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1、第一节第一节 探究形变与弹力的关系探究形变与弹力的关系 学习目标 1.知道常见形变和弹性形变.2.知道弹力产生的原因和条件.3.知道压力、支持力和 拉力都是弹力，会分析弹力的方向，能正确画出力的图示及示意图.4.掌握胡克定律，会用 Fkx 分析、解决有关问题. 一、认识形变 1.形变：物体形状发生变化. 2.分类：压缩形变、拉伸形变、弯曲形变和扭曲形变等. 3.任何物体都能发生形变.有时形变比较明显，有时很微小，需要借助仪器才能观察到. 二、弹性与弹性限度 1.弹性：弹簧具有恢复原状的性质. 2.弹性形变：任何物体受到外力作用后都会产生形变，撤去外力后，物体能完全恢复原状的 形变，称为弹性形变
2、. 3.弹性限度：如果外力过大，撤去外力后，物体形状不能完全恢复，我们称这种现象为超过 了物体的弹性限度. 三、探究弹力 1.弹力：产生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，这种力称为 弹力. 2.弹力是由施力物体(填“受力物体”或“施力物体”)发生形变而产生的. 3.几种弹力的方向 (1)压力或支持力的方向：压力的方向垂直于支持面指向被压的物体；支持力的方向垂直于 支持面指向被支持的物体. (2)绳子对物体的拉力方向：沿绳子指向绳子收缩的方向. 4.胡克定律 (1)内容：在弹性限度内，弹簧弹力 F 的大小与弹簧的伸长(或缩短)量 x 成正比. (2)公式：Fkx.k 为弹
3、簧的劲度系数，单位为 N/m，不同的弹簧，其劲度系数不同. 四、力的图示 1.力的示意图：用一带箭头的线段表示. 2.力的图示：用线段的长度表示力的大小，线段的箭头指向力的方向，箭尾(或箭头)表示力 的作用点. 1.判断下列说法的正误. (1)只要两物体接触就一定产生弹力.() (2)发生形变后的物体撤去外力后都能够恢复原状.() (3)绳对物体的拉力方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向.() (4)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.() (5)由 Fkx 可知，在弹性限度内弹力 F 的大小与弹簧的长度成正比.() 2.弹簧的原长为 10 cm，它下面挂一个重为 4 N 的
4、物体时，弹簧长为 12 cm，则该弹簧的劲 度系数为 N/m.若在它下面挂一个重为 6 N 的物体，则弹簧的伸长量为 cm.(弹簧始终处于弹性限度内) 答案 200 3 3.小明用 20 N 的水平力推桌子(如图 1 所示)，作出此力的图示和力的示意图. 图 1 答案 一、形变和弹力 1.如图 2 所示，取一个玻璃瓶，里面盛满水，用穿有透明细管的橡皮塞封口，使水面位于细 管中，用手捏玻璃瓶，会看到什么现象？说明什么？ 图 2 答案 用手捏玻璃瓶，管中水面上升.说明受压时玻璃瓶发生形变，体积变小了. 2.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(形变)，这两 种形变与玻
5、璃瓶的形变有什么不同？ 答案 橡皮泥、泥土受力后发生的形变，在撤去外力后不能恢复原状(非弹性形变)，玻璃瓶 的形变在撤去外力后能恢复原状(弹性形变). 3.如图 3 所示，被拉长的弹簧对手有一个拉力的作用，这个拉力是如何产生的？ 图 3 答案 弹簧受到拉力后发生形变(伸长)，发生形变的弹簧要恢复原状，对手就产生了拉力. 1.弹性形变和非弹性形变 弹性形变：撤去外力后能恢复原状的形变. 非弹性形变：撤去外力后不能恢复原状的形变. 发生弹性形变的物体，外力过大，超过一定的限度(弹性限度)，会变成非弹性形变. 2.弹力的产生必须同时具备两个条件：(1)两物体直接接触；(2)两物体接触处发生弹性形变.
6、 例 1 关于弹力的产生，下列说法正确的是( ) A.木块放在桌面上受到一个向上的弹力，这是由于木块发生微小形变而产生的 B.木块放在桌面上，木块没有形变，所以对桌面没有施加弹力 C.拿一根细竹竿拨动水中的木头，木头受到细竹竿的弹力，这是由于木头发生形变而产生的 D.挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小的形变而产生的 答案 D 解析 木块和桌面相互作用，都会发生微小的形变.桌面发生微小形变对木块有向上的弹力 即支持力；木块由于发生微小形变对桌面有向下的弹力即压力，A、B 错；木头受到的弹力 是由细竹竿发生形变而产生的，C 错；电灯受到的拉力是电线发生微小形变而产生的，D 对.
7、二、力的图示 如图 4 所示是足球撞击球网的瞬间. 图 4 若足球对球网的作用点为图中的 A 点，且作用力 F 方向水平向右，大小为 50 N，请画出该 力的图示和力的示意图. 答案 如图所示 力的图示 力的示意图 力的图示和力的示意图的区别 力的图示可以表示力的三个要素，即大小、方向和作用点.力的示意图只能表示力的两个要 素，即方向和作用点. 例 2 在图 5 甲中木块 P 点，用与水平方向成 30角斜向右上方的 150 N 的力拉木块；在图 乙中木块的 Q 点，用与竖直方向成 60角斜向左上方的 20 N 的力把木块抵在墙壁上，试作 出甲、乙两图中所给力的图示. 图 5 答案 如图所示 力
8、的图示与力的示意图的画法 作图步骤力的图示力的示意图 选标度 选定标度(用某一长度的线段表示 一定大小的力) 画线段 从作用点开始沿力的方向画一线段， 根据选定的标度和力的大小按比例 确定线段长度 从作用点开始沿力的方向画一适 当长度线段 标方向在线段的末端标出箭头，表示方向 在线段的末端标出箭头，表示方 向 三、弹力有无的判断 弹力方向的确定 (1)试分析图 6 中半圆柱体上 A、B、C 三点所受的弹力方向. 图 6 (2)如图 7 所示，小球放于固定的两个平滑的木板之间，且与两木板接触. 图 7 试画出小球受到的作用力(重力和弹力)； 两相互接触的物体间一定有弹力吗？ 答案 (1)如图所示
9、 (2)如图所示 两相互接触的物体间不一定有弹力，例如 A 处无弹力. 1.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 8 所示. 图 8 (2)绳的拉力方向：总是沿着绳并指向绳收缩的方向. 2.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： 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，
10、若能保持原来的 状态则说明物体间可能无弹力作用；否则，有弹力作用. 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 9 中，若 A 处有弹力，则无法使球处于静止状态，故 A 处无弹力.(接触面均光滑) 图 9 例 3 在如图 10 所示的各图中画出物体 P 受到的各接触点或接触面对它的弹力的示意图， 各图中物体 P 均处于静止状态. 图 10 答案 见解析图 解析 题图甲中 P 与斜面的接触面为平面，P 受到的支持力垂直于斜面向上； 题图乙中 A、B 两点都是球面与平面的接触点，弹力应垂直于平面
11、，且必过球心，所以 A 点 弹力方向水平向右，B 点弹力方向垂直于斜面指向左上方，且都过球心； 题图丙中绳的拉力应沿着绳指向绳收缩的方向，因此绳的弹力方向沿绳向上；假设斜面 B 对小球 P 有弹力作用，小球 P 则不能保持静止，所以题图丙中小球不受斜面弹力的作用. 题图丁中 A 点属于杆与球面的接触点，弹力应垂直于球面的切面斜向上，且必过球心 O，B 点属于点与杆相接触，弹力应垂直于杆向上. 它们所受弹力的示意图如图所示. 判断弹力有无的两个误区 1.误认为两物体只要接触就一定存在弹力作用，而忽视了弹力产生的另一条件发生弹性 形变. 2.误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
12、别. 针对训练 在图 11 中画出物体 A 所受弹力的示意图. 图 11 答案 见解析图 解析 支持力、压力的方向都要与接触面垂直并指向被支持或被压的物体，物体 A 所受弹 力的示意图如图所示. 【考点】弹力方向和弹力有无的判断 【题点】弹力方向的判断 四、胡克定律 对于同一根弹簧，被拉得越长，弹簧的弹力越大，关于弹簧弹力的大小，甲说：弹簧弹力大 小与其长度成正比；乙说：弹簧弹力的变化量 F 与弹簧形变的变化量 x 成正比.哪个同学 说法正确？ 答案 甲错，乙对.弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，即 Fkx，也有 Fkx. 胡克定律 1.成立条件：在弹性限度内. 2.对 Fkx 的理解 (1)x
13、 是弹簧的形变量，而不是弹簧形变后的长度. (2)k 为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定， 与弹力 F 的大小和伸长(或缩短)量 x 无关. (3)Fx 图象是一条过原点的倾斜直线(如图 12 所示)，直线的斜率表示弹簧的劲度系数 k. 图 12 (4)弹簧弹力的变化量 F 与形变量的变化量 x 也成正比，即 Fkx. 例 4 一根轻质弹簧一端固定，用大小为 50 N 的力压弹簧的另一端，平衡时长度为 L120 cm；改用大小为 25 N 的力拉弹簧，平衡时长度为 L235 cm；若弹簧的拉伸或压缩均在弹 性限度内，求弹簧的原长和劲度系数. 答案 30
14、 cm 500 N/m 解析 设弹簧原长为 L0，劲度系数为 k.由胡克定律得：F1k(L0L1) F2k(L2L0) 联立两式得：L00.3 m30 cm，k500 N/m. 1.轻弹簧有压缩和拉伸形变，既能产生压力，又能产生拉力，方向沿弹簧的轴线方向. 2.如果题目中只告诉弹簧的形变量，并没有指出是伸长还是压缩，或只告诉弹簧弹力的大小， 并没有指出弹簧处于拉伸状态还是处于压缩状态，就要分别进行讨论. 3.轻弹簧的一端空载时弹力为零，不空载时两端弹力必然相等. 1.(对弹力概念的理解)(多选)在日常生活及各项体育运动中，有弹力出现的情况比较普遍， 如图 13 所示的跳水运动就是一个实例.请判
15、断下列说法正确的是( ) 图 13 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，是跳板发生形变而产生的 D.跳板受到的压力，是跳板发生形变而产生的 答案 BC 【考点】物体的形变和弹力 【题点】对弹力概念的理解 2.(弹力方向的判断)在图 14 中画出物体 A 所受弹力的示意图. 图 14 答案 如图所示 【考点】弹力方向和弹力有无的判断 【题点】弹力方向的判断 3.(弹力有无的判断)下列各图中 P、Q 两球之间不存在弹力的是(所有接触面都是光滑的)( ) 答案 A 解析 A 图中两球间若有弹力则小球 Q 将向右运动，所以 P、Q 间无弹
16、力；B 图中两球间若 无弹力，则两球将向大圆弧底部运动，所以 P、Q 间有弹力；C 图中两球间若无弹力则小球 P 将向下运动，所以 P、Q 间有弹力；D 图中两球间若无弹力则小球 P 将向右下运动，所以 P、Q 间有弹力.故选 A. 【考点】弹力方向和弹力有无的判断 【题点】弹力有无的判断 4.(胡克定律的应用)如图 15 所示，锻炼身体用的拉力器，并列装有四根相同的弹簧，每根弹 簧的自然长度都是 40 cm，某人用 600 N 的力把它们拉长至 1.6 m，则( ) 图 15 A.人的每只手受到拉力器的拉力为 300 N B.每根弹簧产生的弹力为 150 N C.每根弹簧的劲度系数为 93.75 N/m D.每根弹簧的劲度系数为 500 N/m 答案 B 解析 每只手的拉力均为 600 N，故 A 错误；每根弹簧的弹力为 N150 N，故 B 正确； 600 4 每根弹簧的劲度系数 k125 N/m，故 C、D 错误. F x 150 N 1.60.4 m 【考
