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  • 2021-05-25 发布

高中物理人教版必修一导学案:第三章第二节+弹力

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2 弹力 课堂合作探究 问题导学 一、弹力的产生 活动与探究 1 1.用手拉伸和压缩弹簧,弹簧的形状发生变化,用手捏橡皮泥,橡皮泥的形状发生变 化,物体形状发生 变化的原因是什么?此现象说明了什么问题?弹簧和橡皮泥形状的变化 有什么不同? 2.两个不接触的物体之间是否能够产生弹力?两个相互接触的物体之间一定有弹力作 用吗? 3.试通过对第 1、2 条探究问题的分析,归纳总结:两物体间要发生弹力,需具备什么 样的条件? 4.判断图甲、乙中光滑小球是否受到斜面的弹力作用。 迁移与应用 1 关于弹力的产生,下列说法正确的是( ) A.只要两个物体接触就一定产生弹力 B.只要两个物体相互吸引就一定产生弹力 C.只要物体发生形变就一定产生弹力[来源:Z+xx+k.Com] D.只有发生弹性形变的物体才能产生弹力 (1)形变:物体在外力作用下形状和体积的变化叫做形变。如果外力撤去后物体能够 完全恢复原状,这种形变叫做弹性形变,否则物体的形变叫做非弹性形变或范性形变。一般 情况下,若无特别说明,形变通常指的是弹性形变。 (2)弹力:发生弹性形变的物体由于要恢复原状,对与它接触的物体产生力的作用, 这种力叫做弹力。 (3)产生弹力的条件: ①两个物体直接接触;②接触面上发生弹性形变。 在上述两个条件中,缺少任何一个都不能产生弹力的作用。 (4)判断弹力是否存在常用“假设法”。假设法就是假设与研究对象接触的物体施加 了弹力,画出假设状态下的受力图,判断受力情况与物体的状态是否矛盾。若矛盾,说明两 者之间无弹力;若不矛盾,说明两者之间有弹力。 二、几种弹力 活动与探究 2 1.若两物体间发生弹力作用,则施力物体和受力物体都会发生形变,请尝试分析,弹 力方向与形变方向的关系。 2.从以上的探究过程可知,弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反,与受力物体 的形变方向相同。那么,我们在判断弹力方向时应遵循何种思路? 迁移与应用 2 请在下图中画出杆或球所受的弹力。 (1)杆靠在墙上; (2)杆放在半球形的槽中; (3)球用细线悬挂在竖直墙上。 (1)发生弹性形变的物体,由于要恢复原状而产生弹力,所以弹力的方向由施力物体 的形变的方向决定,弹力的方向总与施力物体形变的方向相反,与施力物体恢复形变的方向 相同。 (2)几种常见弹力的方向: 类型 方向 图示 接 触 方 式 [来 源:Z,xx,k.Co m] 面与面[来源:学 科网 ZXXK] 垂直公共接触面[来源:学#科#网 Z#X#X#K] [来源:学#科#网 Z#X#X#K] 点与面 过点垂直于面 点与点 垂直于切面 轻绳 沿绳收缩的方向 轻杆 可沿杆 可不沿杆 轻弹簧 沿弹簧形变的反方向 注意:①一个物体对另一个物体的作用力不一定垂直于接触面,但一个物体对另一个物 体的支持力一定垂直于接触面。 ②轻杆的弹力方向较为复杂,一般根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方 向。 三、胡克定律 活动与探究 3 1.如图所示,用弹簧测力计拉弹簧时,弹簧拉伸越长,弹簧测力计的示数越大,这一 现象说明了什么问题? 2.探究弹力与弹簧伸长量的关系 (1)探究过程 ①如图所示,将铁架台放于桌面上,将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上,在靠近弹簧 处将刻度尺固定于铁架台上,并用________检查刻度尺是否垂直。 ②记下弹簧的________(自然长度)l0 ③在弹簧下端挂上钩码,待钩码静止后,记下弹簧的现长 l 及弹力 F,算出伸长量 x= ________,并改变钩码个数,多次测量。数据记录表如下。 数据记录: 1 2 3 4 5 6 7 F/N l/cm x/cm ④根据测量数据画出 F-x 图象。(以 F 为纵轴,以 x 为横轴) (2)探究结论:_________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 3.某同学在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中,利用得到的弹力 F 和弹簧总长度 l 的数据,作出了 F-l 图象,如图所示。 (1)弹簧不发生形变时的长度 l0=________cm。 (2)弹簧的劲度系数 k=________N/m。 迁移与应用 3 一根轻质弹簧,当它受到 10 N 的拉力时长度为 12 cm,当它受到 25 N 的拉力时长度为 15 cm,问弹簧不受力时的自然长度为多少?该弹簧的劲度系数为多少? (1)胡克定律的内容:F=kx。 (2)定律的成立条件:弹簧发生“弹性形变”,且必须在弹性限度内。 (3)表达式中的 x 是弹簧的形变量,即弹簧伸长(或缩短)的长度,不是弹簧的原长, 也不是弹簧形变后的实际长度,弹簧伸长量或压缩量相同时,弹力大小相等,但方向不同。 (4)表达式中的 k 是弹簧的劲度系数,它反映了弹簧的“软”“硬”程度,是由弹簧本 身的性质决定的。在国际单位制中 k 的单位为“N/m”。 (5)根据胡克定律,可作出弹力 F 与形变量 x 的图象,如图所示,这是一条通过原点 的倾斜直线,其斜率( F F x x   )反映了 k 的大小,故胡克定律还可写成:ΔF=kΔx,即 弹力的变化量ΔF 跟弹簧长度的变化量成正比。 当堂检测 1.关于弹性形变,下列说法正确的是( ) A.物体形状的改变叫弹性形变 B.一根铁丝用力折弯后的形变就是弹性形变 C.物体在外力停止作用后,能够恢复原状的形变叫弹性形变 D.物体受外力作用后的形变叫弹性形变 2.一个物体放在水平地面上,下列关于物体和地面受力情况的叙述中,正确的是( ) A.地面受到向下的弹力是因为地面发生了形变 B.地面受到向下的弹力是因为物体发生了形变 C.物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变 D.物体受到向上的弹力是因为物体发生了形变 3.下列关于弹力的说法正确的是( ) A.只有弹簧才有可能施加弹力 B.施加弹力的物体一定有形变 C.同一物体的形变越大(弹性限度内),产生的弹力也越大 D.形变大的物体产生的弹力一定比形变小的物体产生的弹力大 4.一弹簧测力计的量程是 10 N,刻度的总长度是 5 cm,该弹簧测力计上弹簧的劲度系 数是( ) A.200 N/m B.2 N/m C.50 N/m D.5 000 N/m 5.如图所示,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 中物体 P 处于静止状态,丁中物体 P(即球)在水平面上匀速滚动。 答案: 课堂合作探究 【问题导学】 活动与探究 1:1.答案:弹簧发生形变的原因是弹簧受到了手的拉力或压力作用,橡 皮泥发生形变是由于受到手的压力作用。此现象说明任何物体受到外力作用时都能发生形 变。以上两个物体在撤去外力后,弹簧能恢复原状,是弹性形变,而橡皮泥不能恢复原状, 是非弹性形变。 2.答案:弹力是接触力,即弹力必须是发生在两个相互接触的物体之间,所以不接触 的两个物体之间不能产生弹力。两个相互接触的物体如果没有相互挤压或拉伸,就不会产生 弹力的作用。例如,并排放在光滑水平面上的两个物体相互接触时,如果移掉一 个物体, 另 一个物体的状态并不发生改变,说明它们之间并没有弹力,所以两个相互接触的物体之 间不一定产生弹力。 3.答案:弹力必须是发生在两个相互接触的物体之间,并且两个相互接触的物体有相 互的挤压或拉伸——即发生弹性形变,所以产生弹力必须同时具备以下两个条件:①两物体 相互接触;②物体发生弹性形变。 4.答案:假设两图中斜面均对小球有弹力作用,则甲图中小球将仍能保持静止状态, 乙图中小球则不能保持静止,所以乙图中小球不受斜面弹力作用,甲图中受到弹力作用。 迁移与应用 1:D 解析:弹力是接触力,因此要有弹力产生两物体必须接触,故选项 B 不正确。当物体互相接触但不发生形变时,物体之间无弹力,选项 A 错误。当物体发生 了形变,但是非弹性形变时,也无弹力产生,只有当物体发生弹性形变时,物体之间才会有 弹力。选项 C 不正确,选项 D 正确。 活动与探究 2:1.答案:弹力方向与形变方向的关系: 2.答案:在判断弹力方向时常常按如下思路分析: (1)确定受到弹力的物体。 (2)确定施力物体或受力物体形变的方向。 (3)确定弹力的方向。 迁移与应用 2:答案:见解析 解析:(1)杆在重力作用下对 A、B 两处都产生挤压作用,故 A、B 两点处对杆有弹力, 弹力方向过接触点与平面垂直。如图(1)所示。 (2)杆对 C、D 两处有挤压作用,因 C 处为曲面,D 处为支撑点,所以 C 处弹力垂直 其切面指向球心,D 处弹力垂直杆斜向上。如图(2)所示。 (3)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斜 向上。如图(3)所示。 活动与探究 3:1.答案:这一现象说明弹簧的弹力大小与弹簧形变的大小有关,弹簧 的形变越大,弹力越大,形变消失,弹力也消失。 2.答案:(1)①重垂线 ②原长 ③l-l0 (2)在实验误差范围内,弹力的大小与弹 簧的伸长量成正比,即 F=kx。 3.答案:(1)20 (2)100 解析:(1)由题图可知,l0=20 cm。 (2)k= F Δl = 20 N 0.2 m =100 N/m 迁移与应用 3:答案:0.1 m 500 N/m 解析:设弹簧的原长为 l0,由题意知 F1=10 N,l1=12 cm;F2=25 N,l2=15 cm。 解法一:根据胡克定律有 F1=k(l1-l0),F2=k(l2-l0) 两式相比可得F1 F2 =l1-l0 l2-l0 ,代入数据可得 l0=10 cm=0.1 m k=F1 x = F1 l1-l0 = 10 0.12-0.1 N/m=500 N/m。 解法二:根据ΔF=kΔx 可得 k=ΔF Δx =F2-F1 l2-l1 = 25-10 0.15-0.12 N/m=500 N/m 又根据 F1=k(l1-l0),可得 l0=l1-F1 k =0.12 m- 10 500 m=0.1 m。 【当堂检测】 1.C 2.BC 3.BC 4.A 5.答案: