2019-2020学年高中物理第4章相互作用第2节形变与弹力讲义+测试(含解析)鲁科版必修1

第2节形变与弹力1 •了解形变、弹性形变、范性形变、弹性限度等概念。

2 .知道什么是弹力，理解弹力产生的条件。

3 .知道压力、支持力、绳的拉力都是弹力，能在力的示意图中正确画出弹力的方向。

4 .知道影响弹力大小的因素，理解胡克定律并能应用其解题。

01 h课堂探究评价1. 形变(1) 定义：我们把物体发生的伸长、缩短、弯曲等变化称为口01形变。

(2) 分类①弹性形变：我们把撤去外力后口02能恢复原来形状的物体称为弹性体，弹性体发生的形变叫做弹性形变。

②范性形变：有些物体发生形变后口03不能恢复原来的形状，这种形变叫做范性形变。

(3) 弹性限度：当弹性体形变达到某一值时，即使撤去外力，物体也不能再恢复原状，这个值叫弹性限度。

2 .弹力(1) 定义：物体发生口04弹性形变时，由于要□ 05恢复原状，会对口06与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。

(2) 几种弹力①常见弹力：通常所说的口07压力、卑支持力、坐拉力都是弹力。

②弹力的方向弹力的方向总是与物体形变的趋向口10相反，以使物体口11恢复原状。

a .压力和支持力的方向口12垂直于物体的接触面且指向于被压物或被支持物。

b .绳子的拉力沿着绳子而指向绳子□丄3收缩的方向。

(3) 胡克定律①内容：在弹性限度内，弹性体(如弹簧)弹力的大小跟口14弹性体伸长(或缩短)的长度成正比。

②公式：e i F二kx，其中比例系数k叫做弹性体的口16劲度系数，简称劲度，单位是口IZN/mo 3 .弹力的应用(1) 拉伸或压缩弹簧，必须克服弹簧的弹力做功，所做的功以口18弹性势能的形式储存在弹簧中。

(2) 弹簧具有弹性，可以口19缓冲或减震。

(3) 弹簧具有型自动复位的作用。

想一想怎样观测微小形变？提示：微小形变需要借助于仪器或其他辅助物才能观测到。

如图所示，把一圆形玻璃瓶装满水，瓶口用中间插有细管(透明)的瓶塞塞住，用手挤压玻璃瓶，细管中的水就会上升，松开手，水面又降回原处。

如果换成扁玻璃瓶，按压“扁”面瓶子容积变小，细管中液面上升，如果按压“凸”面瓶子容积反而变大，细管中液面会下降。

所以如果用扁玻璃瓶来做实验，比圆玻璃瓶更容易说明有力就有形变。

判一判(1) 所有形变在撤去外力后都能够恢复原来形状。

()(2) 两个接触的物体间一定存在弹力。

()提示：(1) X (2) Xoa L课后课时作业形变和弹力课堂任务1．形变(1) 形变：物体在力的作用下发生的形状或体积的改变。

①任何物体受力以后都要产生形变。

②常见的形变有：伸长、压缩、弯曲、扭转。

一般讨论拉伸(或压缩)的形变。

③弹性形变：物体在外力作用下发生形变，如果撤去外力后，形变能完全恢复，这种形变叫弹性形变。

如弹簧、橡皮筋等的形变可以看做弹性形变。

④范性形变：物体在发生形变后不能恢复原状，如橡皮泥、普通的泥巴的形变。

如图所示为橡皮泥的形变。

⑤ 弹性限度：如果外力使物体的形变过大，超过一定限度，在撤去外力后，形变不能完 全恢复，这个限度就叫弹性限度。

(2)弹性形变大小① 一切物体在力的作用下都会产生形变，力越大形变越大。

② 有的物体形变较为明显，比如拉伸的弹簧、弯曲的弓箭。

③ 有的物体的形变极其微小，比如重物放在桌面上时桌面的形变，只能用实验的方法显 示出来。

2 .弹力 (1)什么是弹力① 概念：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 叫弹力。

② 弹力的成因：相互接触的物体间不一定存在弹力，只有当两个物体相互挤压或拉伸产 生弹性形变时，由于物体要恢复原状，才在接触位置对与它接触的物体产生弹力，所以弹力 产生的直接原因是由施力物体发生形变引起的。

③ 弹力产生的过程物体受弹力是因为跟它接触的物体要恢复形变而产生的，所以物体受弹力的方向就是跟 它接触的物体恢复原状的方向。

例如：如图所示，一本书放在桌面上，桌面向下“凹”了， 对书产生向上的弹力 （ 支持力 ） ；书向上“凹”了，对桌面产生向下的弹力（ 压力 ） 。

外力作用等原因(2) 弹力产生的条件①物体间相互接触；②发生弹性形变。

(3) 弹力的方向例1 判断图甲、乙、丙中小球是否受到弹力作用，若受到弹力，请指出其施力物体。

(1) 弹力产生的条件是什么？题图中的小球满足弹力产生的条件吗？提示：弹力产生的条件需要两个：①物体间相互接触；②发生弹性形变。

题图中小球都与物体有接触，但是否发生弹性形变肉眼看不出，只能通过别的方式判断。

(2) 除了用弹力产生的条件来判断是否有弹力，还有别的方法吗？提示：别的方法还有很多，比如假设法：假设把接触面去掉会怎么样？替代法：将硬的形变微小的物体换成海绵等软的物体来观察；还有根据物体的运动状态来看；根据力产生的效果来看等等。

[ 规范解答] 用“假设法”来判断小球是否受斜面的弹力，若将三个图中的斜面去掉，则甲图中小球无法在原位置静止，乙和丙两图中小球仍静止；同理如果没有细绳，甲、乙图中小球不会静止。

所以甲图中小球受到斜面的弹力，施力物体是斜面；小球还受细绳的弹力，施力物体是细绳；乙图中小球只受到细绳的弹力，施力物体是细绳，不受斜面的弹力；丙图中小球只受水平面的弹力，施力物体是水平面，不受斜面的弹力。

[ 完美答案] 见规范解答判断弹力有无的两大误区：1 误认为只要有接触一定存在弹力作用，而忽略了弹力产生的另一个条件——发生弹性形变；2 误认为有形变一定有弹力，忽略了弹性形变与范性形变的区别。

[ 变式训练1] 图中物体a、b 均处于静止状态，a、b 间一定有弹力的是( )答案B解析在图A、C D中，若将物体b拿走，物体a仍能保持原来的静止状态，表明物体a、b 间无弹力作用，而对于B 图中的情况，若将物体b 拿走，物体a 会向右运动，故物体a、b 间存在弹力。

故选B。

课堂任务几种弹力1．典型例子F2是木板对书的支书与木板间的弹力：弹力的方向与接触面垂直，F1 是书对木板的压力，持力。

2．常见弹力的方向(1) 有“面”参与的弹力的方向① 只要有“面”参与(不止表格中的例子)，弹力都是垂直于接触面指向受力物体。

② 这里的“点与点”接触仍然属于有“面”参与，因为它们有个公切面。

(2) 三类特殊模型弹力的方向类型方向图示轻绳 沿绳指向绳收缩方向类型 方向图不面与面 垂直公共接触面接触方式点与面 点与点过点垂直于面垂直于公切面续表①绳子只能拉，则绳子拉物体的弹力的方向总是沿着绳子指向绳收缩的方向，同一根轻质绳上的张力大小处处相等。

②弹簧可拉可压，弹簧的弹力沿其中心轴线，指向弹簧恢复原状的方向。

③轻杆可拉可压还可扭转，轻杆的弹力不一定沿杆的方向。

轻杆的弹力方向较为复杂，一般根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向。

例2 分别画出图甲、乙中小球、丙中杆的受力示意图。

（甲中小球用细绳挂在光滑的墙壁上，乙中小球用细绳拴着静止在桌角上，丙中杆一端放在光滑的半球形碗中，另一端靠在墙壁上）(1) 在点与面接触时，弹力方向如何确定？提示：弹力垂直于接触面或接触面的切面，且指向受力物体。

(2) 点与点接触时，弹力方向如何确定？提示：弹力垂直于过接触点的公切面，且指向受力物体。

[ 规范解答] 受力示意图如图所示。

[ 完美答案] 见规范解答判断弹力方向的步骤：(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。

[ 变式训练2] 在下列三图中画出物体P 受到的各接触点或面对它的弹力的示意图，其中图甲、乙中物体P处于静止状态，丙中物体R即球)在水平面上匀速滚动。

答案见解析解析题图甲中物体P 所受到的弹力是绳对物体P 的拉力，应沿绳指向绳收缩的方向，因此弹力方向沿绳向上；题图乙中A 点属于点与球面相接触，弹力应垂直于球面在该点的切面斜向右上，必过球心O，B 点属于点与杆相接触，弹力应垂直于杆斜向上；丙中小球P 不管运动与否，都是属于平面与球面相接触，弹力应垂直于平面，且过球心，即竖直向上。

它们所受弹力的示意图分别如图所示。

一、实验目的1．探究弹簧伸长量与弹力的关系。

2．学会利用列表法、图象法、函数法处理实验数据。

二、实验原理1．如图 1 所示，在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长，钩码静止时弹簧产生的弹力与所挂 钩码的重力大小相等。

课堂任务系探究弹簧伸长量与弹力的关2 •弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算。

这样就可以研究弹簧的伸长量和弹力之间的定量关系了。

三、实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸。

四、实验步骤1.按图2安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度尺刻度I o。

2 •在弹簧下端悬挂一个钩码，钩码静止时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力。

3 •增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，I表示弹簧的总长度，X = I —I o表示弹簧的伸长量。

五、数据处理-14 -1.以弹力F（大小等于所挂钩码的重力）为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标, 作图。

连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，如图3所示。

2．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系。

六、误差分析由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，存在较大的测量误差。

另外由于弹簧自身的重力的影响，即当未挂重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，如果弹簧原长是在弹簧处于水平方向时测量的，F-x图线往往不过原点。

七、注意事项1 ．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度。

2．每次所挂钩码的质量差适当大一些，从而使坐标纸上描的点适当稀一些，这样作出的图线更精确。

3．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于静止状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差。

4．描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意要使不落在直线上的点均匀分布在直线的两侧。

5．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。

八、实验结论实验表明，在弹性限度内，弹簧弹力的大小F跟弹簧伸长的长度x成正比，即k 称为劲度系数，单位是N/m。

k 即F- x 图象的斜率。

用描点法F= kx。

例3 由实验测得某弹簧的长度x 和弹力F 的关系如图所示，求：(1) 弹簧的原长；(2) 弹簧的劲度系数；(3) 用45 N 的力拉弹簧时，弹簧的伸长量；(4) 当用25 N 的力压弹簧时，弹簧的长度。

(1) 图象的横轴是公式F= kx中的x吗？提示：不是。

F= kx中的x是弹性体长度的变化量，图中的x是弹簧的长度。

(2) 图象中的力为什么有正负？弹簧原长在图象中怎么看？提示：力的正负表示是拉力还是压力，以拉力的方向为正。

正负的交替处是弹簧原长的位置，也就是弹力为零时，弹簧处于原长。