1、第三章 相互作用 第 2 节 弹 力第三章 相互作用 学习目标核心素养形成脉络 1.知道形变的概念，并会区分某种形变是弹性形变还是非弹性形变.2.知道弹力的定义及产生的条件，会判断两个物体间是否存在弹力，并会判断弹力的方向(重点)3.掌握胡克定律并能用此定律解决有关问题(难点)一、弹性形变和弹力1形变(1)定义：物体在力的作用下或会发生改变，这种变化叫做形变(2)弹性形变：撤去作用力后能够的形变(3)弹性限度：当形变超过一定的限度时，撤去作用力后，物体不能原来形状的限度形状体积恢复原状完全恢复二、几种弹力1弹力的分类(1)压力、和(2)绳子中的弹力也叫2弹力的方向(1)压力和支持力：垂直于，指
2、向被压或被支持的物体(2)绳的拉力：沿着绳子指向绳子支持力拉力张力接触面收缩的方向三、胡克定律1胡克定律：弹簧发生时，弹力的大小 F 跟弹簧的长度 x 成正比，即 Fkx.2劲度系数：公式 Fkx 中的 k 称为，单位是，单位的符号是弹性形变伸长(或缩短)劲度系数牛顿每米N/m判一判(1)书本放在桌子上，书本和桌子都发生了形变()(2)用泥坯捏泥人时，泥坯发生了弹性形变()(3)相互接触的物体间一定存在弹力()(4)在弹性限度内，同一根弹簧被拉越长弹力越大，弹力大小与弹簧长度成正比()(5)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()(6)在弹性限度内，同一根弹簧被拉伸长度
3、x 和被压缩长度 x，弹力的大小相等()做一做 在图中，C 图中的接触面是光滑的，A、B 两球间一定有弹力作用的是(都静止)()答：选 B.判断 A、B 两球间有无弹力，要依据弹力产生的两个条件：一是相互接触；二是发生弹性形变四个选项中都满足了接触这一条件，但是否发生了形变难以观察，这时可以利用“假设法”来判断在 A 图中，若拿去 A 球，则 B 球静止，故 A、B 间没有挤压，即 A、B 间没有弹力；在 B 图中，若拿去 A 球，则 B 球将向左运动，故 A、B 间存在相互挤压，即 A、B 间存在弹力；在 C 图中，若拿去 A 球，则 B 球静止，故 A、B 间没有挤压，即 A、B 间没有弹
4、力；在 D 图中，A、B 间可能有弹力，也可能无弹力故选 B.想一想 滑梯是小朋友很喜欢玩的游戏，一小朋友在滑梯上下滑时受到的支持力以及他对滑梯的压力方向向哪？答：小朋友受到的支持力垂直于滑梯斜面向上，小朋友对滑梯的压力方向垂直于滑梯斜面向下 对弹力产生条件的理解和判断弹力的方向1判断弹力有无的常见方法方法思路例证 假设法假设将与研究对象接触的物体解除接触，若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力图中细线竖直、斜面光滑，因去掉斜面体，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力 方法思路例证 替换法用细绳替换装置中的杆，看能不能维持原来的力学状态，如果能维
5、持，则说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是支持力图中轻杆 AB、AC.用绳替换AB，原装置状态不变，说明AB 对 A 施加的是拉力；用绳替换 AC，原状态不能维持，说明 AC 对 A 施加的是支持力 方法思路例证 状态法物体的受力必须与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由力的平衡条件(或牛顿第二定律，第四章学到)列方程，求解物体间的弹力图中各接触面均光滑，小球处于静止，由二力平衡可知，地面对小球的支持力和重力就可使小球处于平衡，因此竖直墙面对小球不产生弹力作用2.几种常见弹力的方向类型方向图示 接触方式面与面垂直于公共接触面 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
6、向类型方向图示 轻杆可沿杆 可不沿杆(固定的杆)轻弹簧沿弹簧形变的反方向 命题视角 1 对弹力产生条件的理解 下列关于弹力的说法中正确的是()A相互接触的两个物体间必然有弹力存在B不接触的物体间也可能存在弹力C只要物体发生形变就一定有弹力D在相互接触且发生弹性形变的物体间才产生弹力思路点拨 产生弹力的两个条件缺一不可 解析 弹力产生的条件是两物体相互接触且发生弹性形变，所以 D 正确，A、B、C 错误 答案 D命题视角 2 对弹力有无的判断(多选)(2019黑龙江齐齐哈尔高一期中)下面各图中小球A 均静止，且各接触面均光滑，则 A 受到一个弹力的是()解析 A 图小球处于静止状态，重力和绳的弹
7、力平衡，斜面与球之间不可能产生弹力，否则小球不可能平衡，故图中球只受一个弹力作用，A 正确；B 图中小球受到绳子拉力、重力、斜面的支持力三力作用下处于平衡状态，因此小球受两个弹力作用，B 错误；C 图中竖直面对小球没有弹力作用，否则小球不可能处于平衡状态，故 C 正确；D 图中水平面对小球有弹力作用，由于推力作用，导致斜面和球之间也有弹力作用，故图中球受两个弹力作用，故 D 错误 答案 AC命题视角 3 对弹力方向的判定 请在图中画出杆或球所受的弹力甲图中杆靠在墙上；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，点 1、2、
8、3 在同一竖直线上解析 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 两处墙对杆都有弹力，弹力方向与接触点的平面垂直如图(a)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(b)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(c)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(d)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1判断弹力有无的两个误区 误认为两物体只要接触就一定存在弹力作用忽视了弹力产生
9、的另一条件发生弹性形变 误认为有形变一定有弹力忽视了弹性形变和非弹性形变的区别 2.弹力有无判断方法的选用技巧(1)判断两物体间弹力的有无时，可首先根据弹力产生的条件进行判断，若判断不出，再考虑使用假设法来判断(2)应用假设法来判断时，既可以假设“弹力存在”，也可以假设“弹力不存在”，两种思路的判断结果是一致的【通关练习】1(多选)(2019天津南开中学高一期中)有关弹力，下列说法正确的是()A木块放在桌面上要受到一个向上的弹力，是由于木块发生微小形变而产生的B拿一根细竹杆拨动水中木头，木头受到竹杆的弹力，是由于木头发生形变而产生的C绳对物体的拉力的方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向D挂在电线下
10、面的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小形变而产生的解析：选 CD.木块放在桌面上要受到一个向上的弹力，是由于桌面发生向下的微小形变而产生的，故 A 错误；木头受到竹杆的弹力，是由于竹杆发生形变而产生的，不是木头发生形变产生的，故 B错误；绳对物体的拉力是绳子发生微小的拉伸形变，由于弹性绳子要收缩而对物体产生拉力，绳拉力的方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向，故 C 正确；挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是因为电线受到电灯的作用而向下发生微小的拉伸形变，电线由于弹性要恢复原状而对电灯产生了拉力，故D 正确2如图所示，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
11、壁相接触，处于静止状态若钢球和各容器都是光滑的，各容器的底部均处于水平面内，则以下说法中正确的是()A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解析：选 A.钢球与容器的侧壁接触，是否有弹力作用就看接触处是否发生弹性形变，但微小形变难以觉察，只能借助假设法判断假设容器侧壁对钢球无弹力作用，则钢球受重力和容器底部对它的支持力作用，钢球仍将处于静止状态，故钢球与容器侧壁虽然接触但没有发生弹性形变，容器侧壁对钢球无弹力作用的假设成立换个
12、角度，假设侧壁有弹力，球将受到一个向右(或斜向右)的弹力作用，在这个力的作用下，球将向右运动，而实际上球却没有向右运动，说明侧壁处无挤压，没有弹力3按下列要求在图中画出物体所受的弹力的示意图(1)图甲中斜面对物块的支持力；(2)图乙中大半球面对小球的支持力；(3)图丙中光滑但质量分布不均的小球的球心在 O 处，重心在 P处，静止在竖直墙和桌边之间，试画出小球所受的弹力；(4)图丁中均匀杆被细绳拉住而静止，画出杆所受的弹力解析：解答本题时要明确以下三点：(1)当点与面(或曲面)接触时，弹力方向与面之间的关系(2)绳上弹力方向的特点(3)接触面为球面时，弹力方向的延长线或反向延长线的特点 示意图如
13、图所示 答案：见解析图 弹力大小的计算1关于胡克定律 Fkx，要注意以下几点(1)定律的成立是有条件的，也就是弹簧发生“弹性形变”，即必须在弹性限度内(2)表达式中的 k 是弹簧的劲度系数，k 只与弹簧本身有关，由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定它反映了弹簧的“软”“硬”程度，k 越大，弹簧越硬，其长度越难改变在国际单位制中，k 的单位为“N/m”(3)其中 x 为弹簧的形变量(可能为伸长量 ll0，也可能为缩短量l0l)2Fx 图象为一条经过原点的倾斜直线，图象斜率表示弹簧的劲度系数同一根弹簧，劲度系数不变3弹力大小的计算方法公式法 利用公式 Fkx 计算，适用于弹性体弹力的计算
14、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 命题视角 1 胡克定律的应用 如图所示，一根劲度系数为 k2 的弹簧，竖直放在桌面上，上面压一质量为 m 的物体，另一根劲度系数为 k1 的弹簧竖直放在物体上面，其下端与物体的上表面连接在一起，两个弹簧的质量都不计要想使物体在静止时下面弹簧承受的压力减为原来的23，应将上面弹簧的上端 A 竖直向上提高一段距离 d，则 d 为多少思路点拨 本题关键是明确 A 端上移距离应是上面弹簧的伸长量与下面弹簧压缩量的减少量之和 解析 物体处于平衡状态，在竖直方向上所受的合力为 0.当上面的弹簧没有
15、作用力时，下面弹簧对物体的支持力等于物体的重力，所以下面弹簧的压缩量为 x1mgk2.当上面弹簧被提起时，下面弹簧的弹力为物体重力的23，设弹簧的压缩量为 x2，则 k2 x22mg3，得 x22mg3k2.下面弹簧两次压缩量之差为 x x1 x2mg3k2.这说明物体要上升 x.当提起 A 端时，上面的弹簧伸长量为 x3，产生的弹力大小为mg3 k1 x3，所以 x3mg3k1.A 端竖直上提的高度等于下面弹簧压缩量的减少量与上面弹簧伸长量之和，d x x3（k1k2）mg3k1k2.答案（k1k2）mg3k1k2命题视角 2 对 Fx 图象的理解和应用 如图所示为一轻质弹簧的长度 L 和弹
16、力 F 的关系图线，试由图线确定：(1)弹簧的原长；(2)弹簧的劲度系数；(3)弹簧伸长 15 cm(在弹性限度内)时，弹力的大小思路点拨 要仔细研究题给图线，当弹力为零时，弹簧应处于原长状态对于弹簧，无论处于压缩状态还是拉伸状态，都会有弹力作用 解析(1)由题图知：当弹力 F0 时，弹簧处于原长 L010 cm.(2)由 FL 图象知：当弹力 F10 N 且弹簧处于拉伸状态时，弹簧长度为 L15 cm，弹簧的伸长量 xLL0(1510)cm5 cm0.05 m.由 Fkx 得 kFx200 N/m.(3)当 x15 cm0.15 m 时，由 Fkx 得 F2000.15 N30 N.答案(1
17、)10 cm(2)200 N/m(3)30 N命题视角 3 绳、杆、弹簧中弹力的比较(多选)如图所示，A、B 两物体的重力分别是GA3 N，GB4 NA 用细线悬挂在顶板上，B 放在水平面上，A、B 间轻弹簧的弹力 F2 N，则细线中的张力 FT 及 B 对地面的压力 FN 的可能值分别是()A5 N 和 6 N B5 N 和 2 NC1 N 和 6 N D1 N 和 2 N思路点拨 本题的解题思路为 解析 如果弹簧处于被拉伸的状态，它将有收缩到原状的趋势，会向下拉 A，向上提 B，则对物体 A、B，有 FTGAF5 N，FNGBF2 N，选项 B 正确；如果弹簧处于被压缩的状态，它将有向两端
18、伸长恢复原状的趋势，会向上推 A，向下压 B，则 FTGAF1 N，FNGBF6 N，选项 C 正确 答案 BC(1)绳、杆、弹簧和橡皮筋都能产生弹力，但是有的能瞬间变化，有的则不能；弹力的大小有的可用胡克定律和平衡条件求出，有的只能根据平衡条件和运动定律求出；弹力的方向也不相同比较如下：杆既可受拉力，又可受压力 形变量是微小的 形变消失或改变几乎不需要时间 弹簧既可受拉力，又可受压力 非微小形变一般形变变化需要一段时间 绳仅能受拉力形变量是微小的 形变消失或改变几乎不需要时间 橡皮筋 仅能受拉力非微小形变一般形变变化需要一段时间(2)胡克定律的推论：Fk x.根据胡克定律，可作出弹力 F 与
19、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Fx F x 反映了 k 的大小故可得出：Fk x，即弹力的变化量 F 与弹簧形变量的变化量 x 成正比【通关练习】1(2019甘肃白银高一期末)如图所示，轻弹簧的两端各受 100 N拉力 F 作用，弹簧平衡时伸长了 10 cm(在弹性限度内)，那么下列说法中正确的是()A该弹簧的劲度系数 k10 N/mB该弹簧的劲度系数 k1 000 N/mC该弹簧的劲度系数 k2 000 N/mD根据公式 kFx，弹簧的劲度系数 k 会随弹簧弹力 F 的增大而增大解析：选 B.根据胡克定律 Fkx 得，弹簧的劲度系
20、数：kFx100 N0.1 m1 000 N/m，故 A 错误，B 正确，C 错误；弹簧的伸长量与受到的拉力成正比，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 D 错误 2.如图所示，GA100 N，GB40 N，弹簧的劲度系数为 500 N/m，不计绳重和摩擦，求物体 A 对支持面的压力和弹簧的伸长量解析：先对 B 物体受力分析可知，绳对 B 的拉力大小等于 B的重力即 40 N.一根绳子拉力处处相等，弹簧对 A 的拉力 FAGB40 N 再对 A 受力分析知，A 受向上的拉力和向上的支持力，以及竖直向下的重力，三者之间关系为 FAFNAGA 所以 FNA60 N，则物体 A 对支持面向下的压力也为 60 N.由 FAkx 得 xFAk 0.08 m.答案：60 N 0.08 m本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
