2018-2019物理新学案同步必修一浙江专用版讲义：第三章 相互作用2 .docx

2弹力知识内容弹力考试要求c课时要求1.知道形变和弹性形变，知道常见的弹力种类.2.知道弹力产生的条件，会判断弹力的有无及弹力的方向.3.理解劲度系数的物理意义，掌握胡克定律并能用此定律解决有关问题.4.探究弹力与弹簧伸长量之间的关系.学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据.能根据Fx、Fl图象求出弹簧的劲度系数.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：物体在形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变.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，这个限度叫做弹性限度.4.弹力(1)定义：发生形变的物体，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：两物体直接接触；发生弹性形变.二、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而指向绳子收缩的方向.绳中的弹力常常叫做张力.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，即Fkx.2.劲度系数：其中k为弹簧的劲度系数，单位为牛顿每米，符号是N/m.是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量.1.判断下列说法的正误.(1)只要两物体接触就一定产生弹力.()(2)发生形变后的物体撤去外力后都能够恢复原状.()(3)海绵受挤压发生形变，桌面受挤压不会发生形变.()(4)静止在水平地面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变.()(5)由Fkx可知，在弹性限度内弹力F的大小与弹簧的长度成正比.()2.弹簧的原长为10 cm，它下面挂一个重为4 N的物体时，弹簧长为12 cm，则该弹簧的劲度系数为_ N/m.若在它下面挂一个重为6 N的物体，则弹簧的伸长量为_ cm(弹簧始终在弹性限度内).答案2003一、形变和弹力(1)如图所示，取一个扁玻璃瓶，里面盛满水，用穿有透明细管的橡皮塞封口，使水面位于细管中，用手捏玻璃瓶，会看到什么现象？说明什么？(2)用手压橡皮泥，橡皮泥发生形变；脚踩在松软的泥土上，留下了深深的脚印(形变)，这两种形变与玻璃瓶的形变有什么不同？(3)如图所示，被拉长的弹簧对手有一个拉力的作用，这个拉力是如何产生的？答案(1)用手捏玻璃瓶，管中水面会上升(或下降).说明受压时玻璃瓶发生形变，体积变小(或变大)了.(2)橡皮泥、泥土受力后发生的形变，在撤去外力后不能恢复原状(非弹性形变)，玻璃瓶的形变在撤去外力后能恢复原状(弹性形变).(3)弹簧受到拉力后发生形变(伸长)，发生形变的弹簧要恢复原状，对手就产生了拉力.1.弹性形变和非弹性形变弹性形变：撤去外力后能恢复原状的形变.非弹性形变：撤去外力后不能恢复原状的形变.发生弹性形变的物体，外力过大，超过一定的限度(弹性限度)，会变成非弹性形变.2.弹力的产生必须同时具备两个条件：(1)两物体直接接触；(2)两物体接触处发生弹性形变.例1关于弹力的产生，下列说法正确的是()A.木块放在桌面上受到一个向上的弹力，这是由于木块发生微小形变而产生的B.木块放在桌面上，木块没有形变，所以对桌面没有施加弹力C.拿一根细竹竿拨动水中的木头，木头受到竹竿的弹力，这是由于木头发生形变而产生的D.挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小的形变而产生的答案D解析木块和桌面相互作用，都会发生微小的形变.桌面发生微小形变对木块有向上的弹力即支持力；木块由于发生微小形变对桌面有向下的弹力即压力，A、B都错.木头受到的弹力是由细竹竿发生形变而产生的，C错.电灯受到的拉力是电线发生微小形变而产生的，D对.二、几种常见的弹力1.一铁块放在海绵上，铁块和海绵都发生了形变，从而在它们之间产生了弹力，如图所示.海绵对铁块的支持力是如何产生的？方向怎样？铁块对海绵的压力是怎样产生的？方向怎样？答案(1)海绵对铁块的支持力：海绵发生弹性形变，对与它接触的铁块产生力的作用，方向垂直于接触面向上(如图).(2)铁块对海绵的压力：铁块发生弹性形变，对与它接触的海绵产生力的作用，方向垂直接触面向下(如图).2.如图所示，用橡皮绳斜向右上拉放在水平面上的物块.橡皮绳对物块的拉力是怎样产生的？方向怎样？答案由于橡皮绳发生形变，对与它接触的物块产生力的作用，方向沿绳指向绳收缩的方向(沿绳斜向右上).1.压力、支持力的方向：总是垂直于接触面，若接触面是曲面，则垂直于接触面的切线；若接触面是球面，弹力方向的延长线或反向延长线过球心.2.绳的拉力方向：总是沿着绳并指向绳收缩的方向.例2在如图1所示的各图中画出物体P受到的各接触点或接触面对它的弹力的示意图，各图中物体P均处于静止状态.图1答案见解析图解析甲中属于绳的拉力，应沿绳指向绳收缩的方向，因此弹力方向沿绳向上；乙中P与斜面的接触面为平面，P受到的支持力垂直于斜面向上；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点弹力方向水平向右，B点弹力方向垂直于斜面指向左上方，且都过球心；丁中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，且必过球心O，B点属于点与杆相接触，弹力应垂直于杆向上.它们所受弹力的示意图如图所示.例3在图中，A、B均处于静止状态，则A、B之间一定有弹力的是()答案B解析假设将与研究对象接触的物体逐一移走，如果研究对象的运动状态发生变化，则表示它们之间有弹力；如果运动状态无变化，则表示它们之间无弹力.四个选项中当B选项中的B物体移走后，A物体一定会摆动，所以B选项中A、B间一定有弹力.1.弹力有无的判断(1)对于明显形变的情况，可以根据弹力产生条件直接进行判断.(2)对于不明显形变的情况，可利用假设法进行判断，具体有下列两种方法：假设无弹力：假设撤去接触面，看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.假设有弹力：假设接触物体间有弹力，画出假设状态下的受力分析图，判断受力情况与所处状态是否矛盾，若矛盾，则不存在弹力；若不矛盾，则存在弹力.如图2中，若A处有弹力，则无法使球处于静止状态，故A处无弹力.图22.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，而忽视了弹力产生的另一条件发生弹性形变.(2)误认为有形变一定有弹力，而忽视了弹性形变和非弹性形变的区别.三、胡克定律对于同一根弹簧，被拉得越长，弹簧的弹力越大，关于弹簧弹力的大小，甲说：弹簧弹力大小与其长度成正比；乙说：弹力的变化量F与弹簧形变的变化量x成正比.哪个同学说法正确？答案甲错，乙对.弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，即Fkx，也有Fkx.胡克定律1.成立条件：在弹性限度内.2.对Fkx的理解(1)x是弹簧的形变量，而不是弹簧形变后的长度.(2)k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和伸长量x无关.(3)Fx图象是一条过原点的倾斜直线(如图3所示)，直线的斜率表示弹簧的劲度系数k.图3(4)弹簧弹力的变化量F与形变量的变化量x也成正比，即Fkx.例4一根轻质弹簧一端固定，用大小为50 N的力压弹簧的另一端，平衡时长度为L120 cm；改用大小为25 N的力拉弹簧，平衡时长度为L235 cm；若弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，求弹簧的原长和劲度系数.答案30 cm500 N/m解析设弹簧原长为L0，劲度系数为k.由胡克定律得：F1k(L0L1)F2k(L2L0)联立两式得：L00.3 m30 cm，k500 N/m.1.轻弹簧有压缩和拉伸形变，既能产生压力，又能产生拉力，方向均沿弹簧的轴线方向.2.如果题目中只告诉弹簧的形变量，并没有指出是伸长还是压缩，或只告诉弹簧弹力的大小，并没有指出弹簧处于拉伸状态还是处于压缩状态，就要分别进行讨论.3.轻弹簧的一端空载时弹力为零，不空载时两端弹力必然相等.1.(对弹力概念的理解)(多选)在日常生活及各项体育运动中，有弹力出现的情况比较普遍，如图4所示的跳水运动就是一个实例.请判断下列说法正确的是()图4A.跳板发生形变，运动员的脚没有发生形变B.跳板和运动员的脚都发生了形变C.运动员受到的支持力，是跳板发生形变而产生的D.跳板受到的压力，是跳板发生形变而产生的答案BC解析发生形变的物体，为了恢复原状，会对与它接触的物体产生弹力的作用，发生形变的物体是施力物体.B、C正确.2.(弹力有无的判断)如图5所示，将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角烧杯中，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，各容器的底部均水平，则以下说法中正确的是()图5A.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.量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.口大底小的普通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答案A解析假设各容器侧壁对钢球均有弹力作用，作出各容器中钢球的受力分析图分别如图a、b、c所示，可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾，所以原假设不成立，各容器的侧壁对钢球均无弹力作用.因此，本题正确选项为A.3.(弹力方向的判断)在图6中画出物体A所受弹力的示意图.图6答案如图所示4.(胡克定律的应用)某同学利用如图7a装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验.图7(1)他通过实验得到如图b所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线.由此图线可得该弹簧的原长x0_ cm，劲度系数k_ N/m.(2)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计，当弹簧测力计上的示数如图c所示时，该弹簧的长度x_ cm.答案(1)450(2)10解析(1)当F0时，弹簧的长度即为原长，由胡克定律可知图象的斜率表示劲度系数大小，k N/m50 N/m.(2)弹簧测力计的示数为3 N，则伸长量为 m0.06 m6 cm，则长度为6 cm4 cm10 cm.一、选择题1.关于形变与弹力的说法中正确的是()A.只有弹簧才可以产生弹力B.接触的物体之间发生的形变程度越大，它们之间的弹力越小C.日常生活中所说的弹簧的“硬”与“软”是指弹簧的轻与重D.日常生活中所说的弹簧的“硬”与“软”是指弹簧的劲度系数的大小答案D2.杂技演员有高超的技术，能轻松地顶接从高处落下的坛子，如图1.关于他顶坛时头顶受到的压力，产生的直接原因是()图1A.坛的形变B.头的形变C.物体受到的重力D.人受到的重力答案A解析头顶受到的压力是由于坛子产生形变，对与之接触的头顶产生力的作用，选项A正确，B、C、D错误.3.(多选)玩具汽车停在模型桥面上，如图2所示，下列说法正确的是()图2A.桥面受向下的弹力，是因为汽车发生了形变B.汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力C.汽车受向上的弹力，是因为桥梁发生了形变D.汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了形变答案AC解析因为施力物体发生形变而产生弹力，故桥受向下的弹力是因为汽车发生了形变，汽车受到向上的弹力是因为桥梁发生了形变.4.体育课上一学生将足球踢向斜台，如图3所示.下列关于足球与斜台作用时斜台给足球的弹力方向的说法正确的是()图3A.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.沿垂直于斜台斜向左上方的方向答案D解析足球与斜台的作用是球面与平面的相互作用，足球所受弹力方向垂直于斜台指向足球，即斜向左上方的方向，故D正确. 5.下列各图中P、Q两球之间不存在弹力的是(所有接触面都是光滑的)()答案A解析A图中两球间若有弹力则小球Q将向右运动，所以P、Q间无弹力；B图中两球间若无弹力，则两球将向大圆弧底部运动，所以P、Q间有弹力；C图中两球间若无弹力则小球P将向下运动，所以P、Q间有弹力；D图中两球间若无弹力则小球P将向右下运动，所以P、Q间有弹力.故选A.6.如图4所示，是我国极地考察破冰船“雪龙号”.为满足破冰航行的要求，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()图4答案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.7.关于胡克定律，下列说法不正确的是()A.由Fkx可知，在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变量x成正比B.由k可知，劲度系数k与弹力F成正比，与弹簧的形变量成反比C.弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的，与弹力F的大小和弹簧形变量x的大小无关D.弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时弹力的大小答案B解析在弹性限度内，弹簧的弹力与形变量遵守胡克定律Fkx，A正确；弹簧的劲度系数由弹簧本身的性质决定，与弹力F及形变量x无关，B错，C正确；由胡克定律得k，可理解为弹簧伸长(或缩短)单位长度时受到的弹力的值与k相等，D正确.8.如图5所示的装置中，小球的质量均相同，弹簧和细线的质量均不计，一切摩擦忽略不计，平衡时各弹簧的弹力分别为F1、F2、F3，其大小关系是()图5A.F1F2F3 B.F1F2<F3C.F1F3>F2 D.F3>F1>F2答案A9.如图6所示，锻炼身体用的拉力器，并列装有四根相同的弹簧，每根弹簧的自然长度都是40 cm，某人用600 N的力把它们拉长至1.6 m，则()图6A.人的每只手受到拉力器的拉力为300 NB.每根弹簧产生的弹力为150 NC.每根弹簧的劲度系数为93.75 N/mD.每根弹簧的劲度系数为500 N/m答案B解析每只手的拉力均为600 N，故A错误；每根弹簧的弹力为 N150 N，故B正确；每根弹簧的劲度系数k125 N/m，故C、D错误.10.(多选)弹簧原长为10 cm，当挂上一个50 g的钩码时，弹簧的长度变为12 cm，当在原钩码下再挂一个同样的钩码时，弹簧仍处于弹性限度内，下列说法中正确的是(取g10 m/s2)()A.弹簧长度变为24 cmB.弹簧劲度系数为25 N/mC.弹簧的形变量为4 cmD.弹簧的形变量为2 cm答案BC解析由题可知，F1mg0.5 N，x12 cm，根据胡克定律Fkx，得k N/m25 N/m.当拉力F21 N时，由胡克定律，得x2102 cm4 cm，所以弹簧的长度xx2x04 cm10 cm14 cm，选项B、C正确，A、D错误.二、非选择题11.在图7中画出物体A所受弹力的示意图.图7答案见解析图解析支持力、压力的方向都要与接触面垂直并指向被支持或被压的物体，物体A所受弹力的示意图如图所示.12.如图8所示，一根轻质弹簧的原长为20 cm，竖直悬挂着，当用15 N的力向下拉弹簧时，量得弹簧长24 cm.问：图8(1)弹簧的劲度系数为多少？(2)若把它竖立在水平桌面上，用30 N的力竖直向下压时，弹簧长为多少？答案(1)375 N/m(2)12 cm解析(1)当弹簧受向下的15 N的拉力作用时，由胡克定律知F1k(l1l0)，即15k(0.240.2).解得劲度系数k N/m375 N/m.(2)当用30 N的力竖直向下压时，设弹簧长为l2，由胡克定律知F2k(l0l2)整理得l2l00.2 m m0.12 m12 cm.13.(2018宁波市第一学期期末)某学生做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验，实验时把弹簧竖直悬挂起来，在下端挂钩码，每增加一只钩码均记下对应的弹簧伸长的长度x，数据记录如表所示.钩码个数01234567弹力F/N01.02.03.04.05.06.07.0弹力伸长的长度x/cm02.003.986.027.979.9511.8014.00(1)根据表中数据在图9甲中作出Fx图线；(2)根据Fx图线可以求得弹力和弹簧伸长的关系式为F_x(式中各物理量均采用国际单位)；(3)一位同学做此实验时得到如图乙所示的Fx图线，说明此同学可能出现了哪种错误？_.图9答案(1)见解析图(2)50(3)弹簧伸长量已超出了弹簧的弹性限度解析(1)描点作图，如图所示：(2)图象的斜率表示劲度系数，故k N/m50 N/m，可以求得弹力和弹簧伸长的关系式为F50 x；(3)由题图乙可知，当力达到某一值时，图象发生了弯曲，说明此时弹簧伸长量已超出了弹簧的弹性限度.