1、新教材物理粤教版必修一 第1课时 形变和弹力第二节弹力第1课时形变和弹力学习目标要求核心素养和关键能力1.知道形变及其分类。2.认识弹力的大小，方向，作用点。3. 认识影响弹簧弹力大小的因素。4.理解胡克定律，并能解决有关问题。1.科学探究通过微小形变的研究，用微小放大法探究事物的本质。2.关键能力物理建模能力。一、形变1.形变物体发生形状或体积的变化称为形变。2.形变的形成3.形变的分类(1)弹性形变：停止用力后物体能完全恢复原状的形变。弹性：物体具有恢复原状的性质。弹性限度：如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。(2)范性形变：停止用力
2、后，物体不能恢复原状的形变。二、弹力1.弹力：发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力称为弹力。2.弹力产生的条件(1)两物体直接接触(2)两物体接触处发生弹性形变3.弹力是由施力物体(填“受力物体”或“施力物体”)发生形变而产生的。4.几种弹力的方向(1)压力或支持力的方向：压力的方向垂直于支持面指向被压的物体；支持力的方向垂直于支持面指向被支持的物体。(2)绳子对物体的拉力方向：沿绳子指向绳子收缩的方向。判一判(1)接触的物体间一定有弹力。()(2)弹力可以发生在没有接触的物体之间。()(3)有些物体的形变是明显的，有些物体的形变是微小的。()(4)支持力的
3、方向一定指向被支持的物体。()(5)弹簧的弹力方向一定沿着弹簧的轴线方向。()三、胡克定律1.胡克定律：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长量(或压缩量)x成正比，其表达式为：Fkx。2.劲度系数：其中k为弹簧的劲度系数，单位为牛顿每米，符号是N/m，劲度系数是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量。想一想哪个是弹簧的压缩量，哪个是伸长量。探究 弹力的有无和方向的判断情境导入(1)一铁块放在海绵上，铁块和海绵都发生了形变，从而在它们之间产生了弹力，如图所示。海绵对铁块的支持力是如何产生的？方向怎样？铁块对海绵的压力是怎样产生的？方向怎样？(2)如图所示，用橡皮绳斜向右上方拉放在水平面上的物块。
4、橡皮绳对物块的拉力是怎样产生的？方向怎样？答案(1)海绵对铁块的支持力是海绵发生弹性形变，对与它接触的铁块产生力的作用，方向垂直于接触面向上(如图甲)。铁块对海绵的压力是铁块发生了弹性形变，对与它接触的海绵产生力的作用，方向垂直接触面向下(如图乙)。(2)由于橡皮绳发生弹性形变，对与它接触的物块产生力的作用，方向沿绳指向绳收缩的方向(沿绳斜向右上)。归纳拓展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.弹力有无的判断方法条件法方法根据物体间是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力。此方法多用来判断形变较明显的情况举例图中弹性绳与手直接接触，弹性绳发生形变，手与弹
5、性绳之间一定存在弹力假设法方法对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若状态不变，则此处不存在弹力；若状态改变，则此处一定有弹力举例图中为用细线悬挂的小球，斜面是光滑的，因去掉斜面，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力和重力，不受斜面的支持力3.弹力的方向：弹力的方向总是跟引起物体形变的外力方向相反，跟该物体的形变方向相反。4.几种常见弹力的方向(1)压力、支持力弹力方向根据接触方式的不同归纳为以下几种情况类型方向图示接触方式面与面垂直于公共接触面，指向被支持物体点与面过点垂直于接触面，指向被支持物体点与点垂直于接触切面，过接触点沿球半径方向指向被支持物体(2
6、)绳中的弹力绳中弹力方向一定沿绳，并且指向绳子收缩的方向。(3)杆中的弹力杆中弹力方向不一定沿杆。例1 下图中物体a、b均处于静止状态，a、b间一定有弹力的是()解析A图中对物体a而言受重力、竖直向上的拉力，如果b对a有弹力，方向水平向左，那么a受到的三力不能平衡，与a、b均处于静止状态矛盾，故A错误；B图中对物体a而言受重力、斜向上的拉力，如果b对a没有弹力，那么a受到的二力不能平衡，与a、b均处于静止状态矛盾，故B正确；C图中若水平地面光滑，对b而言受重力、竖直向上的支持力，如果a对b有弹力，方向水平向右，那么b受到的三力不能平衡，与a、b均处于静止状态矛盾，故C错误；D图中对a而言受重力
7、、竖直向上的拉力，如果b对a有弹力，方向垂直斜面向上，那么a受到的三力不能平衡，与a、b均处于静止状态矛盾，故D错误。答案B针对训练1 如图所示，所有的球都是相同的，且形状规则、质量分布均匀。甲球放在光滑斜面和光滑水平面之间，乙球与其右侧的球相互接触并放在光滑的水平面上，丙球与其右侧的球放在一个大的球壳内部并相互接触，丁球用两根轻质细线吊在天花板上，且其中右侧细线是沿竖直方向的。关于这四个球的受力情况，下列说法中正确的是()A.甲球受到两个弹力的作用B.乙球受到两个弹力的作用 C.丙球受到两个弹力的作用D.丁球受到两个弹力的作用解析甲球受重力和地面对它的竖直向上的弹力两个力，斜面对甲球没有弹力
8、，如果有的话甲球不会静止，故A错误；乙球受重力和地面对它的竖直向上的弹力两个力，与乙接触的球不会对乙球有弹力作用，如果有的话乙球不会静止，故选项B错误；丙球受重力、球壳给它的指向球心的弹力和与它接触的小球对它的沿两球球心连线向左的弹力，如果两球间不存在弹力，丙球不能保持静止状态，故丙球受两个弹力的作用，故选项C正确；丁球受重力和右侧细线对它的竖直向上的拉力，倾斜的细线不会对它有拉力的作用，如果有的话丁球不能保持平衡状态，故丁球只受一个向上的弹力，故D错误。答案C例2 请在图中画出杆或球所受的弹力方向。解析甲图中杆在重力作用下对A、B两处都产生挤压作用，故A、B两处对杆都有弹力，弹力方向与过接触
9、点的平面垂直。如图甲所示。乙图中杆对C、D两处都有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直于圆弧切面指向球心，D处弹力垂直于杆斜向上。如图乙所示。丙图中球挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙面垂直向右，绳子对球的弹力沿绳子向上。如图丙所示。丁图中当重心不在球心处时，弹力的作用线也必通过球心，如图丁所示。应注意不要错误地认为弹力作用线必定通过球的重心。答案见解析图针对训练2 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、乙中物体P处于静止状态，丙中物体P(即球)在水平面上匀速滚动。解析甲中绳的拉力，应沿绳指向绳收缩的方向，因此弹力方向沿绳向上，如图甲所示；乙中A
10、、B两点都是球面与平面相接触，弹力应垂直于平面，且必过球心，所以A处弹力方向水平向右，B处弹力垂直于斜面向左上方，且都过球心，如图乙所示；丙中小球P不管运动与否，都属于平面与球面相接触，弹力应垂直于平面，且过球心竖直向上，如图丙所示。答案见解析图探究 弹力大小的计算1.应用胡克定律Fkx的四个关键(1)弹簧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Fx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)一个有用的推论：Fkx。2.计算弹力大小的两种方法 (1)公式法：利用公式Fkx计算，适用于弹簧、
11、橡皮筋等物体的弹力的计算。 (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。例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？解析设弹簧的原长为l0，劲度系数为k，由题意知F110 N，l112 cm；F225 N，l215 cm根据胡克定律有F1k(l1l0)，F2k(l2l0)两式相比可得代入数据可得l010 cm0.10 mk N/m500 N/m答案0.10 m500 N/m针对训练3 一根轻弹簧的伸长量x跟
12、所受的外力F之间的关系图像如图所示。(1)求弹簧的劲度系数k；(2)若弹簧原长l060 cm，当把弹簧压缩到40 cm长时，需要多大的压力？(3)如果用600 N的拉力拉弹簧(仍在弹性限度内，弹簧原长同上)，弹簧长度l是多少？解析(1)由题图可知当弹簧受外力F19102 N时弹簧的伸长量x10.6 m故k1 500 N/m(2)当把弹簧压缩到40 cm长时，弹簧的形变量x2(0.60.4) m0.2 m弹力为F2kx21 500 N/m0.2 m300 N故需用300 N的压力(3)由F3kx3，得x30.4 m40 cm故弹簧的长度ll0x360 cm40 cm100 cm答案(1)1 50
13、0 N/m(2)300 N(3)100 cm例4 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重力为2 N的小球，小球处于静止状态，则弹性杆对小球的弹力()A.大小为2 N，方向平行于斜面向上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，方向竖直向上解析小球受重力和杆的支持力(弹力)作用处于静止状态，由二力平衡可知，弹性杆对小球的弹力与重力等大、反向，选项D正确。答案D1.(对弹力的理解)(多选)书静止放在水平桌面上时，下列说法正确的是()A.书对桌面的压力就是书受的重力B.书对桌面的压力是弹力，是由于书的形变而产生的C.桌
14、面对书的支持力是弹力，是由于桌面的形变而产生的D.书和桌面都发生了微小形变解析压力属于弹力，重力属于万有引力，性质不同，不能说压力就是书受的重力，故选项A错误；书静止于水平桌面上，桌面受到竖直向下的弹力是由于书发生了形变，要恢复原状产生向下的弹力，选项B正确；书受到向上的弹力，是因为桌面形变，要恢复原状产生向上的弹力，故选项C正确；书和桌面都发生了微小形变，故选项D正确。答案BCD2.(对弹力方向的判断)体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示。下列关于足球与斜台作用时斜台给足球的弹力方向的说法正确的是()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.垂直于斜台指向左上方解
15、析支持力是弹力，方向总是垂直于接触面，并指向被支持的物体，所以斜台给足球的弹力的方向为垂直于斜台指向左上方，故D正确，A、B、C错误。答案D3.(弹力有无的判断)(多选)如图所示，图中的物体A均处于静止状态，关于物体A受到弹力作用的说法正确的是()A.图甲中地面是光滑水平的，A与B间存在弹力B.图乙中两斜面与水平地面的夹角分别为、，A对两斜面均有压力的作用C.图丙中斜面B对A无弹力的作用D.图丁中斜面光滑，A不受B对它的弹力作用解析题图甲中对B进行受力分析，B球受重力和地面的弹力的作用，处于静止状态，不可能再受到A对它的弹力作用；B选项中采用假设法，若去掉左侧的斜面，A将运动，若去掉右侧的斜面
16、，A也将运动，所以球A对两斜面均有压力的作用；C选项中假设斜面B不存在，则小球A无法在原位置保持静止，故题图丙中小球受到斜面的弹力；D选项中假设斜面B对小球A有弹力作用，则小球A不能保持静止，所以题图丁中小球不受斜面弹力的作用。答案BD4.(弹力的计算)如图所示，一根轻弹簧的原长为20 cm，竖直悬挂着，当用15 N的力向下拉弹簧时，量得弹簧长24 cm。若把它竖立在水平桌面上，用30 N的力竖直向下压时，弹簧长度是多少？解析当弹簧受向下的15 N的拉力作用时，由胡克定律知F1k(L2L1)，即15 Nk(0.24 m0.2 m)。解得劲度系数为k N/m375 N/m，当用30 N的力向下压
17、时，设弹簧长为L3，由胡克定律知F2k(L1L3)整理得L3L10.20 m m0.12 m12 cm。答案12 cm课时定时训练(限时30分钟)对点题组练题组一对弹力的理解1.如图所示，液晶电视静止于电视机架上，关于液晶电视与电视机架之间的相互作用，下列说法正确的是()A.液晶电视向下形变，对电视机架产生压力的作用B.液晶电视向上形变，对电视机架产生压力的作用C.电视机架向下形变，对液晶电视产生压力的作用D.电视机架向上形变，对液晶电视产生支持力的作用解析液晶电视对电视机架产生压力是由于液晶电视向上形变引起的，选项A错误，B正确；电视机架对液晶电视产生支持力是由于电视机架向下形变引起的，选项
18、C、D错误。答案B2.下列关于弹力的说法中正确的是()A.只要两个物体接触就一定有弹力产生B.轻杆一端所受弹力的作用线一定与轻杆方向垂直C.压力和支持力的方向总是垂直于接触面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解析两个物体相互接触，如果没有相互挤压，就不会产生形变，也就不会产生弹力，故A错误；轻杆一端所受弹力的作用线可以沿任意方向，不一定与杆相互垂直，故B错误；压力和支持力的方向总是垂直于接触面，故C正确；弹簧的弹力的大小取决于形变量和劲度系数两个因素，所以形变大的物体产生的弹力不一定比形变小的物体产生的弹力大，故D错误。答案C3.(多选)在日常生活及各项体育运动中，有弹力
19、出现的情况比较普遍，如图所示的跳水运动就是一个实例。请判断下列说法正确的是()A.跳板发生形变，运动员的脚没有发生形变B.跳板和运动员的脚都发生了形变C.运动员受到的支持力，是跳板发生形变而产生的D.跳板受到的压力，是跳板发生形变而产生的解析发生形变的物体，为了恢复原状，会对与它接触的物体产生弹力的作用，发生形变的物体是施力物体。选项B、C正确。答案BC题组二弹力的有无和方向的判断4.(多选)如图所示的四幅图中，研究对象P所受弹力的方向正确的是()解析P物体受到竖直墙的弹力和墙角对球的弹力，故A正确；物体在斜面上受到的弹力垂直于斜面向上，故B错误；物体P受到挡板平行斜面向上的弹力和垂直于斜面向
20、上的支持力，故C正确；杆受A点垂直水平面向上的弹力和B处沿绳方向的拉力，故D错误。答案AC5.足球运动是目前全球体育界最具影响力的项目之一，深受青少年喜爱。下图为四种与足球有关的情景。下列说法正确的是()A.甲图中，静止在草地上的足球受到的弹力就是它所受的重力B.乙图中，静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力C.丙图中，踩在脚下且静止在水平草地上的足球可能受到3个力的作用D.丁图中，落在球网中的足球受到弹力是由于足球发生了形变解析甲图中，静止在草地上的足球受到的弹力大小等于重力大小，但由于两者不是同一个力，所以不能说弹力就是重力，选项A错误；乙图中，静止在光滑水平地面上的两
21、个足球之间如果存在弹力，则在水平方向上合力不为零，不能处于静止状态，所以两足球间没有弹力存在，选项B错误；踩在脚下且静止在水平草地上的足球受到重力、支持力及人脚的压力的作用，若人脚的压力竖直向下，则足球受到3个力的作用，选项C正确；由于网的形变，而使球受到了弹力，选项D错误。答案C6.如图所示，物体沿光滑竖直墙壁自由下落的过程中，受力个数是()A.1个B.2个C.3个D.4个解析对物体沿光滑竖直墙壁自由下落的过程，受力分析可知，只受到重力作用，因横向无挤压，则无水平弹力，墙面对物体无摩擦力，故物体只受1个力，则A正确，B、C、D错误。答案A题组三胡克定律的理解和应用7.关于弹簧的劲度系数的说法
22、中正确的是()A.因胡克定律可写成k，由此可知弹力越大，劲度系数越大 B.在弹性限度内，弹簧拉长一些后，劲度系数变小C.在弹性限度内，无论弹簧拉长或缩短劲度系数都不变D.劲度系数大的弹簧能够产生更大的弹力解析弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的因素决定的，不同弹簧k一般不同，同一弹簧k一定，与弹力和形变量无关，故选项C正确，A、B错误；弹力的大小由劲度系数和形变量共同决定，选项D错误。答案C8.一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。则该弹簧的劲度系数为()A. B. C. D.解析设弹簧的劲
23、度系数为k，原长为l0。由胡克定律可知，当弹簧压缩时，有F1k(l0l1)；当弹簧拉伸时，有F2k(l2l0)。联立以上两式，解得k。故选项C正确。答案C9.如图所示为一轻质弹簧的弹力F大小和长度L的关系图像，试由图线求：(1)弹簧的原长；(2)弹簧的劲度系数；(3)弹簧伸长0.10 m时弹力的大小。解析(1)由题图知，当弹簧的弹力F0时，弹簧的长度L10 cm，这就是弹簧的原长。(2)由题图知，当弹簧的长度L115 cm，即伸长量x1L1L5 cm时，弹簧的弹力F110 N。由胡克定律得F1kx1，则k200 N/m。(3)当弹簧伸长0.10 m时，弹力为Fkx2200 N/m0.10 m2
24、0 N。答案(1)10 cm(2)200 N/m(3)20 N综合提升练10.(多选)如图所示，A、B两物体的重力分别是GA3 N、GB4 N，A用悬绳挂在天花板上，B放在水平地面上，A、B间的轻弹簧的弹力F弹2 N，则绳中张力T和B对地面的压力FN的可能值分别为()A.7 N和10 N B.5 N和2 NC.1 N和6 N D.2 N和5 N解析当弹簧处于伸长状态，以A为研究对象，由平衡条件得，细线对A的拉力TGAF弹5 N。对B研究可得，地面对B的支持力FNGBF弹2 N，选项B正确；当弹簧处于压缩状态，以A为研究对象，则TGAF弹1 N。对B研究可得FNGBF弹6 N，选项C正确。答案B
25、C11.如图所示，A、B是两个相同的轻质弹簧，原长l010 cm，劲度系数k500 N/m，如果图中悬挂的两个物体质量均为m，现测得两个弹簧的总长为26 cm，则物体的质量m是多少？(取g10 N/kg)解析B弹簧弹力FBmg，A弹簧弹力FA2mg，设两弹簧伸长量分别为xA、xB，则FAkxA，FBkxB由题意xAxB2l00.26 m代入数据联立可得m1 kg。答案1 kg12.如图所示，不计滑轮的摩擦，将弹簧C的右端由a点水平拉到b点时，弹簧B刚好没有形变。求a、b两点间的距离。已知弹簧B、C的劲度系数分别为k1、k2，钩码A的质量为m，弹簧C的右端在a点时刚好没有形变。解析当弹簧C的右端位于a点，弹簧C刚好没有发生形变时，弹簧B压缩的长度xB；当将弹簧C的右端拉到b点，弹簧B刚好没有形变，弹簧C伸长的长度xC，a、b两点间的距离xxBxCmg。答案mg
