（通用）高考物理总复习 主题二 相互作用与运动定律 2.1.2弹力课件 新人教

2.1.2 弹弹 力力 学习目标学习目标 核心提炼核心提炼 1.知道形变、弹性形变、弹性限度的知道形变、弹性形变、弹性限度的概念。概念。 4个概念个概念弹性形变、弹性形变、弹力、弹性限度、劲度弹力、弹性限度、劲度系数系数 1个定律个定律胡克定律胡克定律 2种计算弹力的方法种计算弹力的方法平衡法、公式法平衡法、公式法 1种思想方法种思想方法微小形微小形变放大法变放大法 2.知道压力、支持力和绳的拉力都是知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的有无。弹力，会分析弹力的有无。 3.了解胡克定律，会计算弹簧的弹力。了解胡克定律，会计算弹簧的弹力。 4.认识弹力产生的条件，会分析弹力认识弹力产生的条件，会分析弹力的方向并能正确画出弹力的示意图。的方向并能正确画出弹力的示意图。 一一、弹性形变和弹力弹性形变和弹力 1.弹性形变弹性形变 (1)形变：物体在力的作用下形变：物体在力的作用下_或体积会发生改变的或体积会发生改变的现象现象。 (2)弹性形变：物体在形变后撤去作用力能够弹性形变：物体在形变后撤去作用力能够_的的形变形变。 2.弹力：弹力：发生发生_的物体的物体，由于要由于要_，对与它接触对与它接触的物体产生的力的作用的物体产生的力的作用。 3.弹性限度：弹性限度：当形变超过一定限度时当形变超过一定限度时，撤去作用力后撤去作用力后，物体不物体不能能_原来的形状原来的形状，这个限度叫做弹性限度这个限度叫做弹性限度。 形状形状 恢复原状恢复原状 形变形变 恢复原状恢复原状 完全恢复完全恢复 思维拓展思维拓展 如图如图1所示所示，杂技演员具有高超的技术杂技演员具有高超的技术，他能轻松地顶住从高处落下的缸他能轻松地顶住从高处落下的缸，他他顶缸时头顶受到的压力施力物体是哪顶缸时头顶受到的压力施力物体是哪个物体个物体？压力是怎样产生的压力是怎样产生的？ 图图1 答案答案 压力的施力物体是缸压力的施力物体是缸，是由是由于缸发生弹性形变产生的于缸发生弹性形变产生的。 二二、几种弹力及方向几种弹力及方向 常见弹力常见弹力 弹力方向弹力方向 压力压力 _于于物体的接触面，指向被压缩或被支物体的接触面，指向被压缩或被支持的物体持的物体 支持力支持力 绳的拉力绳的拉力 沿着绳子指向沿着绳子指向绳子绳子_的的方向方向 垂直垂直 收缩收缩 思维拓展思维拓展 (1)一铁块放在海绵上一铁块放在海绵上，铁块和海绵都铁块和海绵都发生了形变发生了形变，从而在它们之间产生了从而在它们之间产生了弹力弹力，如图如图2所示所示。海绵对铁块的支持海绵对铁块的支持力是如何产生的力是如何产生的？方向怎样方向怎样？铁块对铁块对海绵的压力是怎样产生的海绵的压力是怎样产生的？方向怎样方向怎样？ 图图2 (2)如图如图3所示所示，用橡皮绳斜向右上拉用橡皮绳斜向右上拉放在水平面上的物块放在水平面上的物块。橡皮绳对物块橡皮绳对物块的拉力是怎样产生的的拉力是怎样产生的？方向怎样方向怎样？ 图图3 提示提示 (1)海绵对铁块的支持力：海绵发生弹性形变海绵对铁块的支持力：海绵发生弹性形变，要恢复要恢复原来的形状原来的形状，对与它接触的铁块产生力的作用对与它接触的铁块产生力的作用，方向垂直于接方向垂直于接触面向上触面向上(如图甲如图甲)。 铁块对海绵的压力：铁块发生弹性形变铁块对海绵的压力：铁块发生弹性形变，要恢复原来的形状要恢复原来的形状，对与它接触的海绵产生力的作用对与它接触的海绵产生力的作用，方向垂直接触面向下方向垂直接触面向下(如图如图乙乙)。 (2)由于橡皮绳发生形变由于橡皮绳发生形变，对与它接触的物块产生力的作用对与它接触的物块产生力的作用，方方向沿绳指向绳收缩的方向向沿绳指向绳收缩的方向(沿绳斜向右上沿绳斜向右上)。 三三、胡克定律胡克定律 1.内容：内容：弹簧发生弹性形变时弹簧发生弹性形变时，弹力的大小弹力的大小F跟跟_ _成正比成正比，即即F_。 2.劲度系数：劲度系数：其中其中k为弹簧的为弹簧的_，单位为单位为_，符号符号N/m。是表示弹簧是表示弹簧“软软”“”“硬硬”程度的物理量程度的物理量。 弹簧伸长弹簧伸长 (或缩短或缩短)的长度的长度x kx 劲度系数劲度系数 牛顿每米牛顿每米 思考判断思考判断 (1)在弹性限度内在弹性限度内，同一根弹簧被拉的越长弹力越大同一根弹簧被拉的越长弹力越大，弹力大弹力大小与弹簧长度成正比小与弹簧长度成正比。( ) (2)在弹性限度内在弹性限度内，两根弹簧被拉长相同的长度两根弹簧被拉长相同的长度，弹力的大小弹力的大小一定相等一定相等。( ) (3)在弹性限度内在弹性限度内，同一根弹簧被拉伸长度同一根弹簧被拉伸长度x和被压缩长度和被压缩长度x，弹力的大小相等弹力的大小相等。( ) (4)只有在一定条件下，胡克定律才成立。只有在一定条件下，胡克定律才成立。( ) 弹力有无的判断弹力有无的判断 要点归纳要点归纳 1.产生弹力必备的两个条件产生弹力必备的两个条件 (1)两物体间相互接触两物体间相互接触。 (2)发生弹性形变发生弹性形变。 2.判断弹力有无的两种常见方法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直接判断：对于形变较明显的情况，可根据弹力产生条件可根据弹力产生条件直接判断直接判断。 (2)“假设法假设法”判断：对于形变不明显的情况判断：对于形变不明显的情况，可用可用“假设法假设法”进行判断进行判断，如图如图4所示判断所示判断a、b两接触面对球有无弹力两接触面对球有无弹力。 图图4 常见以下三种情形：常见以下三种情形： 三种情形三种情形 具体方法具体方法 结果结果 结论结论 解除接触面解除接触面 去除接触面去除接触面a 球保持静止球保持静止 a对球无弹力对球无弹力 去除接触面去除接触面b 球下落球下落 b对球有弹力对球有弹力 假设有弹力假设有弹力 a对球有弹力对球有弹力 球向右滚动球向右滚动 a对球无弹力对球无弹力 b对球有弹力对球有弹力 球仍保持静止球仍保持静止 b对球有弹力对球有弹力 精典示例精典示例 例例1 (2018 哈尔滨高一检测哈尔滨高一检测)图中物体图中物体a、b均处于静止状态均处于静止状态，a、b间一定有弹力的是间一定有弹力的是( ) 思路探究思路探究 在在A、B、C、D各项中各项中，若拿走若拿走b，a能否保持原能否保持原来的静止状态来的静止状态？ 解析解析 A图中对物体图中对物体a而言受重力而言受重力、竖直向上的拉力竖直向上的拉力，如果如果b对对a有弹力有弹力，方向水平向左方向水平向左，那么那么a受到的三力不能平衡受到的三力不能平衡，与与a、b均均处于静止状态矛盾处于静止状态矛盾，故故A错误；错误；B图中对物体图中对物体a而言受重力而言受重力，斜斜向上的拉力向上的拉力，如果如果b对对a没有弹力没有弹力，那么那么a受到的二力不能平衡受到的二力不能平衡，与与a、b均处于静止状态矛盾均处于静止状态矛盾，故故B正确；正确；C图中若水平地面光滑图中若水平地面光滑，对对b而言受重力而言受重力，竖直向上的支持力竖直向上的支持力，如果如果a对对b有弹力有弹力，方向水方向水平向右平向右，那么那么b受到的三力不能平衡受到的三力不能平衡，与与a、b均处于静止状态矛均处于静止状态矛盾盾，故故C错误；错误；D图中对图中对b而言受重力而言受重力，竖直向上的拉力竖直向上的拉力，如果如果a对对b有弹力有弹力，方向垂直斜面向下方向垂直斜面向下，那么那么b受到的三力不能平衡受到的三力不能平衡，与与a、b均处于静止状态矛盾均处于静止状态矛盾，故故D错误错误。 答案答案 B 误区警示误区警示 判断弹力有无的两个误区判断弹力有无的两个误区 (1)误认为两物体只要接触就一定存在弹力作用误认为两物体只要接触就一定存在弹力作用，而忽视了弹而忽视了弹力产生的另一条件力产生的另一条件发生弹性形变发生弹性形变。 (2)误认为有形变一定有弹力误认为有形变一定有弹力，而忽视了弹性形变和非弹性形而忽视了弹性形变和非弹性形变的区别变的区别。 针对训练针对训练1 下列各图中下列各图中，所有接触面都是光滑的所有接触面都是光滑的，P、Q两球两球都处于静止状态都处于静止状态。P、Q两球之间不存在弹力的是两球之间不存在弹力的是( ) 答案答案 D 弹力方向的判断弹力方向的判断 要点归纳要点归纳 1.弹力的方向弹力的方向：弹力的方向总是跟引起物体形变的外力方向相反：弹力的方向总是跟引起物体形变的外力方向相反，跟该物体的形变方向相反跟该物体的形变方向相反。 2.弹力方向的判定方法弹力方向的判定方法 类型类型 方向方向 图示图示 接触接触方式方式 面与面面与面 垂直于公共接垂直于公共接触面指向被支触面指向被支持物体持物体 接触接触 方式方式 点与面点与面 过点垂直于面过点垂直于面 点与点点与点 垂直于切面垂直于切面 轻绳轻绳 沿绳并指向绳沿绳并指向绳 收缩的方向收缩的方向 轻杆轻杆 可沿杆可沿杆 可不沿杆可不沿杆 轻弹簧轻弹簧 沿弹簧形变沿弹簧形变的反方向的反方向 精典示例精典示例 例例2 请在图请在图5中画出杆或球所受的弹力中画出杆或球所受的弹力。 图图5 解析解析 甲图中杆在重力作用下对甲图中杆在重力作用下对A、B两处都产生挤压作用两处都产生挤压作用，故故A、B两处对杆都有弹力两处对杆都有弹力，弹力方向与接触点的平面垂直弹力方向与接触点的平面垂直。如图如图甲所示甲所示。 乙图中杆对乙图中杆对C、D两处都有挤压作用两处都有挤压作用，因因C处为曲面处为曲面，D处为支处为支撑点撑点，所以所以C处弹力垂直于圆弧切面指向球心处弹力垂直于圆弧切面指向球心，D处弹力垂直于处弹力垂直于杆斜向上杆斜向上。如图乙所示如图乙所示。 丙图中球挤压墙壁且拉紧绳子丙图中球挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙面垂直；所以墙对球的弹力与墙面垂直；绳子对球的弹力沿绳子向上绳子对球的弹力沿绳子向上。如图丙所示如图丙所示。 丁图中当重心不在球心处时丁图中当重心不在球心处时，弹力作用线也必通过球心弹力作用线也必通过球心，如图如图丁所示丁所示。应注意不要错误地认为弹力作用线必定通过球的重心应注意不要错误地认为弹力作用线必定通过球的重心。 答案答案 见解析图见解析图 误区警示误区警示 易错的是丁图易错的是丁图，易误认为弹力的作用线必过重心易误认为弹力的作用线必过重心。实际上实际上“点点”和和“球面球面”接触处的弹力接触处的弹力，方向垂直于过该点的切面方向垂直于过该点的切面，沿该点和球心的连线即过球心沿该点和球心的连线即过球心，与重心位置无关与重心位置无关。 针对训练针对训练2 在图在图6中画出物体中画出物体P受到的各接触点或面对它的弹力受到的各接触点或面对它的弹力的示意图的示意图，其中甲其中甲、乙中物体乙中物体P处于静止状态处于静止状态，丙中物体丙中物体P(即即球球)在水平面上匀速滚动在水平面上匀速滚动。 图图6 解析解析 甲中属于绳的拉力甲中属于绳的拉力，应沿绳指向绳收缩的方向应沿绳指向绳收缩的方向，因此弹因此弹力方向沿绳向上力方向沿绳向上，如图甲所示；乙中如图甲所示；乙中A、B两点都是球面与平面两点都是球面与平面相接触相接触，弹力应垂直于平面弹力应垂直于平面，且必过球心且必过球心，所以所以A处弹力方向处弹力方向水平向右水平向右，B处弹力垂直于斜面向左上方处弹力垂直于斜面向左上方，且都过球心且都过球心，如图如图乙所示；丙中小球乙所示；丙中小球P不管运动与否不管运动与否，都属于平面与球面相接触都属于平面与球面相接触，弹力应垂直于平面弹力应垂直于平面，且过球心且过球心，即向上即向上，如图丙所示如图丙所示。 答案答案 见解析图见解析图 弹力大小的计算弹力大小的计算 要点归纳要点归纳 1.应用胡克定律的四个关键应用胡克定律的四个关键 (1)弹簧发生形变时必须在弹性限度内弹簧发生形变时必须在弹性限度内。 (2)x是弹簧的形变量是弹簧的形变量，不是弹簧的原长不是弹簧的原长，也不是弹簧形变后的长度也不是弹簧形变后的长度。 (3)其其Fx图象为一条经过原点的倾斜直图象为一条经过原点的倾斜直线线，图象斜率表示弹簧的劲度系数图象斜率表示弹簧的劲度系数。同同一根弹簧一根弹簧，劲度系数不变劲度系数不变。 (4)一个有用的推论：一个有用的推论：Fkx。 2.计算弹力大小的两种方法计算弹力大小的两种方法 (1)公式法：利用公式公式法：利用公式Fkx计算计算，适用于弹簧适用于弹簧、橡皮筋等物橡皮筋等物体的弹力的计算体的弹力的计算。 (2)平衡法：如果悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态平衡法：如果悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态，求求解细绳的拉力时解细绳的拉力时，可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小力的大小。 精典示例精典示例 例例3 如图如图7所示的装置中所示的装置中，小球的质量均相同小球的质量均相同，弹簧和细线的弹簧和细线的质量均不计质量均不计，一切摩擦忽略不计一切摩擦忽略不计，平衡时各弹簧的弹力分别平衡时各弹簧的弹力分别为为F1、F2、F3，其大小关系是其大小关系是( ) A.F1F2F3 B.F1F2F3 C.F1F3F2 D.F3F1F2 图图7 解析解析 第一个图中第一个图中，以弹簧下面的小球为研究对象以弹簧下面的小球为研究对象，第二个图第二个图中中，以悬挂的小球为研究对象以悬挂的小球为研究对象，第三个图中第三个图中，以任意一小球为以任意一小球为研究对象研究对象。第一个图中第一个图中，小球受竖直向下的重力小球受竖直向下的重力mg和弹簧向和弹簧向上的弹力上的弹力，二力平衡二力平衡，F1mg；后面的两个图中；后面的两个图中，小球受竖小球受竖直向下的重力和细线的拉力直向下的重力和细线的拉力，二力平衡二力平衡，弹簧的弹力大小均等弹簧的弹力大小均等于细线拉力的大小于细线拉力的大小，则则F2F3mg，故三图中平衡时弹簧的故三图中平衡时弹簧的弹力相等弹力相等。 答案答案 A 例例4 如图如图8所示所示，不计滑轮的摩擦不计滑轮的摩擦，将将弹簧弹簧C的右端由的右端由a点水平拉到点水平拉到b点时点时，弹簧弹簧B刚好没有形变刚好没有形变。求求a、b两点间两点间的距离的距离。已知弹簧已知弹簧B、C的劲度系数的劲度系数分别为分别为k1、k2，钩码的质量为钩码的质量为m，弹弹簧簧C的右端在的右端在a点时刚好没有形变点时刚好没有形变。 思路探究思路探究 (1)弹簧弹簧C的右端在的右端在a点时点时，刚好没有发生形变说明刚好没有发生形变说明什么问题什么问题？ (2)由由a点拉到点拉到b点时点时，弹簧弹簧B刚好没有形变刚好没有形变，说明什么问题说明什么问题？ 图图8 解析解析 当弹簧当弹簧 C 的右端位于的右端位于 a 点，弹簧点，弹簧 C 刚好没有发生形变刚好没有发生形变时，弹簧时，弹簧 B 压缩的长度压缩的长度 xBmgk1，当将弹簧，当将弹簧 C 的右端拉到的右端拉到 b点，弹簧点，弹簧 B 刚好没有形变，弹簧刚好没有形变，弹簧 C 伸长的长度伸长的长度 xCmgk2，a、b 两点间的距离两点间的距离 xxBxCmg(1k11k2)。 答案答案 mg(1k11k2) 针对训练针对训练3 探究弹力和弹簧伸长的关系时探究弹力和弹簧伸长的关系时，在弹性限度内在弹性限度内，悬悬挂挂15 N重物时重物时，弹簧长度为弹簧长度为0.16 m，悬挂悬挂20 N重物时重物时，弹簧长弹簧长度为度为0.18 m，则弹簧的原长则弹簧的原长L0和劲度系数和劲度系数k分别为分别为 ( ) A.L00.02 m k500 N/m B.L00.10 m k500 N/m C.L00.02 m k250 N/m D.L00.10 m k250 N/m 解析解析 根据胡克定律根据胡克定律，有：有： F1k(L1L0) F2k(L2L0) 代入数据代入数据，有：有： 15k(0.16L0) 20k(0.18L0) 联立解得：联立解得：L00.10 m，k250 N/m。 答案答案 D 1.书静止放在水平桌面上时书静止放在水平桌面上时，下列说法错误的是下列说法错误的是 ( ) A.书对桌面的压力就是书受的重力书对桌面的压力就是书受的重力 B.书对桌面的压力是弹力书对桌面的压力是弹力，是由于书的形变而产生的是由于书的形变而产生的 C.桌面对书的支持力是弹力桌面对书的支持力是弹力，是由于桌面的形变而产生的是由于桌面的形变而产生的 D.书和桌面都发生了微小形变书和桌面都发生了微小形变 解析解析 压力属于弹力压力属于弹力，重力属于万有引力重力属于万有引力，性质不同性质不同，不能说不能说压力就是书受的重力压力就是书受的重力，故故A错误；书静止于水平桌面上错误；书静止于水平桌面上，桌面桌面受到竖直向下的弹力是由于书发生向上的形变受到竖直向下的弹力是由于书发生向上的形变，要恢复原状产要恢复原状产生向下的弹力生向下的弹力，B正确；书受到向上的弹力正确；书受到向上的弹力，是因为桌面向下是因为桌面向下形变形变，要恢复原状产生向上的弹力要恢复原状产生向上的弹力，故故C正确；书和桌面都发正确；书和桌面都发生了微小形变生了微小形变，故故D正确正确。 答案答案 A 2.(多选多选)如图如图9所示所示，一倾角为一倾角为45的斜面固定于竖直墙上的斜面固定于竖直墙上，为为使一光滑的铁球静止使一光滑的铁球静止，需加一水平力需加一水平力F，且力且力F通过球心通过球心，下下列说法正确的是列说法正确的是( ) A.球一定受墙的弹力且水平向左球一定受墙的弹力且水平向左 B.球可能受墙的弹力且水平向左球可能受墙的弹力且水平向左 C.球一定受斜面的弹力且垂直斜面向上球一定受斜面的弹力且垂直斜面向上 D.球可能受斜面的弹力且垂直斜面向上球可能受斜面的弹力且垂直斜面向上 图图9 解析解析 力力F大小合适时大小合适时，球可以静止在斜面上球可以静止在斜面上，当力当力F增大到增大到一定程度时墙才对球有水平向左的弹力一定程度时墙才对球有水平向左的弹力，故故A错误错误，B正确；正确；而斜面对球必须有垂直斜面向上的弹力才能使球不下落而斜面对球必须有垂直斜面向上的弹力才能使球不下落，故故C正确正确，D错误错误。 答案答案 BC 3.关于弹簧的劲度系数的说法中正确的是关于弹簧的劲度系数的说法中正确的是( ) A.因胡克定律可写成因胡克定律可写成 kFx，由此可知弹力越大，劲度系数，由此可知弹力越大，劲度系数越大越大 B.在弹性限度内，弹簧拉长一些后，劲度系数变小在弹性限度内，弹簧拉长一些后，劲度系数变小 C.在弹性限度内，无论弹簧拉长或缩短劲度系数都不变在弹性限度内，无论弹簧拉长或缩短劲度系数都不变 D.劲度系数大的弹簧能够产生更大的弹力劲度系数大的弹簧能够产生更大的弹力 解析解析 弹簧的劲度系数弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的因素决定的是由弹簧本身的因素决定的，不同不同弹簧弹簧k一般不同一般不同，同一弹簧同一弹簧k一定一定，与弹力和形变量无关与弹力和形变量无关，故故C正确正确，A、B错误；弹力的大小由劲度系数和形变量共错误；弹力的大小由劲度系数和形变量共同决定同决定，D错误错误。 答案答案 C 4.在光滑水平桌面上放置一刻度模糊的弹簧测力计在光滑水平桌面上放置一刻度模糊的弹簧测力计，两位同学两位同学各用各用5 N的水平力沿相反方向拉弹簧测力计的两端的水平力沿相反方向拉弹簧测力计的两端，测得弹簧测得弹簧伸长了伸长了2 cm，则该弹簧测力计的读数应该是多少则该弹簧测力计的读数应该是多少？弹簧的劲弹簧的劲度系数是多少度系数是多少？ 解析解析 由二力平衡知：弹簧测力计的示数由二力平衡知：弹簧测力计的示数 F5 N 由胡克定律由胡克定律 Fkx 得得 kFx52102 N/m2.5102 N/m 答案答案 5 N 2.5102 N/m