物理人教版（浙江版）必修一第三章相互作用2

2彈力知識內(nèi)容彈力考試要求必考加試cc課時要求1.知道形變和彈性形變，知道常見的彈力種類.2.知道彈力產(chǎn)生的條件，會判斷彈力的有無及彈力的方向.3.理解勁度系數(shù)的物理意義，掌握胡克定律并能用此定律解決有關(guān)問題.4.探究彈力與彈簧伸長量之間的關(guān)系.學會利用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù).能根據(jù)F－x、F－l圖象求出彈簧的勁度系數(shù).一、彈性形變和彈力1.形變：物體在力的作用下形狀或體積發(fā)生的變化.2.彈性形變：物體在形變后撤去作用力時能夠恢復原狀的形變.3.彈性限度：如果形變過大，超過一定的限度，撤去作用力后物體不能(填“能”或“不能”)完全恢復原來的形狀，這個限度叫做彈性限度.4.彈力(1)定義：發(fā)生形變的物體，由于要恢復原狀，對與它接觸的物體產(chǎn)生的力.(2)產(chǎn)生的條件：①兩物體直接接觸；②發(fā)生彈性形變.二、幾種彈力及方向1.壓力和支持力的方向都垂直于物體的接觸面.2.繩的拉力方向總是沿著繩子而指向繩子收縮的方向.繩中的彈力常常叫做張力.三、胡克定律1.內(nèi)容：彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力的大小F跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比.2.公式：F＝kx.k為彈簧的勁度系數(shù)，單位是牛頓每米.[即學即用]1.判斷下列說法的正誤.(1)只要兩物體接觸就一定產(chǎn)生彈力.(×)(2)發(fā)生形變后的物體撤去外力后都能夠恢復原狀.(×)(3)海綿受擠壓發(fā)生形變，桌面受擠壓不會發(fā)生形變.(×)(4)靜止在水平地面上的物體受到向上的彈力是因為地面發(fā)生了形變.(√)(5)由F＝kx可知，在彈性限度內(nèi)彈力F的大小與彈簧的長度成正比.(×)2.彈簧的原長為10cm，它下面掛一個重為4N的物體時，彈簧長為12cm，則該彈簧的勁度系數(shù)為________N/m.若在它下面掛一個重為6N的物體，則彈簧的伸長量為________cm.答案2003一、形變和彈力[導學探究](1)如圖1所示，取一個扁玻璃瓶，里面盛滿水，用穿有透明細管的橡皮塞封口，使水面位于細管中，用手捏玻璃瓶，會看到什么現(xiàn)象？說明什么？圖1(2)用手壓橡皮泥，橡皮泥發(fā)生形變；腳踩在松軟的泥土上，留下了深深的腳印(形變)，這兩種形變與玻璃瓶的形變有什么不同？(3)如圖2所示，被拉長的彈簧對手有一個拉力的作用，這個拉力是如何產(chǎn)生的？圖2答案(1)用手捏玻璃瓶，管中水面上升.說明受壓時玻璃瓶發(fā)生形變，體積變小了.(2)橡皮泥、泥土受力后發(fā)生的形變，在撤去外力后不能恢復原狀(非彈性形變)，玻璃瓶的形變在撤去外力后能恢復原狀(彈性形變).(3)彈簧受到拉力后發(fā)生形變(伸長)，發(fā)生形變的彈簧要恢復原狀，對手就產(chǎn)生了拉力.[知識深化]1.彈性形變和非彈性形變彈性形變：撤去外力后能恢復原狀的形變.非彈性形變：撤去外力后不能恢復原狀的形變.發(fā)生彈性形變的物體，外力過大，超過一定的限度(彈性限度)，會變成非彈性形變.2.彈力的產(chǎn)生必須同時具備兩個條件：(1)兩物體直接接觸；(2)兩物體接觸處發(fā)生彈性形變.例1關(guān)于彈力的產(chǎn)生，下列說法正確的是()A.木塊放在桌面上受到一個向上的彈力，這是由于木塊發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的B.木塊放在桌面上，木塊沒有形變，所以對桌面沒有施加彈力C.拿一根細竹竿撥動水中的木頭，木頭受到竹竿的彈力，這是由于木頭發(fā)生形變而產(chǎn)生的D.掛在電線下面的電燈受到向上的拉力，是因為電線發(fā)生微小的形變而產(chǎn)生的答案D解析木塊和桌面相互作用，都會發(fā)生微小的形變.桌面發(fā)生微小形變對木塊有向上的彈力即支持力；木塊由于發(fā)生微小形變對桌面有向下的彈力即壓力，A、B都錯.木頭受到的彈力是由細竹竿發(fā)生形變而產(chǎn)生的，C錯.電燈受到的拉力是電線發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的，D對.二、幾種常見彈力[導學探究]1.一鐵塊放在海綿上，鐵塊和海綿都發(fā)生了形變，從而在它們之間產(chǎn)生了彈力，如圖3所示.海綿對鐵塊的支持力是如何產(chǎn)生的？方向怎樣？鐵塊對海綿的壓力是怎樣產(chǎn)生的？方向怎樣？圖3答案(1)海綿對鐵塊的支持力：海綿發(fā)生彈性形變，對與它接觸的鐵塊產(chǎn)生力的作用，方向垂直于接觸面向上(如圖).(2)鐵塊對海綿的壓力：鐵塊發(fā)生彈性形變，對與它接觸的海綿產(chǎn)生力的作用，方向垂直接觸面向下(如圖).2.如圖4所示，用橡皮繩斜向右上拉放在水平面上的物塊.橡皮繩對物塊的拉力是怎樣產(chǎn)生的？方向怎樣？圖4答案由于橡皮繩發(fā)生形變，對與它接觸的物塊產(chǎn)生力的作用，方向沿繩指向繩收縮的方向(沿繩斜向右上).[知識深化]1.壓力、支持力的方向：總是垂直于接觸面，若接觸面是曲面，則垂直于接觸面的切線；若接觸面是球面，彈力方向的延長線或反向延長線過球心.2.繩的拉力方向：總是沿著繩并指向繩收縮的方向.3.桿中的彈力方向不一定沿桿方向.例2在如圖5所示的各圖中畫出物體P受到的各接觸點或接觸面對它的彈力的示意圖，各圖中物體P均處于靜止狀態(tài).圖5答案見解析圖解析甲中屬于繩的拉力，應沿繩指向繩收縮的方向，因此彈力方向沿繩向上；乙中P與斜面的接觸面為平面，P受到的支持力垂直于斜面向上；丙中A、B兩點都是球面與平面相接觸，彈力應垂直于平面，且必過球心，所以A點彈力方向水平向右，B點彈力方向垂直于斜面指向左上方，且都過球心；丁中A點屬于點與球面相接觸，彈力應垂直于球面的切面斜向上，且必過球心O，B點屬于點與桿相接觸，彈力應垂直于桿向上.它們所受彈力的示意圖如圖所示.例3如圖6所示，圖中的物體A均處于靜止狀態(tài)，受到彈力作用的說法正確的是()圖6A.圖甲中地面是光滑水平的，A與B間存在彈力B.圖乙中兩斜面與水平地面的夾角分別為α、β，A對兩斜面均有壓力的作用C.圖丙中A不會受到斜面B對它的支持力的作用D.圖丁中A受到斜面B對它的支持力的作用答案B解析題圖甲中對B進行受力分析，B球受重力和地面的彈力的作用，二力平衡，B球靜止.不可能再受到A對B的彈力作用；B選項中采用假設(shè)法，若去掉左側(cè)的斜面，A將運動，若去掉右側(cè)的斜面，A也將運動，所以兩斜面對球A均有力的作用；C選項中假設(shè)斜面B不存在，則小球A無法在原位置保持靜止，故丙圖中小球受到斜面的彈力.D選項中假設(shè)斜面B對小球A有彈力作用，小球A則不能保持靜止，所以丁圖中小球不受斜面彈力的作用.彈力有無的判斷1.對于明顯形變的情況，可以根據(jù)彈力產(chǎn)生條件直接進行判斷.2.對于不明顯形變的情況，可利用假設(shè)法進行判斷，具體有下列兩種方法：(1)假設(shè)無彈力：假設(shè)撤去接觸面，看物體還能否在原位置保持原來的狀態(tài)，若能保持原來的狀態(tài)則說明物體間無彈力作用；否則，有彈力作用.(2)假設(shè)有彈力：假設(shè)接觸物體間有彈力，畫出假設(shè)狀態(tài)下的受力分析圖，判斷受力情況與所處狀態(tài)是否矛盾，若矛盾，則不存在彈力；若不矛盾，則存在彈力.如圖7中，若A處有彈力，則無法使球處于靜止狀態(tài)，故A處無彈力.圖7三、胡克定律[導學探究]對于同一根彈簧，被拉得越長，彈簧的彈力越大，關(guān)于彈簧彈力的大小，甲說：彈簧彈力大小與其長度成正比；乙說：彈力的變化量ΔF與彈簧形變的變化量Δx成正比.哪個同學說法正確？答案甲錯，乙對.彈簧的彈力與彈簧的形變量成正比，即F＝kx，也有ΔF＝k·Δx.[知識深化]胡克定律1.成立條件：在彈性限度內(nèi).2.對F＝kx的理解(1)x是彈簧的形變量，而不是彈簧形變后的長度.(2)k為彈簧的勁度系數(shù)，反映彈簧本身的屬性，由彈簧自身的長度、粗細、材料等因素決定，與彈力F的大小和伸長量x無關(guān).(3)F－x圖象是一條過原點的傾斜直線(如圖8所示)，直線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)k.圖8(4)彈簧彈力的變化量ΔF與形變量的變化量Δx也成正比，即ΔF＝kΔx.例4一根輕質(zhì)彈簧一端固定，用大小為50N的力壓彈簧的另一端，平衡時長度為L1＝20cm；改用大小為25N的力拉彈簧，平衡時長度為L2＝35cm；若彈簧的拉伸或壓縮均在彈性限度內(nèi)，求彈簧的原長和勁度系數(shù).答案30cm500N/m解析設(shè)彈簧原長為L0，勁度系數(shù)為k.由胡克定律得：F1＝k(L0－L1)①F2＝k(L2－L0)②聯(lián)立①②兩式得：L0＝0.3m＝30cm，k＝500N/m.1.輕彈簧有壓縮和拉伸形變，既能產(chǎn)生壓力，又能產(chǎn)生拉力，方向沿彈簧的軸線方向.2.如果題目中只告訴了彈簧的形變量，并沒有指出是伸長還是壓縮，或只告訴了彈簧彈力的大小，并沒有指出彈簧處于拉伸狀態(tài)還是處于壓縮狀態(tài)，就要分別進行討論.3.輕彈簧的一端空載時彈力為零，不空載時兩端彈力必然相等.四、實驗：探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系1.實驗器材彈簧、刻度尺、鉤碼、鐵架臺.2.實驗原理(1)如圖9所示，在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼受到的重力大小相等.彈簧的原長與掛上鉤碼后彈簧的長度可以用刻度尺測出，其伸長量x可以用彈簧的長度減去彈簧的原長來求得.圖9(2)建立直角坐標系，以縱坐標表示彈力大小F，以橫坐標表示彈簧的伸長量x，在坐標系中描出實驗所測得的各組(x，F(xiàn))對應的點，用平滑曲線連接起來，根據(jù)實驗所得的圖象，就可探究彈力大小與彈簧伸長量之間的關(guān)系.3.實驗步驟(1)將彈簧的一端掛在鐵架臺上，讓其自然下垂，用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度l0，即原長.(2)如圖10所示，在彈簧下端掛質(zhì)量為m1的鉤碼，測出此時彈簧的長度l1，記錄m1和l1.圖10(3)改變所掛鉤碼的質(zhì)量，測出對應的彈簧長度，記錄m2、m3、m4、m5、…和相應的彈簧長度l2、l3、l4、l5、….(4)計算出每次彈簧的伸長量x(x＝l－l0)和彈簧受到的拉力F(F＝mg)，并將數(shù)據(jù)填入表格.1234567F/N0l/cmx/cm04.數(shù)據(jù)處理(1)建立直角坐標系，以F為縱軸，x為橫軸，根據(jù)測量數(shù)據(jù)用描點法作圖.連接各點得出F隨彈簧伸長量x變化的圖線.(2)以彈簧的伸長量為自變量，寫出圖線所代表的函數(shù).首先嘗試一次函數(shù)，如果不行則考慮二次函數(shù).(3)得出彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系，解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義.5.誤差分析(1)本實驗誤差的主要來源為讀數(shù)和作圖時的偶然誤差.為了減小誤差，要盡量多測幾組數(shù)據(jù).(2)彈簧豎直懸掛時，未考慮彈簧自身重力的影響會帶來系統(tǒng)誤差.為了減小該系統(tǒng)誤差，實驗中應使用輕質(zhì)彈簧.例5一位同學在做“探究彈力與彈簧伸長量的關(guān)系”的實驗.(1)下列的實驗步驟是這位同學準備完成的，請你幫這位同學按操作的先后順序，將這些步驟用字母排列出來是________.A.以彈簧伸長量為橫坐標，以彈力為縱坐標，描出各組數(shù)據(jù)(x，F(xiàn))對應的點，并用平滑的曲線連接起來B.記下彈簧不掛鉤碼時，其下端在刻度尺上的刻度l0C.將鐵架臺固定于桌子上，并將彈簧的一端系于橫梁上，在彈簧附近豎直固定一刻度尺D.依次在彈簧下端掛上1個、2個、3個、4個……鉤碼，并分別記下鉤碼靜止時，彈簧下端所對應的刻度并記錄在表格內(nèi)，然后取下鉤碼E.以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力與彈簧伸長量的關(guān)系式F.解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義(2)下表是這位同學所測的幾組數(shù)據(jù)彈力(F/N)0.51.01.52.02.5彈簧原來長度(L0/cm)1515151515彈簧后來長度(L/cm)16.217.318.519.620.8彈簧伸長量(x/cm)1.22.33.54.65.8①根據(jù)上表的數(shù)據(jù)在圖11的坐標系中作出F－x圖線.圖11②寫出曲線的函數(shù)表達式________(x用cm作單位).③函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義：________________________________________________________________________.答案(1)CBDAEF(2)①如圖所示②F＝0.43x③表示彈簧的勁度系數(shù)，即表示使彈簧伸長或者壓縮1cm所需的外力大小為0.43N解析(1)在做實驗的時候一般步驟為先組裝器材，然后進行實驗，最后數(shù)據(jù)處理，故順序為CBDAEF.(2)①根據(jù)描點法，圖象如圖所示根據(jù)圖象，該直線為過原點的一條直線，即彈力與伸長量成正比，即F＝kx＝0.43x.式中的常數(shù)表示彈簧的勁度系數(shù)，即表示使彈簧伸長或者壓縮1cm所需的外力大小為0.43N.1.(對彈力概念的理解)足球運動是目前全球體育界最具影響力的項目之一，深受青少年喜愛.如圖12所示為四種與足球有關(guān)的情景.下列說法正確的是()圖12A.靜止在草地上的足球受到的彈力就是它的重力B.靜止在光滑水平地面上的兩個足球由于接觸而受到相互作用的彈力C.踩在腳下且靜止在水平草地上的足球可能受到3個力的作用D.落在球網(wǎng)中的足球受到彈力是由于足球發(fā)生了形變答案C2.(彈力方向的判斷)在圖13中畫出物體A所受彈力的示意圖.圖13答案如圖所示3.(彈力有無的判斷)在圖中，A、B均處于靜止狀態(tài)，則A、B之間一定有彈力的是()答案B解析假設(shè)將與研究對象接觸的物體逐一移走，如果研究對象的運動狀態(tài)發(fā)生變化，則表示它們之間有彈力；如果運動狀態(tài)無變化，則表示它們之間無彈力.四個選項中當B選項中的B物體移走后，A物體一定會擺動，所以B選項中A、B間一定有彈力.4.(胡克定律的應用)某同學利用如圖14a裝置做“探究彈簧彈力大小與其長度的關(guān)系”的實驗.圖14(1)他通過實驗得到如圖b所示的彈力大小F與彈簧長度x的關(guān)系圖線.由此圖線可得該彈簧的原長x0＝________cm，勁度系數(shù)k＝________N/m.(2)他又利用本實驗原理把該彈簧做成一把彈簧秤，當彈簧秤上的示數(shù)如圖c所示時，該彈簧的長度x＝______cm.答案(1)450(2)10解析(1)當F＝0時，彈簧的長度即為原長，由胡克定律可知圖象的斜率表示勁度系數(shù)大小.(2)彈簧秤的示數(shù)為3N，則伸長量為eq\f(3,50)m＝0.06m，則長度為10cm.課時作業(yè)一、單選題1.關(guān)于彈性形變，下列說法正確的是()A.物體形狀的改變叫彈性形變B.一根鋼筋用力彎折后的形變就是彈性形變C.物體在外力停止作用后，能夠恢復原來形狀的形變，叫彈性形變D.物體在外力停止作用后的形變，叫彈性形變答案C解析彈性形變指物體在外力停止作用后，能夠恢復原狀的形變，C正確，A、D錯誤；鋼筋用力彎折后，無法恢復到原來形狀，不屬于彈性形變，B錯誤.2.雜技演員有高超的技術(shù)，能輕松地頂接從高處落下的壇子，如圖1.關(guān)于他頂壇時頭頂受到的壓力，產(chǎn)生的直接原因是()圖1A.壇的形變B.頭的形變C.物體受到的重力D.人受到的重力答案A解析頭頂受到的壓力是由于壇子產(chǎn)生形變，對與之接觸的頭頂產(chǎn)生力的作用，選項A正確，B、C、D錯誤.圖23.體育課上一學生將足球踢向斜臺，如圖2所示，下列關(guān)于足球和斜臺作用時斜臺給足球的彈力方向的說法正確的是()A.沿v1的方向B.沿v2的方向C.先沿v1的方向后沿v2的方向D.沿垂直于斜臺斜向左上方的方向答案D解析足球與斜臺的作用是球面與平面的相互作用，足球所受彈力的方向垂直于斜臺指向足球，即斜向左上方，故D正確.4.關(guān)于胡克定律，下列說法不正確的是()A.由F＝kx可知，在彈性限度內(nèi)彈力F的大小與彈簧形變量x成正比B.由k＝eq\f(F,x)可知，勁度系數(shù)k與彈力F成正比，與彈簧的形變量成反比C.彈簧的勁度系數(shù)k是由彈簧本身的性質(zhì)決定的，與彈力F的大小和彈簧形變量x的大小無關(guān)D.彈簧的勁度系數(shù)在數(shù)值上等于彈簧伸長(或縮短)單位長度時彈力的大小答案B解析在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力與形變量遵守胡克定律F＝kx，A正確；彈簧的勁度系數(shù)由彈簧本身的性質(zhì)決定，與彈力F及形變量x無關(guān)，B錯，C正確；由胡克定律得k＝eq\f(F,x)，可理解為彈簧伸長(或縮短)單位長度時受到的彈力的值與k相等，D正確.5.有四位同學把斜面對物體的支持力，分別畫成如圖所示的四種情況，其中正確的是()答案A解析斜面對物體的支持力作用在物體上，垂直斜面向上，故A正確，B、C、D錯誤.6.下列圖中小球均處于靜止狀態(tài)，a、b板都和小球接觸.A圖中b板在豎直位置，B、C、D圖中b板均在水平位置.則小球同時受到a、b板對它的彈力作用的是()答案A7.玩具汽車停在模型橋面上，如圖3所示，下列說法正確的是()圖3A.橋面受向上的彈力，是因為汽車發(fā)生了形變B.汽車沒有發(fā)生形變，所以汽車不受彈力C.汽車受向上的彈力，是因為橋梁發(fā)生了形變D.汽車受向上的彈力，是因為汽車發(fā)生了形變答案C8.如圖4所示的裝置中，小球的質(zhì)量均相同，彈簧和細線的質(zhì)量均不計，一切摩擦忽略不計，平衡時各彈簧的彈力分別為F1、F2、F3，其大小關(guān)系是()圖4A.F1＝F2＝F3 B.F1＝F2<F3C.F1＝F3>F2 D.F3>F1>F2答案A9.如圖5所示，鍛煉身體用的拉力器，并列裝有四根相同的彈簧，每根彈簧的自然長度都是40cm，某人用600N的力把它們拉長至1.6m，則()圖5A.人的每只手受到拉力器的拉力為300NB.每根彈簧產(chǎn)生的彈力為150NC.每根彈簧的勁度系數(shù)為93.75N/mD.每根彈簧的勁度系數(shù)為500N/m答案B解析每只手的拉力均為600N，故A錯誤；每根彈簧的彈力為eq\f(600,4)N＝150N，故B正確；每根彈簧的勁度系數(shù)k＝eq\f(F,Δx)＝eq\f(150N,1.6－0.4m)＝125N/m，故C、D錯誤.10.如圖6所示，輕彈簧的兩端各受10N拉力F作用，彈簧平衡時伸長了5cm(在彈性限度內(nèi))，那么下列說法中正確的是()圖6A.該彈簧的勁度系數(shù)k＝100N/mB.該彈簧的勁度系數(shù)k＝400N/mC.根據(jù)公式k＝eq\f(F,x)，彈簧的勁度系數(shù)k會隨彈簧彈力F的增大而增大D.彈簧的彈力為10N答案D解析彈簧的彈力大小等于一端的拉力，選項D正確.根據(jù)胡克定律F＝kx得，彈簧的勁度系數(shù)k＝eq\f(F,x)＝eq\f(10N,0.05m)＝200N/m，選項A、B錯誤；彈簧的勁度系數(shù)k與彈簧本身有關(guān)，與彈力無關(guān)，選項C錯誤.二、非選擇題11.在圖7中畫出物體A所受彈力的示意圖.圖7答案見解析圖解析支持力、壓力的方向都要與接觸面垂直并指向被支持或被壓的物體，物體A所受彈力的示意圖如圖所示.12.如圖8所示，一根輕質(zhì)彈簧的原長為20cm，豎直懸掛著，當用15N的力向下拉彈簧時，量得彈簧長