1、3.2 弹 力学习目标 1.了解形变、弹性形变、弹性限度等概念。2.知道弹力产生的原因和条件。3.知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力,会分析弹力的方向。4.知道影响弹力大小的因素,理解胡克定律,了解科学研究方法。 一、弹力有无的判断 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.判断弹力有无的两种常见方法：(1)直接判断：对于形变较明显的情况,可根据弹力产生条件直接判断。(2)“假设法”判断：对于形变不明显的情况,可用“假设法”进行判断,常见以下三种情形：假设与研究对象接触的物体解除接触,判断研究对象的状态是否发生改变。若状态不变,则此处不存在弹力;若状态改变,则
2、此处存在弹力。假设有弹力,看看研究对象还能否保持平衡或原来的运动状态。若能保持,则说明有弹力;若不能保持,则说明没有弹力。假设没有弹力,看看研究对象还能否保持平衡或原来的运动状态。若能保持,则说明没有弹力;若不能保持,则说明有弹力。【示范题】(2017重庆一中高一检测)图中小球均处于静止状态,各板均光滑,都和小球接触,且下板均在水平位置,试分析小球与接触面或弹簧间是否存在弹力。【规范解答】甲：假设去除 a 板,球将自由下落,原状态改变,故球与 a 板间存在弹力;假设去除 b 板,球仍能保持静止,故球与 b 板间不存在弹力。乙：假设去除水平板,球将自由下落,原状态改变,故球与水平板间存在弹力;假
3、设小球受弹簧的弹力,小球不能保持静止,故小球不受弹簧的弹力作用。丙：假设球与 1 板间存在弹力,则小球会水平向右运动,故 1 板对小球无压力;假设球与 2 板间无弹力,小球会自由下落,故 2 板对小球有弹力作用。答案：图甲中,球与 a 板间存在弹力,球与 b 板间不存在弹力。图乙中,球与水平板间存在弹力,球与弹簧间不存在弹力。图丙中,球与 2 板间存在弹力,球与 1 板间不存在弹力。【通关 1+1】 1.(2017万州二中高一检测)关于弹力,下列说法中错误的是( )A.物体受到的弹力是由于施力物体发生形变而产生的B.弹力产生在直接接触而且发生弹性形变的物体之间C.相互挤压的物体间弹力方向总是跟
4、接触面相垂直D.相互接触的物体间一定存在弹力2.(2017潍坊高一检测)如图所示,用细绳悬挂的小球与光滑斜面相接触,并保持静止,甲中细绳倾斜,乙中细绳呈竖直方向。判断图甲、乙中小球是否受到斜面的弹力作用。【解析】假设去掉斜面,图甲中的小球将运动,图乙中的小球将保持原来的静止状态,故甲图小球受到斜面的弹力作用,而乙图中小球不受斜面的弹力作用。 答案：甲图中小球受到斜面的弹力作用 乙图中小球不受斜面的弹力作用【变式训练】1.(2017渝北区高一检测)一个鸡蛋放在一块海绵上,处于静止状态,下列说法正确的是( )A.海绵受到鸡蛋的压力就是鸡蛋的重力B.海绵受到鸡蛋的压力是海绵的形变产生的C.海绵受到鸡
5、蛋的压力是鸡蛋的形变产生的D.海绵对鸡蛋的支持力与鸡蛋对海绵的压力是一对平衡力2.下列各图中,所有接触面都是光滑的,P、Q 两球都处于静止状态。P、Q 两球之间不存在弹力的是( )【解析】选 D。在图 A、B、C 中,若将球 Q 拿走,球 P 均不能保持原来的静止状态,表明 P、Q 间存在弹力。而对于 D 图的情况,若将球 Q 拿走,球 P 仍能保持静止,说明 P、Q 间不存在弹力。故 D 正确。二、弹力方向的确定 1.常见的三种接触方式：接触方式 弹力方向 图 示 面与面 垂直公共接触面 点与面 过点垂直于面 点与点 垂直于切面 轻 绳 沿绳指向绳收缩的方向 轻 杆 可沿杆 轻 杆 可不沿杆
6、(由运动状态判断) 轻弹簧 沿弹簧形变的反方向 【示范题】请在图中画出物体 P 受到的各接触点或面对它的弹力的示意图,其中甲、乙、丙中的物体 P 处于静止状态,丁中物体 P 在水平面上匀速滚动。【规范解答】物体 P 受到的各接触点或面对它的弹力的示意图如图：1.(多选)(2017重庆八中高一检测)如图为 P 物体对 Q 物体的压力的示意图,其中错误的是( )2.(2016重庆八中高一检测)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 m=0.2kg 的小球,小球处于静止状态,弹性杆对小球的弹力为(g 取 10m/s2)( )A.大小为 2 N,方向平行于斜面向
7、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【解析】选 D。球受重力 G 和弹力 F,由二力平衡条件可知,杆对球的弹力方向与重力方向相反,竖直向上,大小 F=G=mg=2N,故 D 正确。【变式训练】1.(2017衡水中学高一检测)重力为 G 的小球 A 在斜面上静止,如图所示,光滑挡板的情况：图甲是竖直方向、图乙是垂直斜面方向、图丙是水平方向。作出这三种情况下小球 A 的受力示意图。【解析】如图所示2.画出图中球 A 所受弹力的示意图,已知各接触面均光滑,A 球均静止。三、弹力大小的计算 1.应用胡克定律的四个关键：(1)弹簧
8、发生形变时必须在弹性限度内;(2)x 是弹簧的形变量,不是弹簧的原长,也不是弹簧形变后的长度;(3)其 F-x 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。(4)由于 F1=kx1,F2=kx2,故 F=F 2-F1=kx2-kx1=kx。因此,弹簧弹力的变化量 F 与形变量的变化量 x 也成正比关系。2.计算弹力大小的两种方法：(1)公式法：利用公式 F=kx 计算,适用于弹性体弹力的计算。(2)平衡法：如果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,可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小。【示范题】(2017巴蜀中学高一检测)一轻弹簧
9、在 10.0N 的拉力作用下,长度由原长 5.00 cm 伸长为 6.00 cm。则(1)弹簧的劲度系数为多大?(2)当该弹簧长度为 4.20cm 时,弹簧的弹力有多大?【规范解答】 (1)由 F=kx 得 F1=k(l1-l0)即 k= =1103N/m120. N651ml(2)当该弹簧长度为 4.20cm 时,弹簧处于压缩状态,此时弹簧的弹力 F2=k(l0-l2)=1103(5.00-4.20)10-2N=8 N 答案：(1)110 3N/m (2)8N【通关 1+1】 1.(拓展延伸)【示范题】中,当弹簧受到 15N 的拉力时,弹簧的长度是多少?受到大小是 5N 的压力时呢? 2.(
10、2017重庆一中高一检测)一根轻质弹簧一端固定,用大小为 F1的力压弹簧的另一端,平衡时长度为 l1;改用大小为 F2的力拉弹簧,平衡时长度为 l2,弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,该弹簧的劲度系数为( )1122A. B.CDll【解析】选 A。由胡克定律 F=kx 得,式中 x 为形变量,设弹簧原长为 l0,则有 F1=k(l0-l1),F2=k(l2-l0),联立方程组可以解得21Fkl所以 A 项正确。【变式训练】1.关于胡克定律,下列说法中不正确的是( )A.由 F=kx 可知,弹力 F 的大小与弹簧的形变量 x 成正比B.由 k= 可知,劲度系数 k 与弹力 F 成正比,与弹簧的形
11、变量 x 成反比xC.弹簧的劲度系数 k 是由弹簧本身的性质决定的,与弹力 F 的大小和弹簧形变量 x 的大小无关D.弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时弹力的大小【解析】选 B。胡克定律 F=kx 中,x 是弹簧伸长或缩短的长度;k 是劲度系数,与弹簧本身的性质有关,与F、x 均无关。故选项 B 错误,A、C、D 正确。2.在水平桌面上一根弹簧在弹性限度内,对其施加 30N 的拉力时,其长度为 20 cm,对其施加 30 N 压力时,其长度为 14 cm,试求该弹簧的自然长度和它的劲度系数。 答案：17cm 1 000 N/m【示范题】如图所示,物体 A 和 B 的重力分别为 10 N 和 3 N,不计弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦,则弹簧测力计的示数为( ) A.3 N B.7 N C.10 N D.13 N【标准解答】选 A。B 物体对弹簧测力计的拉力为 3N,由二力平衡知 A 对弹簧测力计的拉力也为 3N,故弹簧测力计的示数为 3N,A 正确。
