高中物理人教版必修一导学案：第三章第二节+弹力

高中物理人教版必修一导学案：第三章第二节+弹力

2 弹力 课堂合作探究 问题导学 一、弹力的产生 活动与探究 1 1．用手拉伸和压缩弹簧，弹簧的形状发生变化，用手捏橡皮泥，橡皮泥的形状发生变 化，物体形状发生 变化的原因是什么？此现象说明了什么问题？弹簧和橡皮泥形状的变化 有什么不同？ 2．两个不接触的物体之间是否能够产生弹力？两个相互接触的物体之间一定有弹力作 用吗？ 3．试通过对第 1、2 条探究问题的分析，归纳总结：两物体间要发生弹力，需具备什么 样的条件？ 4．判断图甲、乙中光滑小球是否受到斜面的弹力作用。 迁移与应用 1 关于弹力的产生，下列说法正确的是（ ） A．只要两个物体接触就一定产生弹力 B．只要两个物体相互吸引就一定产生弹力 C．只要物体发生形变就一定产生弹力[来源:Z+xx+k.Com] D．只有发生弹性形变的物体才能产生弹力 （1）形变：物体在外力作用下形状和体积的变化叫做形变。如果外力撤去后物体能够 完全恢复原状，这种形变叫做弹性形变，否则物体的形变叫做非弹性形变或范性形变。一般 情况下，若无特别说明，形变通常指的是弹性形变。 （2）弹力：发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用， 这种力叫做弹力。 （3）产生弹力的条件： ①两个物体直接接触；②接触面上发生弹性形变。 在上述两个条件中，缺少任何一个都不能产生弹力的作用。 （4）判断弹力是否存在常用“假设法”。假设法就是假设与研究对象接触的物体施加 了弹力，画出假设状态下的受力图，判断受力情况与物体的状态是否矛盾。若矛盾，说明两 者之间无弹力；若不矛盾，说明两者之间有弹力。 二、几种弹力 活动与探究 2 1．若两物体间发生弹力作用，则施力物体和受力物体都会发生形变，请尝试分析，弹 力方向与形变方向的关系。 2．从以上的探究过程可知，弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反，与受力物体 的形变方向相同。那么，我们在判断弹力方向时应遵循何种思路？ 迁移与应用 2 请在下图中画出杆或球所受的弹力。 （1）杆靠在墙上； （2）杆放在半球形的槽中； （3）球用细线悬挂在竖直墙上。 （1）发生弹性形变的物体，由于要恢复原状而产生弹力，所以弹力的方向由施力物体 的形变的方向决定，弹力的方向总与施力物体形变的方向相反，与施力物体恢复形变的方向 相同。 （2）几种常见弹力的方向： 类型 方向 图示 接 触 方 式 [来 源:Z,xx,k.Co m] 面与面[来源:学 科网 ZXXK] 垂直公共接触面[来源:学#科#网 Z#X#X#K] [来源:学#科#网 Z#X#X#K] 点与面 过点垂直于面 点与点 垂直于切面 轻绳 沿绳收缩的方向 轻杆 可沿杆 可不沿杆 轻弹簧 沿弹簧形变的反方向 注意：①一个物体对另一个物体的作用力不一定垂直于接触面，但一个物体对另一个物 体的支持力一定垂直于接触面。 ②轻杆的弹力方向较为复杂，一般根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方 向。 三、胡克定律 活动与探究 3 1．如图所示，用弹簧测力计拉弹簧时，弹簧拉伸越长，弹簧测力计的示数越大，这一 现象说明了什么问题？ 2．探究弹力与弹簧伸长量的关系 （1）探究过程 ①如图所示，将铁架台放于桌面上，将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上，在靠近弹簧 处将刻度尺固定于铁架台上，并用________检查刻度尺是否垂直。 ②记下弹簧的________（自然长度）l0 ③在弹簧下端挂上钩码，待钩码静止后，记下弹簧的现长 l 及弹力 F，算出伸长量 x＝ ________，并改变钩码个数，多次测量。数据记录表如下。 数据记录： 1 2 3 4 5 6 7 F/N l/cm x/cm ④根据测量数据画出 F－x 图象。（以 F 为纵轴，以 x 为横轴） （2）探究结论：_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 3．某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，利用得到的弹力 F 和弹簧总长度 l 的数据，作出了 F－l 图象，如图所示。 （1）弹簧不发生形变时的长度 l0＝________cm。 （2）弹簧的劲度系数 k＝________N/m。 迁移与应用 3 一根轻质弹簧，当它受到 10 N 的拉力时长度为 12 cm，当它受到 25 N 的拉力时长度为 15 cm，问弹簧不受力时的自然长度为多少？该弹簧的劲度系数为多少？ （1）胡克定律的内容：F＝kx。 （2）定律的成立条件：弹簧发生“弹性形变”，且必须在弹性限度内。 （3）表达式中的 x 是弹簧的形变量，即弹簧伸长（或缩短）的长度，不是弹簧的原长， 也不是弹簧形变后的实际长度，弹簧伸长量或压缩量相同时，弹力大小相等，但方向不同。 （4）表达式中的 k 是弹簧的劲度系数，它反映了弹簧的“软”“硬”程度，是由弹簧本 身的性质决定的。在国际单位制中 k 的单位为“N/m”。 （5）根据胡克定律，可作出弹力 F 与形变量 x 的图象，如图所示，这是一条通过原点 的倾斜直线，其斜率（ F F x x   ）反映了 k 的大小，故胡克定律还可写成：ΔF=kΔx，即 弹力的变化量ΔF 跟弹簧长度的变化量成正比。 当堂检测 1．关于弹性形变，下列说法正确的是（ ） A．物体形状的改变叫弹性形变 B．一根铁丝用力折弯后的形变就是弹性形变 C．物体在外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫弹性形变 D．物体受外力作用后的形变叫弹性形变 2．一个物体放在水平地面上，下列关于物体和地面受力情况的叙述中，正确的是（ ） A．地面受到向下的弹力是因为地面发生了形变 B．地面受到向下的弹力是因为物体发生了形变 C．物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变 D．物体受到向上的弹力是因为物体发生了形变 3．下列关于弹力的说法正确的是（ ） A．只有弹簧才有可能施加弹力 B．施加弹力的物体一定有形变 C．同一物体的形变越大（弹性限度内），产生的弹力也越大 D．形变大的物体产生的弹力一定比形变小的物体产生的弹力大 4．一弹簧测力计的量程是 10 N，刻度的总长度是 5 cm，该弹簧测力计上弹簧的劲度系 数是（ ） A．200 N/m B．2 N/m C．50 N/m D．5 000 N/m 5．如图所示，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。 答案： 课堂合作探究 【问题导学】 活动与探究 1：1．答案：弹簧发生形变的原因是弹簧受到了手的拉力或压力作用，橡 皮泥发生形变是由于受到手的压力作用。此现象说明任何物体受到外力作用时都能发生形 变。以上两个物体在撤去外力后，弹簧能恢复原状，是弹性形变，而橡皮泥不能恢复原状， 是非弹性形变。 2．答案：弹力是接触力，即弹力必须是发生在两个相互接触的物体之间，所以不接触 的两个物体之间不能产生弹力。两个相互接触的物体如果没有相互挤压或拉伸，就不会产生 弹力的作用。例如，并排放在光滑水平面上的两个物体相互接触时，如果移掉一 个物体， 另 一个物体的状态并不发生改变，说明它们之间并没有弹力，所以两个相互接触的物体之 间不一定产生弹力。 3．答案：弹力必须是发生在两个相互接触的物体之间，并且两个相互接触的物体有相 互的挤压或拉伸——即发生弹性形变，所以产生弹力必须同时具备以下两个条件：①两物体 相互接触；②物体发生弹性形变。 4．答案：假设两图中斜面均对小球有弹力作用，则甲图中小球将仍能保持静止状态， 乙图中小球则不能保持静止，所以乙图中小球不受斜面弹力作用，甲图中受到弹力作用。 迁移与应用 1：D 解析：弹力是接触力，因此要有弹力产生两物体必须接触，故选项 B 不正确。当物体互相接触但不发生形变时，物体之间无弹力，选项 A 错误。当物体发生 了形变，但是非弹性形变时，也无弹力产生，只有当物体发生弹性形变时，物体之间才会有 弹力。选项 C 不正确，选项 D 正确。 活动与探究 2：1．答案：弹力方向与形变方向的关系： 2．答案：在判断弹力方向时常常按如下思路分析： （1）确定受到弹力的物体。 （2）确定施力物体或受力物体形变的方向。 （3）确定弹力的方向。 迁移与应用 2：答案：见解析 解析：（1）杆在重力作用下对 A、B 两处都产生挤压作用，故 A、B 两点处对杆有弹力， 弹力方向过接触点与平面垂直。如图（1）所示。 （2）杆对 C、D 两处有挤压作用，因 C 处为曲面，D 处为支撑点，所以 C 处弹力垂直 其切面指向球心，D 处弹力垂直杆斜向上。如图（2）所示。 （3）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斜 向上。如图（3）所示。 活动与探究 3：1．答案：这一现象说明弹簧的弹力大小与弹簧形变的大小有关，弹簧 的形变越大，弹力越大，形变消失，弹力也消失。 2．答案：（1）①重垂线 ②原长 ③l－l0 （2）在实验误差范围内，弹力的大小与弹 簧的伸长量成正比，即 F＝kx。 3．答案：（1）20 （2）100 解析：（1）由题图可知，l0＝20 cm。 （2）k＝ F Δl ＝ 20 N 0.2 m ＝100 N/m 迁移与应用 3：答案：0.1 m 500 N/m 解析：设弹簧的原长为 l0，由题意知 F1＝10 N，l1＝12 cm；F2＝25 N，l2＝15 cm。 解法一：根据胡克定律有 F1＝k（l1－l0），F2＝k（l2－l0） 两式相比可得F1 F2 ＝l1－l0 l2－l0 ，代入数据可得 l0＝10 cm＝0.1 m k＝F1 x ＝ F1 l1－l0 ＝ 10 0.12－0.1 N/m＝500 N/m。 解法二：根据ΔF＝kΔx 可得 k＝ΔF Δx ＝F2－F1 l2－l1 ＝ 25－10 0.15－0.12 N/m＝500 N/m 又根据 F1＝k（l1－l0），可得 l0＝l1－F1 k ＝0.12 m－ 10 500 m＝0.1 m。 【当堂检测】 1．C 2．BC 3．BC 4．A 5．答案：