2024-2025学年高中物理第二章力第三节弹力教案教科版必修1

PAGE16-第三节弹力学问点一弹性形变和弹力(1)形变：物体在力的作用下形态或体积发生变更的现象．(2)弹性形变：物体在形变后，撤去作用力时能够复原原状．(3)弹力：发生弹性形变的物体由于要复原原状，对与它接触的物体产生的力的作用．如图所示的情景中，运动员、箭、小车的运动状态为什么能发生变更？提示：因为受到弹力的作用，分别是跳板、弦和弹簧发生弹性形变产生的弹力．学问点二几种弹力(1)常见弹力：平常所说的压力、支持力和拉力都是弹力．(2)压力和支持力的方向垂直于物体的接触面．(3)绳的拉力沿着绳而指向绳收缩的方向．试画出图中甲和乙所示的棒和球所受的弹力的方向．提示：弹力方向如图所示．学问点三胡克定律(1)内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比．(2)公式：F＝kx，其中k为弹簧的劲度系数，单位：牛顿每米，符号N/m.在弹性限度之内，一轻弹簧受到10N的拉力时，它的伸长量是4cm，则该弹簧劲度系数是250N/m，当弹簧不受拉力时，该弹簧劲度系数是250N/m，当弹簧两端受到拉力为7.5N时，弹簧的伸长量是3cm.考点一弹力的方向【例1】分别画出图中的物体A所受弹力的示意图．本题中，画示意图的基本步骤为：eq\x(\a\al(确定探讨,对象A))→eq\x(确定接触面)→eq\x(\a\al(弹力垂直,于接触面))→eq\x(指向受力物体)【解析】分析此类问题的关键是确定接触面，对于点—面接触、面—面接触类问题，其中的面即为接触面；对于点—弧面接触类问题，过接触点的弧面的切面即为接触面．依据弹力垂直于接触面，可推断物体A所受的弹力方向，作出的示意图如图所示．【答案】见解析总结提能弹力的方向可依据弹力作用的类型进行推断．1．面面接触：弹力垂直于接触面(或切面)指向受力物体．2．点面接触：弹力过点垂直于接触面(或切面)指向受力物体．3．轻绳：绳对物体的拉力沿绳并指向绳收缩的方向．4．轻弹簧：弹簧对物体的弹力可能为支持力，也可能为拉力，但肯定沿弹簧的轴线方向．如图所示是我国的极地考察破冰船——“雪龙号”．为满意破冰船航行的要求，其船体结构经过特殊设计，船体下部与竖直方向成特殊角度．则船体对冰块的弹力示意图正确的是(C)解析：船体对冰块的弹力垂直于接触面，指向受力物体，故C正确，A、B、D错误．考点二物体间弹力有无的推断方法方法思路例证假设法假设将与探讨对象接触的物体解除接触，推断探讨对象的运动状态是否发生变更，若运动状态不变，则此处不存在弹力，若运动状态变更，则此处肯定存在弹力图中细线竖直、斜面光滑，因为去掉斜面体，小球的运动状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力替换法用细绳替换装置中的杆，看能不能维持原来的力学状态，假如能维持，则说明这个杆供应的是拉力；否则，供应的是支持力图中轻杆AB、AC.用绳替换AB，原装置状态不变，说明AB对物体施加的是拉力；用绳替换AC，原状态不能维持，说明AC对物体施加的是支持力状态法由运动状态分析弹力，即物体的受力必需与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由二力平衡(或牛顿其次定律，后面将学到)列方程，求解物体间的弹力图中各接触面均光滑，小球处于静止状态，由二力平衡条件可知，地面对小球的支持力和重力可使小球处于平衡，但没有与墙面对小球的弹力相平衡的力，因此竖直墙面对小球不产生弹力的作用【例2】在下列各图中，A、B两球间肯定有弹力作用的是()本题可按以下思路进行分析：【解析】在A图中，若拿去A球，则B球静止不动，故A、B间没有挤压，即A、B间没有弹力．在B图中，若拿去A球，则B球将向左运动，故A、B间存在相互挤压，即A、B间存在弹力．在C图中，若拿去A球，则B球静止不动，故A、B间没有挤压，即A、B间没有弹力．在D图中，不能推断A、B间有没有弹力．故选项B正确．【答案】B总结提能弹力的产生条件中接触是前提，挤压是关键，相互接触的物体是否发生弹性形变是弹力存在与否的标记．但是，事实上除弹簧、橡皮条等物体产生弹力时形变较明显外，大部分物体产生弹力时形变是微小的，肉眼很难视察出来．因此，弹力有无的推断主要有以下两种方法：(1)条件法，(2)假设法．如图所示，将一个钢球分别放在烧杯、口大底小的一般茶杯和三角烧杯中，钢球在各容器的底部与侧壁相接触，处于静止状态．若钢球和各容器都是光滑的，各容器的底部均处于水平面内，则以下说法中正确的是(A)A．各容器的侧壁对钢球均无弹力作用B．各容器的侧壁对钢球均有弹力作用C．烧杯的侧壁对钢球无弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用D．口大底小的一般茶杯的侧壁对钢球有弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用解析：钢球与容器的侧壁接触，是否有弹力作用，就看接触处是否发生弹性形变，但微小形变难以觉察，可借助假设法推断．假设容器侧壁对钢球无弹力作用，则钢球受重力和容器底部对它的支持力作用，钢球仍将处于静止状态，故钢球与容器侧壁虽然接触但没有发生弹性形变，即容器侧壁对钢球无弹力作用的假设成立．也可以假设容器侧壁对钢球有弹力作用，作出各容器中钢球的受力示意图如图所示，可见三种状况均与钢球静止的题设条件相冲突，所以该假设不成立，各容器的侧壁对钢球均无弹力作用．考点三弹力大小的计算1．胡克定律及其应用胡克定律表明，弹力的大小与弹簧的形变量成正比，而不是与弹簧的长度成正比．即胡克定律表达式F＝kx中的x是弹簧的形变量，而不是弹簧的原长或变更后的长度．应用胡克定律时应留意下列问题：(1)弹簧发生形变时必需在弹性限度内．(2)x是弹簧的形变量，不是弹簧的原长，也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，弹簧上弹力的变更量ΔF与形变量的变更量也成正比关系．2．一般弹力的计算对于除弹簧外的其他弹性体的弹力大小的计算，一般要借助物体的运动状态所遵循的物理规律求解．比如悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时，物体受绳向上的拉力和竖直向下的重力作用，依据二力平衡，可知绳的拉力大小等于物体重力的大小．关键：弹簧弹力用胡克定律，一般弹力用二力平衡．特殊提示：胡克定律只能计算弹簧的弹力大小，而弹簧的弹力方向，要依据是被拉伸，还是被压缩来确定，其方向总是与弹簧复原原状的方向相同．【例3】(多选)如图所示，A、B两物体的重力分别是GA＝3N，GB＝4N．A用细线悬挂在顶板上，B放在水平面上，A、B间轻弹簧的弹力F＝2N，则细线中的张力FT及B对地面的压力FN的可能值分别是()A．5N和6N B．5N和2NC．1N和6N D．1N和2N本题的解题思路为：eq\x(\a\al(确定弹,簧的伸,缩状态))→eq\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(\x(弹簧压缩)→\x(\a\al(弹力方向：对A,向上，对B向下)),\x(弹簧伸长)→\x(\a\al(弹力方向：对A,向下，对B向上))))eq\x(\a\al(对A、B,受力,分析))【解析】假如弹簧处于被拉伸的状态，它将有收缩到原状的趋势，会向下拉A，向上提B，则对物体A、B，有FT＝GA＋F＝5N，FN＝GB－F＝2N，选项B正确；假如弹簧处于被压缩的状态，它将有向两端伸长复原原状的趋势，会向上推A，向下压B，则FT′＝GA－F＝1N，FN′＝GB＋F＝6N，选项C正确．【答案】BC总结提能应用胡克定律F＝kx解题时，必需留意：(1)弹簧的形变必需在弹性限度内；(2)x是弹簧的形变量，不是弹簧形变后的实际长度．如图所示，轻质弹簧的劲度系数为k，小球重G，平衡时球在A处，今用力F压球使弹簧缩短x球至B处，则此时弹簧的弹力为(B)A．kx B．kx＋GC．G－kx D．以上都不对解析：设球在A处时弹簧已压缩了Δx，球平衡时弹力FA＝G＝kΔx，球在B处时，弹簧又压缩x，球再达到平衡时弹力FB＝k(Δx＋x)＝G＋kx.故选项B是正确的．1．(多选)下列各种状况中，属于弹性形变的有(AB)A．撑竿跳高运动员起跳中，撑竿的形变B．当你坐在椅子上时，椅面发生的微小形变C．细钢丝被绕制成弹簧D．铝桶被砸扁解析：本题考查对弹性形变的理解．“撑竿的形变”“椅面发生的微小形变”均能复原原状，是弹性形变；“细钢丝被绕制成弹簧”不能复原成“钢丝”，“铝桶被砸扁”不能复原成“桶”，是非弹性形变，故选项A、B正确，C、D错误．2．体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示．下列关于斜台对足球的弹力的方向，说法正确的是(D)A．沿v1的方向B．先沿v1的方向后沿v2的方向C．沿v2的方向D．沿垂直于斜台斜向左上方的方向解析：支持力是弹力，方向总是垂直于接触面，并指向被支持物，所以斜台对足球的弹力方向为垂直于斜台斜向左上方，故D正确．3．一辆汽车停在水平地面上，下列说法中正确的是(C)A．地面受到了向下的弹力，是因为地面发生了弹性形变；汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力B．地面受到了向下的弹力，是因为地面发生了弹性形变；汽车受到了向上的弹力，是因为汽车也发生了形变C．汽车受到向上的弹力，是因为地面发生了形变；地面受到向下的弹力，是因为汽车发生了形变D．以上说法都不正确解析：汽车停在水平地面上，汽车受到的弹力是因为地面发生了形变而又要复原原状从而对阻碍其复原的物体产生的作用力；地面受到的弹力是由于汽车发生了形变又要复原原状从而对阻碍其复原的地面产生的作用力，故选项C正确，A、B、D错误．4．如图所示，用两根轻绳将一小球悬挂于天花板上，小球静止，绳1倾斜，绳2恰好竖直，则小球所受的作用力有(B)A．1个B．2个C．3个D．4个解析：可以用假设法推断，绳1中没有弹力，小球受重力和绳2的拉力．5．请在下图中画出杆或球所受的弹力．(a)杆靠在墙上；(b)杆放在半球形的槽中；(c)球用细线悬挂在竖直墙上；(d)点1、2、3都可能是球的重心位置，点2是球心，点1、2、3在同一竖直线上．答案：图见解析解析：本题考查对弹力方向的判定，关键是熟识各种接触中的弹力方向．(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，弹力方向与接触点的平面垂直．如上图(a)所示．(b)杆对C、D两处都有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直于其切面指向球心，D处弹力垂直于杆斜向上．如上图(b)所示．(c)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．如上图(c)所示．(d)当重心不在球心处时，弹力作用也必通过球心点2，如上图(d)所示．应留意不要错误地认为弹力作用线必定通过球的重心．学科素养培优精品微课堂——思想方法系列十弹力有无及方向的推断方法开讲啦弹力是物体间的基本相互作用之一，也是力学中常常遇到的一种力，几乎全部涉及力学的问题中都会出现两个问题：一是两个接触面之间有弹力吗？二是弹力的方向如何？1．弹力有无的推断方法弹力产生的条件是：①两物体相互接触；②接触面发生弹性形变，这两个条件缺一不行．弹力是接触力，但相互接触的物体间不肯定存在弹力，还要看两者之间有没有因挤压而发生弹性形变．对于形变明显的状况(如弹簧)可由形变干脆推断，形变不明显时通常用下面的三个“妙招”进行分析推断．第一招：用“撤离法”分析物体间的弹力欲分析一物体的某一接触处是否有弹力作用，可先假设没有所接触的物体(即撤离所接触的物体)，看看被探讨的物体有怎样的运动趋势．①若被探讨的物体倒向原接触物的一边，则两者之间有挤压的弹力作用．如图1所示，撤去斜面，小球将向右摆，说明斜面与小球间有弹力作用．②若被探讨的物体倒向远离接触物的一边，则两者之间只可能产生拉伸的弹力．如图2所示，撤去细绳，小球将向下运动，说明细绳与小球间有弹力作用．③若被探讨的物体仍不动，则两者之间无弹力．如图3所示，撤去斜面，小球仍保持静止，说明斜面与小球间无弹力作用．其次招：用“替换法”分析物体间的弹力用细绳替换装置中的杆件，看能不能维持原来的力学状态，假如能维持，则说明这个杆供应的是拉力；否则，供应的是支持力．如右图所示，把轻杆换成细绳，可以发觉小球下落，说明轻杆对小球供应支持力．第三招：依据“物体的运动状态”分析弹力由运动状态分析弹力，即物体的受力必需与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由二力平衡列方程，求解物体间的弹力．如上图所示，小球处于平衡状态，小球的重力竖直向下，依据二力平衡可知，杆对小球的支持力竖直向上．2．弹力方向的推断方法弹力的方向与物体的形变方向相反，作用在迫使物体发生形变的那个物体上．常见的几种状况如下：(1)两物体接触面上的弹力，包括压力和支持力．这种弹力与物体间的接触方式有关．①当两物体为“面与面”或“点与面”接触时，如下图所示，弹力的方向垂直于接触面，并指向受力物体．②当两物体是“点与点”接触时，如下图所示，弹力的方向过接触点且垂直