【学与练】高中物理粤教2019版必修1：第3章2弹力学案

第二节弹力学习目标STSE情境导学1.了解形变、弹性形变、弹性限度等概念．2．知道弹力产生的原因和条件．3．知道压力、支持力和绳的拉力等都是弹力，会分析弹力的方向．4．知道影响弹力大小的因素，理解胡克定律，了解科学研究方法杂技演员具有高超的技术，他们能轻松地顶住从高处下落的缸，顶缸时头顶受到缸的压力知识点一弹性形变和弹力1．形变：物体在力的作用下形状或体积发生的变化．2．弹性形变：停止用力后物体能完全恢复原状的形变．3．弹性限度：如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后物体不能(填“能”或“不能”)完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度．物体不能恢复原状的形变称为范性形变．4．弹力．(1)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生的力．(2)产生的条件：①两物体直接接触；②发生弹性形变．知识点二弹力的方向胡克定律1．几种弹力及方向．(1)压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面．(2)绳的拉力方向总是沿着绳子且指向绳子收缩的方向．绳中的弹力常常叫作张力．2．胡克定律．(1)内容：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小跟弹簧伸长量(或压缩量)x成正比．(2)公式：F＝kx，k为弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米．小试身手1．下列说法正确的是()A．两个接触的物体间一定存在弹力B．两个物体间有弹力，则它们一定接触C．物体发生的形变在外力撤去后都能恢复原状D．两物体间没有发生形变，也可能有弹力答案：B2．(多选)下列说法正确的是()A．在弹性限度内，同一根弹簧被拉得越长弹力越大，弹力大小与弹簧长度成正比B．在弹性限度内，两根弹簧被拉长相同的长度，弹力的大小一定相等C．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D．只有在一定条件下，胡克定律才成立答案：CD学习小结1．弹力是接触力，只有相互接触的物体间才可能有弹力．2．弹力的大小与形变程度有关，对于弹簧，弹力的大小遵循胡克定律探究一弹力有无的判断1．弹力产生的过程．eq\x(\a\al(外力作用,等原因))eq\x(\a\al(相互挤压,或拉伸等))eq\x(\a\al(发生弹,性形变))eq\x(\a\al(产生,弹力))2．弹力有无的判断方法．(1)直接观察法：对于形变比较明显的情况，可以根据弹力产生的条件来判断．①物体间相互接触；②发生弹性形变．以上两个条件必须同时满足才有弹力产生．(2)特殊方法．方法举例假设法：要判断物体在某一接触位置是否受弹力作用，可假设在该处将与物体接触的另一物体去掉，看物体是否保持原来的状态．若能保持原来的状态，则说明在该位置物体间无弹力作用；否则，有弹力作用，物体由静止变成运动挡板AB被拿走后，球会下降，而将挡板AC拿走后，球仍能静止，故球只受到AB对它的支持力这一个弹力运动状态判断法：看除要研究的弹力外．物体所受的其他作用力与物体的运动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，则无弹力存在；若不满足，则有弹力存在小球与弹簧相连静止于光滑的水平面上，小球所受重力、支持力二力平衡，小球不受弹簧的弹力作用作用效果法：如果相互接触的物体间存在弹力，则必有相应的作用效果，或平衡其他作用力，或改变受力物体的运动状态，可利用作用效果确定弹力的有无小球与平面1、2的接触面光滑，且小球没有发生水平运动，表明平面1对小球无弹力【典例1】图中物体a、b均处于静止状态，a、b间一定有弹力的是()ABCD核心点拨：在A、B、C、D四个选项中，拿走b后，a还能静止吗？解析：A图中对物体a而言受重力、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图中对物体a而言受重力，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，对b而言受重力，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图中对b而言受重力，竖直向上的拉力，如果a对b有弹力，方向垂直斜面向下，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判断弹力有无的误区(1)误认为只要有接触就一定存在弹力作用，而忽视了弹力产生的另一个条件——发生弹性形变．(2)误认为有形变一定有弹力，忽视了弹性形变与范性形变(撤去外力后不能恢复原状的形变)的区别．1．(多选)如图所示，一根竖直的弹簧悬挂在墙上，其下端连接一个质量为m的光滑小球，小球处于斜面和挡板之间，小球和斜面挡板均接触，下列说法正确的是()A．若小球和斜面之间有弹力，则小球和挡板之间一定有弹力B．若小球与斜面之间有弹力，则小球和挡板之间不一定有弹力C．若小球与挡板之间有弹力，则小球与弹簧之间一定有弹力D．若小球与挡板之间有弹力，则小球与弹簧之间不一定有弹力解析：已知小球处于静止状态，即小球受力平衡．对小球受力分析，有重力，若小球和斜面之间有弹力，弹力方向斜向左上方与斜面垂直，将这个弹力分解到水平方向和竖直方向，要想使小球受力平衡：若小球与弹簧之间有弹力，则小球与挡板之间一定有弹力；若小球与弹簧之间没有弹力，则小球与挡板之间一定有弹力．所以，小球与挡板之间一定有弹力，小球与弹簧之间不一定有弹力，所以A正确，B错误；已知小球处于静止状态，即小球受力平衡．对小球受力分析，有重力，若小球与挡板之间有弹力，弹力方向水平向右，要想使小球受力平衡：若小球与弹簧之间有弹力，小球与斜面之间一定有弹力；若小球与弹簧之间没有弹力，小球与斜面之间一定有弹力．因此，小球与弹簧之间不一定有弹力，小球与斜面之间一定有弹力，所以D正确，C错误．故选AD.答案：AD探究二弹力方向的判断1．弹力方向的特点．发生弹性形变的物体，由于要恢复原状产生弹力，所以弹力的方向由施力物体的形变的方向决定，弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反．2．几种常见弹力的方向．类型方向图示接触方式面与面垂直公共接触面施力物体指向受力物体点与面过点垂直于面施力物体指向受力物体点与点垂直于切面施力物体指向受力物体轻绳沿绳指向绳收缩方向绳只能提供拉力，不能提供推力轻杆可沿杆可不沿杆轻弹簧沿弹簧形变的反方向图中杆对物体的支持力与物体的重力二力平衡【典例2】请在下列图中画出杆或球所受弹力的示意图．图甲：杆靠在墙上．图乙：杆放在半球形的槽中．图丙：球用细线悬挂在竖直墙上．图丁：将光滑圆球置于两个等高的台棱之间，圆球的重心位于球心．解析：图甲，杆在重力作用下对A、B两处都产生挤压作用，故A、B两点处对杆都有弹力，弹力方向与接触点的平面垂直．如图(a)所示．图乙，杆对C、D两处有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直其切面指向弧形所对应的圆心，D处弹力垂直杆斜向上．如图(b)所示．图丙，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(c)所示．图丁，球受到的弹力与棱和球面接触处的切面垂直，即沿着球半径的方向指向球心．如图(d)所示．答案：见解析图2．如图所示，一小球放在固定的光滑斜面上，挡板沿竖直方向，关于挡板对小球的弹力的作用方向，下列表述正确的是()A．沿水平方向向右B．沿斜面方向向上C．沿水平方向向左D．沿斜面方向向下答案：A探究三弹力大小的计算1．对胡克定律的理解．(1)弹簧发生形变时必须在弹性限度内．(2)x是弹簧的形变量，不是弹簧形变后的实际长度．(3)F-x图像为一条经过原点的倾斜直线，图像斜率表示弹簧的劲度系数，对于同一根弹簧来说，劲度系数是不变的．(4)由于F1＝kx1，F2＝kx2，故ΔF＝F2－F1＝kx2－kx1＝kΔx.因此，弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量也成正比关系．2．弹力大小的计算．(1)公式法：利用公式F＝kx计算(适用于弹簧这样的弹性体弹力的计算)．(2)平衡法：如果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，可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小(目前主要分析二力平衡的情况)．【典例3】由实验测得某弹簧的长度L和弹力F的关系如图所示，求：(1)该弹簧的原长L(原长为弹簧不受力时的自然长度)；(2)该弹簧的劲度系数．核心点拨：L是弹簧的长度，也不是形变量，而公式F＝kx中x是形变量．解析：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＝15cm.(2)据F＝kx得劲度系数：k＝eq\f(F,x)＝eq\f(ΔF,ΔL)，由题图线可知，该弹簧伸长ΔL＝(25cm－15cm)＝10cm时，弹力ΔF＝50N．所以k＝eq\f(ΔF,ΔL)＝eq\f(50,10×10－2)N/m＝500N/m.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)，可得50＝k(0.25－L0)，－50＝k(0.05－L0)，解得L0＝0.15m，k＝500N/m.答案：(1)15cm(2)500N/m弹簧F-x图像或F-L图像问题求解三法(1)利用F-L图像在横轴上的截距，求弹簧的原长．(2)利用两种图像的斜率，求弹簧的劲度系数．(3)利用两种图像上的点(数据)列方程(或方程组)求解弹簧的原长或劲度系数.3．一轻质弹簧原长为10cm，在它的下方挂一重力为8N的物体，静