第2节 科学探究_弹力 课件+练习

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名称 第2节 科学探究_弹力 课件+练习
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文件大小 799.6KB
资源类型 试卷
版本资源 鲁科版(2019)
科目 物理
更新时间 2025-07-24 14:57:00

文档简介

(共17张PPT)
第2节 科学探究: 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:发生形变的物体在撤去外力后能够恢复原状,这种形变称为弹性形变。
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完全恢复原来的形状,
这个限度称为弹性限度。
4.弹力
(1)定义:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,会对与它接触的物体产生力的作用。
(2)产生的条件:a.两物体直接接触;b.发生弹性形变。
知识 清单破
知识点 1 弹性形变和弹力
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,绳中的弹力常常叫作张力。
知识点 2 几种弹力及方向
1.内容:在弹性限度内,弹簧弹力F的大小与弹簧伸长(或压缩)的长度x成正比,即F=kx。
2.劲度系数:F=kx中k为弹簧的劲度系数,单位为牛顿每米,符号是N/m。劲度系数与弹性体
的材料、形状等因素有关。它是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量。
知识点 3 胡克定律
1.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。橡皮泥、泥土
发生了弹性形变。 (  )
2.海绵受挤压发生形变,桌面受挤压不会发生形变。 (  )
桌面受挤压也发生形变,只是形变不易观察到。
3.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。 (  )
4.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。 (  )
F=kx中x指的是弹簧的伸长(或压缩)的长度。
5.用一个磁铁吸引一个钢片,钢片发生弹性形变,则钢片受到磁铁的作用力是弹力。( )
它们之间的力不是弹力,而是磁力。
知识辨析 判断正误,正确的画“ √” ,错误的画“ ” 。





疑难 情境破
情境探究
图甲中,钢球放在水平桌面上的玻璃杯中,与侧壁相接触;图乙中,用绳将电灯吊在天花板上;
图丙中,将橡皮泥黏在铁架台的横梁上。
疑难 情境破
疑难1 弹力的有无和方向的判断
问题1
图甲中,钢球对玻璃杯的底部与侧壁都有压力吗 是怎样产生的 方向怎样
 钢球对玻璃杯的底部有压力;钢球发生了弹性形变,对与它接触的杯底产生力的作用;方向垂直杯底向下。若将侧壁去掉,钢球仍能处于静止状态,说明钢球对侧壁没有压力。
问题2
图乙中,绳子对电灯的弹力沿什么方向 绳子弹力的方向有何特点
 沿绳向上。绳子弹力的方向是沿着绳子而指向绳子收缩的方向。
问题3
图丙中,铁架台的横梁对橡皮泥的弹力沿什么方向 轻杆中的弹力一定沿杆吗
 竖直向上。根据二力平衡条件可知,横梁对橡皮泥的弹力与橡皮泥所受的重力等大
反向。轻杆中的弹力不一定沿杆。
提示
提示
提示
讲解分析
1.弹力有无的判断
(1)对于明显形变的情况,可以根据弹力产生的条件直接进行判断。
(2)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。
如图中,若A处有弹力,则无法使球处于静止状态,故A处无弹力。
2.弹力的方向
弹力的方向与施力物体形变方向相反,作用在迫使物体发生形变的那个物体上,几种常见情
况如下:
(1)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面;若接
触面是球面,弹力方向的延长线或反向延长线过球心,如图所示。
(2)绳的拉力方向:总是沿着绳并指向绳收缩的方向。
(3)轻杆的弹力方向:根据二力平衡条件判断,可能沿着杆,也可能不沿着杆,如图a、b、c所示。
情境探究
图中显示的是蹦极、跳板跳水等情景:

疑难2 弹力大小的计算
问题1
蹦极、跳板跳水中,如果人是静止的,你能确定人受到弹力的大小吗
 能。由二力平衡条件可知,弹力大小等于人的重力大小。
问题2
蹦极中,若系着人的弹性绳的弹力有与弹簧一样的规律,则弹性绳对人的弹力大小还可用什
么规律计算
 在弹性限度内,可由胡克定律来计算弹力的大小。
提示
提示
讲解分析
1.计算弹力大小的两种方法
(1)公式法:利用公式F=kx计算,适用于弹簧、橡皮筋等物体的弹力的计算。
(2)平衡法:如悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态,求解细绳的拉力时,可用二力平衡条
件得到拉力的大小等于物体所受重力的大小。
2.对胡克定律F=kx的理解
(1)条件:弹簧、橡皮筋等发生的形变必须在弹性限度内。
(2)公式中x是弹簧的形变量,即弹簧的伸长量或压缩量,注意不是弹簧的长度。
(3)公式中k是弹簧的劲度系数,由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。
(4)F-x图像是一条过原点的倾斜直线(如图所示),直线的斜率表示弹簧的劲度系数k。

(5)推论公式:ΔF=kΔx,弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比。
导师点睛 弹簧测力计的原理与读数
(1)原理:弹簧测力计是一种测量力的常用仪器,它是根据胡克定律制成的,即在弹性限度内,
弹力的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度成正比。弹簧测力计内的弹簧一端与挂钩相连,另
一端与弹簧测力计的外壳相连,由于弹簧及挂钩质量不计,则不论弹簧处于什么状态,弹簧
测力计的读数都等于挂钩拉弹簧的力的大小。
(2)读数:弹簧测力计读数时,要先搞清楚弹簧测力计的量程和分度值,然后再根据指针所指
的位置(一定要看指针末端所指的位置)读出待测量力的大小。
典例 如图所示,两根竖直的轻弹簧的劲度系数分别为k1、k2,中间物体的质量为m,弹簧与
地面及物体是固定连接的,开始时物体静止【1】。现用手将弹簧的上端A缓慢竖直向上提高
【2】,使下面弹簧的弹力大小为原来的 ,则上端A移动的距离d应为多少 (重力加速度为g)

信息提取 【1】开始时,下面的弹簧被压缩;
【2】在上端A提高过程中,物体处于平衡状态;
【3】下面弹簧可能是被压缩的,也可能是伸长的。
思路点拨 两个弹簧的长度都发生变化,A端上移距离应是上面弹簧的伸长量与下面弹簧
长度的变化量之和【4】。
解析 开始时,由二力平衡条件可知,下面弹簧的弹力与物体的重力大小相等,所以下面弹
簧的压缩量为x2= (由【1】得到)
当下面弹簧的弹力为物体重力的 时,设下面弹簧的形变量为x2',则k2x2'= ,得x2'=
若下面弹簧是被压缩的,则物体要上升的距离ΔL=x2-x2'= (由【3】得到)
由平衡条件可知,上面弹簧的弹力大小F1=
设上面弹簧的伸长量为x1,则 =k1x1,所以x1= 。
A端竖直上提的高度等于下面弹簧压缩量的减少量与上面弹簧伸长量之和,则d=ΔL+x1=
(由【4】得到)
若下面弹簧是伸长的,则物体要上升的距离ΔL'=x2+x2'= (由【3】得到)
由平衡条件可知,上面弹簧的弹力大小F1'= (由【2】得到)
设上面弹簧的伸长量为x1',则 =k1x1',所以x1'=
则A端竖直上提的高度d=ΔL'+x1'= (由【4】得到)
答案 或 第3章 相互作用
第2节 科学探究:弹力
第2课时 探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系
基础过关练
题组 探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系
1.(多选题)如图甲所示,一弹簧一端固定在传感器上,传感器与电脑相连,当对弹簧施加变化的作用力(拉力或压力)时,在电脑上得到了弹簧长度的形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图像(如图乙)。则在弹簧的弹性限度内,下列判断正确的是 (  )
A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比
B.弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比
C.该弹簧的劲度系数是200 N/m
D.对该弹簧施加拉力或压力时,劲度系数不变
2.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量的关系。
(1)为完成实验,还需要的实验器材有: 。
(2)实验中需要测量的物理量有:
       。
(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图线,由此可求出弹簧的劲度系数为    N/m。图线不过原点是由于                   。
(4)为完成该实验,设计的实验步骤如下:
A.以弹簧伸长量为横坐标,以弹力为纵坐标,描出各组(x,F)对应的点,作出F与x的关系图像;
B.记下弹簧不挂钩码时其下端对应的刻度尺上的刻度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个刻度尺;
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,写出弹力与伸长量的关系式,首先尝试写成一次函数式,如果不行,则考虑二次函数式;
F.解释函数表达式中常数的物理意义;
G.整理仪器。
请将以上步骤按操作的先后顺序排列出来:     。
能力提升练
题组 探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系
1.某同学利用如图甲所示装置做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验。
  
(1)图乙所示的弹簧用毫米刻度尺测得的长度为    cm。
(2)用两根不同规格的轻质弹簧a和b进行实验,得到弹力F与弹簧形变量x关系如图丙所示,关于图像分析下列说法正确的是   。
A.弹性限度内,弹簧a的劲度系数比b的小
B.弹簧a的自重比弹簧b的大
C.弹簧a的原长一定比弹簧b的大
D.弹簧a的图像弯曲,是因为超过了弹簧的弹性限度
2.

(1)在某次研究“弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系”的实验中得到如图甲所示的F-L图像。由图像可知:弹簧原长L0=    cm,由此求得弹簧的劲度系数k=    N/m。
(2)将图乙中的装置挂上钩码(已知每个钩码均重1 N),使(1)中研究的弹簧压缩,稳定后指针指示如图乙,则指针所指刻度尺的读数为    cm。由此可推测图乙中所挂钩码的个数为    个。
3.一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中:
     
(1)甲同学在做该实验时,通过处理数据得到了图甲所示的F-x图像,其中F为弹簧弹力,x为弹簧伸长量。请通过图甲分析并计算,该弹簧的劲度系数k=    N/m。当指针如图乙所示时,弹簧测力计的示数F=    N。(F保留一位小数)
(2)乙同学使用两条不同的轻质弹簧a和b,得到弹力与弹簧长度的关系图像如图丙所示,弹簧a的原长   ,弹簧b的原长   (两空均选填“长”或“短”),弹簧a的劲度系数比弹簧b的劲度系数    (选填“大”或“小”)。
4.在“探究弹簧形变与弹力的关系”时,某同学把两根弹簧按如图甲所示方式连接起来研究。
(1)某次毫米刻度尺读数如图乙所示,指针示数为    cm。
(2)在弹性限度内,将50 g的钩码逐个挂在弹簧Ⅱ下端,得到指针A、B的示数LA、LB见表。用表中数据计算弹簧Ⅰ的劲度系数为    N/m(结果保留三位有效数字,取g=10 m/s2)。由表中数据    (选填“能”或“不能”)计算出弹簧Ⅱ的劲度系数。
钩码数 1 2 3 4
LA/cm 15.76 19.77 23.67 27.76
LB/cm 29.96 35.76 41.51 47.36
5.某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系,并测量弹簧的劲度系数k。做法是:先将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将分度值是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上;当弹簧自然下垂时,指针指示的刻度数值记作L0;弹簧下端挂一个50 g的钩码时,指针指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个50 g的钩码时,指针指示的刻度数值记作L2;……;弹簧下端挂七个50 g的钩码时,指针指示的刻度数值记作L7。
(1)下表记录的是该同学已测出的6个值,其中有一个数值在记录时有误,它的代表符号是    。
测量记录表:
代表 符号 L0 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7
刻度数 值/cm 1.70 3.40 5.10 8.60 10.3 12.10
(2)实验中,L3和L7两个值还没有测定,请你根据上图将这两个测量值填入记录表中。
(3)为充分利用测量数据,该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差,分别计算出了三个差值:d1=L4-L0=6.90 cm,d2=L5-L1=6.90 cm,d3=L6-L2=7.00 cm。请你给出第四个差值:d4=    =    cm。
(4)根据以上差值,可以求出每增加50 g钩码弹簧的平均伸长量ΔL,ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为ΔL=      ,代入数据解得ΔL=    cm。
(5)弹簧的劲度系数k=    N/m(g取9.8 m/s2)。
6.在“探究弹簧弹力与伸长量的关系”的实验中,某同学把两根劲度系数分别为k1、k2的轻弹簧按如图所示连接起来进行探究。在弹性限度内,将50 g的钩码逐个挂在弹簧下端,读出指针A、B的示数LA和LB并填入下表。
钩码数 1 2 3 4
LA/cm 14.72 18.72 22.67 26.75
LB/cm 28.87 34.76 40.88 46.87
(1)该同学认为劲度系数为k1的弹簧的顶端O必须位于刻度尺的零刻度线处,才能利用表格中的数据求出劲度系数k1,你认为他的观点正确吗 答:    (选填“正确”或“不正确”)。
(2)从表格数据可以得出:k1    k2(选填“>”“=”或“<”)。
(3)该同学把这两根弹簧视为一根弹簧,接着用钩码数分别为“1”和“3”这两组数据求其等效劲度系数,求得的结果为   N/m(保留两位有效数字,g取9.8 m/s2)。
答案与分层梯度式解析
第3章 相互作用
第2节 科学探究:弹力
第2课时 探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系
基础过关练
1.BCD 根据胡克定律可知F=k(l-l0)=kx,即弹簧弹力与弹簧的形变量成正比,与弹簧长度不成正比,故A错误;根据胡克定律知ΔF=kΔx,则弹簧长度的增加量与对应弹力增加量成正比,故B正确;弹力与弹簧形变量的关系图像中图线的斜率表示劲度系数,由此可知该弹簧的劲度系数是k= N/m=200 N/m,故C正确;由于图线斜率不变,说明对该弹簧施加拉力或压力时,劲度系数不变,故D正确。故选B、C、D。
2.答案 (1)刻度尺 (2)弹簧的弹力与对应的伸长量 (3)200 弹簧自重的影响 (4)CBDAEFG
解析 (1)根据实验原理可知还需要刻度尺来测量弹簧原长和形变量。
(2)根据实验原理,实验中需要测量的物理量有挂不同个数钩码时弹簧的弹力、弹簧对应的伸长量。
(3)根据图像中(0.5 cm,0)和(3.5 cm,6 N)两个点,由ΔF=kΔx可得k=200 N/m;由于弹簧自重的影响,弹簧在不受外力时就有形变量。
(4)操作步骤的先后顺序为CBDAEFG。
能力提升练
1.答案 (1)25.81(25.81~25.83) (2)BD
解析 (1)如图乙所示的毫米刻度尺,读数要精确到最小刻度,但是要估读一位,则测得的长度为25.81 cm。
(2)图像斜率表示劲度系数,故弹性限度内,弹簧a的劲度系数比b的大,故A错误;横轴截距表示力F为0时,弹簧的伸长量,即弹簧在自重作用下的伸长量,弹簧a的劲度系数比b的大,两个弹簧在自重作用下伸长量相同,所以弹簧a的自重比弹簧b的大,故B正确;在图中,根据题意无法判断两个弹簧的原长关系,故C错误;弹簧在其弹性限度内,弹力与形变量成正比,超出弹性限度后,不再成正比,图线的末段明显偏离直线,就是弹簧受到的力超过了弹性限度的原因,故D正确。
2.答案 (1)3.0 200 (2)2.00 2
解析 (1)由图可知,弹力为零时,弹簧长度为3.0 cm,则弹簧原长L0=3.0 cm;
图线的斜率表示劲度系数,则
k===2 N/cm=200 N/m
(2)图乙中指针所指刻度尺示数为2 cm,精确到毫米位,估读到下一位,则读数为2.00 cm;
弹簧弹力F=k(x0-x)=2 N
每个钩码重1 N,所以图乙中所挂钩码的个数为2个。
3.答案 (1)200 3.0 (2)短 长 大
解析 (1)在F-x图像中图线斜率代表弹簧的劲度系数,则k== N/m=200 N/m。在乙图中弹簧测力计的分度值为0.2 N,所以乙图中弹簧测力计的示数为F=3.0 N。
(2)当弹簧的弹力为零时,弹簧处于原长,所以F-L图像与横轴的截距表示弹簧的原长,弹簧a的原长短,弹簧b的原长长;在F-L图像中图线斜率表示弹簧的劲度系数,故a的劲度系数大于b的劲度系数。
4.答案 (1)25.87(25.86~25.88均可)
(2)12.5(12.2~12.8) 能
解析 (1)根据题图乙可知指针示数为25.87 cm。
(2)每个钩码重为0.05×10 N=0.5 N,由表格中的数据可知,当弹力的变化量ΔF=0.5 N时,弹簧Ⅰ形变量的变化量约为Δx=4.00 cm,根据胡克定律知:k== N/m=12.5 N/m。结合两弹簧指针示数的变化,可以得出弹簧Ⅱ形变量的变化量,结合弹力变化量,根据胡克定律能求出弹簧Ⅱ的劲度系数。
5.答案 (1)L5 (2)6.85(6.84~6.86均可) 14.05(14.04~14.06均可) (3)L7-L3 7.20(7.18~7.22均可) (4) 1.75 (5)28
解析 (1)刻度尺读数时应估读到分度值的下一位,所以记录的L5的数值有效数字有误。
(2)根据题图可得L3=6.85 cm和L7=14.05 cm。
(3)题中三组数据在寻求多挂4个钩码形成的长度差,故d4=L7-L3=14.05 cm-6.85 cm=7.20 cm。
(4)每增加4个钩码弹簧的平均伸长量ΔL1=,则每增加一个钩码弹簧的平均伸长量ΔL=,代入数据得ΔL=1.75 cm。
(5)弹簧的劲度系数k== N/m=28 N/m。
6.答案 (1)不正确 (2)< (3)8.2
解析 (1)根据胡克定律F=kx(也可以写成ΔF=kΔx),可知劲度系数为k1的弹簧顶端O是否位于刻度尺的零刻度线处对测量的结果没有影响,所以该同学的观点是错误的。
(2)由图可知,LB的变化量是劲度系数为k2的弹簧伸长量的变化量与劲度系数为k1的弹簧伸长量的变化量的和,结合表中的数据可知,在相等的拉力改变量下,劲度系数为k2的弹簧的伸长量的变化量较小,由ΔF=kΔx可知k1(3)由表格中的第一列与第三列数据可知,当弹力的变化量ΔF=0.98 N时,弹簧形变量的变化量为Δx=40.88 cm-28.87 cm=12.01 cm=0.120 1 m,根据胡克定律知k== N/m≈8.2 N/m。第3章 相互作用
第2节 科学探究:弹力
第1课时 形变和弹力
基础过关练
题组一 形变和弹力的产生
1.下列关于弹力的说法中正确的是 (  )
A.两物体相互接触,就一定会产生相互作用的弹力
B.两物体不接触,就一定没有相互作用的弹力
C.笨重的金属块放在木板上,木板会发生形变对金属块施加弹力,而金属块不会发生形变,但因其自身重力会对木板施加压力
D.运动的小球去挤压弹簧,弹簧会发生形变产生弹力,小球虽不会发生形变,但由于运动会对弹簧产生压力
2.(多选题)下列各图中,P、Q两物体之间存在弹力的是(所有的接触面都光滑,物体处于静止状态) (  )
3.(多选题)在各项体育运动中,有弹力出现的情况比较普遍,如图所示的跳水运动就是一个实例,下列说法正确的是 (  )
A.跳板发生形变,运动员的脚没有发生形变
B.跳板和运动员的脚都发生了形变
C.运动员受到的支持力是跳板发生弹性形变而产生的
D.跳板受到的压力是跳板发生弹性形变而产生的
题组二 弹力的方向
4.体育课上一学生将足球踢向斜台,如图所示。下列关于斜台给足球的弹力方向的说法正确的是 (  )
A.沿v1的方向
B.先沿v1的方向后沿v2的方向
C.沿v2的方向
D.沿垂直于斜台斜向左上方的方向
5.有四位同学把斜面对重物的支持力分别画成如图所示的四种情况,其中正确的是 (  )
6.如图所示,一架直梯斜靠在光滑的竖直墙壁上,下端放在粗糙的水平地面上,直梯处于静止状态。从侧面观察时,下列直梯的受力分析图中正确的是 (  )
题组三 二力平衡求弹力大小
7.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F1、F2、F3,其大小关系是 (  )
A.F1=F2=F3        B.F1=F2C.F1=F3>F2        D.F3>F1>F2
8.如图所示,一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上,杆的另一端固定一个重为4 N的小球,小球处于静止状态时,弹性杆对小球的弹力 (  )
A.大小为4 N,方向平行于斜面向上
B.大小为2 N,方向平行于斜面向上
C.大小为4 N,方向垂直于斜面向上
D.大小为4 N,方向竖直向上
题组四 胡克定律
9.关于弹簧的劲度系数k,下列说法中正确的是  (  )
A.与弹簧所受的拉力大小有关,拉力越大,k值也越大
B.由弹簧本身决定,与弹簧所受的拉力大小及形变程度无关
C.与弹簧发生的形变的大小有关,形变越大,k值越小
D.与弹簧本身特性、所受拉力的大小、形变大小都无关
10.(多选题)如图所示的拉力器由三根相同的高强度碳素钢丝弹簧、把手等器件组成。一位同学用450 N的力拉该拉力器,在弹性限度内使其伸长了30 cm。则 (  )
A.弹簧弹力越大,劲度系数越大
B.弹簧拉长后,劲度系数变小
C.无论弹簧拉伸或压缩,劲度系数都不变
D.每根弹簧的劲度系数为500 N/m
11.在实验室中,同学将两根相同的轻弹簧串接在一起,下面挂两个相同的钩码,如图甲所示,此时两根轻弹簧的总伸长量为x。若该同学将两个钩码按照图乙方式挂在两轻弹簧上,则两根轻弹簧的总伸长量为 (  )
  
A.    B.x    C.x    D.x
12.(多选题)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1 N/m
B.弹簧的劲度系数为100 N/m
C.弹簧的原长为6 cm
D.弹力的大小为2 N时,弹簧伸长了2 cm
能力提升练
题组一 弹力有无及方向的判断
1.在图中,a、b均处于静止状态,则a、b间一定有弹力的是 (  )
2.弹力的方向如图所示,下列图中各物体均处于静止状态。图中画出了小球A所受弹力的情况,其中正确的是 (  )
A        B
C        D
3.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
题组二 胡克定律的应用
4.一根原长10 cm的弹簧,挂上3 N的钩码时弹簧长度变为13 cm,当这根弹簧改挂上6 N的钩码时,弹簧的长度变为 (  )
A.15 cm    B.16 cm    C.23 cm    D.26 cm
5.已知某弹簧原长为16 cm,可拉伸或压缩,其弹力F与伸长量Δl的关系图线如图所示,关于该弹簧的说法正确的是 (  )
A.弹力与弹簧的长度成正比
B.该弹簧劲度系数为1.25 N/m
C.当弹簧长度为12 cm时,弹力为5.0 N
D.当弹簧受到的拉力为0时,劲度系数为0
6.一个竖直弹簧挂30 N的重物时,弹簧伸长了1.2 cm。若改挂100 N的重物时,弹簧总长为20 cm,弹簧均在弹性限度内,则弹簧的原长为 (  )
A.12 cm    B.14 cm    C.15 cm    D.16 cm
7.脚蹬拉力器由脚环、两根相同的弹性绳、把手组成,可以做到手脚配合,锻炼手臂、腿、腰部、腹部等部位,深受健身人士的喜爱。如图所示,女子用沿平行于弹性绳的力拉动拉力器时,每只手拉力大小为120 N时,弹性绳比原长伸长了30 cm。弹性绳的弹力与伸长量成正比,且未超过弹性限度,不计把手和弹性绳重力,下列说法正确的是 (  )
A.把手对弹性绳的拉力是由于弹性绳发生形变产生的
B.弹性绳的劲度系数为400 N/m
C.弹性绳的劲度系数为800 N/m
D.若每只手的拉力改为80 N,弹性绳长度为20 cm
8.(多选题)如图所示,A、B两木块质量分别为mA=1 kg、mB=3 kg,1、2两轻弹簧的劲度系数均为k=200 N/m,弹簧与两木块均拴接在一起,整个系统静止,重力加速度大小g=10 m/s2。现用力F向上缓慢拉动弹簧1的上端,当物块B恰好离开地面时,下列说法正确的是 (  )
A.拉力F的大小为30 N
B.拉力F的大小为40 N
C.弹簧1上端向上移动的距离为0.4 m
D.弹簧1上端向上移动的距离为0.3 m
9.(多选题)如图甲所示,力F(未画出)变化时弹簧长度不断变化,取水平向左为正方向,得外力F与弹簧长度的关系如图乙所示,则下列说法正确的是(   )
  
A.弹簧原长为5 cm
B.弹簧的劲度系数为400 N/m
C.l=10 cm时,弹簧对墙壁的弹力方向水平向右
D.l=10 cm时,弹簧对墙壁的弹力大小为20 N
10.如图所示,A、B两木块质量均为m,1、2两轻弹簧的劲度系数均为k,弹簧与木块、弹簧与地面均拴接在一起,整个系统静止。现用力向上缓慢提A木块,直到2弹簧弹力大小变为原来的一半为止,重力加速度为g,在这一过程中A木块移动的距离可能为 (  )
A.    B.    C.    D.
11.如图所示,A、B两轻质弹簧原长分别为l1和l2,劲度系数分别为k1和k2,竖直地悬挂在天花板上,两弹簧之间连接有一质量为m1的物体,B下端挂着质量为m2的另一物体,整个装置处于静止状态。现用一个平板把下面的物体缓慢向上托起,直到两个弹簧的总长度等于两弹簧原长之和,重力加速度为g,则 (  )
A.开始时整个装置处于静止状态,B弹簧的伸长量是+
B.此时A弹簧处于压缩状态,B弹簧处于拉伸状态
C.此过程下面物体上升的高度是+
D.此过程上面物体上升的高度是+
答案与分层梯度式解析
第3章 相互作用
第2节 科学探究:弹力
第1课时 形变和弹力
基础过关练
1.B 弹力产生的条件是两物体直接接触,相互挤压,而且发生弹性形变,不接触的物体一定没有弹力,A错误,B正确。两物体间发生弹力作用时,两物体都会发生形变,要恢复原来的状态,给对方施加弹力作用,C、D错误。故选B。
方法技巧 判断弹力的有无,有两个误区:(1)认为两物体只要接触就一定存在弹力,而忽视了弹力产生的另一条件,即发生弹性形变;(2)认为有形变一定有弹力,而忽视了弹性形变和非弹性形变的区别。
2.ABC 只有P与Q之间相互挤压且发生弹性形变,两者之间才存在弹力。题图A中,假设P、Q间没有弹力,则P受力不平衡,不能保持静止状态,与题矛盾,故A符合题意;题图B中,P、Q放在圆弧形容器中,都有向下滚动的趋势,两球相互挤压,产生弹性形变,则P、Q间存在弹力,故B符合题意;题图C中,P、Q两球重心不在同一水平直线上,相互之间存在挤压,发生弹性形变,两者之间存在弹力,故C符合题意;题图D中,假设P、Q间存在弹力,由于接触面光滑,两球都将运动,与题矛盾,故D不符合题意。
3.BC 跳板和运动员的脚都发生了弹性形变,受到弹力作用,运动员受到的支持力是跳板发生弹性形变而产生的,跳板受到的压力是运动员的脚发生弹性形变而产生的,选项B、C正确。
4.D 支持力是弹力,方向总是垂直于接触面,并指向被支持物,所以斜台给足球的弹力的方向垂直于斜台斜向左上方,故D正确。
5.A 斜面对重物的支持力作用在物体上,垂直斜面(接触面)向上,故A正确,B、C、D错误。故选A。
6.B 弹力方向垂直于接触面,A、C、D错误,B正确。
7.A 设小球质量为m,根据二力平衡,有F1=mg,F2=T2=mg,F3=T3=mg,所以A选项正确。
8.D 以小球为研究对象,小球受到两个力——重力和杆对小球的弹力,根据二力平衡得,弹力的方向竖直向上,大小为4 N,所以D正确。
9.B 弹簧的劲度系数k是由弹簧本身特性(长度、粗细、材料等)决定的,与弹簧所受的拉力大小及形变程度无关,选项B正确。
10.CD 弹簧的劲度系数由弹簧自身的性质决定,与是否有弹力作用无关,故A错误;在弹性限度内,弹簧的劲度系数不变,故B错误,C正确;
由题可知,每根弹簧上的力为F= N=150 N,弹簧的劲度系数为k== N/m=500 N/m
故D正确。故选C、D。
11.B 根据胡克定律可得,按图甲所示连接时,两轻弹簧的总伸长量为x=+=,按图乙所示连接时,两轻弹簧的总伸长量为x'=+=,联立解得x'=x,故选项B正确。
12.BC 由题图可以看出,当弹簧的弹力F=0时,弹簧的长度为x0=6 cm,即弹簧的原长为6 cm,故C正确;由图知,F=2 N时,x=4 cm或8 cm,则弹簧压缩了2 cm,或伸长了2 cm,故D错误;由胡克定律得,弹簧的劲度系数k= N/m=100 N/m,故A错误,B正确。
能力提升练
1.B 判断a、b间有无弹力,要依据弹力产生的两个条件:一是相互接触;二是发生弹性形变。四个选项都满足了接触这一条件,但是否发生了形变难以直接观察,可以利用“假设法”来判断。在A图中,若拿去a球,b球仍静止不动,可知a、b间没有挤压,故a、b间没有弹力。在B图中,若拿去a球,b球将向左运动,可知a、b间存在相互挤压,故a、b间存在弹力。在C图中,若拿去a球,b球仍静止,可知a、b间没有挤压,故a、b间没有弹力。在D图中,若拿去斜面a,b球静止,可知a、b间没有挤压,故a、b间没有弹力。综上可知a、b间一定有弹力的是B图。
归纳总结 形变不明显时对于弹力有无的判断:(1)假设法:可以假设将与该物体接触的物体撤去,看该物体还能否保持原来的运动状态,若能,则无弹力,若不能,则存在弹力;(2)替换法:可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换,如将墙壁、斜面用海绵来替换,将硬杆用轻弹簧来替换等。
2.C 题图A中小球A只受重力和杆的弹力且处于静止状态,由二力平衡可得小球受到的弹力方向应竖直向上,故A错误;题图B中因为右边的绳竖直,如果左边的绳有拉力,则竖直的那根绳就会发生倾斜,所以左边的绳没有拉力,故B错误;题图C中小球A受到竖直墙面的弹力,方向垂直于接触面向左,即水平向左,小球A还受到下方小球的弹力,方向垂直于过两小球接触点的公切面,由下方小球的球心指向小球A的球心,故C正确;题图D中半圆弧对小球A的支持力FN2应指向半圆弧圆心,故D错误。故选C。
3.C 运动员运动状态不能确定,则杆对运动员的弹力方向也不能确定,A、B错误;杆对运动员的弹力是由杆的形变产生的,C正确,D错误。
4.B 设弹簧的劲度系数为k,挂上3 N的钩码时,据平衡条件可得G1=k(l1-l0),解得k=100 N/m,挂上6 N的钩码时,满足G2=k(l2-l0),解得弹簧的长度为l2=16 cm,故选B。
5.C 弹簧产生的弹力和弹簧的形变量成正比,故A错误;弹力F与伸长量Δl的关系图线是一条过原点的直线,可求得弹簧的劲度系数k= N/m=125 N/m,故B错误;当弹簧长度为12 cm时,弹力为F=kΔl=125×(16-12)×10-2 N=5 N,故C正确;弹簧的劲度系数与弹簧的材质有关,与拉力大小无关,故D错误。
6.D 弹簧挂30 N的重物时,伸长了1.2 cm,根据胡克定律,有:F1=kx1
若改挂100 N的重物时,根据胡克定律,有:F2=kx2
联立解得:k===2 500 N/m
x2==0.04 m=4 cm
故弹簧的原长为:x0=x-x2=20 cm-4 cm=16 cm
故选D。
7.B 把手对弹性绳的拉力是由于把手发生形变产生的,A错误;根据胡克定律可得2k== N/m,k=400 N/m,B正确,C错误;弹性绳原长度未知,每只手的拉力改为80 N,弹性绳长度不可知,D错误。
8.BC 当物块B恰好离开地面时,对整个系统有F=(mA+mB)g=40 N,故选项A错误,选项B正确;物块B恰好离开地面时,对弹簧1,kx1=(mA+mB)g,x1=0.2 m,对弹簧2,原来压缩量满足kx2=mAg,x2=0.05 m,后来伸长量满足kx2'=mBg,x2'=0.15 m,弹簧1上端向上移动的距离为x=x1+x2+x2'=0.4 m,故选项C正确,选项D错误。
9.BD 当F=0时,弹簧处于自然伸长状态,结合图像可知,弹簧自然长度l0=15 cm,A错误;由胡克定律可得k== N/m=400 N/m,B正确;由题意知,弹簧长度为10 cm时,F方向向左,弹簧处于压缩状态,弹簧对墙壁的弹力水平向左,大小为F=k(l0-l)=400×(0.15-0.10) N=20 N,C错误,D正确。
10.C 根据胡克定律可得,原来1弹簧的压缩量为x01=,弹簧2的压缩量为x02=,若2弹簧弹力大小变为原来的一半且2弹簧处于压缩状态,则此时2弹簧的压缩量为x2=,对B分析可得kx2=mg,所以1弹簧刚好恢复原长,此过程中A木块上升的距离为Δx=x01+(x02-x2)=+(-)=。若2弹簧弹力大小变为原来的一半且2弹簧处于拉伸状态,则此时2弹簧的拉伸量为x2'=,有kx2'=mg,对B分析,知1弹簧的弹力为2mg,此时1弹簧的伸长量为x1'=,此过程中A木块上升的距离为Δx'=x01+x02+x2'+x1'=+++=。综上所述,这过程中A木块移动的距离可能为或。故选C。
11.C 开始时整个装置处于静止状态,A、B两个弹簧的形变量分别为x1=,x2=,故A错误;用平板托起后,两个弹簧的总长度等于两弹簧原长之和时,A弹簧处于拉伸状态,B弹簧处于压缩状态,且两弹簧的形变量相等,设该形变量为x,由平衡条件得k1x+k2x=m1g,解得x=
此过程中,下面物体上升的高度是h=(x1-x)+(x2+x)=+,故B错误,C正确;
此过程中,上面物体上升的高度是h1=x1-x=-,故D错误。故选C。