1、第二节 第1课时弹力 胡克定律 第三章 相互作用 学习目标 1.知道弹性形变、弹性限度、范性形变及弹力的概念，理解胡克定律， 能解释有关弹力的问题 2.掌握对弹力的分析和计算，会分析弹力的方向，能用胡克定律计算 3.通过探究微小形变、胡克定律，学会与他人交流，分析数据，得出结论. 4.学会在探究中尊重事实，认真分析原始数据，培养科学探索的学习态 度，激发学习兴趣 一、形变 1.定义：物理学中，把物体发生形状或体积的变化称为形变。 2.分类：(1)弹性形变：能恢复原状的形变。 (2)范性形变：不能恢复原状的形变。 思考：取一根弹簧和一块橡皮泥，分别用力压弹簧和橡皮泥，松手后， 它们的形变有什么不
2、同? 弹簧能恢复原状，橡皮泥不能恢复原状。 思考：弯弓能够把箭射出去，箭受到什么力的作用? 箭受到弹力的作用 二、认识弹力 定义：发生弹性形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体会产生 力的作用，这种力叫作弹力。 （一）弹力的产生和有无的判断 1.弹力的产生 (1)弹性形变是产生弹力的必要条件，弹力产生的直接原因是施力物体 的形变。 (2)发生弹力作用的一对物体都存在形变，形变是成对出现的。 (3)两物体之间，若存在弹力，彼此对对方都产生弹力，弹力也是成对 出现的。 产生条件：(1)两物体直接接触；(2)两物体接触处发生弹性形变。 思考：如图所示，杂技演员顶坛子时，头顶受到的压力的施力物体是
3、哪个物体?压力是怎样产生的? (物理观念) 坛子发生弹性形变 典例分析 1.据凤凰网报道：2019年10月10日晚间，江苏无锡312国道K135米处，高 约5米的桥梁，发生桥面侧翻事故。经初步分析，桥面侧翻是运输车辆超 载所致。事故造成严重后果，再次提醒人们“珍爱生命，拒绝超载”。下列 关于行驶在桥面上的汽车受力说法正确的是 () A.桥面受向下的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变 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，是因为桥梁发生了弹性形变 D.汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了弹性形变 解析：选C。弹性形变指物体形变之后撤去外力能完全恢复原来形状的 形变。桥受到向下的
4、弹力，是因为汽车发生了弹性形变，故A、B错误。 汽车受到向上的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变，故C正确，D错误。 故选C。 2.弹力有无的判断方法 条件法：根据弹力产生的条件进行判断，一般适用于形变比较明显的 情况。 状态法： (1)分析物体受力的情况，利用物体受力平衡的条件判断。 (2)根据物体的运动状态，分析物体受力，(学习了牛顿第二定律以后还 可用此定律)判断弹力的有无和弹力的方向。 3.假设法：对于形变不明显的情况，可用假设法进行判断。常见以下两 种情形： 两种情形具体方法结果结论 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 生变化 状态不变不存在弹力 状态变化存
5、在弹力 假设研究对象受 到弹力的作用 判断研究对象 还能否保持平 衡或者原来的 运动状态 能保持假设正确 不能保持假设错误 典例分析 2.(多选)如图甲、乙、丙、丁所示，各物体均处于静止状态，不计一切摩 擦，则下列说法正确的是 () A.在图甲中，如果AC面水平， 则AB面对球没弹力 B.在图乙中，杆受两个弹力 C.在图丙中，两条细绳对球都 有拉力(AB绳竖直) D.在图丁中，一共有四对弹力 解析：选A、B、D。在图甲中，若AC面水平，撤除AB面，球仍能保持静 止，故AB面对球没有弹力，选项A正确；在图乙中，若撤除细绳AC，杆 AB不能静止，可知细绳AC对杆有弹力；若撤除平面，杆AB也不能静止
6、， 可知平面对杆也有弹力，选项B正确； 在图丙中，若撤除细绳AC，球仍能静止，可知细绳AC对球没有弹力；若 撤除细绳AB，球不能静止，故AB绳对球有弹力。选项C错误；在图丁中, 若撤除三块挡板中的任意一块，球都不能静止，故三块挡板对球都有弹 力。若撤除下面的球，上面的球不能静止，故两球接触处有弹力。此图 中一共有四对弹力，选项D正确。 跟踪训练 1.足球运动是深受青少年喜爱的项目之一，如图所示为四种与足球有关 的情景。下列说法正确的是 () A.甲图中，静止在草地上的足球对 草地的压力是地面发生形变产生的 B.乙图中，静止在地上的两个足球由于接触而一定受到相互作用的弹力 C.丙图中，落在球网中
7、的足球会受到弹力是由于球网发生了形变 D.丁图中，被踢出的瞬间足球受到重力、脚对球的弹力 解析：选C。静止在草地上的足球对草地的压力是足球发生形变产生 的，故选项A错误；静止在光滑水平地面上的两个足球尽管接触，但 由于没有弹性形变，所以没有受到相互作用的弹力，故选项B错误； 进球时，足球撞到网上，球网被撑开，由于网的形变，而使球受到了 弹力，故选项C正确；被踢出的足球，脚不再对足球有力的作用，故 选项D错误。 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：由图可以看出，A项中P球受到Q球的支持力作用，B、C选项中 ，把Q拿走之后P的
8、状态都会发生变化，所以P、Q之间都有弹力存在， D选项中，P、Q之间没有弹力。 D 3.下列关于弹力产生条件的说法正确的是() A.只要两个物体接触就一定有弹力产生 B.只要两个物体相互吸引就一定有弹力产生 C.只要物体发生形变就一定受到弹力作用 D.只有发生弹性形变的物体才会产生弹力 解析：弹力产生的条件：接触并产生弹性形变，二者缺一不可。A、C 中都只有弹力产生的一个条件，故A、C都不一定能产生弹力。B中只说 “相互吸引”，只能证明有力存在，不一定能产生弹力。D项同时具备两 个条件，故选D。 D 4.在下列四个图中，物体a、b均处于静止状态，a、b间一定有弹力的是( ) 解析：选B。A图中
9、物体a受重力和竖直向上的拉力，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图中物体a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，b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b受重力、竖直向上的拉力，如果a对b有弹力，方 向垂直斜面向上，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D错误。 弹力的方向 (1)压力和支持力的方向跟接触面垂直，并且指向受
10、力物体。 (2)绳子的拉力方向沿着绳子而指向绳子收缩的方向。 (3)弹力的方向总是与施力物体的形变方向相反。 （二）弹力的方向 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 点与面过点垂直于面 点与点垂直于切面 轻绳沿绳并指向绳收缩的方向 提醒：与球面接触的弹力方向延长线或反向延长线过圆心 类型方向图示 轻杆 可沿杆 可不沿杆 轻弹簧沿弹簧形变的反方向 新能源路灯所受的弹力方向如何? 竖直向上。 典例分析 3.图中，P物体对Q物体的压力的示意图，正确的是() 解析：首先P对Q物体的压力一定作用在Q物体上，故选项B、D错误；压 力的方向应垂直于接触面指向Q物体，故选项A
11、正确，C错误。 A 规律方法： 判断弹力方向的一般步骤 (1)确定物体之间弹力作用的类型。 (2)确定产生弹力的物体。 (3)找出使物体发生形变的外力方向。 (4)确定物体形变的方向。 (5)确定物体产生的弹力方向。 跟踪训练 1.关于弹力的方向，下列说法正确的是 () 弹力的方向一定垂直于接触面 弹力的方向不一定垂直于接触面 绳子类软物体产生的弹力一定垂直于被拉物体的平面 绳子类软物体产生的弹力一定沿绳子的方向 A.B.C.D. 解析：弹力的方向一定与接触面垂直，如压力、支持力都与接触面垂直 ，故正确，错误；绳子类软物体产生的弹力一定沿绳子的方向，但 是不一定垂直于被拉物体的平面，故错误，正
12、确。 B 2.关于弹力的方向，下列说法正确的是 () A.物体静止在水平桌面上，桌面对物体的支持力方向是竖直向下的 B.物体沿斜面下滑时，斜面对物体的支持力方向是沿斜面向上的 C.用绳悬挂物体时，绳对物体的拉力方向是沿绳收缩的方向 D.用水平直杆固定路灯时，直杆对路灯的弹力方向一定在直杆所在直线上 C 解析：桌面(斜面)对物体的支持力方向垂直于桌面(斜面)指向物体，A、 B错；绳对物体的拉力方向总是沿绳收缩的方向，C对；根据二力平衡 ，水平直杆对路灯的弹力方向竖直向上，D错。 三、胡克定律 1.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
13、度。 2.胡克定律： (1)内容：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧伸长量(或压缩量)x 成正比。 (2)公式：F=kx，式中k叫作弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，符号 是N/m。 提醒：应用胡克定律时，要注意弹簧是伸长还是压缩。 3.F=kx的推导 4.F-x图像 F1=kx1、F2=kx2，则F=F2-F1=kx2-kx1=kx (1)意义：弹力F与弹簧形变量x的关系 (2)形状：过原点的直线 (3)斜率：劲度系数k= 5.劲度系数： (1)意义：弹簧的劲度系数大小反映了不同弹簧的品质。 (2)弹簧劲度系数与弹簧软硬的关系：劲度系数越大，弹簧越硬；劲度系 数越小，弹簧越软。 (3)弹簧的
14、劲度系数跟弹簧的粗细、材料、孔径、绕法等有关。 四、弹力的应用 1.弹簧的弹性具有缓冲减震的作用。 2.弹簧可以起到自动复位的作用。 3.弹簧在各种安全阀超压保护装置中不可缺少。 问题探究 图甲表示弹簧处于原长状态；图乙表示弹簧 处于拉伸状态；图丙表示弹簧处于压缩状态。 试结合上述情景，讨论下列问题： (1)在公式F=kx中，x表示的是什么意义? (2)图乙中在拉力F的作用下弹簧的长度为l1，则F等于多少? (3)图丙中在压力F的作用下弹簧的长度为l2，则F等于多少? 提示：(1)x表示的是弹簧伸长的长度或缩短的长度。 (2)F=k (l1-l0)。 (3)F=k(l0 -l2)。 典例分析
15、4.一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，求该弹簧的劲度系数和弹簧的原长。 解析：设弹簧的劲度系数为k，原长为l0。 根据胡克定律有：F1=k(l0-l1)F2=k(l2-l0) 解得k= 、l0= 跟踪训练 1.如图所示的弹簧，其劲度系数为k。当弹簧伸长量为x时(在弹性限度范 围内)，弹簧对小球的弹力大小为 () A. B. C. D.kx D 解析：根据胡克定律得：当弹簧伸长量为x时( 在弹性限度范围内)，弹簧对小球的弹力大小 为F=kx，故选项D正确。 2.蹦极(Bungee
16、 Jumping)，也叫机索跳，白话叫笨猪跳，是近些年来新兴的一 项非常刺激的户外休闲活动。跳跃者站在约40米以上(相当于10层楼)高度的 桥梁、塔顶、高楼、吊车甚至热气球上，把一端固定的一根长长的橡皮绳 绑在踝关节处然后两臂伸开，双腿并拢，头朝下跳下去。 设一次蹦极中所用的橡皮绳原长为15 m。质量为50 kg的人在下落到最低点 时所受的向上的最大拉力为3 000 N，已知此人停在空中时，蹦极的橡皮绳 长度为17.5 m，橡皮绳的弹力与伸长的关系符合胡克定律，(g取10 m/s2) 探究：(1)如何求得橡皮绳的劲度系数。 (2)橡皮绳的上端悬点离下方的水面至少为多高? 解析：(1)人静止于空中时，橡皮绳的拉力F1=mg=500 N。 而F1=k(l-l0)， 所以橡皮绳的劲度系数k= =200 N/m。 (2)设橡皮绳拉力最大时，绳长为l。 据胡克定律F2=k(l-l0)得l= +l0=15 m+15 m=30 m。 答案：(1)200 N/m(2)30 m 谢谢 大家
