1、第三章 相互作用 2 弹力知道常见形变和弹性形变理解弹力的概念及产生条件掌握胡克定律，会用公式Fkx计算弹簧的弹力知道压力、支持力、绳的拉力都是弹力，会判断它们的方向1 课前预习 2 课内探究 3 素养提升 4 课堂达标 5 课时作业 课 前 预 习 1形变与弹性形变(1)形变：物体在力的作用下_发生改变，叫作形变。(2)弹性形变：有些物体在形变后能够_，这种形变叫作弹性形变。弹性形变与弹力形状或体积恢复原状 2弹力(1)概念：发生_的物体，由于要恢复_，对与它_物体产生力的作用，这种力叫作弹力。(2)弹性限度：当形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体_，这个限度叫弹性限度。(3)弹力产生的条
2、件：两物体_。有_形变(接触处有挤压或拉伸)。形变原状接触的不能完全恢复原来的形状接触弹性 1常见弹力：平时所说的压力、支持力和拉力都是弹力。绳中的弹力通常称为_。2弹力的方向(1)压力和支持力的方向_于物体的接触面，指向被压或被_的物体。(2)绳的拉力沿着绳而指向绳_的方向。常见的几种弹力张力垂直支持收缩 1内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟_成正比。2表达式：F_，其中k为弹簧的_，单位：牛顿每米，符号_，它的大小反映了弹簧的软硬程度。胡克定律弹簧伸长(或缩短)的长度x kx 劲度系数N/m 判一判(1)所有形变在撤去外力后都能够恢复原来的形状。()(2)两个接触的物体间一定存在弹力
3、。()(3)若两物体间存在弹力，则它们一定接触。()(4)支持力的方向垂直于物体的接触面。()(5)弹簧的弹力总是与其形变量成正比。()解析：头顶受到的压力的施力物体是坛子，受力物体是头顶，它产生的直接原因是坛的形变，间接原因是物体受到的重力，A项正确。选一选(吉林省吉林二中 20162017 学年高一上学期月考)杂技演员有高超的技术，如图所示，能轻松地顶住从高处落下的坛子，关于他顶坛时头顶受到的压力产生的直接原因是 导学号 1321411()A坛的形变 B头的形变C物体受到的重力D人受到的重力A 答案：30N 解析：由胡可定律可知，80N能使弹簧伸长40个刻度，伸长一个刻度对应的拉力是2N，
4、若要指针正对刻度20，需要弹簧伸长15个刻度，此时的弹力应为30N。想一想如图所示，一根弹簧其自由端 B 在未悬挂重物时指针正对刻度 5，在弹性限度内当挂上 80N 重物时指针正对刻度 45，若要指针正对刻度 20，应挂重物是多少呢？导学号 1321411 课 内 探 究 体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示，足球与斜台之间有相互作用的弹力吗？若有，则斜台给足球的弹力方向如何？探究一 弹力的产生及弹力方向的判定 提示：有；足球所受弹力方向垂直于斜台指向足球。1产生弹力必备的两个条件：(1)两物体间相互接触；(2)发生弹性形变。2判断弹力有无的常见方法：(1)直接判定：对于发生明显形变的物体(
5、如弹簧、橡皮条等)，可根据弹力产生的条件由形变直接判断。(2)对于形变不明显的情况，通常用以下方法来判定：a假设法：假设将与研究对象接触的物体撤去，判断研究对象的运动状态是否发生改变，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。b替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能不能维持原来的力学状态。如将侧壁、斜面用海绵来替换，将硬杆用轻弹簧(橡皮条)或细绳来替换。c状态法：因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所以可以依据物体的运动状态由相应的规律(如二力平衡知识等)来判断物体间的弹力。3弹力的方向：(1)弹力的方向总与引起物体形
6、变的外力方向相反，与施力物体恢复原状的方向相同。(2)常见的三种接触方式类型方向图示面与面垂直公共接触面点与面过点垂直于面接触方式点与点垂直于切面 常见三类弹力的方向类型方向图示轻绳沿绳收缩方向可沿杆轻杆可不沿杆(由运动状态判断)轻弹簧沿弹簧形变的反方向 特别提醒：(1)接触的物体间不一定存在弹力，但两物体间若有弹力，则它们一定接触。(2)压力、支持力的方向都垂直于接触面，确定它们方向的关键是找准它们的接触面或接触点的切面。(3)轻杆的弹力方向具有不确定性，一般要根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向。在下图所示图中画出物体 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
7、体 P 处于静止状态，丁中物体 P(即球)在水平面上匀速滚动。导学号 1321411 解题指导：判断弹力方向应把握以下三种情况：(1)当面(或曲面)接触，弹力垂直于面。(2)绳上弹力沿绳并指向绳收缩方向。(3)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，必过球心O，B点属于点与杆相接触，弹力应垂直于杆斜向上；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处弹力方向水平向右，B处弹力垂直于斜面向左上方，且都过球心；丁中小球P不管运动与否，都是属
8、于平面与球面相接触，弹力应垂直于平面，且过球心，即向上。它们所受弹力的示意图如图所示。对点训练 1(山东曲阜师范大学附中 20172018 学年高一上学期期中)在下图中，a、b 均处于静止状态，则 a、b 间一定有弹力的是 导学号 1321411()B 解析：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于观察，这时可以利用“假设法”来判断。在A图中，若拿去a球，则b球仍静止不动，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，故a、b间存在弹力。在C
9、图中，若拿去a球，则b球静止，即a、b间没有挤压，即a、b间没有弹力。在D图中若拿去斜面a，则b球可能静止，即a、b间可能没有挤压，即a、b间可能没有弹力。故a、b间一定有弹力的是B图。如图所示，轻弹簧的一端固定于竖直木板上，另一端与一光滑小球连接。(1)小球是否一定受到弹簧的弹力作用？(2)若弹簧处于被拉长状态，则弹簧越长(在弹性限度中)，弹力越大还是越小？提示：(1)不一定(2)越大探究二 弹力大小的计算 1弹簧的弹力(1)应用胡克定律Fkx求解。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)；k为弹簧的劲度系数，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
10、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。(2)弹力与弹簧伸长量的关系可用Fx图象表示，如图，图线的斜率即为弹簧的劲度系数。(3)由于F1kx1，F2kx2，故FF2F1kx2kx1k(x2x1)kx，因此，弹簧上弹力的变化量F与形变量的变化量也成正比关系，即Fkx。2非弹簧的弹力大小的计算 弹力的大小与物体的形变程度有关，一般要借助物体的运动状态所遵循的物理规律求解。比如悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时，物体受绳向上的拉力和重力作用。根据二力平衡，可知绳的拉力大小等于物体重力的大小。特别提醒：(1)无论是应用胡克定律计算弹簧弹力大小还是判断弹簧弹力方向，都要注意弹
11、簧是被拉伸，还是被压缩。(2)物体不处于平衡状态时，物体所受的拉力或支持力不等于物体所受的重力。(辽宁省丹东市 20172018 学年高一上学期期中)如图所示，弹簧的劲度系数为 k，小球重力为 G，平衡时球在 A 位置。现用力将小球向下拉，使弹簧又伸长 x 至 B 位置，若仍在弹性限度内，则此时弹簧的弹力大小为导学号 1321411()AkxBGkxCkxGD以上都不对C 解题指导：求解此题应特别注意，球在A处时弹簧已经伸长了一定长度。解析：球在A位置时弹簧已经伸长了(令它为x)，这样有FBk(xx)kxkx，因球在A位置平衡，即Gkx，所以FBGkx，故C正确。对点训练 2(浙江省金兰教育合
12、作组织 20162017 学年高一上学期期中)弹簧拉力器是一种适合于大众健身的器械，如图所示，它由几根规格相同的弹簧并联而成，弹簧根数可以调整，甲同学使用挂有 3 根弹簧的拉力器训练，乙同学使用挂有 2 根弹簧的拉力器训练，乙同学将弹簧拉开的最大长度是甲同学的2 倍，则乙同学对拉力器施加的最大拉力是甲同学的 导学号 1321411()A34倍B43倍C32倍D2 倍B 解析：设一根弹簧的劲度系数为 k，甲拉开的长度为 x，乙拉开的长度为 2x，甲的力为：F3kx乙的力为：F2k2x设乙同学对拉力器施加的最大拉力是甲同学的 n 倍nFF 4kx3kx43，故选 B。1实验原理(1)弹簧受力会发生
13、形变，形变的大小与受到的外力有关。沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的。用悬挂法测量弹簧的弹力，利用的是弹簧静止时弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等。(2)弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可由弹簧拉长后的长度减去弹簧的原长来计算。探究三 实验：探究弹力和弹簧伸长的关系 (3)建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x、F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探究弹力大小与伸长量间的关系。2实验器材 轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、三角板、重垂线、坐标纸。3实
14、验步骤(1)按图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。(2)在弹簧下悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力。(3)增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，xll0表示弹簧的伸长量。1234567F/N0l/cmx/cm04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。(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，kFx。
15、5注意事项(1)所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。(2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图线更精确。(3)测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差。(4)描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧。(5)记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位。某同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，所用实验装置如图所示，所用的钩码每只质量都是 30g。他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将 5 个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出
16、相应的弹簧总长度，并将数据填在下表中。实验中弹簧始终未超过弹性限度，取 g10m/s2。试根据这些实验数据在如图所示的坐标系中作出弹簧所受弹力大小与弹簧总长度之间的函数关系的图线。则：导学号 1321411钩码质量(g)0306090120150弹簧总长度(cm)6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00(1)写出该图线的数学表达式F_N；(2)图线与横轴的交点的物理意义是_；(3)该弹簧的劲度系数k_N/m；(4)图线延长后与纵轴的交点的物理意义是_。(30L1.8)弹簧原长30 弹簧被压缩1cm时的弹力为0.3N 解题指导：解析：描点作图，图象如图所示。(1)由图象可以
17、得出图线的数学表达式为F(30L1.8)N；(2)图线与横轴的交点表示，弹簧所受弹力F0时弹簧的长度，即弹簧的原长；(3)图线的斜率即为弹簧的劲度系数k30N/m；(4)图线延长后与纵轴的交点表示弹簧长度为5cm时的弹力，此时弹簧被压缩了1cm，即表示弹簧被压缩1cm时的弹力对点训练 3(四川省绵阳南山中学 20172018 学年高一上学期期中)如下图(1)所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系。导学号 1321411 为完成实验，还需要的实验器材有：_。实验中需要测量的物理量有：_。图(2)是弹簧所受弹力F与弹簧伸长长度x的Fx图线，
18、由此可求出弹簧的劲度系数为_N/m，图线不过原点的原因是由于_。刻度尺弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量200 弹簧有自重解析：测弹簧伸长量还需用到刻度尺，实验中需要测量：弹簧的原长，弹簧所受外力及对应的伸长量，据 Fkx 可知 kFx200N/m，图象不过原点说明没有外力就有了伸长量，应为弹簧本身重力所致。素 养 提 升 分析求解三步走(1)找截距图象在横轴的截距表示弹簧的原长。(2)求斜率图象的斜率表示弹簧的劲度系数。(3)列方程恰当选取图象上的点列方程或方程组。同时注意坐标轴对应物理量的单位。弹簧Fx图象问题的解题技巧 如图所示，为一轻质弹簧的长度 L 和弹力 F 的关系图线，则由图线可知：导学号 1321411(1)弹簧的劲度系数为_N/m。(2)当弹簧被压缩，弹力大小为 5N 时，弹簧的长度为_cm。200 7.5 解析：(1)由图读出，弹簧的弹力 F0 时，弹簧的长度为 L010cm，即弹簧的原长为 10cm，由图读出弹力为 F110N，弹簧的长度为 L15cm，弹簧压缩的长度 x1L0L15cm0.05m，由胡克定律得弹簧的劲度系数为 kF1x1200N/m。(2)弹簧的弹力为 5N，弹簧的形变量 xFk2.5cm，弹簧的原长为 10cm，弹簧处于压缩状态，所以弹簧的长度为 7.5cm。课 堂 达 标课 时 作 业