个性化辅导学历案
第二节 弹力
教学目标
了解弹性形变与塑性形变的区别
认识弹力,掌握弹力产生的条件
明确弹力的方向,掌握几种常见弹力方向的判断
理解胡克定律的内容及弹力在生活中的应用
掌握判断物体之间是否有弹力的方法
教学重点
弹力产生的条件
弹力的方向
胡克定律的内容及实验
判断物体之间是否存在弹力
三.知识点精讲
知识点一:形变
定义:物体在力的作用下发生的形状或体积的改变,叫做形变。
形变分类:
弹性形变:能够恢复原状的形变。
范性形变:不能恢复原状的形变。
弹性限度:如果发生弹性形变的物体形变超过一定限度,就不能再恢复原状,这个限度叫做弹性限度。
显示微小形变的方法:光学放大法;细液柱变化显示法。
知识点二:弹力
定义:发生形变的物体,由于要恢复原状,对跟它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力。
产生的条件:①直接接触;②发生弹性形变。
形变的判断:弹力是由于施力物体的弹性形变引起的。
【拓展】弹力是一种被动力,由外力作用而产生形变,才产生弹力。
【说明】
通常说的压力、支持力、拉力、推力都是弹力。
压力的方向垂直于接触面指向被压物体。
两个物体之间相互作用的弹力是同时产生的。
知识点三:弹力的方向
类型 方向 示意图 类型 方向 示意图
接触方式 面与面 垂直于接触面指向受力物体 轻绳 沿绳指向绳收缩方向
点与面 过接触点,垂直于接触面(或接触点的切面),指向受力物体。 轻杆 自由杆 沿杆收缩方向或伸张方向
点与点 垂直于过接触点的公共切面指向受力物体 固定杆 可以产生沿任意方向的弹力,需根据受力+运动状态分析确定
轻弹簧 沿弹簧形变的反方向
【说明】
轻绳刚拉直时:弹力为零。轻绳刚松弛时:弹力为零。
“活结”、“死结”问题:“死结”可理解为把绳子分为两段独立的绳,两段绳子的弹力不一定相等,杆上的弹力不一定沿弹力,且不可以沿绳子移动的结点或杆一段固定不存在转动现象;“活结”可理解为把绳子分为两段,且可以沿绳子移动的结点或杆可绕一端 转动,对绳而言,两段绳子弹力一定相等,合力一定沿这两段绳子夹角的平分线,对杆,杆上的弹力一定沿杆。
知识点四:胡克定律
内容:在弹性限度内,弹性体的弹力和弹性体的形变量成正比。
公式:F=kx(F:弹力;k:劲度系数,单位N/m;x:形变量,x=|原长-现长|)
【说明】劲度系数只跟弹簧本身有关,与弹力、形变量无关。劲度系数不与弹力成正比,不与形变量成反比。
变形公式:(:弹力的变化量;形变量的变化量)
劲度系数公式:(当弹力相同时,形变程度越小,劲度系数越大)
知识点五:判断弹力有无的常用方法
消除法:去掉与研究对象接触的物体,看研究对象是否能保持原状态不变,若能则无弹力,若不能则有弹力。
假设法:假设存在弹力,做出物体的受力图,分析观察与物体的运动状态是否相符。
根据力的平衡条件来判断:
根据临界情况判断:若绳刚好伸直,则弹力为零;若绳刚好松弛,则弹力为零;若物体刚好离开地面,则支持力为零。(须留意关键词)
替换法:分析自由杆的弹力,用细绳替换杆,
四.典型例题练习
典型例题一:弹力的定义及产生条件
1.如图所示,某杂技演员具有高超的技术,能轻松地顶接从高处落下的坛子,关于他顶坛时坛子受到的支持力产生的直接原因是( )
A.坛子的形变 B.坛子的重力
C.头的形变 D.人和坛的重心发生变化
2.足球在水平水泥地上静止不动,下列说法正确的是( )
A.足球没有发生形变,地面没有受到压力
B.足球发生形变,使地面受到压力
C.地面没有发生形变,足球没有受到支持力
D.足球发生形变,使足球受到支持力
典型例题二:弹力的方向
1.一只松鼠站在倾斜的树枝上,则树枝对松鼠的弹力的方向为( )
A.竖直向上 B.竖直向下 C.垂直树枝斜向上 D.沿树枝方向
2.在光滑半球形容器内,放置一细杆,细杆与容器的接触点分别为A、B,如图所示。下列关于细杆在A、B两点所受支持力的说法,正确的是( )
A.A点处支持力方向指向球心,是由于细杆的形变产生的
B.A点处支持力的方向垂直细杆向上,是由于容器的形变产生的
C.B点处支持力方向垂直细杆向上,是由于容器的形变产生的
D.B点处支持力方向竖直向上,是由于细杆的形变产生的
典型例题三:物体间弹力有无的判断
1..如图所示的情景中,两个物体a、b(a、b均处于静止状态,接触面光滑)间一定有弹力的是( )
A. B. C. D.
2.下列各图中、两球之间存在弹力的是所有接触面部是光滑的)( )
A.B.C. D.
典型例题四:胡克定律
1.某同学用如图所示弹簧拉力器锻炼,他发现装满5根弹簧太难拉动,于是他拆掉了2根。若他用300N的力拉剩余的弹簧,发现弹簧伸长了40cm,若弹簧劲度系数和原长都相同,则每根弹簧的劲度系数为( )
A.750N/m B.375N/m C.250N/m D.150N/m
(多选)2.如图甲所示,轻弹簧左端固定,在弹簧右端施加的水平拉力,该轻弹簧伸长了;若用两只手分别作用在另一相同的轻弹簧两端,每只手对弹簧的水平拉力均为,如图乙所示,已知弹簧形变量均未超过弹性限度,下列说法正确的是( )
A.弹簧的劲度系数为
B.弹簧的劲度系数为
C.图乙弹簧伸长量为
D.图乙弹簧伸长量为
典型例题五:探究弹簧弹力和型变量的关系
1.某同学利用如图甲所示的装置做“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验。
(1)将弹簧悬挂在铁架台上,将刻度尺固定在弹簧一侧,弹簧轴线和刻度尺都应在竖直方向;
(2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线。由图线可知弹簧的原长x0=______cm,劲度系数k=______N/m,他利用本实验原理把弹簧做成一把弹簧测力计, 当示数如图丙所示时, 弹簧的长度x=_____cm。
2.实验小组在做探究弹力和弹簧伸长量的关系的实验中,设计了如图甲所示的实验装置。
(1)实验步骤:取一待测弹簧,将弹簧________________(选填“水平放置”或“竖直悬挂”),静止时测出其长度。在其下端逐个悬挂钩码,稳定后测出弹簧的长度,并记录弹簧长度和____________________。
(2)如图乙是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系图,由图可知,弹簧的劲度系数是________
N/m。
(3)若第一次实验中,将弹簧竖直悬挂测量原长,逐个挂钩码后测得弹簧劲度系数为k1;第二次实验中,将同一把弹簧水平放置测量原长,之后测得劲度系数k2,则k1__________k2(选填“>”、“<”或“=”)。
典型例题六:弹簧的串联与并联
1.如图所示,两个重量均为1N的相同木块跟两个原长均为10cm、劲度系数均为100N/m的相同轻弹簧拴接在一起,竖直放在水平地面上,两木块均处于静止状态。则上面的木块距离地面的高度是( )
A.17cm B.18cm C.19cm D.20cm
2.两个劲度系数分别为k1和k2的轻质弹簧a、b串接在一起,a弹簧的一端固定在墙上,如图所示。开始时弹簧均处于原长状态,现用水平力作用在b弹簧的P端向右拉动弹簧,已知a弹簧的伸长量为L,则( )
A.b弹簧的伸长量为L B.b弹簧的伸长量为
C.P端向右移动的距离为2L D.P端向右移动的距离为L
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一.单选题
1.一轻弹簧原长为10cm,在它的下端挂一个质量为400g的物体时,弹簧长度为12cm,若在它的下端挂上一质量为600g的物体时,弹簧长度应为(仍在弹性限度内)( )
A.13cm B.14cm C.15cm D.18cm
2.如图所示,撑杆跳高运动员正在跳高。此时杆对运动员的弹力( )
A.方向向下 B.方向一定沿杆
C.由杆的形变所产生 D.由手的形变所产生
3.关于弹力的说法正确的是( )
A.发生弹力的作用的两个物体一定要相互接触
B.在弹性限度内,弹簧的弹力与弹簧的长度成正比
C.放在桌面上的书对桌面有弹力,是因为桌面发生了形变
D.杯子放在桌面上没有发生形变,因此杯子和桌面间没有弹力
4.如图所示的装置中,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、、,其大小关系是( )
A. B.
C. D.
5.在下图中,a、b表面均光滑,且a、b均处于静止状态,天花板和地面均水平。a、b间一定有弹力的是( )
A.B.C.D.
6.如图所示为一轻质弹簧的弹力大小和弹簧长度的关系图象,根据图象判断,正确的结论是( )
A.弹簧的劲度系数为1 N/m
B.弹簧的劲度系数为100 N/m
C.无法判断弹簧的原长
D.弹簧伸长0.2 m时,弹力的大小为4 N
7.如图所示,木块A、B的质量分别为3m、m,用一个劲度系数为k的轻质弹簧,其两端分别与A、B相拴接,最初系统静止,现在用力缓慢拉A直到B刚好离开地面,则这一过程A上升的高度为( )
A. B. C. D.
二、多选题
8.下列叙述中错误的是( )
A.弹力的方向不一定跟接触面垂直的
B.拉力、压力和支持力就其性质而言都是弹力
C.物体间凡有相互接触,就一定产生弹力
D.弹力产生在直接接触且发生弹性形变的物体之间
9.在2016年里约奥运会上,中国代表团的施廷懋夺得跳水女子三米板金牌。如图是运动员踩下跳板的过程,下列说法不正确的是( )
A.跳板面受到弹力的作用,是因为运动员的脚发生了形变
B.跳板面受到弹力的作用,是因为跳板发生了形变
C.运动员踩跳板,跳板先发生形变,运动员的脚后发生形变
D.运动员受向上的弹力,是因为运动员的脚发生了形变
10.物体从某一高处自由落下,落到直立于地面的轻弹簧上,如图所示。在A点物体开始与弹簧接触,到B点物体的速度为0,然后被弹簧弹回。下列说法中正确的是( )
A.物体从A下落到B的过程中,受到弹簧的弹力不断减小
B.物体从A下落到B的过程中,受到弹簧的弹力不断增大
C.物体从B上升到A的过程中,受到弹簧的弹力不断减小
D.物体从B上升到A的过程中,受到弹簧的弹力不断增大
11.口罩是一种卫生用品,一般戴在口鼻部位用于过滤进入口鼻的空气。为了佩戴舒适,口罩两边的弹性绳的劲度系数比较小,某同学将弹性绳拆下,当弹性绳下端悬挂一块橡皮擦时,弹性绳的长度为,悬挂两块相同的橡皮擦时,弹性绳的长度为,如图所示。当弹性绳下端悬挂一支笔时,弹性绳的长度为。若弹性绳满足胡克定律,且弹性绳始终在弹性限度内,不计弹性绳受到的重力。则下列说法正确的是( )
A.弹性绳的原长为
B.弹性绳的劲度系数为
C.一支笔受到的重力是一块橡皮擦受到的重力的1.5倍
D.将一块橡皮擦和一支笔一起挂在弹性绳下端时,弹性绳长
三.实验题
12.如图(甲)所示,用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码,探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长关系的实验。
(1)实验中还需要的测量工具有________;
A.弹簧测力计 B.电磁打点计时器 C.毫米刻度尺
(2)如图(乙)所示,根据实验数据绘图,纵轴是钩码的重力,横轴是弹簧形变量x。由图可知:弹簧的劲度系数_______,图线不通过原点的原因是____________________。
13.在“探究弹力和弹簧形变量的关系,并测定弹簧的劲度系数”的实验中,实验装置如图1所示,所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力.实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在绳子的下端,每次测出相应的弹簧总长度.
(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图2中,请作出图线_________。
(2)由此图线可得出该弹簧的原长________,劲度系数________。(结果保留两位有效数字)
(3)图线上端出现弯曲的原因是________。
(4)该同学实验时,把弹簧水平放置与弹簧悬挂放置相比较,
优点在于:________。
缺点在于:________。
四.解答题
14.一根弹簧,当它挂上质量为0.2kg的物体A时,弹簧的长度为11cm,当它挂上质量为0.8kg的物体B时,它的长度为14cm,求:()
(1)物体A的重力;
(2)弹簧的劲度系数和原长。
某弹簧竖直悬挂一质量m1=1kg的物体平衡时弹簧的长度L1=12cm,该弹簧悬挂另一质量m2=3kg的物体平衡时弹簧的长度L2=14cm,弹簧始终未超过弹性限度,取重力加速度大小g=10m/s2,求该弹簧的劲度系数k和原长L0
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一.单选题
1.弹簧发生弹性形变时,弹力F的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x的关系图线是( )
A.B.C.D.
2.如图所示,一个质量分布均匀的球放在互成120°的两块光滑平面上保持静止状态,OA是水平面,OB是倾斜面,关于球的受力,下列说法正确的是( )
A.球受重力、水平面和斜面的弹力 B.球受重力和水平面的弹力
C.球所受的弹力是由于球的形变而产生的 D.水平面所受的压力是由于水平面的形变而产生的
3.一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,该弹簧的劲度系数为( )
A. B. C. D.
4.如图所示,将一橡胶弹力球掷向水平光滑地面,经水平地面反弹斜向上弹开,已知在与地面作用瞬间前后速度大小相等、方向与竖直方向夹角也相同,下列说法正确的是( )
A.弹力球在与地面作用的瞬间,地面没有发生形变,不产生弹力
B.弹力球在与地面作用的瞬间,弹力球受到的弹力是由于弹力球发生的形变而产生的
C.弹力球在与地面作用的瞬间,地面给弹力球的弹力方向沿弹开方向
D.弹力球在与地面作用的瞬间,弹力球的加速度方向竖直向上
5.如图所示为一轻质弹簧弹力大小F和长度x的关系图像,根据图像判断,下列结论正确的是( )
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8cm
D.弹力的大小为2N时,弹簧伸长了2cm
6.所有接触面光滑,则下列对图中弹力的判断说法正确的是 ( )
A.图甲中,小球随车厢一起向右做匀速直线运动,则车厢左壁对小球有弹力作用,是因为车厢左壁发生弹性形变
B.图乙中,小球被轻绳斜拉着静止在斜面上,则斜面对小球有弹力作用,此力是因为斜面发生了弹性形变
C.图丙中,a、b两轻绳悬挂着小球,小球处于静止状态,a绳竖直,则两绳均发生弹性形变,对小球均有弹力作用
D.图丁中,两相同小球各自被长度一样的竖直轻绳拉住而静止,则两球间有弹力,且大小一定相等
7.如图所示,两根相同的轻质弹簧S1、S2,劲度系数皆为,两根轻质弹簧的原长都是20cm,若悬挂的重物的质量分别为m1=2kg和m2=4kg,取g=10m/s2,则平衡时弹簧S1、S2的长度分别为(弹簧在弹性限度内)( )
A.35cm、30cm B.25cm、20cm C.15cm、10cm D.30cm、25cm
8.在探究弹簧弹力与形变量关系实验中,甲乙两组同学分别用同一弹簧来做实验,其中甲组是测出竖直状态时不挂钩码的弹簧长度作为原长,乙组是测出弹簧自然水平放置时的弹簧长度作为原长。两组分别采用如图甲装置完成实验,以钩码重力大小作为弹簧弹力大小F,x表示弹簧伸长量,两组完成实验后,得到如下F-x图像;其中实线是甲组的,虚线是乙组的,则下列图像正确的是( )
A.B.C.D.
二.多选题
9.如图所示,轻弹簧的两端各受100N拉力F作用,弹簧平衡时伸长了10cm(在弹性限度内);那么下列说法中正确的是( )
A.弹簧的弹力F=200N
B.该弹簧的劲度系数k=1000N/m
C.该弹簧的劲度系数k=2000N/m
D.k=为定义式,弹簧的劲度系数k不会随弹簧弹力F的增大而增大
10.用如图所示的装置做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验,下列说法正确的是( )
A.要记录弹簧的伸长及所挂钩码的质量
B.为减小实验误差,应多测几组数据
C.每次增加的钩码数量必须相等
D.通过实验可知,在弹性限度内,弹力与弹簧的长度成正比
11.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。如图所示为四种与足球有关的情景。下列说法正确的是( )
A.图1中,静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力
B.图2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.图3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.图4中,落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变
12.如图所示,四种情境中物体A均处于静止状态,它与外界的接触面(点)均光滑,其中物体A所受弹力示意图正确的是( )
A.O为A球的球心,C为A球的重心
B.两球完全相同且接触,O为A球的球心
C.O为A球的球心,墙壁竖直
D.O为半球形的球心,A为一根均匀直棒
三.实验题
13.某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验
(1)图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,其示数为7.73 cm;图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度,此时弹簧的伸长量Δl为______cm;
(2)本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力,关于此操作,下列选项中规范的做法是______;(填选项前的字母)
A.随意增减钩码,记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
B.逐一增挂钩码,记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重
(3)图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量Δl与弹力F的关系图线,
①图线未过坐标原点,造成这种现象的主要原因是______。
②图线的AB段明显偏离直线OA,造成这种现象的主要原因是______。
14.物理兴趣小组通过实验探究弹簧弹力与弹簧长度的关系。他们将弹簧和刻度尺固定在铁架台的横杆上,并使弹簧上端与刻度尺的零刻度对齐。
(1)某次加挂钩码稳定后,弹簧下端的指针对应着刻度尺的位置如图甲所示(图中箭头所指的位置),此时弹簧的长度为_______cm。
(2)小明同学根据实验测得的数据,在坐标纸上做出弹力F与弹簧长度l的关系图像,如图乙所示,由图像可知弹簧的劲度系数为_______N/m。
(3)小君同学使用两条不同的轻质弹簧a、b,得到弹力F与弹簧长度l的关系图线如图丙所示,下列说法正确的是_______(请填选项前的字母序号)。
A.a的原长比b的长
B.a的劲度系数比b的小
C.弹簧弹力相同时,a的长度比b的长
D.弹簧长度相同时,a的弹力比b的大
四、解答题
15.一根轻质弹簧一端固定,用大小为的力拉弹簧的另一端,平衡时长度为;然后改用大小为 的力压弹簧,平衡时长度为.弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,求:
(1)弹簧的原长是多少?
(2)弹簧的劲度系数是多少?
16.分析下列各种情况下物体所受弹力的方向:
(1)如图所示,杆的一端与墙接触,另一端与地面接触,且处于静止状态,分析杆AB受的弹力。
(2)如图所示,杆处在半圆形光滑碗的内部,且处于静止状态,分析杆受的弹力。
(3)如图所示,将物体放在水平地面上,且处于静止状态,分析物体受的弹力。
(4)如图所示,一圆柱体静止在地面上,杆与圆柱体接触也处于静止状态,分析杆受的弹力。
(5)如图所示,两条细绳上端固定,下端与物体接触,物体处于平衡状态,分析物体受的弹力。
(6)如图甲、乙、丙所示,杆与物体接触且均处于静止状态,分析杆对物体的弹力。
(7)如图所示,各接触面光滑且物体A静止,画出物体A所受弹力的示意图。