第二节弹力导学案.doc

第二节 弹力

【课标定向】
学习目标
1．知道形变的概念及弹力产生的原因和条件。
2．掌握胡克定律，会用公式F=kx计算弹簧的弹力。
3．知道压力、支持力和绳子的拉力都是弹力并能判断
它们的方向。
提示与建议
学习本节时，首先应根据力的作用效果之一的改变物体的体积和形状，检索生活中大量的实例，利用身边常见的弹簧、直尺、海绵和弯曲的木条等实物来感受这一效果，感觉弹力的存在，总结弹力产生的条件。通过观察微小形变——挤压瓶子和激光器的演示，来理解压力、支持力和绳子的拉力归结为弹力的原因，并分析得出各种弹力的方向。利用实验器材，以小组实验的形式，亲自动手，自主探究弹簧的弹力与形变量的关系，利用实验数据画出F-x关系图像，检验自己的猜想和推断，得出两物理量间的正比关系，即F=kx形式。学习本节，就要发挥主观能动性，积极思考，主动探究，为学好其它各力和对物体进行受力分析打下坚实的基础。
【互动探究】
自主学习
1．弹性形变和弹力
（1）物体在力的作用下____　　　　____发生改变叫做形变，有些物体在形变后能够恢复原状，这种形变叫做______________。
（2）发生弹性形变的物体由于要_____________，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做　　　　。如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后，物体就不能完全恢复原来的形状，这个限度就叫____________。
2．几种弹力的方向
弹力的方向总是与物体形变的方向_________, 具体如下：
（1）压力和支持力的方向都__________物体的接触面，指向被压和被支持的物体。
（2）绳的拉力方向总是沿着绳而________________．
（3）轻杆的弹力不一定沿杆，要具体情况具体分析.
3．胡克定律
（1）弹力的大小与_________有关，形变越大，弹力________, 形变消失，弹力_________, 但定量关系一般比较复杂。（2）弹簧发生弹性形变时，弹力的大小跟弹簧_______（_______）的长度成________。（3）公式：___________,其中为弹簧的________， 表示弹簧的软硬程度。
合作学习
一、弹性形变和弹力
1．概念建立
分组探究实验：用弹簧拉静止的小车（见课本3.2-1）。
（1）如果对弹簧拉伸过量或压缩过量将会发生什么现象？
______________________________________________

（2）如果弹簧恢复原长时和小车接触，小车还受到弹簧的弹力吗？
______________________________________________
__　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
２．概念的理解
（１）形变：____________________________　_____
（２）弹性形变：________________________________
（３）弹力：____________________________________
（４）弹力的施力物体和受力物体：________________　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（５） 产生弹力的条件：_________________________　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）弹性限度：_____________________________
３．观察微小形变
（1）教师演示有机玻璃的形变。（课本图4-22）
（2）教师演示观察桌面的微小形变。（课本图4-21）
（3）学生分组做玻璃瓶中的微小形变。（课本图4-22）
（4）你能体会上述实验中显示微小形变的设计思想吗？
_____________________________________________
____________　　　　　　　　　　　　　_______
（5） 上述实验说明了什么?
_____________________________________________
______________　　　　　　　　　　　　　_____
（6）在弹簧拉小车的实验中，小车对弹簧是否有力的作用？小车发生形变吗？
_____________________________________________
_________________　　　　　　　　　　　　　__
二、几种弹力
1．支持面的弹力
（1）放在水平桌面上的书本和桌面相互挤压就产生了弹力.
（2）找出压力和支持力, 指出二者的施力物体和受力物体, 它们是如何产生的?
______________________________________________

（3） 压力和重力是同一个力吗?
______________________________________________
　　　　　　　　　　　　　____________________
2．绳的弹力
用细绳栓一个砝码,手提绳不动, 观察并分析, 砝码与细绳是如何发生相互作用的? 并总结绳的弹力方向及弹力是如何产生的。
____________________________________________________________________________________________
3．弹力发生在直接接触的物体间，弹力的方向与物体间的接触情况有关。
三、胡克定律
1．规律发现
（1）发生形变的物体间将产生弹力作用。猜想：弹力的大小是否与形变量的大小有关呢？若是弹簧，弹力的大小是否与弹簧形变量的大小有关？是否形变量越大，弹力也越大呢？
______________________________________________________________________________________（2）实验探究：找几根粗细不同的弹簧，用大小相同的力拉不同的弹簧，比较弹簧伸长量；用大小不同的力拉同一根弹簧，比较弹簧伸长量与拉力的关系。通过实验数据得出弹簧的弹力大小与哪些因素有关。
______________________________________________　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2．规律理解
（1）胡克定律：　　　　　　　　　　　　　　　
（2）表达式：　　　　　　　　　　　　　　　　
其中，为弹簧的___________,其单位是________,物理意义是　　　　　　　　　　　　　　　　； 是指________________________________。
(3)在-图像中，斜率代表__________________。
疑难探究
一、怎样判断弹力的有无？
问题分析：相互接触的物体不一定发生形变，因此不一定产生弹力。那么如何判断有无弹力呢？通常有以下几种方法：

图4-2-3

图4-2-2
图4-2-1
1．利用假设法判断
　　要判断物体在某一接触面处是否受到弹力作用，可假设在该处将与物体接触的另一物体去掉，看物体是否在该位置保持原来的状态，从而判断物体在该处是否受到弹力作用。
例如，如图3-2-1所示，一球放在光滑水平面AC上，并和光滑面AB接触，球静止，分析球所受的弹力。 假设去掉AB面，球仍保持原来的静止状态，可判断出在球与AB面的
接触处没有弹力；假设去掉AC面，
球将向下运动，则在与AC面的接触处球受到弹力，其方向垂直于AC面竖直向上。
　2．利用力的作用效果分析
如图3-2-2所示，光滑水平面上的球靠在竖直面上静止，竖直面是否对球产生力的作用？假设竖直面对球产生了力的作用，由力的作用效果可知，球不会静止，故可
判定没有水平弹力产生。
　3．根据物体的运动状态判断
如图3-2-3所示，球静止在水平面AC上且和AB面接触，静止的物体都处于平衡状态，这可以作为判断某个接触面上弹力是否存在的依据. 由于离开AC面上的弹力，球将无法静止，故AC面上弹力是存在的，但是如果AB面上有弹力，球就不能保持静止状态，与实际情况不符，故AB面对球的弹力是不存在的。

图4-2-5
图4-2-４

4．根据相互作用的物体受力总是成对出现且等大反向的特点，二力知其一可知其二。 如图3-2-4所示，水平桌面上放一质量分布均匀的长木板，开始时木板全部在桌面上静止, 如图3-2-5所示, 当木板的三分之二在桌面上静止时, 由于长木板所受重力没有变化, 根据二力平衡, 桌面对木板的支持力没有变化, 同样, 长木板对桌面的压力也没有变化。

二、弹力方向应怎样判断?
类型
方向
图示

接触方式
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
沿绳收缩方向

轻杆
可沿杆

可不沿杆

问题分析：弹力是接触力, 不同的物体, 不同的接触方式, 弹力方向的判断方法也有所不同,具体比较见下表：
三、常见理想模型(轻绳、轻杆和轻弹簧)中的弹力比较
类型
轻绳
轻杆
轻弹簧

特性
轻、软、不可伸长，即绳中各处张力大小相等
轻、不可伸长，亦不可压缩，杆中各处张力大小相等
轻，既可被拉伸，也可被压缩，弹簧中各处张力大小相等

特点
只能产生拉力，不能产生压力，拉力的方向沿绳收缩的方向
既能产生压力，又能产生拉力，力的方向具有可变性，不一定沿杆
既能产生压力，又能产生拉力，力的方向沿弹簧轴线
大小计算
运用平衡方程或牛顿第二定律
运用平衡方程或牛顿第二定律
除运用平衡方程或牛顿第二定律外，还可应用胡克定律
变化情况
弹力可以发生突变
弹力只能逐渐变化

典例精析
题型一：对形变和弹力概念的理解
例1．关于弹力，以下说法正确的是（ ）
　A．拉力、压力、支持力性质上均为弹力
　B．物体由于发生了弹性形变，会对使其发生弹性　
　　　形变的物体施加弹力作用
　C．对于同一根弹簧，弹性形变越大，弹力越大
　D．许多物体可以在不发生形变的条件下对物体施
　　　以弹力作用
【解析】准确掌握弹力产生的条件、原因、弹力大小的相关因素是解答问题的关键。
拉力、压力、支持力性质上均是由弹性形变产生的, 所以均为弹力, 故选项A正确; 发生弹性形变的
物体, 会使对其发生弹性形变的物体产生弹力的作用, 故B对; 弹簧弹力大小由弹簧的劲度系数和弹性形变大小共同决定, 对于同一根弹簧，劲度系数一定, 弹性形变越大, 弹力越大, 故C对; 要产生弹力作用必须发生弹性形变, 故C选项错误。答案选ABC。
点评：(1) 本题易误选D。 根据经验,有很多形变是肉眼看不到的, 故而错选。
(2) 弹力的产生是因为施力物体发生了形变, 当弹力施加到受力物体上时, 受力物体同时发生形变, 进而产生另外一个弹力作用在原来的施力物体上。

训练1．关于弹力，下列说法中正确的是 (　 )
　A．形变微小时, 弹力很小　
　B．形变量越大, 弹力就越大, 弹力大小总是与形变
　　　量成正比的
　C．放在水平桌面上的书对桌面的压力就是物体所
　　　受的重力
　D．通常所说的压力、支持力和绳的拉力都是弹力
题型二：弹力方向的判断
例2. 三个相同的支座上分别搁着三个质量和直径都相同的光滑圆球a、b、c, 支点P、Q在同一水平面上, a的重心位于球心，b和c的重心位于球心的正上方和正下方，如图3-2-6所示，三球皆静止，试分析三种情况下支点P、Q对球的弹
力方向是怎样的。
【解析】本题中相互作用的物体属于点与曲面接触，弹力的方向垂直于曲面的过接触点的切面，且指向球心，与重心位置无关，故三种情况下弹力方向是一致的。如图3-2-7所示。
图4-2-６　
点评：在分析弹力时要先判断弹力是否存在，弹力
的方向可用如下方法判定：
（１）若接触面之一为平面，则弹力一定垂直于该平面。
图4-2-7
（２）若接触面之一为球面，则弹力一定过球心。
（３）若接触面为曲面，则弹力一定垂直于曲面的过接触点的切面。（４）若接触处之一为直线，则弹力一定垂直于该直线。
训练2．画出图3-2-8中物体A所受弹力的示意图。

图4-2-8

题型三：胡克定律及应用
例3. 如图3-2-9所示, 两木块质量分别为1和2，两轻质弹簧的劲度系数分别为1和2，上面木块压在上面的弹簧上（但不拴接），整个系统处于平衡状态。试求两弹簧的压缩量1和2。

图4-2-9

【解析】解答此类问题时，应先根据物体的受力情况求出弹簧的弹力，然后再根据胡克定律求出弹簧的形变量。
根据二力平衡，上面弹簧对1的弹力与1的重力是一对平衡力，有： =，根据胡克定律，= ，得上面弹簧的压缩量=. 把和看做一个整体，根据二力平衡，下面弹簧对整体的弹力与总
重力（+ ）是一对平衡力，有：=( + )g，根据胡克定律=得下面弹簧的压缩量。
答案为，
点评：⑴本题在求解的过程中用到了二力平衡和整体法受力分析的知识，要注意这些知识的灵活应用。
⑵公式中，指的是弹簧的伸缩量，不是弹簧的长度。
训练3．如图3-2-10所示，为一轻质弹簧的长度和弹力大小的关系图像，根据图像判断，正确的结论是（ ）
A．弹簧的劲度系数为1N/m
B．弹簧的劲度系数为100N/m
C．弹簧的原长为6cm
D．弹簧伸长0.2cm时，弹力的大小为4N
【自我测评】
图4-2-10
3-2-10

1． 关于弹力的产生说法正确的是（ ）
A．只要两物体相互接触就一定产生弹力
B．只要两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有弹力产生
D．只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物
体产生弹力作用
2． 下列有关物体受外力及形变的说法正确的是（ ）
A．有力作用在物体上，物体一定发生形变，撤
去此力形变完全消失
B．有力作用在物体上，物体不一定发生形变
C．力作用在硬物体上，物体不一定发生形变；
力作用在软物体上，物体才发生形变
D．一切物体受外力作用都要发生形变，外力撤
去，形变不一定完全消失
3． 一物体静止在水平面上，则下列说法中正确的是
A．物体对桌面的压力就是重力
B．物体对桌面的压力使物体发生了形变
C．桌面的形变产生了对物体的支持力
D．桌面对物体的支持力使桌面产生形变
4．如图3-2-11所示各种情况下，a、b两者之间一定有弹力的是（ ）

图4-2-11

5.在半球形光滑容器内放置一细杆，
如图3-2-12所示，细杆与容器的接触点分别为A、B两点，则容器上A、 B两点对细杆的作用力方向分别为（ ）
A．均竖直向上
B．均指向球心
图4-2-12

C．A点处指向球心，B点处竖直向上
D．A点处指向球心，B点处垂直于细杆向上

6．如图3-2-13所示，弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计，重物G=1N，则弹簧测力计A和B的示数分别为 （ ）
A．1N，0
B．0，1N
C．0.5N, 0.5N
D．1N,1N
图4-2-13

7．如图3-2-14所示，弹簧的劲度系数为，小球重力为G，平衡时球在A位置。今用力F将小球向下拉长至B位置，则此时弹簧的弹力为（ ）
A． B．
C． D．以上都不对

图4-2-14

【拓展迁移】
思维提升
在具体问题中，一个物体对另一个物体是否有弹力的作用，一般可通过以下两种方法来判断：一种是从弹力的定义出发，看相互作用的物体是否发生了形变，发生形变的物体总要恢复原状，由此来判定弹力的方向。这种方法是从实质上进行判断，但往往形变很小，难以观察，给判断造成困难。另一种是根据相互接触的物体所表现出的现象来确定弹力。例如：教室里悬挂的日光灯的拉线是否有弹力作用？有弹力作用，方向如何？可用第二种方法来判断，若没有弹力，则日光灯将落在地上，而不能悬挂在教室的天花板上。弹力是否存在也可以采用“假设法”来判断，即假设存在形变有弹力（也可假设不存在形变无弹力），看物体的运动状态与假设是否矛盾，若不矛盾则有，反之，则无。
视野拓展
马虎天文学家发现新小行星
马虎大意是自然科学家的大忌，因为它常常导致错误的结果。但是，美国的天文学家阿姆布尔基可要感谢他的一次失误，因为他由此偶然的发现了一颗新的小
行星。
阿姆布尔基在使用计算机控制天文望远镜探测星空时，将坐标调错，望远镜焦点没有对准他的预定目标。但是，这一疏忽竟使他发现一个直径3km大小的小行星，目前这颗新发现的行星已被小行星中心命名为2000NM。这颗小行星目前距地球的距离为2200万km，全世界的天文台都在跟踪它，以便得到有关它的进一步资料。不过可以肯定的是，它不会与地球碰撞。