2024-2025學(xué)年高中物理第三章相互作用2彈力學(xué)案新人教版必修11

PAGE7-2彈力[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.[物理觀念]知道形變的概念，并會(huì)區(qū)分某種形變是彈性形變還是非彈性形變．2.[科學(xué)思維與科學(xué)方法]知道彈力的定義及產(chǎn)生的條件，會(huì)推斷兩個(gè)物體間是否存在彈力，并會(huì)推斷彈力的方向．(重點(diǎn))3.[科學(xué)思維與科學(xué)方法]駕馭胡克定律并能用此定律解決有關(guān)問題．(難點(diǎn))一、彈性形變和彈力1．形變(1)形變：物體在力的作用下形態(tài)或體積的變更．(2)彈性形變：物體在形變后撤去作用力時(shí)能夠復(fù)原原狀的形變．(3)彈性限度當(dāng)形變超過肯定限度時(shí)，撤去作用力后物體不能完全復(fù)原原來的形態(tài)，這個(gè)限度叫彈性限度．2．彈力(1)定義：發(fā)生形變的物體，由于要復(fù)原原狀，對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生的力．(2)方向①壓力和支持力的方向垂直于物體的接觸面．②繩的拉力沿著繩而指向繩收縮的方向．二、胡克定律1．內(nèi)容：彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，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，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，單位為牛頓每米，符號(hào)N/m，它的大小反映了彈簧的軟硬程度．3．適用條件：在彈簧的彈性限度內(nèi)．1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)發(fā)生形變的物體肯定產(chǎn)生彈力． (×)(2)若兩物體間存在彈力，則它們肯定接觸． (√)(3)彈簧的長度越長，彈力越大． (×)(4)彈力的方向總與相應(yīng)的形變的方向相反． (√)(5)只有在肯定條件下，胡克定律才成立． (√)2．關(guān)于彈性形變，下列說法正確的是()A．物體形態(tài)的變更叫彈性形變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，能夠復(fù)原原來形態(tài)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C[彈性形變指物體在外力停止作用后，能夠復(fù)原原狀的形變，C正確，A、D錯(cuò)誤；鋼筋用力彎折后，無法復(fù)原到原來形態(tài)，不屬于彈性形變，B錯(cuò)誤．]3．一輕質(zhì)彈簧原長為8cm，在4N的拉力作用下伸長了2cm，彈簧未超出彈性限度．則該彈簧的勁度系數(shù)為()A．40m/N B．40N/mC．200m/N D．200N/mD[由胡克定律可知，彈簧的勁度系數(shù)為k＝eq\f(F,x)＝eq\f(4,0.02)N/m＝200N/m，D項(xiàng)正確．]彈力的有無及方向推斷1．產(chǎn)生彈力必備的兩個(gè)條件(1)兩物體間相互接觸．(2)發(fā)生彈性形變．2．推斷彈力有無的三種常見方法(1)干脆推斷：對(duì)于形變較明顯的狀況，可依據(jù)彈力產(chǎn)生條件干脆推斷．(2)間接推斷①分析物體所受其他力的狀況．②依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析物體應(yīng)具有的受力特點(diǎn)．③結(jié)合前兩點(diǎn)推斷物體是否還需受彈力作用．(3)“假設(shè)法”推斷：常見以下三種情形．①假設(shè)與探討對(duì)象接觸的物體解除接觸，推斷探討對(duì)象的狀態(tài)是否變更，若狀態(tài)不變，則此處不存在彈力，若狀態(tài)變更，則此處存在彈力．②假設(shè)有彈力，看看探討對(duì)象還能否保持平衡或原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．若能保持，則說明有彈力；若不能保持，則說明沒有彈力．③假設(shè)沒有彈力，看看探討對(duì)象還能否保持平衡或原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．若能保持，則說明沒有彈力；若不能保持，則說明有彈力．3．幾種常見彈力的方向類型方向圖示接觸方式面與面垂直于公共接觸面指向被支持物體點(diǎn)與面過點(diǎn)垂直于面指向被支持物體點(diǎn)與點(diǎn)垂直于公共切面指向受力物體且力的作用線肯定過球(圓)心輕繩沿繩收縮方向輕桿可沿桿伸長方向收縮方向可不沿桿輕彈簧沿彈簧形變的反方向收縮方向伸長方向【例1】請(qǐng)?jiān)趫D中畫出桿或球所受的彈力．甲圖中桿靠在墻上；乙圖中桿放在半球形的槽中；丙圖中球用細(xì)線懸掛在豎直墻上；丁圖中點(diǎn)1、2、3都可能是球的重心位置，點(diǎn)2是球心，點(diǎn)1、2、3在同一豎直線上．[解析]甲圖中桿在重力作用下對(duì)A、B兩處都產(chǎn)生擠壓作用，故A、B兩處墻對(duì)桿都有彈力，彈力方向與接觸點(diǎn)的平面垂直．如圖(a)所示．乙圖中桿對(duì)C、D兩處都有擠壓作用，因C處為曲面，D處為支撐點(diǎn)，所以C處彈力垂直于圓弧切面指向球心，D處彈力垂直于桿斜向上．如圖(b)所示．丙圖中球擠壓墻壁且拉緊繩子，所以墻對(duì)球的彈力與墻面垂直；繩子對(duì)球的彈力沿繩子向上．如圖(c)所示．丁圖中當(dāng)重心不在球心處時(shí)，彈力作用線也必通過球心，如圖(d)所示．應(yīng)留意不要錯(cuò)誤地認(rèn)為彈力作用線必定通過球的重心．(a)(b)(c)(d)[答案]見解析圖三種狀況下彈力的方向(1)平面與平面接觸時(shí)，彈力的方向與接觸平面垂直．(2)點(diǎn)與平面接觸時(shí)，彈力的方向與接觸平面垂直．(3)點(diǎn)與曲面接觸時(shí)，彈力與曲面的切平面垂直．[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．下列各圖中，A、B兩球間肯定有彈力作用的是(都靜止)()ABCDB[利用“假設(shè)法”進(jìn)行推斷，在A圖中，若拿去A球，則B球靜止不動(dòng)，故A、B間沒有擠壓，即A、B間沒有彈力．在B圖中，若拿去A球，則B球?qū)⑾蜃筮\(yùn)動(dòng)，故A、B間存在相互擠壓，即A、B間存在彈力．在C圖中，若拿去A球，則B球靜止，故A、B間沒有擠壓，即A、B間沒有彈力．在D圖中，不能推斷A、B間是否有彈力．故應(yīng)選B.]彈力的大小1.應(yīng)用胡克定律的四個(gè)關(guān)鍵(1)彈簧發(fā)生形變時(shí)必需在彈性限度內(nèi)．(2)x是彈簧的形變量，不是彈簧的原長，也不是彈簧形變后的長度．(3)其F-x圖象為一條經(jīng)過原點(diǎn)的傾斜直線，圖象斜率表示彈簧的勁度系數(shù)．同一根彈簧，勁度系數(shù)不變．(4)一個(gè)有用的推論：ΔF＝kΔx.推導(dǎo)：F1＝kx1，F(xiàn)2＝kx2，故ΔF＝F2－F1＝kx2－kx1＝kΔx.因此，彈簧彈力的變更量ΔF與形變量的變更量Δx也成正比關(guān)系．2．計(jì)算彈力大小的兩種方法(1)公式法：利用公式F＝kx計(jì)算，適用于彈簧、橡皮筋等物體的彈力的計(jì)算．(2)二力平衡法：若物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，物體所受彈力與物體所受的其他力應(yīng)為平衡力，可依據(jù)其他力的大小確定彈力的大?。纠?】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(shí)長度為L1＝20cm；改用大小為25N的力拉彈簧，平衡時(shí)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)．思路點(diǎn)撥：①彈簧壓縮量為L0－20cm時(shí)彈力為50N．②彈簧伸長量為35cm－L0時(shí)彈力為25N.[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.[答案]30cm500N/m[跟進(jìn)訓(xùn)練]2．(多選)一輕質(zhì)彈簧的長度L和彈力F大小的關(guān)系如圖所示，依據(jù)圖象推斷，下列結(jié)論正確的是()A．彈簧的原長為20cmB．彈簧的勁度系數(shù)為2N/mC．彈簧的勁度系數(shù)為200N/mD．彈簧伸長0.05m時(shí)，彈力的大小為10NCD[由題圖知，當(dāng)F＝0時(shí)，彈簧原長L0＝10cm，A錯(cuò)；彈簧長度L＝15cm時(shí)，F(xiàn)＝10N，由胡克定律得，勁度系數(shù)k＝eq\f(F,L－L0)＝eq\f(10,0.15－0.1)N/m＝200N/m，B錯(cuò)，C對(duì)；彈簧伸長0.05m時(shí)，即彈簧長度為15cm時(shí)，彈力的大小為10N，D對(duì)．]1．[物理觀念]形變、彈力的概念．2．[科學(xué)思維]彈力有無的推斷、胡克定律的應(yīng)用．3．[科學(xué)方法]“假設(shè)法”確立彈力的有無和彈力的方向．1．下列兩個(gè)試驗(yàn)中體現(xiàn)出的共同的物理思想方法是()A．極限法 B．放大法C．限制變量法 D．等效替代法B[題圖甲是利用光的多次反射將微小形變放大，圖乙是利用細(xì)管中液面的變更視察玻璃瓶的微小形變，均為放大法，B正確．]2．靜止的車廂頂部用細(xì)線豎直懸掛一小球，如圖所示，小球下方與一光滑斜面接觸．關(guān)于小球的受力，下列說法正確的是()A．細(xì)線對(duì)它肯定有拉力作用B．細(xì)線可能對(duì)它沒有拉力作用C．斜面對(duì)它可能有支持力作用D．斜面對(duì)它肯定有支持力作用A[小球必定受到重力和細(xì)線的拉力．小球和光滑斜面接觸，斜面對(duì)小球沒有彈力(假設(shè)有彈力，小球?qū)⑹艿饺齻€(gè)力作用，重力和細(xì)線的拉力在豎直方向上，彈力垂直于斜面對(duì)上，三個(gè)力的合力不行能為零，小球?qū)⑾蛴疑戏竭\(yùn)動(dòng)，與題設(shè)條件沖突，故斜面對(duì)小球沒有彈力)．故小球只受到重力和細(xì)線對(duì)它的拉力兩個(gè)力，故選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤．]3．如圖所示，輕彈簧的兩端各受100N拉力F作用，彈簧平衡時(shí)伸長了10cm(在彈性限度內(nèi))，那么下列說法中正確的是()A．該彈簧的勁度系數(shù)k＝10N/mB．該彈簧的勁度系數(shù)k＝1000N/mC．該彈簧的勁度系數(shù)k＝2000N/mD．依據(jù)公式k＝eq\f(F,x)，彈簧的勁度系數(shù)k會(huì)隨彈簧彈力F的增大而增大B[依據(jù)胡克定律F＝kx得，彈簧的勁度系數(shù)：k＝eq\f(