第3章 第2节 第1课时 弹力（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（粤教版2019）

第二节　弹力 第1课时　弹力 课程内容要求 核心素养提炼 1.通过实验观察，认识物体的形变，抽象概括弹力产生的条件． 2．知道压力、支持力和拉力都是弹力，会根据弹力产生的条件或者物体的运动状态及其变化，分析弹力的方向． 3．通过实验探究弹簧弹力和形变量的关系，了解胡克定律，了解科学探究中获取及处理数据的研究方法． 4．了解弹力在学习用具及各种仪器、设备中的应用． 1.物理观念：建立弹力的概念，认识形变及各种形式的弹力． 2．科学思维：建立不同的模型，用假设法、平衡法分析弹力． 3．科学探究：探究弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系，得出胡克定律． 4．科学态度与责任：认识弹力在生活、学习中的应用． 1．定义：物体发生形状或体积的变化． 2．分类 (1)弹性形变：停止用力后物体能完全恢复原状的形变．物体具有恢复原状的性质称为弹性． (2)范性形变：停止用力后，物体不能恢复原状的形变． (3)形变按形成可分为压缩形变、拉伸形变、弯曲形变和扭曲形变等． [判断] (1)形变超过弹性限度的弹簧不能恢复原状．(√) (2)凡是形变都可以用肉眼观察到．(×) 1．弹力：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用． 2．弹力的作用点：在物体与物体接触的点或表面上． 3．弹力的方向 (1)总是指向使形变的物体恢复原状的方向． (2)常见的几种弹力的方向： 常见力 方向 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 绳的拉力 沿着绳子指向绳子收缩的方向 [思考] 一学生将足球踢向斜台，足球被反弹，如图所示，分析斜台给足球的作用力的方向． 提示　斜台给足球的作用力是弹力，方向总是垂直于接触面，并指向受力物体，所以斜台给足球的弹力的方向垂直斜台表面并指向左上方． 1．胡克定律 (1)内容：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧伸长量(或压缩量)x成正比． (2)表达式：F＝kx． (3)劲度系数：其中k叫作弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，符号是N/m.k是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量． 2．弹力的应用 弹力在生活中、车辆减震装置中、自动复位装置、安全阀超压保护装置、工程应用等方面都有重要的应用． [判断] (1)由F＝kx可知，在弹性限度内弹力F的大小与弹簧的长度成正比．(×) (2)弹簧的劲度系数k与弹力F、形变量x均无关．(√) 探究点一　弹力有无及方向的判断 如图所示，放在桌面上的书和桌面之间有没有弹力？简述书对桌面的弹力和桌面对书的弹力是怎样产生的？其方向有何特点？ 提示　有．发生形变的书要向桌面的方向恢复原状，对跟它接触的桌面产生弹力， 其方向垂直于桌面向下；发生形变的桌面要向书的方向恢复原状，对跟它接触的书的方向产生弹力，其方向垂直于桌面向上． 1．弹力有无的判断方法 (1)方法一：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)方法二：对于形变不明显的情况，通常采用假设法判断． 2．几种常见接触方式的弹力方向 类型 方向 示意图 接触方式 面与面 垂直于接触面 点与面 过点垂直于面 点与点 垂直于切面 轻绳 沿绳收缩方向 轻杆 可沿杆 可不沿杆 轻弹簧 沿弹簧形变的反方向 在如图所示的各图中画出物体P受到的各接触点或接触面对它的弹力的示意图，各图中物体P均处于静止状态． 解析　甲中属于绳的拉力，应沿绳指向绳收缩的方向，因此弹力方向沿绳向上；乙中P与斜面的接触面为平面，P受到的支持力垂直于斜面向上；丙中P受到的支持力垂直于地面竖直向上；丁中A点属于点与球面相接触，弹力应垂直于球面的切面斜向上，且必过球心O，B点属于点与杆相接触，弹力应垂直于杆向上．它们所受弹力的示意图如图所示． 答案　见解析 [训练1]　请在图中画出杆或球所受的弹力． (a)杆靠在墙上． (b)球用细线悬挂在竖直墙上． (c)点1、2、3都可能是球的重心位置，点2是球心，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两处对杆都有弹力，弹力方向过接触点与平面垂直．如图甲所示． (b)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斜向上．如图乙所示． (c)当重心不在球心处时，物体对球的弹力作用也必通过球心O，如图丙所示．应注意不要错误地认为弹力作用线必定通过球的重心． 答案　见解析图 探究点二　弹力大小的计算 如图是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系图． (1)写出图线代表的函数表达式(x的单位为m). 提示　由图知k＝＝2×103 N/m， 故F＝2 000x. (2)当弹簧伸长20 cm或压缩20 cm，弹力大小相等吗？ 提示　相等． 1．对胡克定律F＝kx的理解 (1)适用范围：弹簧发生形变时必须在弹性限度内． (2)公式中x的意义：是弹簧的形变量，即弹簧的伸长量或压缩量．注意不是弹簧的长度． (3)公式中k的意义：是弹簧的劲度系数，由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定． (4) F­x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. (5)弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比，即ΔF＝kΔx. 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)平衡法：利用二力平衡的条件计算．例如：悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态，求解细绳的拉力时，可用二力平衡求得拉力的大小等于物体重力的大小． 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①、②两式得：L0＝0.3 m＝30 cm，k＝500 N/m. 答案　30 cm　500 N/m [变式]　在[例2]中的弹簧下端竖直悬挂重为50 N的重物而静止时，弹簧的长度为多少？ 解析　根据二力平衡条件可知： 弹簧的弹力F＝G＝50 N， 设此时弹簧的长度为L， 由胡克定律可得：F＝k(L－L0)，解得L＝40 cm. 答案　40 cm [训练2]　如图所示，两根相同的轻弹簧S1、S2，劲度系数都为k＝4×102 N/m，悬挂重物A、B的质量分别为mA＝2 kg、mB＝4 kg，取g＝10 m/s2，则静止时S1、S2的伸长量分别为(　　) A．5 cm、10 cm B．10 cm、5 cm C．15 cm、10 cm D．10 cm、15 cm C　[弹簧S1的弹力大小F1＝(mA＋mB)g＝60 N，由F1＝kx1得，弹簧S1的伸长量x1＝＝15 cm；弹簧S2的弹力大小F2＝mBg＝40 N，由F2＝kx2得，弹簧S2的伸长量x2＝＝10 cm.] 1．(弹力产生的原因)杂技演员有高超的技术，能轻松地顶住从高处落下的坛子，关于他顶坛时头顶受到的压力产生的直接原因是(　　) A．坛的形变　　　　　　 B．头的形变 C．坛受到的重力 D．人受到的重力 A　[杂技演员头顶受到的压力的施力物体是坛子，产生的直接原因是坛的形变，故选项A正确．] 2．(弹簧的弹力)如图所示，小车受到水平向右的弹力作用，下列关于该弹力的说法正确的是(　　) A．弹簧发生拉伸形变 B．弹簧发生压缩形变 C．该弹力是小车形变引起的 D．该弹力的施力物体是小车 A　[小车受到水平向右的弹力作用，则弹簧发生拉伸形变，该弹力是弹簧形变引起的，该弹力的施力物体是弹簧，选项A正确，选项B、C、D错误．] 3．(对弹力的理解)如图所示，液晶电视静止于电视机架上，关于液晶电视与电视机架之间的相互作用，下列说法正确的是(　　) A．液晶电视向下形变，对电视机架产生向下的弹力作用 B．液晶电视向上形变，对电视机架产生向下的弹力作用 C．电视机架向下形变，对液晶电视产生向下的弹力作用 D．电视机架向上形变，对液晶电视产生向上的弹力作用 B　[液晶电视向上形变，要向下恢复原状，对和它接触的电视机架产生向下的弹力作用，故A错误，B正确；电视机架受到液晶电视向下的压力作用，产生向下的形变，电视机架要向上恢复原状，对和它接触的液晶电视产生向上的弹力作用，故C、D错误．] 4．(胡克定律的应用)如图所示，锻炼身体用的拉力器，并列装有四根相同的弹簧，每根弹簧的自然长度都是40 cm，某人用600 N的力把它们拉长至1.6 m，则(　　) A．人的每只手受到拉力器的拉力为300 N B．每根弹簧产生的弹力为150 N C．每根弹簧的劲度系数为93.75 N/m D．每根弹簧的劲度系数为500 N/m B　[每只手的拉力均为600 N，故A错误；每根弹簧的弹力为 N＝150 N，故B正确；每根弹簧的劲度系数k＝＝＝125 N/m，故C、D错误．] 学科网（北京）股份有限公司 $$