高一物理 2.3 弹力 1（教科版必修1）

欢迎进入物理课堂 第三节弹力 课标定位 应用 1 分析弹力的方向 2 利用胡克定律进行简单计算 理解 1 弹力产生的条件 2 胡克定律 认识 1 弹性形变的概念及种类 2 弹力的概念 判断弹力是否存在的方法 课前自主学案 一 物体的形变1 形变 物体 或 的变化 2 弹性形变 撤去外力作用后物体 的形变 弹性限度 能够完全 的物体的形变量的最大限度 3 范性形变 撤去外力后物体的形变或多或少仍有保留而不能 的形变 形状 体积 能恢复原状 恢复形状 复原 二 什么是弹力1 定义 发生弹性形变的物体由于要 对与它接触的物体产生的作用力 2 方向 与引起形变的作用力的方向 3 产生条件 物体间 且接触处 恢复原状 相反 直接接触 发生形变 思考感悟相互接触的物体间一定存在弹力作用吗 提示 弹力产生的条件有两个 相互接触和相互挤压 这两个条件必须同时具备才能产生弹力 因此两个相互接触的物体 如果不能判断它们是否相互挤压 则无法判断它们之间是否一定存在弹力作用 三 常见的弹力1 压力和支持力 方向垂直于物体的 2 绳的拉力 方向沿着绳而指向绳 的方向 3 弹力的大小 与弹性形变的大小有关 弹性形变越大 弹力也 形变消失 弹力随着 4 实验探究 弹力与弹簧伸长的关系 接触面 收缩 越大 消失 1 实验器材 铁架台 弹簧 钩码若干 坐标纸 2 实验过程 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 即原长 如图2 3 1所示 将已知质量的钩码挂在弹簧的下端 在平衡时测出弹簧的总长l并计算钩码的重力F及对应的伸长量x 填写在记录表格里 毫米刻度尺 图2 3 1 以弹力F 大小等于所挂钩码的重力 为 坐标 以弹簧的伸长量x为 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 纵 横 分析图像得出结论 3 胡克定律 内容 在 内 弹力和弹簧形变大小 伸长或缩短的量 成 公式 F kx 其中k称为弹簧的 单位是牛顿每米 符号是N m 弹性限度 正比 劲度系数 核心要点突破 一 弹力是否存在的判断方法1 根据弹力产生的条件来判断 弹力产生的条件有两个 物体间相互接触并且发生弹性形变 两个条件必须同时满足才有弹力产生 2 对于形变不明显的情况 可用以下两种方法来判断 1 利用假设法判断 可假设在该处把与物体接触的另一物体去掉 看此物体还能否在原位置保持原来的状态 若能保持原来的状态则说明物体间无弹力作用 否则 有弹力作用 2 利用力的作用效果分析如果相互接触的物体间存在弹力 则必有相应的作用效果 或使受力物体发生形变或改变受力物体的运动状态 看物体的受力是否与物体的运动状态相符合 从而确定物体所受弹力的有无 特别提醒 相互接触是产生弹力的首要条件 但相互接触的物体间不一定存在弹力 只有两个物体接触并产生弹性形变时 两物体间才有弹力产生 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 下面关于弹力的说法中正确的是 A 两物体直接接触就一定有弹力作用B 不直接接触的物体间一定没有弹力作用C 直接接触的物体之间发生了弹性形变就一定有弹力产生D 只要物体发生弹性形变就一定有弹力产生答案 BC 二 弹力方向的确定弹力的方向与施力物体形变方向相反 作用在受力物体上 几种常见情况如下表 特别提醒 判断弹力方向的方法是 先明确两物体之间作用的类型 再根据各种类型的特点来判断弹力的方向 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 如图2 3 2球A在斜面上 被竖直挡板挡住而处于静止状态 关于球A所受的弹力 以下说法正确的是 图2 3 2 A A物体仅受一个弹力作用 弹力的方向垂直斜面向上B A物体受两个弹力作用 一个水平向左 一个垂直斜面向下C A物体受两个弹力作用 一个水平向右 一个垂直斜面向上D A物体受三个弹力作用 一个水平向右 一个垂直斜面向上 一个竖直向下解析 选C 球A受重力竖直向下 与竖直挡板和斜面都有挤压 斜面给它一个支持力 垂直斜面向上 挡板给它一个支持力 水平向右 故选项C正确 三 弹力大小的计算1 弹簧的弹力 1 应用胡克定律F kx求解 其中x为弹簧的形变量 可能为伸长量 也可能为缩短量 k为弹簧的劲度系数 只与弹簧本身有关 由弹簧本身的材料 长度 粗细 匝数等因素决定 2 弹力与弹簧伸长量的关系可用F x图像表示 如图2 3 3 图线的斜率即为弹簧的劲度系数 图2 3 3 3 弹簧上弹力的变化量 F与形变量的变化量也成正比关系 即 F k x 2 除弹簧这样的弹性体之外的弹力大小的计算 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重力作用 根据二力平衡 可知绳的拉力大小等于物体重力的大小 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 如图2 3 4所示 一劲度系数为k 原长为l0的轻弹簧 上端固定在天花板上 下端悬挂一个质量为m的小球 小球处于静止状态 弹簧的形变在弹性限度内 已知重力加速度为g 下列判断正确的是 图2 3 4 课堂互动讲练 判断图2 3 5甲 乙 丙中小球是否受到弹力作用 若受到弹力 请指出其施力物体 图2 3 5 思路点拨 从弹力的产生条件和效果分析 精讲精析 用 消除法 来判断小球是否受斜面的弹力 若将三个图中的斜面去掉 则甲图中小球无法在原位置静止 乙和丙两图中小球仍静止 甲图中小球受到斜面的弹力 施力物体是斜面 同时受细绳的弹力 施力物体是细绳 乙图中小球只受到细绳的弹力 不受斜面的弹力 丙图中小球只受水平面的弹力 不受斜面的弹力 答案 甲图中小球受到绳的拉力和斜面的支持力 乙图中小球受到绳的拉力 丙图中小球受到水平面的支持力 方法总结 在处理弹力问题时 判断接触面间是否挤压 或拉伸 是判断弹力有无的重要方法 一般地 判断接触面间是否存在挤压 或拉伸 的条件 也经常采用 假设法 即如果物体间有挤压 或拉伸 则受到某一弹力 当受到这一弹力后物体能否处于当时的状态 如果不能 则此弹力不存在 变式训练1在图2 3 6中 A B两球间一定有弹力作用的是 图2 3 6 解析 选B 在具体判断有没有挤压时 我们用 拿去法 进行判断 在A中 若拿去A球 则B球静止不动 故A B间没有挤压 故A B间没有弹力 在B中 若拿去A球 则B球向左动 故A B间存在相互挤压 存在弹力 在C中 若拿去A球 则B球静止 故A B间没有挤压 没有弹力 在D中 若拿去A球及容器壁 则B球向右动 故B对容器右壁有挤压 而对A球没有挤压 A B间没有弹力 在图2 3 7所示图中画出物体P受到的各接触点或面对它的弹力的示意图 其中甲 乙 丙中物体P处于静止状态 丁中物体P 即球 在水平面上匀速滚动 图2 3 7 思路点拨 判断弹力方向应把握以下三种情况 1 当面 或曲面 接触 弹力垂直于面 2 绳上弹力沿绳并指向绳收缩方向 3 与球面接触的弹力方向延长线或反向延长线过球心 精讲精析 甲属于绳的拉力 应沿绳指向绳收缩的方向 因此弹力方向沿绳向上 乙中A点属于点与球面相接触 弹力应垂直于球面的切面斜向上 必过球心O B点属于点与杆相接触 弹力应垂直于球面的切面斜向上 丙中A B两点都是球面与平面相接触 弹力应垂直于平面 且必过球心 所以A处弹力方向水平向右 B处弹力垂直于斜面向左上方 且都过球心 丁中小球P不管运动与否 都是属于平面与球面相接触 弹力应垂直于平面 且过球心 即竖直向上 它们所受弹力的示意图如图2 3 8所示 图2 3 8 答案 见精讲精析 如图2 3 9所示 两木块质量分别为m1和m2 两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2 上面木块压在上面的弹簧上 但不拴接 整个系统处于平衡状态 试求两弹簧的压缩量x1和x2 图2 3 9 思路点拨 解答此类问题时 应先根据物体的受力情况求出弹簧的弹力 然后再根据胡克定律求出弹簧的形变量 方法总结 1 本题在求解的过程中用到了二力平衡和 整体法 受力分析的知识 要注意这些知识的灵活应用 2 公式F kx中 x指的是弹簧的伸缩量 不是弹簧的长度 也不是弹簧长度的变化量 变式训练2如图2 3 10所示 A B是两个相同的弹簧 原长x0 10cm 劲度系数k 500N m 如果图中悬挂的两个物体均为m 1kg 则两个弹簧的总长度为 图2 3 10 A 22cmB 24cmC 26cmD 28cm解析 选C 对下面物体受力分析 由二力平衡得 kxB mg 求出xB 0 02m 2cm 把两个物体看成一个整体 由二力平衡得 kxA 2mg 求出xA 0 04m 4cm 所以两个弹簧的总长度为 x0 xA x0 xB 26cm 故只有C项正确 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全