2017_2018學(xué)年高中物理第二章力第3節(jié)彈力教學(xué)案教科版.docx

第3節(jié) 彈_力1按照撤掉外力后能否恢復(fù)原狀把形變分為彈性形變和范性形變。2彈力發(fā)生在兩個相互接觸且有彈性形變的物體間，其大小由彈性形變程度決定，其方向始終跟施力物體的形變方向相反。3對于彈簧來說，其彈力的大小由胡克定律計算，在彈性限度內(nèi)Fkx，k是勁度系數(shù)，由彈簧自身決定，x是形變量，而不是彈簧的長度。一、形變1形變(1)定義：物體形狀或體積的變化。(2)常見的形變：伸長、縮短、扭曲、彎曲等。2形變的分類(1)彈性形變：撤去外力作用后物體能恢復(fù)原狀的形變。(2)范性形變：撤去外力作用后物體的形變或多或少仍有保留而不能復(fù)原的形變。3彈性限度如果作用在物體上的外力過大，超出了一定的限度，撤去外力后物體就不能恢復(fù)原狀，這個限度叫做彈性限度。二、彈力及常見的彈力1彈力：發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復(fù)原狀，對與它接觸的物體產(chǎn)生的作用力。2常見的彈力(1)壓力或支持力的方向總是垂直于支持面而指向被壓或被支持的物體。(2)繩子的拉力的方向總是沿著繩子而指向繩子要收縮的方向。三、彈力與彈簧伸長的關(guān)系1實驗探究(1)如圖231(a)所示，測出彈簧的原長l0。(2)如圖(b)所示，在彈簧下施加1個、2個相同的鉤碼，測出彈簧靜止時的伸長量xlil0。圖231(3)分別計算每次所掛鉤碼的重力，即為每次彈簧的彈力大小F。(4)把測量數(shù)據(jù)填在表中。序號12345F/Nx/m(5)以F為縱軸，x為橫軸建立坐標(biāo)系，根據(jù)表中數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上畫出Fx圖像。2實驗結(jié)論：胡克定律(1)內(nèi)容彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力的大小F跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比。(2)公式Fkx，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，單位：牛頓每米，符號：N/m。x為彈簧的伸長量或縮短量。1自主思考判一判(1)書本放在桌子上，書本和桌子都發(fā)生了形變。()(2)兩個接觸的物體間一定存在彈力。()(3)若兩物體間存在彈力，則它們一定接觸。()(4)支持力的方向垂直于物體的接觸面。()(5)在彈性限度內(nèi)，兩根彈簧被拉長相同的長度，彈力的大小一定相等。()(6)在彈性限度內(nèi)，同一根彈簧被拉伸長度x和被壓縮長度x，彈力的大小相等。()2合作探究議一議(1)人站在樓板上并沒有把樓板壓彎，是因為樓板很硬，受到人的壓力是不會發(fā)生形變的，你認(rèn)為這種說法對嗎？為什么？提示任何物體受任何小的力都會發(fā)生形變的，只是樓板很硬，受到人的壓力發(fā)生的形變很微小，不易觀察到，因此，這種說法是不對的。(2)如圖232所示，用橡皮繩斜向右上方拉放在水平面上的物塊。橡皮繩對物塊的拉力是怎樣產(chǎn)生的？方向怎樣？圖232提示由于橡皮繩發(fā)生形變，對與它接觸的物塊產(chǎn)生力的作用，方向沿繩指向繩收縮的方向(沿繩斜向右上方)。(3)對于同一根彈簧，被拉得越長，彈簧的彈力就越大，那么彈簧的彈力大小是否與其長度成正比？提示不是。彈簧的彈力在其彈性限度內(nèi)與形變量成正比，不是與長度成正比。彈力的有無及方向的判斷1彈力的產(chǎn)生條件(1)兩物體相互接觸；(2)接觸面之間發(fā)生彈性形變。2彈力有無的判斷方法(1)方法一：對于形變比較明顯的情況，可以根據(jù)彈力產(chǎn)生的條件判斷：物體間相互接觸；發(fā)生彈性形變。兩個條件必須同時滿足才有彈力產(chǎn)生。(2)方法二：對于形變不明顯的情況，通常采用假設(shè)法判斷。3彈力的方向(1)彈力的方向總是與施力物體形變的方向相反。(2)常見的三類接觸方式接觸方式彈力方向圖示面與面垂直公共接觸面點與面過點垂直于面點與點垂直于切面(3)常見三類彈力的方向類型彈力方向圖示輕繩沿繩指向繩收縮的方向輕桿可沿桿可不沿桿(由運動狀態(tài)判斷)輕彈簧沿彈簧形變的反方向典例請在圖233中畫出桿或球所受的彈力。圖233(a)桿靠在墻上；(b)桿放在半球形的槽中；(c)球用細(xì)線懸掛在豎直墻上；(d)點1、2、3都可能是球的重心位置，點2是球心，1、2、3點在同一豎直線上。思路點撥判斷彈力方向的方法是：先明確兩物體之間彈力的作用類型，再根據(jù)各種類型的特點來判斷彈力的方向。解析(a)桿在重力作用下對A、B兩處都產(chǎn)生擠壓作用，故A、B兩處對桿都有彈力，彈力方向與接觸點的平面垂直。(b)桿對C、D兩處都有擠壓作用，因C處為曲面，D處為支撐點，所以C處彈力垂直于其切面指向球心，D處彈力垂直于桿向上。(c)球擠壓墻壁且拉緊繩子，所以墻對球的彈力與墻面垂直，繩子對球的彈力沿繩子向上。(d)當(dāng)重心不在球心處時，彈力作用也必通過球心。各物體所受彈力的示意圖如圖所示。答案見解析(1)確定壓力、支持力的方向關(guān)鍵是找準(zhǔn)接觸面或接觸點的切面。(2)輕桿的彈力有時不沿桿的方向，此時要結(jié)合物體的運動狀態(tài)來確定彈力的具體方向。(3)質(zhì)量不均勻球體所受的彈力指向球體中心，而不是重心。 1在如圖所示的四種情況中，物體A、B之間一定有彈力的是()解析：選BA圖中A、B兩個球盡管接觸，由于兩細(xì)繩豎直，兩球相互沒有擠壓，沒有發(fā)生彈性形變，兩者之間不存在彈力，故A錯誤；B圖中兩球存在相互擠壓，發(fā)生了彈性形變，兩球之間存在彈力，故B正確；C圖中A、B兩個球盡管接觸，但相互沒有擠壓，沒有發(fā)生彈性形變，兩者之間不存在彈力，故C錯誤；D圖中由于細(xì)繩豎直，重力與細(xì)繩的拉力平衡，斜面對球沒有彈力，否則小球受的三個力的合力不可能為零，小球就不能平衡，與題條件不符，故D錯誤。2畫出圖234中靜止物體A所受彈力的示意圖。圖234解析：支持力、壓力的方向都要與接觸面垂直并指向被支持或被壓的物體，A物體所受彈力的示意圖如圖所示。答案：見解析實驗探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系1實驗的注意事項(1)所掛鉤碼不要過重，以免超出彈簧的彈性限度。(2)每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標(biāo)上描的點盡可能稀，這樣作出的圖線更精確。(3)測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量，以免增大誤差。(4)記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位。2實驗誤差分析(1)本實驗誤差的主要來源為讀數(shù)和作圖時的偶然誤差。為了減小誤差，要盡量多測幾組數(shù)據(jù)。(2)彈簧豎直懸掛時，彈簧自身重力的影響會帶來系統(tǒng)誤差。為了減小該系統(tǒng)誤差，實驗中應(yīng)使用輕質(zhì)彈簧。典例某同學(xué)在做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗時，實驗裝置如圖235甲所示，所用鉤碼每只質(zhì)量是30 g。他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在彈簧的下端，每次都測出相應(yīng)的彈簧總長度，并將數(shù)據(jù)填在下表中。實驗中彈簧始終未超過彈性限度，取g10 m/s2。試根據(jù)這些實驗數(shù)據(jù)在如圖乙所示的坐標(biāo)系中作出彈簧所受彈力F與彈簧長度L之間的函數(shù)關(guān)系的圖線。圖235鉤碼質(zhì)量(g)0306090120150彈簧總長(cm)6.007.008.009.0010.0011.00 (1)寫出該圖線的數(shù)學(xué)表達(dá)式F_。(2)圖線與橫軸的交點的物理意義是_。(3)該彈簧的勁度系數(shù)k_ N/m。(4)圖線延長后與縱軸的交點的物理意義是_。思路點撥在物理學(xué)中經(jīng)常利用圖像處理物理問題，解決這類問題時必須明確： 圖線斜率的物理意義(或切線斜率的意義)；圖線與縱軸、橫軸交點的物理意義。解析描點作圖，得出彈簧彈力與其長度之間的圖像如圖所示。(1)由圖像可以得出該圖線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為F30L1.8。(2)圖線與橫軸的交點表示彈簧所受彈力F0時彈簧的長度為6 cm，即彈簧的原長。(3)圖像的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)，即k30 N/m。(4)圖線延長后與縱軸的交點表示彈簧長度為5 cm時的彈力，此時彈簧被壓縮了1 cm，即表示彈簧被壓縮1 cm時的彈力為0.3 N。答案圖像見解析(1)30L1.8(2)彈簧所受彈力F0時彈簧的長度為6 cm，即彈簧的原長(3)30(4)彈簧被壓縮1 cm時的彈力為0.3 N描繪實驗圖像的注意事項(1)描點和連線。依據(jù)實驗數(shù)據(jù)用削尖的鉛筆在圖上描點，用“”或“”符號標(biāo)明。連線時用平滑的曲線，不能用折線。(2)因為測量值有一定的誤差，圖線不通過全部的點是正?，F(xiàn)象，連線時應(yīng)盡量使圖線通過或接近數(shù)據(jù)點，個別嚴(yán)重偏離的點應(yīng)舍棄，并使其余的點盡量均勻地分布在圖線兩側(cè)。 1(1)(多選)在“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系”實驗中，以下說法正確的是()A彈簧被拉伸時，不能超出它的彈性限度B用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力，應(yīng)保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C用刻度尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量D用幾個不同的彈簧，分別測出幾組拉力與伸長量，得出拉力與伸長量之比相等(2)某同學(xué)做“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系”的實驗，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原長L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上鉤碼后測出彈簧伸長后的長度L，把LL0作為彈簧的伸長量x。這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是()解析：(1)本實驗中應(yīng)以需要研究的一根彈簧為實驗對象，在彈性限度內(nèi)通過增減鉤碼的數(shù)目，以改變對彈簧的拉力，實驗時彈簧要處于豎直位置，故A、B正確；彈簧的伸長量為彈簧拉長后的長度與原長的差，故C錯誤；對于不同的彈簧，其所受拉力與伸長量之比是不同的，故D錯誤。(2)由于考慮彈簧自身重力的影響，當(dāng)不掛鉤碼時，彈簧的伸長量x0，所以選C。答案：(1)AB(2)C2某同學(xué)探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系。(1)將彈簧懸掛在鐵架臺上，將刻度尺固定在彈簧一側(cè)。彈簧軸線和刻度尺都應(yīng)在_(填“水平”或“豎直”)方向。(2)彈簧自然懸掛，待彈簧_時，長度記為L0；彈簧下端掛上砝碼盤時，長度記為Lx；在砝碼盤中每次增加10 g砝碼，彈簧長度依次記為L1至L6。數(shù)據(jù)如下表。代表符號L0LxL1L2L3L4L5L6數(shù)值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一個數(shù)值記錄不規(guī)范，代表符號為_。由表可知所用刻度尺的最小分度為_。(3)如圖236是該同學(xué)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作的圖，縱軸是砝碼的質(zhì)量，橫軸是彈簧長度與_(填“L0”或“Lx”)的差值。 圖236(4)由圖可知彈簧的勁度系數(shù)為_N/m；通過圖和表可知砝碼盤的質(zhì)量為_g。(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，重力加速度g取9.8 m/s2)解析：(1)為保證彈簧的形變只由砝碼和砝碼盤的重力產(chǎn)生，所以彈簧軸線和刻度尺均應(yīng)在豎直方向。(2)彈簧靜止穩(wěn)定時，記錄原長L0；表中的數(shù)據(jù)L3與其他數(shù)據(jù)有效位數(shù)不同，所以數(shù)據(jù)L3不規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)應(yīng)讀至cm位的后兩位，最后一位應(yīng)為估讀值，精確至mm位，所以刻度尺的最小分度為1 mm。(3)由題圖知所掛砝碼質(zhì)量為0時，x為0，所以xLLx(L為彈簧長度)。(4)由胡克定律Fkx知，mgk(LLx)，即mgkx，所以圖線斜率即為彈簧的勁度系數(shù)k N/m4.9 N/m同理，砝碼盤質(zhì)量m kg0.01 kg10 g。答案：(1)豎直(2)靜止L31 mm(3)Lx(4)4.910胡克定律的應(yīng)用對胡克定律的理解(1)對胡克定律Fkx公式x為彈簧的形變量可能為伸長量(ll0)，也可能為縮短量(l0l)不是彈簧的長度。k為彈簧的勁度系數(shù)，k只與彈簧本身有關(guān)，由彈簧本身的材料、長度、粗細(xì)、匝數(shù)等因素決定。它反映了彈簧的軟硬程度，k值越大，彈簧越硬，其長度越難改變。(2)由于F1kx1，F(xiàn)2kx2，故FF2F1kx2kx1k(x2x1)kx，因此，彈簧上彈力的變化量F與形變量的變化量也成正比關(guān)系，即Fkx。典例 (多選)如圖237所示，A、B兩物體的重力分別是GA3 N，GB4 N。A用細(xì)線懸掛在頂板上，B放在水平面上，A、B間輕彈簧的彈力F2 N，則細(xì)線中的張力T及B對地面的壓力N的可能值分別是()圖237A5 N和6 NB5 N和2 NC1 N和6 N D1 N和2 N思路點撥解析如果彈簧處于被拉伸的狀態(tài)，它將有收縮到原狀的趨勢，會向下拉A，向上提B，則對物體A、B，有TGAF5 N，NGBF2 N，選項B正確；如果彈簧處于被壓縮的狀態(tài)，它將有向兩端伸長恢復(fù)原狀的趨勢，會向上推A，向下壓B，則TGAF1 N，NGBF6 N，選項C正確。答案BC彈簧既可能處于壓縮狀態(tài)，也可能處于拉伸狀態(tài)，無論處于哪種狀態(tài)，只要是在彈性限度內(nèi)，胡克定律都適用。如果題目中只告訴彈簧的形變量，而沒有指出是伸長還是壓縮，或只告訴彈簧彈力的大小，而沒有指出彈簧處于拉伸狀態(tài)還是壓縮狀態(tài)，則要分情況進(jìn)行討論。 1.一根輕質(zhì)彈簧未懸掛重物時，指針正對“0”刻度，在彈性限度內(nèi)，當(dāng)掛上40 N重物時，指針指在“10”刻度，要使指針指正對“5”刻度(如圖238所示)，應(yīng)掛重物的重力為()圖238A10 NB20 NC30 N D40 N解析：選B設(shè)每個刻度為l0，據(jù)題意當(dāng)掛上40 N重物時，彈簧的彈力為F140 N，彈簧伸長為x110 l0。指針正對刻度“5”時，彈簧伸長為x25 l0，根據(jù)胡克定律Fkx得F1F2x1x2，代入解得F220 N，即所掛重物的重力為20 N。2一根輕彈簧在10.0 N的拉力作用下，長度由原來的5.00 cm伸長為6.00 cm。(1)當(dāng)這根彈簧長度為4.20 cm時，受到的壓力有多大？彈簧的勁度系數(shù)為多大？(2)當(dāng)彈簧受到15 N的拉力時，彈簧的長度是多少？解析：(1)已知彈簧原長l05.00 cm5.00102 m，在拉力F110.0 N的作用下，彈簧伸長到l16.00 cm6.00102 m，根據(jù)胡克定律F1kx1k(l1l0)可得k N/m1.00103 N/m。當(dāng)壓力為F2時，彈簧被壓縮到l24.20 cm4.20102 m，根據(jù)胡克定律F2kx2k(l0l2)1.00103(5.004.20)102 N8.0 N，即壓力為8.0 N，彈簧的勁度系數(shù)為1.00103 N/m。(2)此時彈簧的彈力F15 N，彈簧的伸長量為x。由胡克定律得x m1.5102 m1.5 cm，此時彈簧的長度為ll0x6.5 cm。答案：(1)8.0 N1.00103 N/m(2)6.5 cm1(多選)關(guān)于形變，下列說法正確的是()A物體形狀的改變叫彈性形變B物體受到外力作用后發(fā)生的形狀改變叫彈性形變C物體在外力去掉后能恢復(fù)原狀的形變叫彈性形變D任何物體在外力的作用下都能發(fā)生形變，不發(fā)生形變的物體是不存在的解析：選CD物體的形變分為彈性形變和范性形變，二者區(qū)別在于去掉外力后形變是否恢復(fù)，能夠恢復(fù)原狀的稱為彈性形變，否則為范性形變，綜上所述選項C、D正確。2. (多選)在日常生活及各項體育運動中，有彈力出現(xiàn)的情況比較普遍，如圖1所示的跳水運動就是一個實例。請判斷下列說法正確的是()圖1A跳板發(fā)生形變，運動員的腳沒有發(fā)生形變B跳板和運動員的腳都發(fā)生了形變C運動員受到的支持力，是跳板發(fā)生形變而產(chǎn)生的D跳板受到的壓力，是跳板發(fā)生形變而產(chǎn)生的解析：選BC發(fā)生形變的物體，為了恢復(fù)原狀，會對與它接觸的物體產(chǎn)生彈力的作用，發(fā)生形變的物體是施力物體。B、C正確。3關(guān)于彈力，下列說法中正確的是()A發(fā)生形變的物體才能有彈力，且一定有彈力B物體的形變越大，彈力也越大C彈力的方向一定與物體發(fā)生彈性形變的方向相反D彈力的大小與物體大小有關(guān)，體積越大的物體產(chǎn)生的彈力也越大解析：選C只有發(fā)生彈性形變的物體，才能產(chǎn)生彈力，A錯誤。彈力的大小是由形變量和勁度系數(shù)共同決定的，物體的形變大，彈力不一定大，B錯誤。彈力的方向指向物體形變恢復(fù)的方向，一定與物體發(fā)生形變的方向相反，C正確。彈力的大小與物體的大小無關(guān)，D錯誤。4體育課上一學(xué)生將足球踢向斜臺，如圖2所示，下列關(guān)于足球和斜臺作用時斜臺給足球的彈力方向的說法正確的是()圖2A沿v1的方向B沿v2的方向C先沿v1的方向后沿v2的方向D沿垂直于斜臺斜向左上方的方向解析：選D足球與斜臺的作用是球面與平面的相互作用，足球所受彈力的方向垂直于斜臺指向足球，即斜向左上方，故D正確。5下列關(guān)于“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”實驗的說法中正確的是()A實驗中F的具體數(shù)值必須計算出來B如果沒有測出彈簧原長，用彈簧長度L替代x，F(xiàn)L圖線也是過原點的一條直線C利用Fx圖線可求出k值D實驗時要把所有點連到線上，才能探索得到真實規(guī)律解析：選C該實驗研究彈簧彈力與其伸長量之間的關(guān)系，可以用一個鉤碼的重力作為彈力的單位，因此彈力F的具體數(shù)值沒必要計算出來，A錯。通過實驗可知Fx(伸長量)是過坐標(biāo)原點的直線，而用L代替x后，則FL圖線不過原點，故B錯。Fx圖線關(guān)系顯示，就是勁度系數(shù)k，故C對。實驗中的某些數(shù)據(jù)可能存在較大誤差，所以作圖時可以舍去，不必連到線上，故D錯。6.如圖3所示，一根彈性桿的一端固定在傾角為30的斜面上，桿的另一端固定一個質(zhì)量為m0.2 kg的小球，小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈性桿對小球的彈力為(g取10 m/s2)()圖3A大小為2 N，方向平行于斜面向上B大小為1 N，方向平行于斜面向上C大小為2 N，方向垂直于斜面向上D大小為2 N，方向豎直向上解析：選D球受重力G和彈力F，由二力平衡條件可知，桿對球的彈力方向與重力方向相反，豎直向上，大小FGmg2 N，故D正確。7如圖4所示，彈簧測力計和細(xì)線的重力及一切摩擦不計，重物的重力G5 N，則彈簧測力計A和B的示數(shù)分別為()圖4A5 N、10 NB5 N、0 NC10 N、5 N D5 N、5 N解析：選DA、B兩彈簧測力計一樣，B中左側(cè)用重物通過細(xì)線對拉環(huán)產(chǎn)生一個向左的力等效于A的固定端給拉環(huán)的力，它們都與右側(cè)的力平衡，故選D。8(多選)足球運動是目前全球體育界最具影響力的項目之一，深受青少年喜愛。如圖5所示為與足球有關(guān)的情景。下列說法正確的是()圖5A甲圖中，靜止在草地上的足球受到的彈力就是它受到的重力B乙圖中，踩在腳下且靜止在水平草地上的足球可能受到3個力的作用C乙圖中，踩在腳下靜止的足球受到2個力作用D丙圖中，落在球網(wǎng)中的足球受到彈力是由于球網(wǎng)發(fā)生了形變解析：選BD甲圖中，足球受到的彈力是地面對它的支持力，施力物體是地面，重力的施力物體是地球，這是兩個不同的力，A錯誤；乙圖中踩在腳下且靜止的足球一定受重力、地面的支持力、腳對足球的壓力，B正確，C錯誤；丙圖中，進(jìn)球時，足球撞到網(wǎng)上，球網(wǎng)被撐開，說明力使物體發(fā)生形變，球網(wǎng)發(fā)生形變后要恢復(fù)原狀而產(chǎn)生一個對足球的彈力作用，D正確。9一根輕質(zhì)彈簧一端固定，用大小為F1的力壓彈簧的另一端，平衡時長度為l1；改用大小為F2的力拉彈簧，平衡時長度為l2。彈簧的拉伸或壓縮均在彈性限度內(nèi)，該彈簧的勁度系數(shù)為()A. B.C. D.解析：選C根據(jù)胡克定律有：F1k(l0l1)，F(xiàn)2k(l2l0)，由兩式可解得：k，故C正確。10如圖6甲所示，一個彈簧一端固定在傳感器上，傳感器與電腦相連。對彈簧施加變化的作用力(拉力或壓力)時，在電腦上得到了彈簧形變量與彈簧產(chǎn)生的彈力的關(guān)系圖像如圖乙所示。下列判斷錯誤的是()圖6A彈簧產(chǎn)生的彈力和彈簧的長度成正比B彈簧長度的增加量與對應(yīng)的彈力增加量成正比C該彈簧的勁度系數(shù)是200 N/mD該彈簧受到反向壓力時，勁度系數(shù)不變解析：選A由題圖知，F(xiàn)x圖線是一個過原點的直線，k N/m200 N/m，可知A錯，B、C、D正確。11在“探究彈力和彈簧伸長