版物理《学案导学与随堂笔记》人教版必修1第三章28618.docx
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版物理《学案导学与随堂笔记》人教版必修1第三章28618
2弹力
考试要求
知识内容弹力
必考加试
cc
1.知道形变和弹性形变,知道常见的弹力种类.
2.知道弹力产生的条件,会判断弹力的有无及弹力的方向.
课时要求3.理解劲度系数的物理意义,掌握胡克定律并能用此定律解决有关问题.
4.探究弹力与弹簧伸长量之间的关系.学会利用列表法、图象法、函数法
处理实验数据.能根据F-x、F-l图象求出弹簧的劲度系数.
一、弹性形变和弹力
1.形变:
物体在力的作用下形状或体积发生的变化.
2.弹性形变:
物体在形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变.
3.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(填“能”或“不能”)
完全恢复原来的形状,这个限度叫做弹性限度.
4.弹力
(1)定义:
发生形变的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体产生的力.
(2)产生的条件:
①两物体直接接触;②发生弹性形变.
二、几种弹力及方向
1.压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面.
2.绳的拉力方向总是沿着绳子而指向绳子收缩的方向.绳中的弹力常常叫做张力.
三、胡克定律
1.内容:
弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比.
2.公式:
F=kx.k为弹簧的劲度系数,单位是牛顿每米.
[即学即用]
1.判断下列说法的正误.
(1)只要两物体接触就一定产生弹力.(×)
(2)发生形变后的物体撤去外力后都能够恢复原状.(×)
(3)海绵受挤压发生形变,桌面受挤压不会发生形变.(×)
(4)静止在水平地面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变.(√)
(5)由F=kx可知,在弹性限度内弹力F的大小与弹簧的长度成正比.(×)
3.弹簧的原长为10cm,它下面挂一个重为4N的物体时,弹簧长为12cm,则该弹簧的劲度
系数为________N/m.若在它下面挂一个重为6N的物体,则弹簧的伸长量为________cm.
答案2003
一、形变和弹力
[导学探究]
(1)如图1所示,取一个扁玻璃瓶,里面盛满水,用穿有透明细管的橡皮塞封口,
使水面位于细管中,用手捏玻璃瓶,会看到什么现象?
说明什么?
图1
(2)用手压橡皮泥,橡皮泥发生形变;脚踩在松软的泥土上,留下了深深的脚印(形变),这两
种形变与玻璃瓶的形变有什么不同?
(3)如图2所示,被拉长的弹簧对手有一个拉力的作用,这个拉力是如何产生的?
图2
答案
(1)用手捏玻璃瓶,管中水面上升.说明受压时玻璃瓶发生形变,体积变小了.
(2)橡皮泥、泥土受力后发生的形变,在撤去外力后不能恢复原状(非弹性形变),玻璃瓶的形
变在撤去外力后能恢复原状(弹性形变).
(3)弹簧受到拉力后发生形变(伸长),发生形变的弹簧要恢复原状,对手就产生了拉力.
[知识深化]
5.弹性形变和非弹性形变
弹性形变:
撤去外力后能恢复原状的形变.
非弹性形变:
撤去外力后不能恢复原状的形变.
发生弹性形变的物体,外力过大,超过一定的限度(弹性限度),会变成非弹性形变.
6.弹力的产生必须同时具备两个条件:
(1)两物体直接接触;
(2)两物体接触处发生弹性形变.
例1关于弹力的产生,下列说法正确的是()
A.木块放在桌面上受到一个向上的弹力,这是由于木块发生微小形变而产生的
B.木块放在桌面上,木块没有形变,所以对桌面没有施加弹力
C.拿一根细竹竿拨动水中的木头,木头受到竹竿的弹力,这是由于木头发生形变而产生的
D.挂在电线下面的电灯受到向上的拉力,是因为电线发生微小的形变而产生的
答案D
解析木块和桌面相互作用,都会发生微小的形变.桌面发生微小形变对木块有向上的弹力即
支持力;木块由于发生微小形变对桌面有向下的弹力即压力,A、B都错.木头受到的弹力是
由细竹竿发生形变而产生的,C错.电灯受到的拉力是电线发生微小形变而产生的,D对.
二、几种常见弹力
[导学探究]
4.一铁块放在海绵上,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3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?
图3
答案
(1)海绵对铁块的支持力:
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).
(2)铁块对海绵的压力:
铁块发生弹性形变,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).
5.如图4所示,用橡皮绳斜向右上拉放在水平面上的物块.橡皮绳对物块的拉力是怎样产生
的?
方向怎样?
图4
答案由于橡皮绳发生形变,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).
[知识深化]
7.压力、支持力的方向:
总是垂直于接触面,若接触面是曲面,则垂直于接触面的切线;若
接触面是球面,弹力方向的延长线或反向延长线过球心.
6.
绳的拉力方向:
总是沿着绳并指向绳收缩的方向.
7.杆中的弹力方向不一定沿杆方向.
例2在如图5所示的各图中画出物体P受到的各接触点或接触面对它的弹力的示意图,各
图中物体P均处于静止状态.
图5
答案见解析图
解析甲中属于绳的拉力,应沿绳指向绳收缩的方向,因此弹力方向沿绳向上;
乙中P与斜面的接触面为平面,P受到的支持力垂直于斜面向上;
丙中A、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点弹力方
向水平向右,B点弹力方向垂直于斜面指向左上方,且都过球心;
丁中A点属于点与球面相接触,弹力应垂直于球面的切面斜向上,且必过球心O,B点属于
点与杆相接触,弹力应垂直于杆向上.
它们所受弹力的示意图如图所示.
例3如图6所示,图中的物体A均处于静止状态,受到弹力作用的说法正确的是()
图6
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α、β,A对两斜面均有压力的作用
C.图丙中A不会受到斜面B对它的支持力的作用
D.图丁中A受到斜面B对它的支持力的作用
答案B
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,二力平衡,B球静止.
不可能再受到A对B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,A也将运动,所以两斜面对球A均有力的作用;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,故丙图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,小球A则不能保持静止,所以丁图中小球不受斜面弹力的作用.
弹力有无的判断
8.对于明显形变的情况,可以根据弹力产生条件直接进行判断.
9.对于不明显形变的情况,可利用假设法进行判断,具体有下列两种方法:
(1)假设无弹力:
假设撤去接触面,看物体还能否在原位置保持原来的状态,若能保持原来的
状态则说明物体间无弹力作用;否则,有弹力作用.
(2)假设有弹力:
假设接触物体间有弹力,画出假设状态下的受力分析图,判断受力情况与所
处状态是否矛盾,若矛盾,则不存在弹力;若不矛盾,则存在弹力.
如图7中,若A处有弹力,则无法使球处于静止状态,故A处无弹力.
图7
三、胡克定律
[导学探究]对于同一根弹簧,被拉得越长,弹簧的弹力越大,关于弹簧弹力的大小,甲说:
弹簧弹力大小与其长度成正比;乙说:
弹力的变化量ΔF与弹簧形变的变化量Δx成正比.哪
个同学说法正确?
答案甲错,乙对.弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比,即F=kx,也有ΔF=k·Δx.
[知识深化]胡克定律
8.成立条件:
在弹性限度内.
9.对F=kx的理解
(1)x是弹簧的形变量,而不是弹簧形变后的长度.
(2)k为弹簧的劲度系数,反映弹簧本身的属性,由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定,
与弹力F的大小和伸长量x无关.
(3)F-x图象是一条过原点的倾斜直线(如图8所示),直线的斜率表示弹簧的劲度系数k.
图8
(4)弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比,即ΔF=kΔx.
例4一根轻质弹簧一端固定,用大小为50N的力压弹簧的另一端,平衡时长度为L1=20
cm;改用大小为25N的力拉弹簧,平衡时长度为L2=35cm;若弹簧的拉伸或压缩均在弹性
限度内,求弹簧的原长和劲度系数.
答案30cm500N/m
解析设弹簧原长为L0,劲度系数为k.由胡克定律得:
F1=k(L0-L1)①
F2=k(L2-L0)②
联立①②两式得:
L0=0.3m=30cm,k=500N/m.
10.轻弹簧有压缩和拉伸形变,既能产生压力,又能产生拉力,方向沿弹簧的轴线方向.
11.如果题目中只告诉了弹簧的形变量,并没有指出是伸长还是压缩,或只告诉了弹簧弹力的
大小,并没有指出弹簧处于拉伸状态还是处于压缩状态,就要分别进行讨论.
12.轻弹簧的一端空载时弹力为零,不空载时两端弹力必然相等.
四、实验:
探究弹力与弹簧伸长量的关系
10.实验器材
弹簧、刻度尺、钩码、铁架台.
11.实验原理
(1)如图9所示,在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码受到
的重力大小相等.弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出,其伸长量x可以用
弹簧的长度减去弹簧的原长来求得.
图9
(2)建立直角坐标系,以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中
描出实验所测得的各组(x,F)对应的点,用平滑曲线连接起来,根据实验所得的图象,就可
探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系.
13.实验步骤
(1)将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0,
即原长.
(2)如图10所示,在弹簧下端挂质量为m1的钩码,测出此时弹簧的长度l1,记录m1和l1.
图10
(3)改变所挂钩码的质量,测出对应的弹簧长度,记录m2、m3、m4、m5、⋯和相应的弹簧长
度l2、l3、l4、l5、⋯.
(4)计算出每次弹簧的伸长量x(x=l-l0)和弹簧受到的拉力F(F=mg),并将数据填入表格.
1234567
F/N0
l/cm
x/cm0
14.数据处理
(1)建立直角坐标系,以F为纵轴,x为横轴,根据测量数据用描点法作图.连接各点得出F随
弹簧伸长量x变化的图线.
(2)以弹簧的伸长量为自变量,写出图线所代表的函数.首先尝试一次函数,如果不行则考虑二
次函数.
(3)得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.
15.误差分析
(1)本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差.为了减小误差,要尽量多测几组数据.
(2)弹簧竖直悬挂时,未考虑弹簧自身重力的影响会带来系统误差.为了减小该系统误差,实验
中应使用轻质弹簧.
例5一位同学在做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验.
(1)下列的实验步骤是这位同学准备完成的,请你帮这位同学按操作的先后顺序,将这些步骤
用字母排列出来是________.
A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组数据(x,F)对应的点,并用平滑的曲
线连接起来
B.记下弹簧不挂钩码时,其下端在刻度尺上的刻度l0
C.将铁架台固定于桌子上,并将弹簧的一端系于横梁上,在弹簧附近竖直固定一刻度尺
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个⋯⋯钩码,并分别记下钩码静止时,弹簧下端
所对应的刻度并记录在表格内,然后取下钩码
E.以弹簧伸长量为自变量,写出弹力与弹簧伸长量的关系式
F.解释函数表达式中常数的物理意义
(2)下表是这位同学所测的几组数据
弹力(F/N)0.51.01.52.02.5
弹簧原来长度(L0/cm)1515151515
弹簧后来长度(L/cm)16.217.318.519.620.8
弹簧伸长量(x/cm)1.22.33.54.65.8
①根据上表的数据在图11的坐标系中作出F-x图线.
图11
②写出曲线的函数表达式________(x用cm作单位).
③函数表达式中常数的物理意义:
__________________________
______________________________________________.
答案
(1)CBDAEF
(2)①如图所示
②F=0.43x
③表示弹簧的劲度系数,即表示使弹簧伸长或者压缩1cm所需的外力大小为0.43N
解析
(1)在做实验的时候一般步骤为先组装器材,然后进行实验,最后数据处理,故顺序为
CBDAEF.
(2)①根据描点法,图象如图所示
根据图象,该直线为过原点的一条直线,即弹力与伸长量成正比,即F=kx=0.43x.式中的常
数表示弹簧的劲度系数,即表示使弹簧伸长或者压缩1cm所需的外力大小为0.43
N.
16.(对弹力概念的理解)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.
如图12所示为四种与足球有关的情景.下列说法正确的是()
图12
A.静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力
B.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.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.落在球网中的足球受到弹力是由于足球发生了形变
答案C
17.(弹力方向的判断)在图13中画出物体A所受弹力的示意图.
图13
答案如图所示
18.
(弹力有无的判断)在图中,A、B均处于静止状态,则A、B之间一定有弹力的是()
答案B
解析假设将与研究对象接触的物体逐一移走,如果研究对象的运动状态发生变化,则表示
它们之间有弹力;如果运动状态无变化,则表示它们之间无弹力.四个选项中当B选项中的B
物体移走后,A物体一定会摆动,所以B选项中A、B间一定有弹力.
19.(胡克定律的应用)某同学利用如图14a装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实
验.
图14
(1)他通过实验得到如图b所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线.由此图线可得该弹簧的
原长x0=________cm,劲度系数k=________N/m.
(2)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤,当弹簧秤上的示数如图c所示时,该弹簧
的长度x=______cm.
答案
(1)450
(2)10
解析
(1)当F=0时,弹簧的长度即为原长,由胡克定律可知图象的斜率表示劲度系数大小.
(2)
弹簧秤的示数为3N,则伸长量为
3
50
m=0.06m,则长度为10cm.
课时作业
一、单选题
20.
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.一根钢筋用力弯折后的形变就是弹性形变
C.物体在外力停止作用后,能够恢复原来形状的形变,叫弹性形变
D.物体在外力停止作用后的形变,叫弹性形变
答案C
解析弹性形变指物体在外力停止作用后,能够恢复原状的形变,C正确,A、D错误;钢
筋用力弯折后,无法恢复到原来形状,不属于弹性形变,B错误.
21.杂技演员有高超的技术,能轻松地顶接从高处落下的坛子,如图1.关于他顶坛时头顶受到
的压力,产生的直接原因是()
图1
A.坛的形变
B.头的形变
C.物体受到的重力
D.人受到的重力
答案A
解析头顶受到的压力是由于坛子产生形变,对与之接触的头顶产生力的作用,选项A正确,
B、C、D错误.
图2
22.体育课上一学生将足球踢向斜台,如图2所示,下列关于足球和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.沿垂直于斜台斜向左上方的方向
答案D
解析足球与斜台的作用是球面与平面的相互作用,足球所受弹力的方向垂直于斜台指向足
球,即斜向左上方,故D正确.
23.关于胡克定律,下列说法不正确的是()
A.由F=kx可知,在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变量x成正比
B.由k=
F
x
可知,劲度系数k与弹力F成正比,与弹簧的形变量成反比
C.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
答案B
解析在弹性限度内,弹簧的弹力与形变量遵守胡克定律F=kx,A正确;弹簧的劲度系数
由弹簧本身的性质决定,与弹力F及形变量x无关,B错,C正确;由胡克定律得k=
F
x
,可
理解为弹簧伸长(或缩短)单位长度时受到的弹力的值与k相等,D正确.
24.有四位同学把斜面对物体的支持力,分别画成如图所示的四种情况,其中正确的是()
答案A
解析斜面对物体的支持力作用在物体上,垂直斜面向上,故A正确,B、C、D错误.
25.下列图中小球均处于静止状态,a、b板都和小球接触.A图中b板在竖直位置,B、C、D
图中b板均在水平位置.则小球同时受到a、b板对它的弹力作用的是()
答案A
26.玩具汽车停在模型桥面上,如图3所示,下列说法正确的是()
图3
A.桥面受向上的弹力,是因为汽车发生了形变
B.汽车没有发生形变,所以汽车不受弹力
C.汽车受向上的弹力,是因为桥梁发生了形变
D.汽车受向上的弹力,是因为汽车发生了形变
答案C
27.如图4所示的装置中,小球的质量均相同,弹簧和细线的质量均不计,一切摩擦忽略不计,
平衡时各弹簧的弹力分别为F1、F2、F3,其大小关系是()
图4
A.F1=F2=F3B.F1=F2C.F1=F3>F2D.F3>F1>F2
答案A
28.如图5所示,锻炼身体用的拉力器,并列装有四根相同的弹簧,每根弹簧的自然长度都是
40cm,某人用600N的力把它们拉长至1.6m,则()
图5
A.人的每只手受到拉力器的拉力为300N
B.每根弹簧产生的弹力为150N
C.每根弹簧的劲度系数为93.75N/m
D.每根弹簧的劲度系数为500N/m
答案B
解析每只手的拉力均为600N,故A错误;每根弹簧的弹力为600
4
N=150N,故B正确;
F
每根弹簧的劲度系数k=
=
Δx
150N
=125N/m,故C、D错误.
12.-0.4m
29.如图6所示,轻弹簧的两端各受10N拉力F作用,弹簧平衡时伸长了5cm(在弹性限度内),
那么下列说法中正确的是()
图6
A.该弹簧的劲度系数k=100N/m
B.该弹簧的劲度系数k=400N/m
C.根据公式k=
F
x
,弹簧的劲度系数k会随弹簧弹力F的增大而增大
D.弹簧的弹力为10N
答案D
解析弹簧的弹力大小等于一端的拉力,选项D正确.根据胡克定律F=kx得,弹簧的劲度系
F
x
数k=
=
10N
=200N/m,选项A、B错误;弹簧的劲度系数k与弹簧本身有关,与弹力无
30.m
关,选项C错误.
二、非选择题
13.在图7中画出物体A所受弹力的示意图.
图7
答案见解析图
解析支持力、压力的方向都要与接触面垂直并指向被支持或被压的物体,物体A所受弹力
的示意图如图所示.
14.如图8所示,一根轻质弹簧的原长为20cm,竖直悬挂着,当用15N的力向下拉弹簧时,
量得弹簧长24cm.问:
图8
(1)弹簧的劲度系数为多少?
(2)若把它竖立在水平桌面上,用30N的力竖直向下压时,弹簧长为多少?
答案
(1)375N/m
(2)12cm
解析
(1)当弹簧受向下的15N的拉力作用时,由胡克定律知F1=k(l1-l0),即15=k(0.24-
31.).
解得劲度系数k=
15
15.
N/m=375N/m.
(2)当用30N的力竖直向下压时,设弹簧长为l2,
由胡克定律知
F2=k(l0-l2)
整理得l2=l0-
F230
=0.2m-
k375
m=0.12m=12cm.
5.某同学用如图9所示装置做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”的实验.他先测出不挂钩码
时弹簧下端指针所指的标尺刻度,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,同时测出指
2)针所指的标尺刻度,所得数据列表如下:
(g取9.8m/s
图9
钩码质量
m/(×102g)
2g)
01.002.003.004.005.006.007.00
标尺刻度
-2
x/(×10m)
3.18.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50
(1)根据所测数据在图10坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线.
图10
(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断,在______N范围内弹力大小与弹簧伸长量关系满
足胡克定律.弹簧的劲度系数为________N/m.
答案
(1)见解析图
(2)0~4.925.00
解析
(1)根据表格中的各组数据在xm图象上标出相应的点,然后用平滑曲线连接这些点,
作出的图象如图所示.
(2)根据作出的图线可知,钩码质量在0~500g范围内图线是直线,表明弹力大小与弹簧伸长
量关系满足胡克定律.在这个范围内的曲线上找到相距较远的两点,利用这两点的坐标值计算
弹簧的劲度系数k=
Δmg
Δx=
23
×10-×9.8
5×10
2N/m=25.00N/m.
-15.00×10-