第3章 2 弹力（课件PPT）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理必修第一册（教科版）

2　弹力 第三章　相互作用 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 目 录 预习案 01 探究案 02 知能达标训练 04 CONTENTS 提升案 03 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 预习案 必备知识·问题导学 01 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 (1)发生弹性形变的弹簧，撤去外力能恢复原状吗？ 答：能 (2)发生形变的橡皮泥，撤去外力能恢复原状吗？ 答：不能 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 形状 体积 原状 不能 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 形变 接触 相互接触 弹性形变 垂直 收缩 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 伸长(或缩短) kx 劲度系数 N/m 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 探究案 关键能力·互动探究 02 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 提升案 随堂演练·基础落实 03 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 点击进入Word 知能达标训练 04 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 谢谢观看 返回目录 第三章　相互作用 物理·必修 第一册(配JK版) 1 [学业要求与核心素养] 物理观念 1．知道弹性形变 2．知道弹力的定义及产生条件 科学探究 探究弹簧弹力与形变的关系 科学思维 1．会判断弹力的方向 2．会用胡克定律计算弹簧弹力 一、形变 阅读教材，并回答： 1．如图所示的实验过程你一定经历过，据此体会形变、弹性形变、弹性限度的含义。物理学中，把物体在力的作用下发生形状或体积的变化称为形变。 2．阅读教材演示实验如图甲所示，用力挤压玻璃瓶身，细管中的水面会上升，松手后水面下降。如图乙所示，在一张大桌子上放两个平面镜M和N，让一束光依次被两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点P，用力压桌面，观察到墙上光点P的位置会发生变化。你认为玻璃瓶和桌子是否发生了形变？指出是通过什么方法观察微小形变的。 答：发生了。放大法。 [概念·规律] 1．定义：物体在力的作用下________或________发生的变化。 2．弹性形变：发生形变的物体在撤去外界的作用力后能够恢复________。 3．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________(选填“能”或“不能”)完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。 二、认识弹力 阅读教材，并回答： 1．教材《观察思考》图3­2­7中， (1)发生形变的物体，撤去外力能恢复原状吗？ (2)人、箭、小车都受到了力的作用，施力物体分别是什么？ (3)这些力的方向有何特点？ 答：(1)能。 (2)跳板、弦、弹簧、弹簧。 (3)力的方向与物体形变的方向相反 2．请逐句阅读教材中弹力的定义。 [概念·规律] 1．定义：发生________的物体，由于要恢复原状，对与它________的物体产生的力。 2．产生的条件 (1)两物体____________； (2)发生____________。 3．几种弹力的方向 (1)压力和支持力的方向都________于物体的接触面。 (2)绳的拉力方向总是沿着绳子而指向绳子________的方向。绳中的弹力常常叫作张力。 三、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__________________量x成正比。 2．公式：F＝________，其中k为弹簧的____________，单位是牛顿每米，单位的符号是__________，它的大小反映了弹簧的软硬程度。 探究点一　弹力方向的判断 [交流讨论] 1．分析常见弹力的产生 (1)如图所示，放在桌面上的书和桌面相互挤压都发生了微小形变，简述书对桌面的弹力和桌面对书的弹力是怎样产生的？试着总结压力和支持力的方向有何特点。 答：发生形变的书要向桌面恢复原状，对跟它接触的桌面产生向下弹力，这个力的作用效果是压桌面，也叫压力；发生形变的桌面要向书恢复原状，对跟它接触的书产生向上的弹力，这个力的作用效果是支持书，也叫支持力。 (2)如图所示，用绳子把物体悬挂起来，物体和绳子都发生了微小形变，简述绳子对物体的弹力和物体对绳子的弹力是怎样产生的？在图中画出两个弹力的示意图，并试着总结绳子弹力的方向有何特点。 答：发生形变的绳子要向上恢复原状，对物体产生向上的弹力，发生形变的物体要向下恢复原状，对绳子产生向下的弹力，绳子产生的弹力也叫拉力。 2．图中杆A、B、C的弹力方向如何？请分析并画出弹力的示意图，轻杆中的弹力一定沿杆吗？ 答：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；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；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。 [归纳总结] 常见弹力的方向 类型 方向 图示 接触 方式 面与面 与接触面垂直 点与面 与接触面垂直且过“点” 点与点 与公共切面垂直 轻绳 沿绳指向绳 收缩的方向 轻杆 可沿杆 可不沿杆 轻弹簧 沿弹簧形变 的反方向 【注意】　绳子只能产生沿绳的拉力作用，杆可以产生沿杆的拉力、支持力和不沿杆的“挑”的作用力。 　在下列四个图中，物体a、b均处于静止状态，a、b间一定有弹力的是(　　) [解析]　A图中物体a受重力和竖直向上的拉力，如果b对a有弹力，方向水平向左，那么a受到的三力不能平衡，与a、b均处于静止状态矛盾，故A错误。B图中物体a受重力、斜向上的拉力，如果b对a没有弹力，那么a受到的二力不能平衡，与a、b均处于静止状态矛盾，故B正确。C图中若水平地面光滑，b受重力、竖直向上的支持力，如果a对b有弹力，方向水平向右，那么b受到的三力不能平衡，与a、b均处于静止状态矛盾，故C错误；D图中b受重力、竖直向上的拉力，如果a对b有弹力，方向垂直斜面向上，那么b受到的三力不能平衡，与a、b均处于静止状态矛盾，故D错误。 [答案]　B ●方法总结 判断弹力有无的两种常见方法 (1)直接判断：对于形变较明显的情况，可根据弹力产生条件直接判断。 (2)“假设法”判断：对于形变不明显的情况，可用“假设法”进行判断。 1．如图所示中画出物体A所受弹力的示意图。 解析　支持力、压力的方向都要与接触面垂直并指向被支持或被压的物体，物体A所受弹力的示意图如下图所示。 答案　见解析 探究点二　实验：探究弹簧弹力与形变的关系 1．实验原理 (1)弹簧的弹力F的测量：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂钩码的重力大小相等，即F＝mg。 (2)弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长量x＝l－l0。 (3)作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像，根据图像可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系。 2．实验器材 铁架台、毫米刻度尺(米尺)、轻弹簧、钩码(一盒)、三角板、铅笔、坐标纸等。 3．实验步骤 (1)将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长。 (2)在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1。 (3)改变所挂钩码的质量，重复步骤2，记录m2、m3、m4、m5…和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5…。 (4)计算出每次弹簧的伸长量x(x＝l－l0)和弹簧受到的拉力F(F＝mg)。 4．数据处理 (1)以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图、连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，如图所示。 (2)以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可根据F­x图线的斜率求解，k＝eq \f(ΔF,Δx)。 (3)得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义。 5．误差分析 (1)偶然误差：由于读数和作图不准确产生的误差，为了减小偶然误差要尽量多测几组数据。 (2)系统误差：弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差，为减小系统误差，应使用较轻的弹簧。 6．注意事项 (1)所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。 (2)测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差。 (3)描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧。 　某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。 (1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在____________(选填“水平”或“竖直”)方向。 (2)弹簧自然悬挂，待弹簧____________时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6。数据如下表： 代表符号 L0 Lx L1 L2 L3 L4 L5 L6 数值(cm) 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30 表中有一个数值记录不规范，代表符号为____________。由表可知所用刻度尺的最小分度为____________。 (3)如图所示是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与____________(选填“L0”或“Lx”)的差值。 (4)由图可知弹簧的劲度系数为____________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为____________g。(结果保留两位有效数字，g取9.8 m/s2) [解析]　(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向。 (2)弹簧静止时，记录原长L0；表中的数据L3与其他数据有效数字位数不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至厘米位的后两位，最后一位应为估计值，精确至mm位，所以刻度尺的最小分度为1 mm。 (3)由题图知所挂砝码质量为0时，x为0，所以x＝L－Lx。 (4)由图可知k＝eq \f(60－10×10－3×9.8,12－2×10－2)N/m＝4.9 N/m，又k(Lx－L0)＝m0g，m0＝10 g。 [答案]　(1)竖直　(2)静止　L3　1 mm (3)Lx　(4)4.9　10 2．一位同学做“探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系”所测的几组数据见下表，请你根据表中数据作出分析。 弹力F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 弹簧原来长度L0/cm 15.0 15.0 15.0 15.0 弹簧后来长度L/cm 16.0 17.1 17.9 19.0 弹簧伸长量x/cm (1)算出每一次弹簧的伸长量，并将结果填在表中的空格内。 (2)在坐标图上作出F­x图线。 (3)写出图线的函数表达式(x用cm作单位)： ____________________________________________________________。 (4)函数表达式中常数的物理意义：_____________________________。 解析　(1)弹簧伸长量x＝L－L0，由此可得四次的伸长量分别为1.0　2.1　2.9　4.0。单位均为cm。 (2)根据表格数据在F­x坐标系上描点，根据描的点做直线，使所描各点拟合在直线上(不在直线上的点均匀分布在直线两侧)。 (3)根据(2)中的F­x图线知，F与x是正比例函数，设表达式为F＝kx，将F＝0.5 N、x＝1.0 cm代入得 k＝0.5 N/cm，故函数表达式为F＝0.5x(N)。 (4)函数表达式中常数就是弹簧的劲度系数。 答案　见解析 探究点三　胡克定律 1．对胡克定律的理解 内容 在弹性限度内，弹力的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度成正比 公式 F＝kx，劲度系数k是由弹簧本身的性质(材料、长度、粗细等)决定，反映弹簧的“软”“硬”程度 F­x 图像 形状：过原点的直线 斜率：劲度系数k＝eq \f(ΔF,Δx) 适用条件 弹簧发生弹性形变且在弹性限度内 2．弹力大小的计算方法 (1)弹簧的弹力 应用胡克定律F＝kx求解。 (2)非弹簧弹力：一般要借助物体的运动状态所遵循的物理规律求解，如力的平衡条件(或牛顿第二定律)。 　如图所示，一轻弹簧上端固定在天花板上，现将一质量为m的物块悬挂在弹簧下端，平衡时弹簧的长度为l1，已知弹簧的原长为l0，重力加速度大小为g，则弹簧的劲度系数为(　　) A.eq \f(mg,l0)　　　　　　　　 B.eq \f(mg,l1) C.eq \f(mg,l0－l1) D.eq \f(mg,l1－l0) [解析]　由题意可知，弹簧处于拉伸状态，物体处于平衡状态，根据平衡条件可得k(l1－l0)＝mg，解得k＝eq \f(mg,l1－l0)，故选D。 [答案]　D [变式] 1．若在例题中静止时弹簧长度为x0。在物块下方又悬挂了一个同样的物块，静止后弹簧的长度为x(弹簧未超过弹性限度)，求弹簧的原长为(　　) A．l＝x0 B．l＝x C．l＝2x0－x D．l＝2x0＋x 解析　设物块的质量为m，弹簧原长为l，由胡克定律可得，弹簧弹力的大小为mg＝k(x0－l)，2mg＝k(x－l)，解得l＝2x0－x，故选C。 答案　C 2．若在例题中把弹簧一端固定然后水平放置，用大小为F1的力拉弹簧的另一端，平衡时长度为l1，改用大小为F2的力拉弹簧，平衡时长度为l2，弹簧的拉伸均在弹性限度内，该弹簧的原长为(　　) A.eq \f(F1l2－F2l1,F1－F2) B.eq \f(F1l2－F2l1,F2－F1) C.eq \f(F2l2－F1l1,F1－F2) D.eq \f(F2l2－F1l1,F2－L1) 解析　设弹簧原长为l0，由胡克定律得F1＝k(l1－l0)，F2＝k(l2－l0)，联立解得l0＝eq \f(F1l2－F2l1,F1－F2)，故A正确，B、C、D错误。 答案　A 3．若在例题中把弹簧一端固定然后水平放置，用大小为F1的力压弹簧的另一端，平衡时长度为l1；改用大小为F2的力拉弹簧，平衡时长度为l2。弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数为(　　) A.eq \f(F1＋F2,l2－l1) B.eq \f(F2＋F1,l1＋l2) C.eq \f(F1＋F2,l1－l2) D.eq \f(F2－F1,l2＋l1) 解析　由胡克定律得F＝kx式中x为形变量，设弹簧原长为l0，则有F1＝k(l0－l1)，F2＝k(l2－l0)联立方程组，可以解得k＝eq \f(F2＋F1,l2－l1)，故A正确，B、C、D错误。 答案　A ●方法总结 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)二力平衡法：若物体处于静止状态，物体所受弹力与物体所受的其他力应为平衡力，可根据其他力的大小确定弹力的大小。 3．由实验测得某弹簧所受弹力F和弹簧的长度l的关系图像如图所示，求： (1)该弹簧的原长为多少？ (2)该弹簧的劲度系数为多少？ 解析　解法一　(1)弹簧不产生弹力时的长度等于原长，由题图可知该弹簧的原长为l0＝15 cm。 (2)据F＝kx得劲度系数：k＝eq \f(F,x)＝eq \f(ΔF,Δl)，由图线可知，该弹簧伸长Δl＝(25 cm－15 cm)＝10 cm时，弹力ΔF＝50 N。所以k＝eq \f(ΔF,Δl)＝eq \f(50,10×10－2) N/m＝500 N/m。 解法二　根据胡克定律得F＝k(l－l0)，代入图像中的两点(0.25,50)和(0.05，－50)。 解得l0＝0.15 m＝15 cm，k＝500 N/m。 答案　(1)15 cm　(2)500 N/m 1．(弹力的理解)关于下面四幅图中的弹力说法正确的是(　　) A．甲图中，由于桌面的形变，对书产生了向上的支持力F2 B．乙图中，弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧的长度成正比 C．丙图中，碗对筷子弹力沿筷子斜向上，如图中箭头所示 D．丁图中，绳的拉力沿着绳而指向绳拉伸的方向 解析　弹力是施力物体的形变产生的，方向指向受力物体，A正确；弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧的形变成正比，B错误；碗对筷子弹力垂直于碗指向圆心，C错误；绳的拉力沿着绳而指向绳收缩的方向，D错误。 答案　A 2．(弹力的产生)如图所示，底端置于粗糙水平地面上的杆，其顶端被一根细线用手拉住，杆处于静止状态，细线水平。下列说法正确的是(　　) A．杆对细线的弹力方向为水平向右 B．细线对杆的弹力方向垂直杆向左 C．杆受到地面的弹力是由杆的形变产生的 D．地面受到杆的弹力沿杆向左下方 解析　细线中弹力方向沿细线且指向细线收缩的方向，故细线对杆的弹力方向水平向左，杆对细线的弹力方向水平向右，故A项正确，B项错误；杆受到地面的弹力是由于地面发生形变产生的，C项错误；杆对地面的弹力方向垂直于地面向下，故D项错误。 答案　A 3．(胡克定律的应用)探究弹力和弹簧伸长的关系时，在弹性限度内，悬挂15 N重物时，弹簧长度为0.16 m；悬挂20 N重物时，弹簧长度为0.18 m，则弹簧的原长l0和劲度系数k分别为(　　) A．l0＝0.02 m　k＝500 N/m B．l0＝0.10 m　k＝500 N/m C．l0＝0.02 m　k＝250 N/m D．l0＝0.10 m　k＝250 N/m 解析　由胡克定律可知15 N＝k(0.16 m－l0)，20 N＝k(0.18 m－l0)，解得k＝250 N/m，l0＝0.10 m，故选项D正确。 答案　D $$