2.3 弹力 学案

2.3《弹力》
学习目标：
1.形变分为两种，一是弹性形变，能恢复原状的形变；二是范性形变，物体发生形变后不能恢复原状。
2.弹力发生在两个相互接触且有弹性形变的物体间，其大小由弹性形变程度决定，其方向始终跟物体形变方向相反，或与使物体发生形变的外力方向相反。
3.对于弹簧来说，其弹力的大小由胡克定律计算，在弹性限度内F＝kx，k是劲度系数，由弹簧自身决定，x是形变量，而不是弹簧的长度。
1.形变
(1)定义：物体形状或体积的变化。
(2)常见的形变：伸长、缩短、扭曲、弯曲等。
2.形变的分类
(1)弹性形变：撤去外力作用后物体能恢复原状的形变。
(2)范性形变：撤去外力作用后物体的形变或多或少仍有保留而不能复原的形变。
3.弹性限度
如果作用在物体上的外力过大，超出了一定的限度，撤去外力后物体就不能恢复原状，这个限度叫做弹性限度。
(1)任何物体受力后都会发生形变，只是有的物体受力后形变较小，不易观察到而已。
(2)物体的形变包括形状的改变和体积的变化，这两种情况既可能是弹性形变，也可能是范性形变，如弹簧在弹性限度内的伸长是弹性形变，超过了弹性限度就成了范性形变。
1.关于形变下列说法正确的是（ ）
A.物体形状的改变叫做弹性形变
B.物体受到外力作用后发生的形状改变叫做弹性形变
C.在外力去掉后，物体能够恢复原状的形变叫弹性形变
D.任何物体在外力的作用下都发生形变，在外力的作用下不发生形变的物体是不存在的
解析：物体形状的改变，叫形变。物体在外力的作用下发生形变，在撤去外力后能够恢复原状的形变，叫做弹性形变。任何物体在外力的作用下都能发生形变，不能发生形变的物体是不存在的，所以本题C、D选项正确。
答案：CD
1.概念和特点
(1)概念：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，这种力叫做弹力。
(2)特点：弹力是在物体和物体相互接触时才会产生的，所以是接触力。
2.产生的条件
(1)两物体相互接触；
(2)接触面之间发生弹性形变。
3.弹力的方向
总是与引起形变的作用力的方向相反。
4.几种常见的弹力及其方向
弹力常表现为拉力、压力、支持力。
(1)压力或支持力的方向总是垂直于支持面而指向被压或被支持的物体。
(2)绳子的拉力的方向总是沿着绳子而指向绳子要收缩的方向。
1.弹力有无的判断方法
(1)根据弹力产生的条件直接判断：
根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力。此方法多用于判断形变较明显的情况。
(2)利用假设法判断：
对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，即把与我们所研究的物体相接触的其他物体去掉，看物体还能否保持原有的状态，若运动状态不变，则此处不存在弹力，若运动状态改变，则此处一定存在弹力。
如图2－3－1所示，有一球放在光滑水平面AC上，并和光滑斜面AB接触，球静止，分析球所受的弹力。
图2－3－1
假设去掉AB面，因球仍然能够保持原来的静止状态，则可以判断出在球与AB面的接触处没有弹力；假设去掉AC面，则球将向下运动，故在与AC面的接触处球受到弹力，其方向垂直于AC面向上。
(3)根据物体的运动状态分析：
根据物体的运动状态分析弹力时，应将物体的受力与物体的运动状态相符合来判断物体间的弹力是否存在。
2.弹力方向的判断
(1)判断弹力方向应掌握以下三种情况：
①当与面(或曲面)接触时，弹力垂直于接触面或接触面的切面。
②绳上弹力沿绳并指向绳收缩的方向。
③与球面接触的弹力方向的延长线或反向延长线过球心。
(2)常见弹力的方向：
类型 方向 图示
接触方式 面与面 垂直接触面指向被支持物体
点与面 过接触点垂直于面指向被支持物体
点与点 垂直于公共切面指向受力物体
轻绳 沿绳收缩方向
轻杆 可沿杆
可不沿杆
轻弹簧 沿弹簧形变的反方向(弹簧恢复原状的方向)
2.下列关于弹力的说法正确的是（ ）
A.木块放在桌面上受到一个向上的弹力，这是由于木块发生了形变而产生的
B.拿一根细竹竿拨动水中的木头，木头受到竹竿的弹力，这是由于木头发生了形变而产生的
C.绳对物体的拉力方向总是沿着绳且指向绳收缩的方向
D.挂在电线下的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小形变而产生的
解析：发生弹性形变的物体对与之接触且使之发生形变的物体产生弹力作用，而不是对自身，故A、B错误，D正确；绳对物体的拉力方向总是沿着绳且指向绳收缩的方向，C正确。
答案：CD
(1)弹力的大小跟物体形变的大小有关系，形变越大，弹力也越大。
(2)弹簧的弹力大小——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，其中k为弹簧的劲度系数，单位：牛顿每米，符号：N/m。它取决于弹簧本身的结构(材料、匝数、直径等)。
1.胡克定律的适用条件及各物理量的意义
(1)适用条件：胡克定律仅适用于在弹性限度内，计算像弹簧、橡皮条等弹性体的弹力。
(2)x的含义：x是弹性体的形变量，即发生弹性形变后弹性体的长度跟本身的自由长度比较后伸长(或缩短)的长度，不是弹性体的长度。
(3)k的含义：k是弹性体的劲度系数，由弹性体本身的性质(如材料、粗细、长度等)决定，与弹力大小无关。k反映了弹簧的“软”、“硬”程度，k越大，弹簧越硬，反之越软。
2.对胡克定律的理解
(1)胡克定律的图像：用弹簧的伸长(或缩短)量x为横轴，以弹簧的弹力F为纵轴，画出的图像为一条过原点的直线，如图2－3－2所示。
图2－3－2
(2)胡克定律的另一种表达式：
因为在弹性限度内弹簧弹力F和形变量x成正比，故胡克定律又可以变形为：ΔF＝k·Δx。
其中ΔF表示弹力的变化量，Δx表示弹簧形变量的变化量。
3.关于胡克定律，下列说法中正确的是（ ）
A.由F＝kx可知，弹力F的大小与弹簧的长度x成正比
B.由k＝可知，劲度系数k与弹力F成正比，与弹簧的长度形变量x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
解析：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A、B错误，C、D正确。
答案：CD
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