第3章 第2节 弹力（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理必修第一册（教科版2019）

相互作用 第2节　弹力 第三章 物理 必修 第一册 J　 返回导航 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 一、 形变 1．形变是指物体在力的作用下__________发生变化。 2．发生形变的物体在撤去外界作用力后能够________的形变叫作弹性形变。不能完全恢复原状的形变叫作________。 形状或体积 恢复原状 塑性形变 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 二、弹力 1．发生形变的物体，由于要恢复原状，会对________的物体产生力的作用，这种力叫作弹力。 2．弹力产生的条件：①两个物体________；②两个物体均发生____。 3．弹力的方向：①压力和支持力的方向____于接触面指向被压或被支持的物体；②绳子的拉力的方向沿着绳子指向绳子____的方向。 与它接触 相互接触 形变 垂直 收缩 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 三、弹簧的弹力和形变的关系。 1．胡克定律：____________________________________________ __________________。 2．胡克定律公式：________。 3．弹簧的劲度系数：k。单位：______，由弹簧本身的__________________________等因素决定。 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 F＝kx N/m 结构(材料、匝数、直径等) 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 1．判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)木块放在桌面上受到向上的弹力，是由于木块发生微小形变而产生的。(　　　　) (2)挂在悬线下的物体受到向上的拉力，是由于悬线发生微小形变而产生的。(　　　　) (3)只要两物体相接触就一定产生弹力。(　　　　) (4)只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物体产生弹力作用。(　　　　) (5)同一根弹簧截成相同的两段，每一段的劲度系数与原先的相同。(　　　　) × √ × √ × 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 2．图为演示微小形变的实验装置，如果沿着图中与桌面垂直的方向用力向下压桌面，竖直标尺上光点的位置如何移动？ 物理 必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 提示：如果用力向下压桌面。两面平面镜均向内侧发生微小的倾斜，通过光路的放大，光点将向下移动。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点一____形变 观察下面的图片，在水边用细木棍将一块漂浮在水面的一块木板推开，我们发现细木棍发生明显的弯曲，感觉到细木棍的弹性，木棍施加给木板的弹力将木板推开。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] 如果换用一根钢管，也能施加给木板推力将木板推开。这时，钢管是否也发生形变，两种情况下弹力的产生是否相同？弹力产生的条件是什么？ 提示：钢管也发生了微小的形变，弹力的产生是相同的，弹力产生的条件是两个物体相互接触，且发生弹性形变。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 一、 形变 1．物体在力的作用下形状或体积发生变化 (1)物体在形变后能恢复原状，这种形变叫弹性形变。如弹簧形变。 (2)物体在形变后不能恢复原状，这种形变叫塑性形变。如橡皮泥形变。 (3)形变过大，超过一定的限度，撤去外力后，物体就不能完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度(承受极限)。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 2．几种常见的微小形变放大法 (1)用手握压装满水的瓶子，细玻璃管中水面的变化将瓶子的微小形变放大。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (2)利用光的反射放大桌面的微小形变。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 二、弹力 发生形变的物体，由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫作弹力。 1．弹力产生的条件：两个物体相互接触；两个物体均发生弹性形变。 提醒：甲、乙两物体之间发生弹力作用，甲物体受到的弹力作用是乙物体发生形变的结果，乙物体受到弹力作用，是甲物体发生形变的结果。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 2．弹力的方向 (1)压力和支持力的方向：垂直于接触面指向被压或被支持的物体。 (2)绳子的拉力的方向沿绳子指向绳子收缩的方向。 ①“面面”接触：弹力垂直平面。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 ②“点面”接触：弹力通过接触点而垂直平面。若面为曲面，则垂直于曲面的切线。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 ③“点点”接触：弹力通过接触点垂直于切面而指向圆心。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 ④沿绳子收缩的方向。 ⑤有转轴的杆，轻杆对节点的弹力，沿杆或拉或推。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 ⑥杆固定，可提供各种效果的弹力，杆对物体的弹力不一定沿杆方向。 3．判断物体之间是否存在弹力的方法：假设物体之间的弹力消失，看物体是否还能保持原有的状态。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例1】 画出各指定物体受到的弹力 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例2】 (2023·广西钦州高一期末)一个足球放在一块长木板上，如图所示，木板和足球均发生了弹性形变，关于它们弹力的情况，以下说法错误的是(　　) A.足球受到的支持力是木板产生的弹力 B．足球产生的弹力作用在木板上 C．木板形变是木板产生弹力造成的 D．足球产生的弹力就是足球对木板的压力 C 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练1] 下列关于弹力的说法正确的是(　　) A．相互接触的两个物体间必然有弹力存在 B．不接触的物体间也可能存在弹力 C．只要物体发生形变就一定有弹力 D．在相互接触且发生弹性形变的物体间才产生弹力 D 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练2] 松鼠在我国的东北和华北各地十分常见，如图所示，一只松鼠站在倾斜的树枝上，则树枝对松鼠的弹力的方向为(　　) A．竖直向上 B．竖直向下 C．垂直树枝斜向上 D．沿树枝方向 C 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点二____弹簧的弹力和形变量之间的关系 如图所示的装置中，小球的质量均相同，弹簧和细线的质量均不计，一切摩擦忽略不计，平衡时各弹簧的弹力分别为F1、F2、F3。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] F1、F2、F3是否相同？如果换成三个相同的弹簧秤，弹簧秤的读数是否一样？ 提示：F1、F2、F3相同，换成相同的弹簧秤，读数相同。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 一、探究弹簧的弹力和形变量之间的关系 (一)实验仪器：铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸、重锤线、铅笔。 (二)实验步骤 1．将铁架台放在实验桌上，把弹簧悬挂在铁架台上，待弹簧自由下垂并静止时，测量原长l0。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 2．依次在弹簧下端挂上1个钩码、2个钩码、3个钩码……每次钩码处于静止状态时，测出弹簧总长，然后计算伸长量Δx＝l－l0，设计表格记录数据。 【实验提醒】 1．弹簧和刻度尺一定要竖直悬挂和固定。 2．测量弹簧原长时，要在竖直悬挂弹簧以后测量，而不是平放弹簧测量，因为弹簧竖直悬挂时在重力作用下会伸长，竖直悬挂测原长可以避免因此而造成的误差。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 3．测量时要注意弹簧的原长、伸长量、以及弹簧的长度之间的关系。 (三)数据处理 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (1)根据表格数据，在坐标纸建立合适的坐标，描点，作出弹簧弹力F与伸长量x之间的关系图像。 (2)根据F－x图像，求出图像斜率。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【实验提醒】 1．一定要根据实验实际采集数据描点。 2．根据点迹分布情况确定是线性还是非线性曲线(也可根据物理规律判断)，如果是线性曲线一定要利用刻度尺画线，画线时应使尽可能多的点落在线上，同时要调整线的位置，使线两边的点数差不多。要注意错误数据不能使用。对于非线性曲线要画一条光滑的曲线，不能画成折线。 3．利用图像计算弹簧的劲度系数时，要注意坐标轴的单位和有效数字的要求。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 二、胡克定律 1．内容：大量的实验研究表明，在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧的伸长(或缩短)量成正比。 2．公式：F＝kx (1)k：弹簧的劲度系数，单位N/m。取决于弹簧的材料、匝数、直径、长度等自身因素。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 提醒：一根弹簧截成长度不同的几段后，每一段的劲度系数均不同。更不等于原来的劲度系数。 (2)x：弹簧的形变量，伸长量＝长度－原长(或者缩短量＝原长－长度)。 3．弹簧弹力的方向：中学物理所研究的弹簧一般为轻弹簧(不考虑弹簧的质量)，弹簧产生的拉力(弹簧在伸长的状态下)与弹力(弹簧在压缩的状态下)均沿着弹簧轴线的方向。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 4．弹簧上处处张力相等，即在弹簧上任意位置将弹簧分成两部分，一侧对另一侧的作用力处处相等，该作用力就是弹簧的弹力。 5．弹簧秤的读数等于弹簧弹力的大小。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例3】 某同学利用图(a)的装置测量轻弹簧的劲度系数。图中，光滑的细杆和直尺水平固定在铁架台上，一轻弹簧穿在细杆上，其左端固定，右端与细绳连接；细绳跨过光滑定滑轮，其下端可以悬挂砝码(实验中，每个砝码的质量均为m＝50.0 g)，弹簧右端连有一竖直指针，其位置可在直尺上读出，实验步骤如下： 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 ①在绳下端挂上一个砝码，调整滑轮，使弹簧与滑轮间的细线水平且弹簧与细杆没有接触； ②系统静止后，记录砝码的个数及指针的位置； ③逐次增加砝码个数，并重复步骤②(保持弹簧在弹性限度内)； ④用n表示砝码的个数，l表示相应的指针位置，将获得的数据记录在表格内。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 回答下列问题： (1)根据下表的实验数据在图(b)中补齐数据点并作出l－n图像； 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (2)弹簧的劲度系数k可用砝码质量m、重力加速度大小g及l－n图线的斜率a表示，表达式为k＝________________；若g取9.80 m/s2，则本实验中k＝________________N/m(结果保留3位有效数字)。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练3] 某同学用如下图所示装置做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验。他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(g取9.8 N/kg) 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (1)根据所测数据在下图坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码总质量m的关系曲线。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在________________N范围内弹力大小与弹簧伸长量关系满足胡克定律。这种规格弹簧的劲度系数为________________N/m。 答案：(1)见解析图　(2)4.9　25.00 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例4】 (2023·山东卷)餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示，三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上，下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300 g，相邻两盘间距1.0 cm，重力加速度大小取10 m/s2。弹簧始终在弹性限度内，每根弹簧的劲度系数为(　　) A．10 N/m B．100 N/m C．200 N/m D．300 N/m B 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练4] (多选)如图所示，轻弹簧的两端各受15 N拉力F作用，弹簧平衡时伸长了3 cm且在弹性限度内，那么下列说法中正确的是(　　) A．该弹簧的劲度系数k＝500 N/m B．该弹簧的劲度系数k＝1 000 N/m C．若将弹簧一端固定，仍要使弹簧伸长3 cm，则作用在另一端的拉力F仍为15 N D．若将弹簧一端固定，仍要使弹簧伸长3 cm，则作用在另一端的拉力F需要30 N AC 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 1．竖直悬挂一轻质弹簧，不挂钩码时，弹簧下端指针所指刻度为8 cm，挂上5 N的钩码静止时，指针所指刻度为10 cm，此弹簧的劲度系数是(　　) A．10 N/m B．100 N/m C．25 N/m D．250 N/m D 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 2.体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示。下列关于足球与斜台作用时斜台给足球的弹力方向的说法正确的是(　　) A．沿v1的方向 B．沿v2的方向 C．先沿v1的方向后沿v2的方向 D．沿垂直于斜台斜向左上方的方向 D 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 3. 如图所示，关于击掌这一动作，下列说法正确的是(　　) A．甲同学对乙同学的力是乙同学手掌形变产生的 B．乙同学对甲同学的力是乙同学手掌形变产生的 C．甲同学手掌形变的方向是向右的 D．乙同学手掌形变恢复的方向是向右的 B 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 4．如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系实验。 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 (1)实验中还需要的测量工具有：________________。 (2)如图乙所示，根据实验数据绘图，纵轴是钩码质量m，横轴是弹簧的形变量x，由图可知：图线不通过原点的原因是由于__________________；若忽略影响图线不过原点的因素，则弹簧的劲度系数k＝____________________________N/m。(计算结果保留2位有效数字，重力加速度g＝9.8 m/s2) 物理 必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 (3)如图丙所示，实验中用两根不同的弹簧a和b，画出弹簧弹力F与弹簧长度L的F－L图像，下列说法正确的是________________。 A．a的原长比b的长 B．a的劲度系数比b的大 C．a的劲度系数比b的小 D．弹力与弹簧长度成正比 答案：(1)刻度尺　(2)弹簧自重　4.9　(3)B 物理 必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 必修 第一册 J　 返回导航 课时梯级训练(13) 物理 必修 第一册 J　 返回导航 谢谢观看 物理 必修 第一册 J　 返回导航 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.知道什么是弹性形变。 2．知道弹力产生的原因以及条件。 3．会判断和分析弹力的方向。 4．知道胡克定律的内容。 1.探究将微小形变放大的方法，理解物体在弹性形变过程弹力是如何产生的。 2．探究弹簧弹力与形变之间的关系。 1.培养通过大量的观察、研究总结基本规律的科学态度和方法。 2．培养严谨认真的科学素养，学习透过事物的表相揭示其内在的原理和逻辑关系的科学方法。 依题意，可画出各物体所受弹力，如图所示 足球受到的支持力是由木板发生弹性形变而产生的，A正确；木板对足球有弹力的作用，物体间力作用是相互的，足球产生的弹力作用在木板上，B正确；木板形变是木板受到足球的作用力形成的，C错误；足球产生的弹力就是足球对木板的压力，D正确。 支持力的方向总是垂直于接触面指向被支持的物体，C正确。 钩码个数 钩码质量m/kg 弹簧弹力F/N 弹簧总长 l/(10－2 m) 弹簧伸长量 x/(10－2m) 1 2 3 4 5 6 n 1 2 3 4 5 l/cm 10.48 10.96 11.45 11.95 12.40 答案：(1)见解析图　(2)　102 (1)根据表中描点作出l－n图像如图； (2)由胡克定律：nmg＝k(l－l0)，即l＝n＋l0，则＝a，解得k＝；由图形可知a＝＝0.48，解得k＝ N/m≈102 N/m。 钩码质量M/(×102 g) 标尺刻度x/(×10－2 m) 0 15.00 1.00 18.94 2.00 22.82 3.00 26.78 4.00 30.66 5.00 34.60 6.00 42.00 7.00 54.50 (1)根据表格中的各组数据在坐标纸上标出相应的点，然后用平滑曲线连接这些点，作出的图像如图所示。 (2)根据作出的图线可知，钩码质量在0～500 g范围内图线是直线，表明弹力大小与弹簧伸长量关系满足胡克定律，即弹力最大值为 Fx＝mg＝500×10－3×9.8 N＝4.9 N 所以在0～4.9 N范围内弹力大小与弹簧伸长量关系满足胡克定律； 这个范围内的曲线上找到相距较远的两点，利用这两点的坐标值计算弹簧的劲度系数 k＝＝ N/m＝25.00 N/m。 由题知，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平，则说明一个盘子的重力可以使弹簧形变相邻两盘间距，则有mg＝3·kx解得k＝100 N/m，B正确。 弹簧的弹力F＝15 N，根据胡克定律F＝kx得弹簧的劲度系数为：k＝＝＝500 N/m，A正确，B错误；若将弹簧一端固定，仍要使弹簧伸长3 cm时，弹力大小为：F＝kx＝500×0.03 N＝15 N，C正确，D错误。 由题意知，挂上5 N的钩码，弹簧的伸长量为x＝10 cm－8 cm＝2 cm＝0.02 m，根据胡克定律F＝kx得：k＝＝ N/m＝250 N/m，D正确，A、B、C错误。 点面接触时，弹力方向垂直于接触面，所以足球受到沿垂直于斜台斜向左上方的弹力，D正确。 甲同学对乙同学的力是甲同学手掌形变产生的，A错误；乙同学对甲同学的力是乙同学手掌形变产生的，B正确；甲同学手掌形变的方向是向左的，产生的弹力向右，C错误；乙同学手掌形变的方向向右，形变恢复的方向是向左的，D错误。 (1)实验需要测量弹簧伸长的长度，需要刻度尺。 (2)测量弹簧的原长时，弹簧没有处于自然下垂状态。由图线乙，弹簧的劲度系数为 k＝ N/m＝4.9 N/m。 (3)由图丙知，F－L图像横坐标的截距表示原长，故b的原长比a的长， A错误；斜率越大，劲度系数越大，a的劲度系数比b的大， B正确，C错误；弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，D错误。 $$