1、2.弹力学习目标：1.物理观念了解形变、弹性形变、弹性限度的概念2.物理观念知道弹力产生的原因和条件3.科学思维知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向4.科学思维知道影响弹力大小的因素，理解胡克定律，了解科学研究方法一、物体的形变形变(1)定义：物体在力的作用下形状或体积会发生变化(2)分类：弹性形变：物体在撤去外界的作用力后能够恢复原状塑性形变：当撤去外力后，物体的形变不能完全恢复原状(3)弹性限度如果形变过大，超出一定的限度，撤去作用力后物体不能完全恢复原状，这个限度叫作弹性限度二、弹力及常见的弹力1弹力(1)定义：发生形变的物体，由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作
2、用(2)产生条件：两物体接触；发生弹性形变(3)弹力的方向：与该物体发生的形变方向相反2常见的弹力(1)压力和支持力：方向垂直于支持面而指向被压或被支持的物体(2)绳的拉力：方向沿着绳而指向绳子收缩的方向3胡克定律(1)内容：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或缩短)量x成正比(2)公式：Fkx，其中k为弹簧的劲度系数，单位：牛顿每米，符号N/m.(3)弹力F与弹簧的形变量x的关系图像形状是过原点的直线1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)只要两物体接触就一定产生弹力()(2)海绵受挤压发生形变，桌面受挤压不会发生形变()(3)静止在水平面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生
3、了形变()(4)在弹性限度内，两根弹簧被拉长相同的长度，弹力的大小一定相等()2关于弹性形变的说法，下列说法正确的是()A物体形状的改变叫做弹性形变B一根铁丝被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做弹性形变D物体在外力作用下的形变叫做弹性形变C外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫做弹性形变，故选项C正确3一轻质弹簧原长为8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为()A40 m/NB40 N/mC200 m/ND200 N/mD由胡克定律可知，弹簧的劲度系数为k N/m200 N/m，D项正确弹力有无的判断和弹力方向
4、的确定一铁块放在海绵上，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？提示：海绵对铁块的支持力，是由于海绵的形变产生的，方向竖直向上，铁块对海绵的压力是由于铁块形变产生的，方向竖直向下.1弹力的产生条件(1)两物体相互接触(2)接触面之间发生弹性形变2弹力产生的过程3弹力有无的判断方法(1)直接法：对于形变比较明显的情况，可以根据弹力产生的条件判断：物体间相互接触；发生弹性形变两个条件必须同时满足才有弹力产生(2)假设法：要判断物体在某一接触位置是否受弹力作用，可假设将此处与物体接触的其他物体去掉，看
5、物体是否在该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(3)根据物体的运动状态判断：看除了要研究的弹力外，物体所受的其他作用力与物体的运动状态是否满足相应的规律(目前主要应用二力平衡的规律)，若满足，则无弹力存在；若不满足，则有弹力存在(4)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，或平衡其他作用力或改变受力物体的运动状态，可利用作用效果确定弹力的有无特别提醒：判断弹力有无时应灵活选用判断方法，当直接法不易判断时，可考虑运动状态判断法4与形变方向的关系发生弹性形变的物体，由于恢复原状产生弹力，所以弹力的方向由施力物体形变的方向
6、决定，弹力的方向总与施力物体形变的方向相反5几种常见弹力的方向如下表类型方向图示接触方式面与面垂直接触面点与面过点垂直于面点与点垂直于切面轻绳沿绳指向绳收缩方向轻杆可沿杆可不沿杆轻弹簧沿弹簧形变的反方向收缩方向伸长方向特别提醒：(1)一个物体对另一物体的作用力不一定垂直于接触面，但一个物体对另一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【例1】请在图中画出杆或球所受的弹力甲乙丙 丁甲图中杆靠在墙上；乙图中杆放在半球形的槽中；丙图中球用细线悬挂在竖直墙上；丁图中点1、2、3都可能是球的重心位置，点2是球心，1、2、3点在同一竖直线上思路点拨：
7、当面(或曲面)接触，弹力垂直于面绳上弹力沿绳并指向绳收缩方向与球面接触的弹力方向延长线或反向延长线过球心解析甲图中杆在重力作用下对A、B两处都产生挤压作用，故A、B两处对杆都有弹力，弹力方向与接触点的平面垂直，如图1所示乙图中杆对C、D两处都有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直于圆弧切面指向球心，D处弹力垂直于杆斜向上，如图2所示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，绳子对球的弹力沿绳子向上，如图3所示丁图中当重心不在球心处时，弹力作用线也必通过球心，如图4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答案见解析图判断弹力方向的步骤(1)确定物体之间弹
8、力作用的类型(2)确定产生弹力的物体(3)找出使物体发生形变的外力方向(4)确定物体形变的方向(5)确定物体产生的弹力方向跟进训练训练角度1弹力的有无1如图所示各种情况下，a、b两者间一定有弹力的是()B假设A中两球间有弹力，则小球将向两边运动，与题矛盾，故a、b间无弹力，A错误；假设B中两球间无弹力，则两个小球都将向下摆动，与题矛盾，说明a、b间有弹力，B正确；假设C中a、b间有弹力，则a受力不平衡，故a、b间无弹力，C错误；假设D中b对a球有弹力，方向必定水平向右，则a球共受三个力：竖直向下的重力、竖直向上的拉力和水平向右的弹力，三个力的合力不可能为零，则小球a不可能处于静止状态，与题矛盾
9、，故a、b间一定无弹力，D错误训练角度2弹力的方向2一杆搁在矮墙上，关于杆受到的弹力的方向，图中画得正确的是()D支持力、压力的方向都应当垂直于接触面，故只有选项D正确探究弹簧弹力与形变量的关系一、实验步骤1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l0，即原长2如图所示，在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1.3改变所挂钩码的质量，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5、和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、.4计算出每次弹簧的伸长量x(xll0)和弹簧受到的拉力F(Fmg)，并将数据填入表格1234567F/N0l/
10、cmx/cm0二、数据处理1以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，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，如图所示2以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可据Fx图线的斜率求解，k.3得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义三、误差分析1本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差，为了减小误差，要尽量多测几组数据2弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响会带来系统误差为了减小该系统误差，实验中应使用轻弹簧四、注意事项1实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，以
11、免超出弹簧的弹性限度2测量长度时，应区别弹簧原长l0、实际长度l及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系为了减小弹簧自身重力带来的影响，测弹簧原长时应让弹簧在不挂钩码时保持自然下垂状态，而不是平放在水平面上处于自然伸长状态3记录数据时要注意弹力及伸长量的对应关系及单位4描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线或直线5尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响【例2】某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧弹簧轴线和刻度尺都应在_方向(填“水平”或“竖直”)(2)弹簧自然悬挂，待弹簧_时
12、，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6.数据如下表代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范，代表符号为_，由表可知所用刻度尺的最小分度为_(3)如图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与_的差值(填“L0”或“Lx”)(4)由图可知弹簧的劲度系数为_N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为_g(结果保留两位有效数字，重力加速度g取9.8 N/kg)解析(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的
13、重力产生，弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向(2)弹簧静止稳定时，记录原长L0；表中的数据L3与其他数据有效位数不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至cm位的后两位，最后一位应为估读值，精确至0.1 mm，所以刻度尺的最小分度为1 mm.(3)由题图知所挂砝码质量为0时，x为0，所以xLLx(L为弹簧长度)(4)由胡克定律Fkx知，mgk(LLx)，即mgkx，所以图线斜率即为弹簧的劲度系数k N/m4.9 N/m同理，砝码盘的质量m kg0.01 kg10 g.答案(1)竖直(2)稳定L31 mm(3)Lx(4)4.910描绘实验图像的注意事项(1)描点和连线依据实验数据用削尖的铅笔在图上描点
14、，用“”或“”符号标明连线时用平滑的曲线，不能用折线(2)因为测量值有一定的误差，图线不通过全部的点是正常现象，连线时应尽量使图线通过或接近数据点，个别严重偏离的点应舍弃，并使其余的点尽量均匀地分布在图线两侧(3)Fx图像应是过原点的直线，直线的斜率等于弹簧的劲度系数(4)Fl图像是不过原点的直线，其与横轴的截距等于弹簧的原长，斜率仍然等于弹簧的劲度系数跟进训练3在“探究弹力与弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图所示所挂钩码的重力相当于对弹簧提供了向右的恒定拉力实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度(1)有一个同
15、学通过以上实验测量后，把6组数据描点在如图所示坐标系中，请作出FL图线(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0_cm，劲度系数k_N/m.(3)试根据该同学以上的实验情况，帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)(4)该同学实验时，把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较，优点：_.缺点：_.解析(1)FL图线如图所示：(2)弹簧的原长L0即弹力为零时弹簧的长度，由图像可知，L05102 m5 cm.劲度系数为图像直线部分的斜率，k20 N/m.(3)记录数据的表格如下表次数123456弹力F/N弹簧的长度L/(102 m)(4)优点：可以避免弹簧自身重力对实验的影响缺点：弹簧与
16、桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差答案见解析弹力大小的计算弹簧在受到拉伸和压缩时，会有长度变化，长度变化与弹力有怎样的关系？提示：长度变化越大，弹力越大1对胡克定律的理解(1)弹簧要发生“弹性形变”，即在弹性限度内(2)表达式中x是弹簧的形变量，是弹簧伸长(或缩短)的长度，不是弹簧形变后的长度(3)表达式中的劲度系数k，反映了弹簧的“软”“硬”程度，是由弹簧本身的性质(如材料、形状、长度等)决定的，不同型号、不同规格的弹簧，其劲度系数不同(4)设劲度系数为k的弹簧，在形变量为x1、x2时产生的弹力分别为F1、F2，则根据胡克定律Fkx，有F1kx1，F2kx2，两式相减，有F1F2k(
17、x1x2)，即Fkx，此式表明弹簧发生弹性形变时，弹力的变化F与弹簧长度的变化x成正比(5)根据Fkx作出弹力F与形变量x的关系图像，如图所示，这是一条过原点的直线，其斜率k.2弹力大小的计算(1)公式法：利用公式Fkx计算，适用于弹簧这样的弹性体弹力的计算(2)平衡法：如果悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态，求解细绳的拉力时，可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小，目前主要适用于二力平衡的情况【例3】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
18、长和劲度系数解析设弹簧原长为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.答案30 cm500 N/m应用Fkx时应注意下列问题(1)弹簧发生形变时必须在弹性限度内. (2)x是弹簧的形变量，不是弹簧的原长，也不是弹簧形变后的实际长度(3)Fx图像中斜率表示弹簧的劲度系数，对于同一根弹簧来说，劲度系数是不变的(4)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(5)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跟进训
19、练4.如图所示，轻弹簧的两端各受10 N拉力F作用，弹簧平衡时伸长了5 cm(在弹性限度内)下列说法正确的是()A该弹簧的劲度系数k200 N/mB该弹簧的劲度系数k400 N/mC根据公式kF/x，弹簧的劲度系数k会随弹簧弹力F的增大而增大D弹簧所受的合力为10 NA根据胡克定律Fkx得弹簧的劲度系数k N/m200 N/m.故A正确，B错误；弹簧的伸长与受的拉力成正比，弹簧的劲度系数k与弹簧弹力F的变化无关，与弹簧本身有关，故C错误；弹簧所受的合力为0，故D错误1物理观念：形变、弹力的定义、胡克定律的内容2科学思维：会应用胡克定律或Fx图像求解问题.1关于弹力，下列说法中错误的是 ()A物
20、体受到的弹力是由于施力物体发生形变而产生的B弹力产生在直接接触而且发生弹性形变的物体之间C相互挤压的物体间弹力方向总是跟接触面相垂直D相互接触的物体间一定存在弹力D弹力是施力物体发生了弹性形变，为了恢复原状，对与它接触的物体产生的作用力，方向一定与接触面垂直，故选项A、B、C正确，只有选项D错误D符合题意2(多选)撑竿跳高是指运动员双手握住一根特制的竿子，经过快速助跑后，运动员借助竿支撑和弹力，使身体腾起，通过悬垂、摆体、举腿和引体等一系列动作，使身体越过一定高度，跨过横竿撑竿跳高一般分为四个过程：助跑、撑竿、腾空、越竿(横竿)下列关于运动员各运动过程中的弹力，说法正确的是()A助跑阶段，运动
21、员不受弹力作用B撑竿时，地面对竿的弹力方向沿竿的方向C腾空时，竿对运动员弹力的方向与竿形变的方向相反D运动员脱竿越过横竿时，不受弹力作用CD运动员在助跑阶段，受地面支持力作用，支持力属于弹力，A错误；撑竿时，地面对竿的弹力垂直地面向上，而并非沿竿的方向，B错误；腾空时，竿对运动员的弹力方向与竿形变方向相反，C正确；运动员脱竿越过横竿时，只受重力作用，D正确3在图中画出物体A所受弹力的示意图解析支持力、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答案见解析4一根轻弹簧，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
22、不受力时的自然长度为多少？该弹簧的劲度系数为多少？解析该题可以用两种方法求解一种是直接利用胡克定律Fkx列式，一种是利用胡克定律的变形式Fkx列式计算设弹簧的原长为l0，由题意知，F110 N，l112 cm；F225 N，l215 cm.法一：根据胡克定律有F1k(l1l0)，F2k(l2l0)两式相比可得代入数据可得l010 cmkN/m500 N/m.法二：根据Fkx可得k N/m500 N/m.又根据F1k(l1l0)可得l0l10.12 m m0.1 m10 cm.答案10 cm500 N/m5(新情景题)情境：蹦极(Bungee Jumping)，也叫机索跳，白话叫笨猪跳，是近些年
23、来新兴的一项非常刺激的户外休闲活动跳跃者站在约40 m以上(相当于10层楼)高度的桥梁、塔顶、高楼、吊车甚至热气球上，把一端固定的一根长长的橡皮绳绑在踝关节处，然后两臂伸开，双腿并拢，头朝下跳下去问题：设一次蹦极中所用的橡皮绳原长为15 m，质量为50 kg的人在下落到最低点时所受的向上的最大拉力为3 000 N，已知此人停在空中时，蹦极的橡皮绳长度为17.5 m，橡皮绳的弹力与伸长的关系符合胡克定律，(g取10 m/s2)求：(1)橡皮绳的劲度系数；(2)橡皮绳的上端悬点离下方的水面至少为多高？解析(1)人静止于空中时，橡皮绳的拉力F1mg500 N而F1k(ll0)所以橡皮绳的劲度系数k200 N/m.(2)设橡皮绳拉力最大时，绳长为l据胡克定律F2k(ll0)得ll015 m15 m30 m.答案(1)200 N/m(2)30 m