3.2.1 科学探究：弹力 课件 2026-2027学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

第2节 科学探究：弹力 学习目标 1. 知道形变的概念及弹力产生的条件。 2. 会判断弹力的有无和弹力的方向。 3. 会计算弹力的大小。 1. 形变与弹力 （1）形变。 ①定义：物体发生的伸长、 、弯曲等形状的变化称为形变。 ②分类：形变可分为 形变和 形变。 缩短 弹性 范性 弹　力 知识梳理： （2）弹力。 ①定义：相互 的物体发生 形变时，由于物体要 ⁠ 原状，物体会对与它接触的另一个物体产生力的作用，这种力称为弹 力。通常所说的压力、 、 等都是弹力。 ②产生的条件：a.两物体相互 ；b.接触处发生 ⁠ 形变。 ③方向：总是与物体形变的方向 。压力和支持力的方向都 是 接触面，且指向被压或被 的物体，绳子拉力的方向总 是沿着绳指向绳 的方向。 接触 弹性 恢 复 支持力 拉力 接触 弹性 相反 垂直 支持 收缩 2. 胡克定律 （1）内容：在弹性限度内，弹簧弹力的大小跟弹簧伸长（或缩短） 的长度成 ⁠。 （2）规律：F＝ ⁠。 式中k是弹簧的劲度系数，其大小与弹簧的材料、形状和长度有关。 劲度系数的单位是牛顿每米，用符号 表示。x是弹簧的 ⁠ 量，而不是弹簧形变后的长度。 正比 kx N/m 形变 考点一　弹力有无的判断方法 例1　一小球在墙角处挨着竖直墙壁静止在水平地板上，如图给出的小球 受力示意图，正确的是（　A　）。 A 典例精析： 小球静置于水平面上，受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力。由于小 球和墙壁之间没有相互的挤压，所以墙面对小球没有弹力，故小球也不受 地面的摩擦力，A正确。 小球静置于水平面上，受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力。由于小 球和墙壁之间没有相互的挤压，所以墙面对小球没有弹力，故小球也不受 地面的摩擦力，A正确。 总结: 判断弹力有无的方法。 （1）直接法：根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断。此方 法多用来判断形变较明显的情况。 　　（2）假设法：假设把与物体接触的面或点去掉，看物体还能否在原 位置上保持原来的状态。若状态不变，则此处不存在弹力，否则有弹力作 用。此方法多用来判断形变不明显的情况。 （3）状态法：除了要研究的弹力外，物体所受的其他作用力与物体 的状态是否满足相应的规律（目前主要应用二力平衡的规律）。若满足， 则弹力不存在；若不满足，则有弹力存在。 如图，A、B、C和D球均为光滑球，E是一足球，一学生将足球踢向斜 台的示意图如图乙所示，下列说法正确的是(　C　)。 A. A球和斜面之间可能有弹力作用 B. B球和与C球间没有弹力作用 C. 倾斜的细绳对D球没有拉力作用 D. E球(足球)与斜台作用时斜台给足球的弹力方向先沿v1的方向后沿v2的 方向 C [变式训练1] 根据假设法可知，A球和斜面之间没有弹力作用，A错误；同理，B球和与 C球间有弹力作用，B错误；根据假设法可知，倾斜的细绳对D球没有拉力 作用，C正确；E球(足球)与斜台作用时斜台给足球的弹力方向总是垂直于 接触面，故E球(足球)与斜台作用时斜台给足球的弹力方向垂直斜台向左 上方方向，D错误。 根据假设法可知，A球和斜面之间没有弹力作用，A错误；同理，B球和与 C球间有弹力作用，B错误；根据假设法可知，倾斜的细绳对D球没有拉力 作用，C正确；E球(足球)与斜台作用时斜台给足球的弹力方向总是垂直于 接触面，故E球(足球)与斜台作用时斜台给足球的弹力方向垂直斜台向左 上方方向，D错误。 考点二　弹力方向的判断 例2　在半球形光滑容器内，放置一细杆，如图所示，细杆与容器的接触 点分别为A、B两点，则容器上A、B两点对细杆的作用力的方向分别为 （　D　）。 D A. 均竖直向上 B. 均指向球心 C. A点处的弹力指向球心O，B点处的弹力竖直向上 D. A点处的弹力指向球心O，B点处的弹力垂直于细杆向上 半球形光滑容器对细杆A、B两点处都有支持力。在A处，细杆与半球形光 滑容器的接触面是半球形光滑容器的切面，半球形光滑容器对细杆的支持 力垂直切面指向细杆，根据几何知识得知，此方向指向球心O，即A点处 半球形光滑容器对细杆的支持力指向球心O。在B处，细杆与半球形光滑 容器的接触面就是细杆的下表面，所以B点处半球形光滑容器对细杆的支 持力垂直于细杆向上。故D正确。 半球形光滑容器对细杆A、B两点处都有支持力。在A处，细杆与半球形光 滑容器的接触面是半球形光滑容器的切面，半球形光滑容器对细杆的支持 力垂直切面指向细杆，根据几何知识得知，此方向指向球心O，即A点处 半球形光滑容器对细杆的支持力指向球心O。在B处，细杆与半球形光滑 容器的接触面就是细杆的下表面，所以B点处半球形光滑容器对细杆的支 持力垂直于细杆向上。故D正确。 几种常见接触方式的弹力方向。 [变式训练2]分析图中的长杆或小球所受的弹力，并画出受力示意图。 如图所示。 考点三　弹力大小的计算 例3　（多选）某小组测量一弹簧的劲度系数。第一次施加F1＝10 N 的拉力，弹簧长L1＝14 cm；第二次施加F2＝5 N的拉力，弹簧长L2＝12 cm，实验时弹簧均在弹性限度内。下列说法正确的是（　BC　）。 BC A. 弹簧的劲度系数k＝2.5 N/m B. 弹簧的劲度系数k＝250 N/m C. 弹簧的原长L0＝10 cm D. 弹簧的原长L0＝8 cm 设弹簧的原长为L0，第一次拉伸时F1＝k(L1－L0)，第二次拉伸时F2＝k(L2 －L0)，联立以上式子，解得弹簧的原长L0＝0.10 m＝10 cm，劲度系数k＝ 250 N/m，故选B、C。 设弹簧的原长为L0，第一次拉伸时F1＝k(L1－L0)，第二次拉伸时F2＝k(L2 －L0)，联立以上式子，解得弹簧的原长L0＝0.10 m＝10 cm，劲度系数k＝ 250 N/m，故选B、C。 弹簧弹力计算中应注意的问题。 （1）胡克定律只能计算弹力的大小，而弹力的方向要借助弹簧是拉 伸还是压缩来确定，其方向总是与弹簧恢复原状的方向相同。 （2）弹簧弹力的大小（在弹性限度内）任何时候都可以用胡克定律 求解，但只有在物体处于静止或匀速直线运动状态时，才能用二力平衡求 解与物体相连的弹簧弹力。 (多选)某小组采用如图甲所示的装置分别探究A、B两根轻质弹簧在弹性 限度内弹力F与弹簧伸长量x之间的关系，得到的图像如图乙所示。下列说 法正确的是(　BD　)。 BD A. 弹簧A的劲度系数为0.25 N/m B. 若弹簧B产生1.8 N的弹力时，弹簧B的伸长量为18 cm C. 若将弹簧长度当成伸长量作为横坐标描点作图，则由图像得到的劲度 系数将变小 D. 若把两个弹簧分别制作成弹簧测力计，则用弹簧B制作的弹簧测力计灵 敏度更高(弹簧测力计灵敏度高是指弹簧能够对较小的力产生较大的响 应) [变式训练3] 由图像可知，弹簧A的劲度系数为kA＝ N/m＝25 N/m，A错误；弹簧B 的劲度系数为kB＝ N/m＝10 N/m，若弹簧B产生1.8 N的弹力时，弹簧B 的伸长量为Δx＝＝ m＝18 cm，B正确；若将弹簧长度当成伸长量作 为横坐标描点作图，图像的斜率不变，则由图像得到的劲度系数不变，只 是图像向右平移，C错误；若把两个弹簧分别制作成弹簧测力计，因B的 劲度系数较小，则用弹簧B制作的弹簧测力计灵敏度更高，D正确。 由图像可知，弹簧A的劲度系数为kA＝ N/m＝25 N/m，A错误；弹簧B 的劲度系数为kB＝ N/m＝10 N/m，若弹簧B产生1.8 N的弹力时，弹簧B 的伸长量为Δx＝＝ m＝18 cm，B正确；若将弹簧长度当成伸长量作 为横坐标描点作图，图像的斜率不变，则由图像得到的劲度系数不变，只 是图像向右平移，C错误；若把两个弹簧分别制作成弹簧测力计，因B的 劲度系数较小，则用弹簧B制作的弹簧测力计灵敏度更高，D正确。 如图所示，两个相同的轻弹簧的劲度系数均为k，物体甲、乙的质量都 为m，刚开始整个系统处于静止状态，现在物体甲上放另一质量为m的物 体，重力加速度大小为g，则放另一物体静止后，物体甲下降的高度为 (　B　)。 A. B. C. D. B [变式训练3] 刚开始整个系统处于静止状态，由胡克定律，对物体甲有mg＝kx1，对物 体乙有2mg＝kx2，弹簧的缩短量为x＝x1＋x2，解得x＝物体甲上放另 一质量为m的物体后，由胡克定律，对物体甲有2mg＝kx′1，对物体乙有 3mg＝kx′2，弹簧的缩短量为x′＝x′1＋x′2，解得x′＝，甲下降 的高度为Δx＝x′－x，解得Δx＝。故选B。 刚开始整个系统处于静止状态，由胡克定律，对物体甲有mg＝kx1，对物 体乙有2mg＝kx2，弹簧的缩短量为x＝x1＋x2，解得x＝物体甲上放另 一质量为m的物体后，由胡克定律，对物体甲有2mg＝kx′1，对物体乙有 3mg＝kx′2，弹簧的缩短量为x′＝x′1＋x′2，解得x′＝，甲下降 的高度为Δx＝x′－x，解得Δx＝。故选B。 $