2018-2019高中物理 第3章 力與相互作用 3.2 彈力學(xué)案 滬科版必修1.doc

32彈力目標(biāo)定位1.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.知道彈力的定義及產(chǎn)生的條件，會(huì)判斷兩個(gè)物體間是否存在彈力，并會(huì)判斷彈力的方向.3.掌握胡克定律并能用此定律解決有關(guān)問題一、形變和彈力問題設(shè)計(jì)(1)如圖1所示，取一個(gè)圓玻璃瓶，里面盛滿水，用穿有透明細(xì)管的橡皮塞封口，使水面位于細(xì)管中，用手捏玻璃瓶，會(huì)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；腳踩在松軟的土地上，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)用手拉彈簧，彈簧會(huì)對(duì)手產(chǎn)生一個(gè)拉力(如圖2所示)，這個(gè)拉力是如何產(chǎn)生的？圖2答案(1)手捏玻璃瓶，管中水面上升說明受壓時(shí)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(fù)原狀(非彈性形變)，玻璃瓶的形變?cè)诔啡ネ饬竽芑謴?fù)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(fù)原狀，對(duì)手就產(chǎn)生了拉力要點(diǎn)提煉1彈性形變和彈力(1)彈力：發(fā)生彈性形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，就會(huì)對(duì)跟它接觸使它發(fā)生形變的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力(2)彈性形變：作用在物體上的外力撤去后，物體能恢復(fù)原狀的形變(3)范性形變：外力撤去后，物體不能恢復(fù)原狀的形變2彈力產(chǎn)生的條件：(1)兩物體相互接觸；(2)發(fā)生彈性形變二、胡克定律問題設(shè)計(jì) 如圖3所示，為一彈簧測(cè)力計(jì)彈簧測(cè)力計(jì)的刻度是否均勻？這說明什么？圖3答案均勻說明彈簧測(cè)力計(jì)的彈力與彈簧的形變量成正比要點(diǎn)提煉1內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力的大小F跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比2公式：Fkx.3說明(1)應(yīng)用條件：彈簧發(fā)生形變時(shí)必須在彈性限度內(nèi)(2)x是彈簧的形變量，而不是彈簧形變后的長度(3)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(xì)、材料等因素決定，與彈力F的大小和伸長量x無關(guān)(4)Fx圖像是一條過原點(diǎn)的傾斜直線(如圖4所示)，直線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)k.圖4(5)彈簧彈力的變化量F與形變量的變化量x也成正比，即Fkx.三、彈力的方向問題設(shè)計(jì)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5所示海綿對(duì)鐵塊的支持力是如何產(chǎn)生的？方向怎樣？鐵塊對(duì)海綿的壓力是怎樣產(chǎn)生的？方向怎樣？圖5答案(1)海綿對(duì)鐵塊的支持力：海綿發(fā)生彈性形變，對(duì)與它接觸的鐵塊產(chǎn)生力的作用，方向垂直于接觸面向上(如圖甲) 甲乙(2)鐵塊對(duì)海綿的壓力：鐵塊發(fā)生彈性形變，對(duì)與它接觸的海綿產(chǎn)生力的作用，方向垂直接觸面向下(如圖乙)2.如圖6所示，用橡皮繩斜向右上拉放在水平面上的物塊橡皮繩對(duì)物塊的拉力是怎樣產(chǎn)生的？方向怎樣？圖6答案由于橡皮繩發(fā)生形變，對(duì)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)要點(diǎn)提煉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延伸思考如圖7所示，把一個(gè)球形物體A放在半球形容器B內(nèi)，在圖中畫出A受到的彈力圖7答案A受到的彈力垂直于兩接觸面的切線(彈力方向的延長線過球心)，如圖所示一、彈力的產(chǎn)生例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(gè)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(duì)桌面沒有施加彈力C拿一根細(xì)竹竿撥動(dòng)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?yàn)殡娋€發(fā)生微小的形變而產(chǎn)生的解析木塊和桌面相互作用，都會(huì)發(fā)生微小的形變桌面發(fā)生微小形變對(duì)木塊有向上的彈力即支持力；木塊由于發(fā)生微小形變對(duì)桌面有向下的彈力即壓力，A、B都錯(cuò)木頭受到的彈力是由細(xì)竹竿發(fā)生形變而產(chǎn)生的，C錯(cuò)電燈受到的拉力是電線發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的，D對(duì)答案D二、彈力的方向例2畫出圖8中靜止物體A所受彈力的示意圖圖8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，A物體所受彈力的示意圖如圖所示答案見解析圖針對(duì)訓(xùn)練在如圖9所示的各圖中畫出物體P受到的各接觸點(diǎn)或接觸面對(duì)它的彈力的示意圖，各圖中物體P均處于靜止?fàn)顟B(tài)圖9答案見解析圖解析甲中屬于繩的拉力，應(yīng)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(diǎn)都是球面與平面相接觸，彈力應(yīng)垂直于平面，且必過球心，所以A點(diǎn)彈力方向水平向右，B點(diǎn)彈力方向垂直于斜面指向左上方，且都過球心；丁中A點(diǎn)屬于點(diǎn)與球面相接觸，彈力應(yīng)垂直于球面的切面斜向上，且必過球心O，B點(diǎn)屬于點(diǎn)與桿相接觸，彈力應(yīng)垂直于桿向上它們所受彈力的示意圖如圖所示三、胡克定律例3豎直懸掛的彈簧下端，掛一重為4 N的物體時(shí)彈簧長度為12 cm；掛一重為6 N的物體時(shí)彈簧長度為13 cm，則彈簧原長為多少？勁度系數(shù)為多少？解析彈簧下端懸掛物體時(shí)彈簧要伸長，由胡克定律知：彈簧的拉力與彈簧伸長量成正比，即Fkx，其中k為勁度系數(shù)，x為彈簧伸長量，x在數(shù)值上等于彈簧伸長后總長度L減去彈簧原長L0，即xLL0.改變懸掛重物的重力，伸長量變化，這樣可以列出兩個(gè)方程，通過方程組可求出彈簧原長和勁度系數(shù)設(shè)彈簧的原長為L0，勁度系數(shù)為k，設(shè)掛G14 N的重物時(shí)彈簧的長度為L1，掛G26 N的重物時(shí)彈簧的長度為L2，則L112 cm，L213 cm，由胡克定律得：G1k(L1L0)G2k(L2L0)代入數(shù)據(jù)解得：L010 cm，k200 N/m即彈簧原長為10 cm，勁度系數(shù)為200 N/m.答案10 cm200 N/m彈力1(彈力的產(chǎn)生)下列有關(guān)物體所受的彈力及形變的說法正確的是()A有彈力作用在物體上，物體一定發(fā)生形變，撤去此力后，形變完全消失B有彈力作用在物體上，物體不一定發(fā)生形變C彈力作用在硬物體上，物體不發(fā)生形變；彈力作用在軟物體上，物體才發(fā)生形變D一切物體受到彈力都要發(fā)生形變，撤去彈力后，形變不一定完全消失答案D解析力是物體間的相互作用，彈力的施力物體和受力物體都會(huì)發(fā)生形變，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；發(fā)生形變后的物體，當(dāng)撤去外力后，有些能完全恢復(fù)原狀，有些不能完全恢復(fù)原狀，A項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確；不管是硬物體還是軟物體，只要有彈力作用，都會(huì)發(fā)生形變，C項(xiàng)錯(cuò)誤2(彈力的產(chǎn)生)雜技演員具有高超的技術(shù)，如圖10所示，他能輕松地頂住從高處落下的缸，關(guān)于他頂缸時(shí)頭頂受到的壓力產(chǎn)生的直接原因是()圖10A缸的形變B頭的形變C缸受到重力D人受到重力答案A解析頭頂受到的壓力的施力物體是缸，受力物體是頭頂，頭頂受到的壓力產(chǎn)生的直接原因是缸的形變，間接原因是缸受到重力，A項(xiàng)正確3(彈力的方向)三個(gè)相同的支座上分別放著三個(gè)質(zhì)量和直徑均相同的光滑圓球a、b、c，支點(diǎn)P、Q在同一水平面上a的重心位于球心，b、c的重心分別位于球心的正上方和正下方，如圖11所示，三球皆靜止，試分析三種情況下支點(diǎn)P、Q對(duì)球的彈力方向是怎樣的？圖11答案見解析解析三種情況都是點(diǎn)與點(diǎn)接觸，圓球所受彈力的方向都是垂直于接觸面指向球心，即沿半徑指向球心，如圖所示，彈力的方向與重心的位置無關(guān)4(胡克定律)由實(shí)驗(yàn)測(cè)得某彈簧所受彈力F和彈簧的長度L的關(guān)系圖像如圖12所示，求：圖12(1)該彈簧的原長為多少？(2)該彈簧的勁度系數(shù)為多少？答案(1)15 cm(2)500 N/m解析解法一：(1)彈簧不產(chǎn)生彈力時(shí)的長度等于原長，由題圖可知該彈簧的原長為L015 cm.(2)據(jù)Fkx得勁度系數(shù)：k，由圖線可知，該彈簧伸長L(25 cm15 cm)10 cm時(shí)，彈力F50 N.所以k N/m500 N/m.解法二：根據(jù)胡克定律得Fk(LL0)，代入圖像中的兩點(diǎn)(0.25,50)和(0.05，50)可得50k(0.25L0)50k(0.05L0)解得L00.15 m15 cm，k500 N/m.題組一形變及彈力的產(chǎn)生1(多選)下列各種情況中，屬于彈性形變的有()A撐竿跳高運(yùn)動(dòng)員起跳中，撐竿的形變B當(dāng)你坐在椅子上時(shí)，椅面發(fā)生的微小形變C細(xì)鋼絲被繞制成彈簧D鋁桶被砸扁答案AB解析“撐竿的形變”、“椅面發(fā)生的微小形變”均能恢復(fù)原狀，是彈性形變；“細(xì)鋼絲被繞制成彈簧”不能恢復(fù)原狀，“鋁桶被砸扁”不能恢復(fù)原狀，是范性形變故選項(xiàng)A、B正確，C、D錯(cuò)誤2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(fù)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(fù)原狀的形變，C正確，A、D錯(cuò)誤；鋼筋用力彎折后，無法恢復(fù)到原來的形狀，不屬于彈性形變，B錯(cuò)誤3足球運(yùn)動(dòng)是目前全球體育界最具影響力的項(xiàng)目之一，深受青少年喜愛如圖1所示為三種與足球有關(guān)的情景下列說法正確的是()圖1A甲圖中，靜止在草地上的足球受到的彈力就是它的重力B乙圖中，靜止在光滑水平地面上的兩個(gè)足球由于接觸而受到相互作用的彈力C丙圖中，落在球網(wǎng)中的足球受到彈力是由于足球發(fā)生了形變D丙圖中，落在球網(wǎng)中的足球受到彈力是由于球網(wǎng)發(fā)生了形變答案D解析靜止在草地上的足球受到的彈力，與重力相平衡，但不是它的重力，故A錯(cuò)誤；靜止在光滑水平地面上的兩個(gè)足球雖然接觸，但由于沒有彈性形變，所以沒有受到相互作用的彈力，B錯(cuò)誤；足球撞到網(wǎng)上，球網(wǎng)被撐開，由于球網(wǎng)的形變，而使足球受到了彈力，故C錯(cuò)誤，D正確題組二彈力方向的判斷4體育課上一學(xué)生將足球踢向斜臺(tái)，如圖2所示，下列關(guān)于足球和斜臺(tái)作用時(shí)斜臺(tái)給足球的彈力方向的說法正確的是()圖2A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(tái)斜向左上方的方向答案D解析足球與斜臺(tái)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(tái)指向足球，即斜向左上方，故D正確5有四位同學(xué)把斜面對(duì)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(duì)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(cuò)誤6一桿擱在矮墻上，關(guān)于桿受到的彈力的方向，圖中畫得正確的是()答案D解析彈力的方向總是垂直于接觸面指向受力物體，D對(duì)7在圖3中畫出物體A所受彈力的示意圖圖3答案如圖所示題組三胡克定律8關(guān)于彈簧的勁度系數(shù)k，下列說法中正確的是()A與彈簧所受的拉力大小有關(guān)，拉力越大，k值也越大B由彈簧本身決定，與彈簧所受的拉力大小及形變程度無關(guān)C與彈簧發(fā)生的形變的大小有關(guān)，形變?cè)酱?，k值越小D與彈簧本身特性、所受拉力的大小、形變程度都無關(guān)答案B9如圖4甲、乙所示，彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)線的重力及一切摩擦不計(jì)，物重G1 N，則彈簧測(cè)力計(jì)A和B的示數(shù)分別為()圖4A1 N,0 B0,1 N C2 N,1 N D1 N,1 N答案D解析題圖中彈簧測(cè)力計(jì)A、B的受力情況是一樣的，都是左右兩端各受1 N的拉力，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)都是1 ND正確10一根輕質(zhì)彈簧一端固定，用大小為F1的力壓彈簧的另一端，平衡時(shí)長度為l1；改用大小為F2的力拉彈簧，平衡時(shí)長度為l2.彈簧的拉伸或壓縮均在彈性限度內(nèi)，該彈簧的勁度系數(shù)為()A. B. C. D.答案C解析根據(jù)胡克定律有：F1k(l0l1)，F(xiàn)2k(l2l0)，由兩式可解得：k，故C正確11一根輕彈簧的伸長量x跟所受的外力F之間的關(guān)系圖像如圖5所示圖5(1)求彈簧的勁度系數(shù)k；(2)若彈簧原長l060 cm，當(dāng)把彈簧壓縮到40 cm長時(shí)，需要多大的壓力？(3)如果用600 N的拉力拉彈簧(仍在彈性限度內(nèi)，彈簧原長同上)，彈簧長度l是多少？答案(1)1 500 N/m(2)300 N(3)100 cm解析(1)由題圖可知當(dāng)彈簧受外力F19102 N時(shí)彈簧的伸長量x10.6 m故k1 500 N/m(2)當(dāng)把彈簧壓縮到40 cm長時(shí)，彈簧的形變量x2(0.60.4) m0.2 m彈力為F2kx21 500 N/m0.2 m300 N故需用300 N的壓力(3)由F3kx3，得x30.4 m40 cm故彈簧的長度ll0x360 cm40 cm100 cm12.有兩根相同的輕彈簧a和b，勁度系數(shù)均為k，現(xiàn)將它們按如圖6甲所示連接，下面掛質(zhì)量均為m的兩個(gè)小物體，此時(shí)兩根輕彈簧總長為l.若將兩個(gè)物體按圖乙所示方法掛在兩輕彈簧上，則兩根輕彈簧的總長為多少？(重力加速度為g)圖6答案l解析設(shè)彈簧的原長為l0，則根據(jù)胡克定律可得，按題圖甲所示連接時(shí)，兩輕彈簧的伸長量為la1lb1，所以有l(wèi)2l0按題圖乙所示連接時(shí)，兩輕彈簧的伸長量分別為la2，lb2兩根輕彈簧總長為：l22l0l