹簧的劲度系数和拉力、伸长量没有关系，它只决定于弹簧本身的性质，选项D正确. 4.（胡克定律的应用）（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的大小与弹簧形变量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的大小和弹簧形变量x的大小无关 D.弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时弹力的大小 答案　ACD　 解析　在弹性限度内，弹簧的弹力与形变量遵守胡克定律F＝kx，选项A正确；弹簧的劲度系数是由弹簧本身的性质决定的，与弹力F及形变量x无关，选项C正确，B错误；由胡克定律得k＝，可理解为弹簧每伸长（或缩短）单位长度时受到的弹力的值与k相等，选项D正确. 学科网（北京）股份有限公司 $$