1、第2节科学探究：弹力核心素养明目标核心素养学习目标物理观念知道形变、弹性形变、弹性限度及弹力的概念。知道胡克定律的内容及表达式。科学思维理解弹力及胡克定律，并能分析和解决实际问题。科学探究学会根据设定的方案进行实验探究，会分析数据、误差，会通过与他人交流解决实验中的问题。科学态度与责任通过对弹力的探究，认识实验对物理研究的重要性，提高学习兴趣，加强与他人合作。知识点一形变与弹力1形变：物体发生的伸长、缩短、弯曲等形状的变化称为形变。2弹性体及弹性形变(1)弹性体是撤去外力后能恢复原状的物体。(2)弹性形变指弹性体发生的形变。3范性形变：物体发生形变后不能恢复原状，这种形变叫范性形变。4弹性限度
2、：弹性体的形变不能无限增大，若超过一定的限度，撤去外力时物体就不能恢复原状，这个限度称为弹性限度。5弹力的定义：相互接触的物体发生弹性形变时，由于物体要恢复原状，物体会对与它接触的另一物体产生力的作用，这种力称为弹力。6弹力的方向：弹力的方向总是与物体形变的方向相反，以使物体恢复原状。如图所示，用手用力捏玻璃瓶时会发现透明细管中的液面上升，这种现象说明什么？提示：玻璃瓶受力发生形变，容积变小了。1：思考辨析(正确的画，错误的打)(1)使物体发生形变的外力撤去后，物体一定能够恢复原来状态。()(2)任何物体都可以发生形变，但并不是所有的形变都是弹性形变。()(3)相互接触的物体间一定存在弹力。(
3、)知识点二胡克定律1内容：在弹性限度内，弹簧弹力的大小与弹簧伸长(或压缩)的长度成正比。2公式：Fkx。3适用条件：在弹性体的弹性限度内。4劲度系数：是一个有单位的物理量，单位为N/m。弹簧的劲度系数为1 N/m的物理意义：弹簧伸长或缩短1 m时产生的弹力大小为1 N。Fkx中的x是弹簧的形变量，是弹簧伸长(或缩短)的长度。2：思考辨析(正确的画，错误的打)(1)物体的形变越大，弹力也越大。()(2)弹力的大小与物体大小有关，体积越大的物体产生的弹力越大。()(3)在弹性限度内，弹簧弹力大小与弹簧长度成正比。() 考点1弹力的产生一铁块放在海绵上，铁块和海绵都发生了形变，从而在它们之间产生了弹
4、力，如图所示。海绵对铁块的支持力是如何产生的？铁块对海绵的压力是怎样产生的？提示：海绵对铁块的支持力是海绵发生形变产生的，而铁块对海绵的压力是铁块发生形变产生的。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弹力有无的判断方法条件法方法根据物体间是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力。此方法多用来判断形变较明显的情况举例图中弹性绳与手直接接触，弹性绳发生形变，手与弹性绳之间一定存在弹力假设法方法对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若状态不变，则此处不存在弹力；若状态改变，则此处一定有弹力举例图中为用细线悬挂的小球，斜面是光滑的
5、，因去掉斜面，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力和重力，不受斜面的支持力【典例1】在下列各图中，A、B两球间一定有弹力作用的是()ABCD思路点拨：解答本题可按以下思路进行分析：B在A图中，若拿去A球，则B球静止不动，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，即A、B间存在弹力。在C图中，若拿去A球，则B球静止不动，故A、B间没有挤压，即A、B间没有弹力。在D图中，不能判断A、B间有没有弹力。故应选B。弹力的产生条件中接触是前提，挤压是关键，相互接触的物体是否发生弹性形变是弹力存在与否的标志。但是，实际上除弹簧、橡皮条等物体产生弹
6、力时形变较明显外，大部分物体产生弹力时形变是微小的，肉眼很难观察出来。因此，弹力有无的判断主要有以下两种方法：(1)条件法；(2)假设法。1下列关于弹力产生条件的说法中正确的是()A只要两个物体接触就一定有弹力产生B只要两个物体相互吸引就一定有弹力产生C只要物体发生形变就一定受到弹力作用D只有发生弹性形变的物体才会产生弹力D弹力产生的条件：接触并产生弹性形变，二者缺一不可。A、C中都只有弹力产生的一个条件，故A、C都不一定能产生弹力。B中只说“相互吸引”，只能证明有力存在，不一定能产生弹力。D项正确。 考点2弹力方向的判断1弹力的方向：弹力的方向总是跟引起物体形变的外力方向相反，跟该物体的形变
7、方向相反。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公共接触面指向被支持物体点与面过点垂直于面指向被支持物体点与点垂直于公共切面指向受力物体且力的作用线一定过球(圆)心轻绳沿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【典例2】如图所示，球A在斜面上，被竖直挡板挡住而处于静止状态。关于球A所受的弹力，以下说法正确的是()A球A仅受一个弹力作用，弹力的方向垂直于斜面向上B球A受两个弹力作用，一个水平向左，一个垂直于斜面向下C球A受两个弹力作用，一个水平向右，一个垂直于斜面向上D球A受三个弹力作用，一个水平向右，一个垂直于斜面向上，一个竖直向下C球A所受重力竖直向下，与竖直挡板和斜
8、面都有挤压，斜面给它一个支持力，垂直斜面向上，挡板给它一个压力，水平向右，则C正确，A、B、D错误。判断弹力方向的思路2(多选)(2019广东深圳翠园中学高一上期中)如图所示，底端置于粗糙水平地面上的杆，其顶端通过一根细线被手拉住，杆处于静止状态，细线水平，下列说法正确的是 ()A杆对细线的弹力方向为水平向右B细线对杆的弹力方向垂直杆斜向左上方C杆受到地面的弹力是由地面的形变产生的D地面受到杆的弹力沿杆斜向左下方AC细线弹力的方向沿着细线收缩的方向，细线水平，则细线对杆的作用力方向水平向左，所以杆对细线的弹力方向为水平向右，故A正确，B错误；杆受到地面弹力的施力物体是地面，杆受到地面的弹力是由
9、于地面的形变产生的，故C正确；杆受到地面的弹力方向垂直于地面向上，所以地面受到杆的弹力垂直于地面向下，故D错误。 考点3弹力大小的计算汽车已经进入到普通人的生活中，带来便利的同时，安全也至关重要，如图所示，是一个汽车车厢的缓冲装置，发生碰撞时，可以减小撞击力，从而更安全。(1)弹簧的弹力如何变化？(2)弹簧的弹力大小与弹簧长度变化有什么关系？提示：(1)随着压缩量的增大，弹力越来越大。(2)科学研究表明弹簧弹力大小与弹簧长度的变化量成正比。1对胡克定律Fkx的理解(1)适用范围：弹簧发生形变时必须在弹性限度内。 (2)公式中x的意义：是弹簧的形变量，既不是弹簧的原长，也不是弹簧形变后的长度。(
10、3)公式中k的意义：是弹簧的劲度系数，由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。(4)Fx图像为一条经过原点的倾斜直线，图像斜率表示弹簧的劲度系数。同一根弹簧，劲度系数不变。(5)推论：Fkx。2计算弹力大小的两种方法(1)公式法：利用公式Fkx计算。适用于弹簧、橡皮筋等物体的弹力的计算。(2)平衡法：利用二力平衡的条件计算。例如：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，可用二力平衡求得拉力的大小等于物体重力的大小。利用胡克定律求弹力大小【典例3】(多选)(2019山东济南一中高一期中)如图所示，探究的是某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系，下列说法中正确的是 ()甲乙A
11、弹簧的劲度系数是2 N/mB弹簧的劲度系数是2103 N/mC当弹簧受F2800 N的拉力作用时，弹簧伸长量x240 cmD当弹簧伸长量x120 cm时，拉力是F1200 NBC由题中乙图可知图线的斜率表示弹簧的劲度系数，k2 000 N/m，B对，A错；当弹簧受F2800 N的拉力作用时，弹簧伸长量x20.4 m40 cm，C对；当弹簧伸长量x120 cm时，F1kx1400 N，D错。利用二力平衡条件求弹力大小【典例4】如图所示，一根弹性杆的一端固定在倾角为30的斜面上，杆的另一端固定一个质量为m0.2 kg的小球，小球处于静止状态，弹性杆对小球的弹力为(g取10 N/kg)()A大小为2
12、 N，方向平行于斜面向上B大小为1 N，方向平行于斜面向上C大小为2 N，方向垂直于斜面向上D大小为2 N，方向竖直向上D小球处于静止状态，即小球受力平衡，此时小球受两个力作用：一是重力(G)，方向竖直向下；二是弹性杆对它的弹力(N)。根据二力平衡的条件，弹力(N)与重力(G)等大、反向。受力情况如图所示。(1)胡克定律Fkx也适用于弹性绳、橡皮筋等产生的弹力的计算。(2)弹簧的弹力可能是弹簧拉伸产生的，也可能是压缩产生的，其大小也可由二力平衡求解。3(角度1)(1)某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系实验时，得到如图a所示的FL图像，由图像可知：弹簧原长L0_cm，求得弹簧的劲度系数k_N
13、/m。ab(2)按如图b的方式挂上钩码(已知每个钩码重G1 N)，使(1)中研究的弹簧压缩，稳定后指针指示如图b，则指针所指刻度尺示数为_cm。由此可推测图b中所挂钩码的个数为_个。解析(1)由胡克定律Fk(LL0)，结合题图a中数据得：L03.0 cm，k200 N/m。(2)由题图b知指针所示刻度为1.50 cm，由Fk(L0L)，可求得此时弹力为：F3 N，故所挂钩码的个数为3个。答案(1)3.0200(2)1.5034(角度2)如图所示，弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计，重物的重力G5 N，则弹簧测力计A和B的示数分别为 ()A5 N,10 NB5 N,0 NC10 N,5 ND5
14、 N,5 ND弹簧测力计的示数等于挂钩上的拉力，与弹簧测力计外壳受力无关，重物平衡时细线对重物的拉力F与重力G是一对平衡力，所以FG5 N，两图中挂钩上的拉力均为F5 N。1(多选)一个物块放在水平地面上，下列关于物块和地面受力情况的叙述中，正确的是()A地面受到向下的压力是因为地面发生了形变B地面受到向下的压力是因为物块发生了形变C物块受到向上的弹力是因为地面发生了变形D物块受到向上的弹力是因为物块发生了变形BC地面受到向下的压力，这个压力的施力物体是物块，即物块的形变产生了对地面的压力，故B选项是正确的；物块受到向上的弹力，这个弹力的施力物体是地面，即地面的形变产生了对物块的弹力，故C选项
15、也是正确的。2足球是目前全球体育界最具影响力的运动项目之一，深受青少年喜爱。如图所示为三种与足球有关的情境，下列说法正确的是()甲乙丙A图甲中，静止在地面上的足球受到的弹力就是它的重力B图甲中，静止在地面上的足球受到弹力作用是因为地面发生了形变C图乙中，静止在光滑水平地面上的三个足球由于接触而受到相互作用的弹力D图丙中，足球被踢起，说明脚与球接触时脚对球的力大于球对脚的力B静止在地面上的足球受到的强力的施力物体是地面，而重力的施力物体是地球，可知弹力不是重力，故A错误；静止在地面上的足球受到的弹力是地面对足球的作用力，是因为地面发生了形变，故B正确；静止在光滑水平地面上的三个足球虽然接触，但由
16、于没有弹性形变，所以没有受到相互作用的弹力，故C错误；脚对球的力与球对脚的力是一对作用力与反作用力，总是大小相等方向相反，故D错误。 3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 N，在弹性限度内，当挂上80 N重物时指针正对刻度45 N。若要指针正对刻度20 N，应悬挂的重物是()A40 NB30 NC20 ND不知弹簧的劲度系数，无法计算B因为弹簧的形变量和其受到的作用力成正比，故，解得F30 N，故B正确。4(新情境题，以室内攀岩为背景，考查弹力的产生)室内攀岩一出现就受到人们的喜爱，室内攀岩是通过攀登人工设计高度、难度不等的岩壁(通常6米8米高)，在上面装有许多大小不一的岩石点，供人用四肢借助岩点的位置手攀脚登，来完成攀岩的体验，图中一攀岩爱好者正在保险绳的保护下攀岩。(1)此人的双脚受到的弹力作用是由谁的形变产生的？(2)图中此人正用一只手用力拉绳，则他可能受几个弹力作用？解析(1)是由于所踩岩点的形变产生的。(2)可能受到四个弹力作用：岩点对两只脚的两个弹力，保险绳对此人的弹力，攀岩绳对此人的手的弹力。答案见解析回归本节知识，自我完成以下问题：(1)弹力产生的两个必要条件是什么？提示：两物体间相互接触，物体发生弹性形变。(2)判断弹力有无的方向有哪两种？提示：条件法，假设法。(3)计算弹力大小的两种方法分别是什么？提示：公式法，平衡法。
