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鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究：弹力教课内容ppt课件
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这是一份鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究：弹力教课内容ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了审题关键，总长度等内容，欢迎下载使用。
第1课时 形变与弹力胡克定律
一、形变1.形变：物体发生的_____、_____、_____等形状的变化称为形变。2.分类：判断下列情景中，形变的类型。
（1）甲图中的弹簧发生的是_____形变。（2）乙图中的跳板发生的是_____形变。（3）丙图中的橡皮泥发生的是_____形变。（4）___________中发生形变的物体，可以称为弹性体。
3.弹性限度：弹性体的形变不能无限增大，若超过一定的限度，撤去外力时物体就 ，这个限度称为弹性限度（elastic limit）。
二、弹力1.弹力的产生：如图，小女孩坐在球上，球发生了_________。
2.弹力的方向：分析图中弹力的方向，并画出图中弹力的示意图。
3.胡克定律：（1）内容：在弹性限度内，弹性体（如弹簧）弹力F的大小与弹性体伸长（或压缩）的长度X成__（A.正比 B.反比）。
（2）公式：（3）适用条件：在弹性体的_________内。
（4）下面关于劲度系数的说法正确的是_______。①弹簧所受拉力越大，弹簧的劲度系数越大。②弹簧的形变量越大，弹簧的劲度系数越大。③弹簧的劲度系数与弹簧的匝数、材料有关。④弹簧的劲度系数的大小是由弹簧自身决定的，与弹簧所受拉力大小无关。⑤劲度系数的单位是N/m。
一、弹性形变和弹力的产生 1.产生弹力的两个必备条件：（1）两物体相互接触。（2）发生弹性形变。
2.判断弹力有无的方法：（1）条件法：根据弹力产生的条件判断。（2）假设法：假设在接触位置将与物体接触的另一个物体去掉，看物体能否保持原来的状态。若能保持原来的状态，则物体间无弹力作用；若不能保持原来的状态，则物体间有弹力作用。
（3）运动状态判断法：①分析受力物体的运动状态；②分析要研究的弹力；③根据物体受到的其他力与物体的运动状态是否对应，确定该弹力是否存在。（4）作用效果法：如果相互接触的物体间存在弹力，则必有相应的作用效果，或平衡其他作用力，或改变物体的运动状态。我们可以根据弹力效果的有无，判断弹力的有无。
【思考·讨论】情境：如图所示，书架上斜放着一些书籍，关于书与书架间的弹力，请思考：讨论：（1）每一摞书的底部书棱和下侧面是否受到书架对它的弹力的作用？（物理观念）提示：书架对两个位置都有弹力作用。这是因为，每一摞书对下面两个支撑面都有压力，使得两个支撑面发生形变，从而产生了对书的弹力。（2）每一摞书是否受到书架里面竖直板对它的弹力？每一摞书受到几个力的作用？（物理观念）提示：竖直板对书没有弹力作用，每一摞书受到重力和下面两个支撑面给它的弹力，共受3个力的作用。
【典例示范】（多选）足球运动是最具影响力的体育项目，深受青少年喜爱。如图所示足球静止在草地上，则足球（ ）A.对草地的压力就是足球受到的重力B.受到的支持力和草地受到的压力都是弹力C.受到的支持力是草地发生形变产生的D.受到的支持力是足球发生形变产生的【解题探究】（1）由于足球与草地间的挤压，使草地发生了形变，该形变产生了什么力？提示：该形变产生了草地对足球的支持力。
（2）由于足球与草地间的挤压，足球是否发生了形变？如果有，该形变产生了什么力？提示：足球发生了形变，该形变产生了足球对草地的压力。【解析】选B、C。压力不是重力，它们的施力物体、受力物体、作用点都不相同，故A错误；足球受到的支持力和草地受到的压力都是弹力，故B正确；草地发生了形变，从而对足球产生了支持力，故C正确，D错误。
【误区警示】分析弹力的三点注意（1）弹力是因为施力物体发生了形变，有恢复原状的趋势而产生的。（2）存在弹力的两物体一定相互接触，相互接触的物体间不一定存在弹力。（3）在需要研究的弹力所在的方向上，存在多个弹力时，不适合应用“假设法”判断弹力有无。
【素养训练】1.关于力的概念，下列说法正确的是（ ）A.一个力必定联系着两个物体，其中每个物体既是受力物体，又是施力物体B.放在桌面上的木块受到桌面对它向上的弹力，这是由于木块发生微小形变而产生的C.压缩弹簧时，手先给弹簧一个压力，等弹簧被压缩后才反过来给手一个弹力D.两物体只要接触，就一定会产生弹力
【解析】选A。力是物体间的相互作用，受力物体同时也是施力物体，施力物体同时也是受力物体，它们同时产生、同时消失，所以A正确，C错误；放在桌面上的木块受到桌面给它向上的弹力，这是由于桌面发生微小形变而产生的，故B错误；两物体如果只是接触而没有发生弹性形变，也不会产生弹力，D错误。
2.（2019·东营高一检测）如图所示，将一个钢球分别放在直壁容器、口大底小的容器和口小底大的容器中，钢球与各容器的底部和侧壁相接触，处于静止状态。若钢球和各容器都是光滑的，各容器的底部均处于水平面内，则以下说法中正确的是（ ）A.各容器的侧壁对钢球均无弹力作用B.各容器的侧壁对钢球均有弹力作用C.直壁容器的侧壁对钢球无弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用D.口大底小的容器的侧壁对钢球有弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用
【解析】选A。假设各容器侧壁对钢球均有弹力作用，作出各容器中钢球的受力分析图分别如图a、b、c所示，可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾，所以原假设不成立，各容器的侧壁对钢球均无弹力作用。因此，本题正确选项为A。
【补偿训练】1.（2019·遵义高一检测）如图所示，一小球用两根轻绳挂于天花板上，球静止，绳1倾斜，绳2恰好竖直，则小球所受的作用力有（ ）A.1个 B.2个 C.3个 D.4个【解析】选B。绳1对小球没有力，否则绳2不会竖直。小球只受重力和绳2的拉力两个力作用，是二力平衡，B正确。
2.下列两个实验中体现出的共同的物理思想方法是（ ）A.极限法 B.放大法C.控制变量法 D.等效替代法【解析】选B。题图甲是利用光的多次反射将微小形变放大，题图乙是利用细管中液面的变化观察玻璃瓶的微小形变，也为放大法，B正确，A、C、D错误。
3.匀速前进的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球，如图所示，小球下方与一光滑斜面接触。关于小球的受力，说法正确的是（ ）A.重力和细线对它的拉力B.重力、细线对它的拉力和斜面对它的支持力C.重力和斜面对它的支持力D.细线对它的拉力和斜面对它的支持力【解析】选A。假设斜面对小球有支持力作用，拉小球的细线应与竖直方向有一定夹角，不会呈竖直状态，故小球不受支持力，即小球只受重力和细线的拉力作用，A项正确。
二、弹力的方向1.弹力方向的特点：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状而产生弹力，所以弹力的方向由施力物体形变的方向决定，弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反。
【思考·讨论】情境：游乐园中，有的小朋友在荡秋千，有的小朋友在滑滑梯，有的小朋友在玩跷跷板。讨论：（1）小朋友荡秋千时，绳子对秋千的弹力方向向哪儿？（物理观念）提示：绳子对秋千的弹力方向沿绳子向上。（2）对于滑滑梯的小朋友，滑梯对小朋友的弹力方向向哪儿？（物理观念）提示：滑梯对小朋友的弹力垂直滑梯表面斜向上。（3）对于坐跷跷板的小朋友，所受到的弹力方向向哪？提示：跷跷板对小朋友的弹力方向垂直跷跷板向上。
【典例示范】在图中画出物体A所受弹力的示意图。
【解题探究】（1）支持力、压力的方向有什么特点？提示：支持力、压力的方向总是与接触面垂直。（2）绳子拉力的方向有什么特点？提示：绳子拉力的方向总是沿着绳子指向绳子收缩的方向。
【解析】如图所示 答案：见解析
【规律方法】分析弹力的“三个一定”（1）无论作为压力、拉力还是支持力，弹力方向总是与施力物体形变的方向相反。（2）无论物体处于静止状态还是匀速直线运动状态，物体所受弹力与物体所受的其他力一定平衡。（3）形变总是成对发生的，弹力也总是成对出现的，且两个弹力一定等大反向。
【母题追问】1.【典例示范】中，物体的位置不变，质量增大，它所受弹力的大小、方向如何变化？（科学思维）【解析】各物体所受弹力的大小变大、方向不变。答案：见解析
2.【典例示范】中，画出引起各弹力形变的方向。（物理观念）
【解析】 答案：见解析
【补偿训练】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
【解析】选C。支持力的方向总是垂直于接触面指向被支持的物体，故C正确，A、B、D错误。
2.画出图中A、B物体所受弹力的示意图，图中各接触面均光滑，各物体均静止。
【解析】绳的弹力沿着绳指向绳收缩的方向，图甲中物体与斜面之间是平面与平面接触，支持力垂直于接触面指向被支持的物体；图乙中球面与球面接触，支持力的方向沿两球心的连线指向小球。答案：见解析
三、胡克定律的理解与应用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然长度比较后伸长（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。4.推论式：ΔF=kΔx，式中的ΔF、Δx分别表示弹力的变化量和弹性体形变量的变化量。
5.测量值：弹簧测力计（不计质量）的示数表示的是弹簧挂钩端所受的拉力大小。当轻质弹簧处于静止时，弹簧测力计两端的两个力的大小相等，都等于弹簧测力计的示数。6.F-x图像：弹簧弹力与弹簧伸长量的关系可用F-x图像表示，斜率表示弹簧的劲度系数。
【思考·讨论】如图所示，小车向右运动，遇到弹簧后，发生缓冲做减速运动，在小车减速运动过程中：（1）弹簧的弹力、弹簧的劲度系数如何变化？（科学思维）提示：弹簧的弹力越来越大，弹簧的劲度系数不变。（2）弹簧对小车的弹力大小是否与弹簧的长度成正比？（科学思维）提示：弹簧对小车的弹力大小不是与弹簧的长度成正比，而是与弹簧的形变量成正比。
【典例示范】一根轻弹簧，其弹力F的大小与长度x的关系如图中的线段a和b所示。（1）弹簧原长为多少①？（2）弹簧的劲度系数为多大②？（3）弹簧长度为6cm时，弹力大小为多少③？
【解析】由题图可知，a段表示弹簧被压缩，b段表示弹簧被拉伸。（1）弹力为零时，对应弹簧长度x0=12cm，即为原长。（2）对b段，根据胡克定律知，劲度系数k= N/m=2500N/m。（3）当弹簧长度为6cm时，根据胡克定律知，弹簧弹力F=kx′=2500×（12-6）×10-2N=150N。
答案：（1）12cm （2）2500N/m （3）150N
【误区警示】 应用胡克定律的注意事项（1）应用胡克定律解题时，一定要弄清式中各物理量的物理意义。（2）注意物理量单位的统一。
【母题追问】1.【典例示范】中弹力大小为50N时，弹簧长度为多少？（科学思维）
【解析】弹力为50N时，根据F=kx，x= =0.02m=2cm若弹簧处于伸长状态：弹簧长度=12cm+2cm=14cm若弹簧处于压缩状态：弹簧长度=12cm-2cm=10cm答案：14cm或10cm
2.如图所示，用与【典例示范】中同类型的两根弹簧悬挂小球，小球质量为1kg，若不计弹簧的质量和小球的大小，求悬点O到小球之间的距离。（g取10N/kg）（科学思维）
【解析】由于弹簧的质量不计，根据二力平衡得，两根弹簧中的弹力相等，都等于球的重力mg，由胡克定律得，每根弹簧的伸长量为x= =0.004m=0.4cm，所以小球到O点的距离l=2x0+2x=（2×12+2×0.4）cm=24.8cm。答案：24.8cm
【补偿训练】1.如图所示，两根相同的轻弹簧S1、S2，劲度系数皆为k=4×102N/m，悬挂的重物的质量分别为m1=2kg和m2=4kg。g取10N/kg，则平衡时弹簧S1、S2的伸长量分别为（ ）A.5cm，10cmB.10cm，5cmC.15cm，10cmD.10cm，15cm
【解析】选C。设S1的伸长量为x1，S2的伸长量为x2，由胡克定律F=kx，对弹簧S1得（m1+m2）g=kx1，解得x1= =0.15m=15cm；对弹簧S2得，m2g=kx2，解得x2= =0.10m=10cm。故C正确。
2.一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.
【解析】选C。设弹簧的劲度系数为k，原长为l0，当用大小为F1的力压弹簧时，由胡克定律得F1=k（l0-l1）①当用大小为F2的力拉弹簧时，由胡克定律得F2=k（l2-l0）②由①②解得k= ，故C正确。
【拓展例题】考查内容：弹簧的弹力分析如图所示，弹簧测力计和细绳重力不计，不计一切摩擦，物体重G=5N，当装置稳定时弹簧测力计A和B的读数分别为（ ）A.5N，0 B.5N，10NC.5N，5ND.10N，5N
【正确解答】选C。弹簧测力计的示数即为弹簧测力计所承受的力的大小，图中无论弹簧测力计的右端是固定在支架上还是挂上物体，其作用效果是相同的，弹簧测力计承受的力都等于物体的重力。
第2课时探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系
【实验目的】1.探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系。2.了解弹簧测力计的工作原理。
【实验器材】铁架台、_____________、钩码、_______。
【实验原理与设计】1.实验原理：二力平衡将已知质量的钩码悬挂于弹簧上，由二力平衡知，弹簧对钩码的弹力（F）大小等于___________________。
2.实验设计： （1）改变弹力的方法：通过___________________来改变弹簧弹力的大小。
（2）需测量物理量：①弹簧原长（L0）：_____________________。②弹簧伸长量（x）：弹簧挂钩码后的长度（L）与弹簧原长之差，即x=____。③钩码的质量：一个钩码的质量（m）与钩码个数（n）的乘积。
（3）研究问题：①数量关系：弹簧的弹力（F）和弹簧伸长量（x）之间的定量关系。②弹簧的劲度系数：a.弹簧的弹力F与其伸长量x成正比，比例系数 k=__ ，即为弹簧的劲度系数；b.在F-x图像中，图像的_____等于弹簧的劲度系数。
【实验过程】一、实验步骤1.按图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L0。
2.在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度L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，L表示弹簧的总长度，x=L-L0表示弹簧的伸长量。
【思考·讨论】（1）对所挂钩码的质量有什么要求？（科学态度与责任）提示：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有什么要求？（科学思维）提示：尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图线精确。
二、数据收集与分析1.数据记录表：
2.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，用描点法作图，连接各点得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。3.以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义。
【思考·讨论】（1）测量弹簧长度时，有什么要求？（科学探究）提示：一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，以免增大误差。（2）作图描点画线时，对所描的点应注意什么？（科学思维）提示：所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。
三、实验结论1.定性表述：弹簧的弹力随伸长量的增大而_____。2.定量表述：在误差允许范围内，弹簧的弹力大小与_______成正比。
【误差分析】1.系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。2.偶然误差：（1）弹簧长度的测量造成偶然误差，为了减小这种误差，要尽量多测几组数据。（2）作图时的不规范造成偶然误差，为了减小这种误差，画图时要用细铅笔作图，所描各点尽量均匀分布在直线的两侧。
类型一 实验操作【典例1】（2019·三明高一检测）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F-x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，并用平滑的直线连接起来；B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度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把刻度尺；
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个…钩码，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，如果不行，则考虑二次函数；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： 。
【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弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量（或与弹簧对应的长度）。（3）取图像中（0.5，0）和（3.5，6）两个点，代入ΔF=kΔx可得k=200N/m，由于弹簧自身重力的影响，使得弹簧不加外力时就有形变量。（4）根据完成实验的合理性可知，先后顺序为CBDAEFG。
答案：（1）刻度尺（2）弹簧原长、弹簧所受外力及对应的伸长量（或与弹簧对应的长度）（3）200 弹簧自身重力的影响（4）CBDAEFG
类型二 数据处理【典例2】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7.73cm；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.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B.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（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，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是______________________。
【解题探究】（1）用毫米刻度尺读数时，若用cm作单位，小数点后面有_____。（2）实验时逐一增挂钩码而不能随意增减_____。
【解析】（1）由题图乙知，读数为14.66cm，所以弹簧伸长量ΔL=（14.66-7.73）cm=6.93cm。（2）若随意增减钩码，作图不方便，有可能会超出弹簧的弹性限度，所以应逐一增挂钩码，选项A正确。（3）由题图丙知AB段弹簧伸长量与弹力不成线性关系，是因为钩码重力超过弹簧的弹性限度。答案：（1）6.93 （2）A（3）钩码重力超过弹簧的弹性限度
【规律方法】数据处理技巧（1）测量有关长度时，应区别弹簧原长L0、实际总长L及伸长量x，明确三者之间的关系。（2）建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的物理量的值要适当，不可过大，也不可过小。描线的原则：尽量使各点落在一条直线上，少数点分布于直线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的直线。
类型三 实验创新【典例3】如图所示，利用该装置设计实验方案，探究弹力大小与弹簧伸长量的关系。
1.实验创新思路：把弹簧水平放置，避免弹簧本身重力的影响。2.实验步骤：（1）先测出不挂钩码时弹簧的_____长度。（2）将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧______。
（3）通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中，作出F-L图线。（4）由此图线可得出该弹簧的原长L0，劲度系数k。
3.误差分析：（1）测量长度时，操作_______。（2）刻度尺本身刻度不均匀造成的误差。
第1课时 形变与弹力胡克定律
一、形变1.形变：物体发生的_____、_____、_____等形状的变化称为形变。2.分类：判断下列情景中，形变的类型。
（1）甲图中的弹簧发生的是_____形变。（2）乙图中的跳板发生的是_____形变。（3）丙图中的橡皮泥发生的是_____形变。（4）___________中发生形变的物体，可以称为弹性体。
3.弹性限度：弹性体的形变不能无限增大，若超过一定的限度，撤去外力时物体就 ，这个限度称为弹性限度（elastic limit）。
二、弹力1.弹力的产生：如图，小女孩坐在球上，球发生了_________。
2.弹力的方向：分析图中弹力的方向，并画出图中弹力的示意图。
3.胡克定律：（1）内容：在弹性限度内，弹性体（如弹簧）弹力F的大小与弹性体伸长（或压缩）的长度X成__（A.正比 B.反比）。
（2）公式：（3）适用条件：在弹性体的_________内。
（4）下面关于劲度系数的说法正确的是_______。①弹簧所受拉力越大，弹簧的劲度系数越大。②弹簧的形变量越大，弹簧的劲度系数越大。③弹簧的劲度系数与弹簧的匝数、材料有关。④弹簧的劲度系数的大小是由弹簧自身决定的，与弹簧所受拉力大小无关。⑤劲度系数的单位是N/m。
一、弹性形变和弹力的产生 1.产生弹力的两个必备条件：（1）两物体相互接触。（2）发生弹性形变。
2.判断弹力有无的方法：（1）条件法：根据弹力产生的条件判断。（2）假设法：假设在接触位置将与物体接触的另一个物体去掉，看物体能否保持原来的状态。若能保持原来的状态，则物体间无弹力作用；若不能保持原来的状态，则物体间有弹力作用。
（3）运动状态判断法：①分析受力物体的运动状态；②分析要研究的弹力；③根据物体受到的其他力与物体的运动状态是否对应，确定该弹力是否存在。（4）作用效果法：如果相互接触的物体间存在弹力，则必有相应的作用效果，或平衡其他作用力，或改变物体的运动状态。我们可以根据弹力效果的有无，判断弹力的有无。
【思考·讨论】情境：如图所示，书架上斜放着一些书籍，关于书与书架间的弹力，请思考：讨论：（1）每一摞书的底部书棱和下侧面是否受到书架对它的弹力的作用？（物理观念）提示：书架对两个位置都有弹力作用。这是因为，每一摞书对下面两个支撑面都有压力，使得两个支撑面发生形变，从而产生了对书的弹力。（2）每一摞书是否受到书架里面竖直板对它的弹力？每一摞书受到几个力的作用？（物理观念）提示：竖直板对书没有弹力作用，每一摞书受到重力和下面两个支撑面给它的弹力，共受3个力的作用。
【典例示范】（多选）足球运动是最具影响力的体育项目，深受青少年喜爱。如图所示足球静止在草地上，则足球（ ）A.对草地的压力就是足球受到的重力B.受到的支持力和草地受到的压力都是弹力C.受到的支持力是草地发生形变产生的D.受到的支持力是足球发生形变产生的【解题探究】（1）由于足球与草地间的挤压，使草地发生了形变，该形变产生了什么力？提示：该形变产生了草地对足球的支持力。
（2）由于足球与草地间的挤压，足球是否发生了形变？如果有，该形变产生了什么力？提示：足球发生了形变，该形变产生了足球对草地的压力。【解析】选B、C。压力不是重力，它们的施力物体、受力物体、作用点都不相同，故A错误；足球受到的支持力和草地受到的压力都是弹力，故B正确；草地发生了形变，从而对足球产生了支持力，故C正确，D错误。
【误区警示】分析弹力的三点注意（1）弹力是因为施力物体发生了形变，有恢复原状的趋势而产生的。（2）存在弹力的两物体一定相互接触，相互接触的物体间不一定存在弹力。（3）在需要研究的弹力所在的方向上，存在多个弹力时，不适合应用“假设法”判断弹力有无。
【素养训练】1.关于力的概念，下列说法正确的是（ ）A.一个力必定联系着两个物体，其中每个物体既是受力物体，又是施力物体B.放在桌面上的木块受到桌面对它向上的弹力，这是由于木块发生微小形变而产生的C.压缩弹簧时，手先给弹簧一个压力，等弹簧被压缩后才反过来给手一个弹力D.两物体只要接触，就一定会产生弹力
【解析】选A。力是物体间的相互作用，受力物体同时也是施力物体，施力物体同时也是受力物体，它们同时产生、同时消失，所以A正确，C错误；放在桌面上的木块受到桌面给它向上的弹力，这是由于桌面发生微小形变而产生的，故B错误；两物体如果只是接触而没有发生弹性形变，也不会产生弹力，D错误。
2.（2019·东营高一检测）如图所示，将一个钢球分别放在直壁容器、口大底小的容器和口小底大的容器中，钢球与各容器的底部和侧壁相接触，处于静止状态。若钢球和各容器都是光滑的，各容器的底部均处于水平面内，则以下说法中正确的是（ ）A.各容器的侧壁对钢球均无弹力作用B.各容器的侧壁对钢球均有弹力作用C.直壁容器的侧壁对钢球无弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用D.口大底小的容器的侧壁对钢球有弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用
【解析】选A。假设各容器侧壁对钢球均有弹力作用，作出各容器中钢球的受力分析图分别如图a、b、c所示，可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾，所以原假设不成立，各容器的侧壁对钢球均无弹力作用。因此，本题正确选项为A。
【补偿训练】1.（2019·遵义高一检测）如图所示，一小球用两根轻绳挂于天花板上，球静止，绳1倾斜，绳2恰好竖直，则小球所受的作用力有（ ）A.1个 B.2个 C.3个 D.4个【解析】选B。绳1对小球没有力，否则绳2不会竖直。小球只受重力和绳2的拉力两个力作用，是二力平衡，B正确。
2.下列两个实验中体现出的共同的物理思想方法是（ ）A.极限法 B.放大法C.控制变量法 D.等效替代法【解析】选B。题图甲是利用光的多次反射将微小形变放大，题图乙是利用细管中液面的变化观察玻璃瓶的微小形变，也为放大法，B正确，A、C、D错误。
3.匀速前进的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球，如图所示，小球下方与一光滑斜面接触。关于小球的受力，说法正确的是（ ）A.重力和细线对它的拉力B.重力、细线对它的拉力和斜面对它的支持力C.重力和斜面对它的支持力D.细线对它的拉力和斜面对它的支持力【解析】选A。假设斜面对小球有支持力作用，拉小球的细线应与竖直方向有一定夹角，不会呈竖直状态，故小球不受支持力，即小球只受重力和细线的拉力作用，A项正确。
二、弹力的方向1.弹力方向的特点：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状而产生弹力，所以弹力的方向由施力物体形变的方向决定，弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反。
【思考·讨论】情境：游乐园中，有的小朋友在荡秋千，有的小朋友在滑滑梯，有的小朋友在玩跷跷板。讨论：（1）小朋友荡秋千时，绳子对秋千的弹力方向向哪儿？（物理观念）提示：绳子对秋千的弹力方向沿绳子向上。（2）对于滑滑梯的小朋友，滑梯对小朋友的弹力方向向哪儿？（物理观念）提示：滑梯对小朋友的弹力垂直滑梯表面斜向上。（3）对于坐跷跷板的小朋友，所受到的弹力方向向哪？提示：跷跷板对小朋友的弹力方向垂直跷跷板向上。
【典例示范】在图中画出物体A所受弹力的示意图。
【解题探究】（1）支持力、压力的方向有什么特点？提示：支持力、压力的方向总是与接触面垂直。（2）绳子拉力的方向有什么特点？提示：绳子拉力的方向总是沿着绳子指向绳子收缩的方向。
【解析】如图所示 答案：见解析
【规律方法】分析弹力的“三个一定”（1）无论作为压力、拉力还是支持力，弹力方向总是与施力物体形变的方向相反。（2）无论物体处于静止状态还是匀速直线运动状态，物体所受弹力与物体所受的其他力一定平衡。（3）形变总是成对发生的，弹力也总是成对出现的，且两个弹力一定等大反向。
【母题追问】1.【典例示范】中，物体的位置不变，质量增大，它所受弹力的大小、方向如何变化？（科学思维）【解析】各物体所受弹力的大小变大、方向不变。答案：见解析
2.【典例示范】中，画出引起各弹力形变的方向。（物理观念）
【解析】 答案：见解析
【补偿训练】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
【解析】选C。支持力的方向总是垂直于接触面指向被支持的物体，故C正确，A、B、D错误。
2.画出图中A、B物体所受弹力的示意图，图中各接触面均光滑，各物体均静止。
【解析】绳的弹力沿着绳指向绳收缩的方向，图甲中物体与斜面之间是平面与平面接触，支持力垂直于接触面指向被支持的物体；图乙中球面与球面接触，支持力的方向沿两球心的连线指向小球。答案：见解析
三、胡克定律的理解与应用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然长度比较后伸长（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。4.推论式：ΔF=kΔx，式中的ΔF、Δx分别表示弹力的变化量和弹性体形变量的变化量。
5.测量值：弹簧测力计（不计质量）的示数表示的是弹簧挂钩端所受的拉力大小。当轻质弹簧处于静止时，弹簧测力计两端的两个力的大小相等，都等于弹簧测力计的示数。6.F-x图像：弹簧弹力与弹簧伸长量的关系可用F-x图像表示，斜率表示弹簧的劲度系数。
【思考·讨论】如图所示，小车向右运动，遇到弹簧后，发生缓冲做减速运动，在小车减速运动过程中：（1）弹簧的弹力、弹簧的劲度系数如何变化？（科学思维）提示：弹簧的弹力越来越大，弹簧的劲度系数不变。（2）弹簧对小车的弹力大小是否与弹簧的长度成正比？（科学思维）提示：弹簧对小车的弹力大小不是与弹簧的长度成正比，而是与弹簧的形变量成正比。
【典例示范】一根轻弹簧，其弹力F的大小与长度x的关系如图中的线段a和b所示。（1）弹簧原长为多少①？（2）弹簧的劲度系数为多大②？（3）弹簧长度为6cm时，弹力大小为多少③？
【解析】由题图可知，a段表示弹簧被压缩，b段表示弹簧被拉伸。（1）弹力为零时，对应弹簧长度x0=12cm，即为原长。（2）对b段，根据胡克定律知，劲度系数k= N/m=2500N/m。（3）当弹簧长度为6cm时，根据胡克定律知，弹簧弹力F=kx′=2500×（12-6）×10-2N=150N。
答案：（1）12cm （2）2500N/m （3）150N
【误区警示】 应用胡克定律的注意事项（1）应用胡克定律解题时，一定要弄清式中各物理量的物理意义。（2）注意物理量单位的统一。
【母题追问】1.【典例示范】中弹力大小为50N时，弹簧长度为多少？（科学思维）
【解析】弹力为50N时，根据F=kx，x= =0.02m=2cm若弹簧处于伸长状态：弹簧长度=12cm+2cm=14cm若弹簧处于压缩状态：弹簧长度=12cm-2cm=10cm答案：14cm或10cm
2.如图所示，用与【典例示范】中同类型的两根弹簧悬挂小球，小球质量为1kg，若不计弹簧的质量和小球的大小，求悬点O到小球之间的距离。（g取10N/kg）（科学思维）
【解析】由于弹簧的质量不计，根据二力平衡得，两根弹簧中的弹力相等，都等于球的重力mg，由胡克定律得，每根弹簧的伸长量为x= =0.004m=0.4cm，所以小球到O点的距离l=2x0+2x=（2×12+2×0.4）cm=24.8cm。答案：24.8cm
【补偿训练】1.如图所示，两根相同的轻弹簧S1、S2，劲度系数皆为k=4×102N/m，悬挂的重物的质量分别为m1=2kg和m2=4kg。g取10N/kg，则平衡时弹簧S1、S2的伸长量分别为（ ）A.5cm，10cmB.10cm，5cmC.15cm，10cmD.10cm，15cm
【解析】选C。设S1的伸长量为x1，S2的伸长量为x2，由胡克定律F=kx，对弹簧S1得（m1+m2）g=kx1，解得x1= =0.15m=15cm；对弹簧S2得，m2g=kx2，解得x2= =0.10m=10cm。故C正确。
2.一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.
【解析】选C。设弹簧的劲度系数为k，原长为l0，当用大小为F1的力压弹簧时，由胡克定律得F1=k（l0-l1）①当用大小为F2的力拉弹簧时，由胡克定律得F2=k（l2-l0）②由①②解得k= ，故C正确。
【拓展例题】考查内容：弹簧的弹力分析如图所示，弹簧测力计和细绳重力不计，不计一切摩擦，物体重G=5N，当装置稳定时弹簧测力计A和B的读数分别为（ ）A.5N，0 B.5N，10NC.5N，5ND.10N，5N
【正确解答】选C。弹簧测力计的示数即为弹簧测力计所承受的力的大小，图中无论弹簧测力计的右端是固定在支架上还是挂上物体，其作用效果是相同的，弹簧测力计承受的力都等于物体的重力。
第2课时探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系
【实验目的】1.探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系。2.了解弹簧测力计的工作原理。
【实验器材】铁架台、_____________、钩码、_______。
【实验原理与设计】1.实验原理：二力平衡将已知质量的钩码悬挂于弹簧上，由二力平衡知，弹簧对钩码的弹力（F）大小等于___________________。
2.实验设计： （1）改变弹力的方法：通过___________________来改变弹簧弹力的大小。
（2）需测量物理量：①弹簧原长（L0）：_____________________。②弹簧伸长量（x）：弹簧挂钩码后的长度（L）与弹簧原长之差，即x=____。③钩码的质量：一个钩码的质量（m）与钩码个数（n）的乘积。
（3）研究问题：①数量关系：弹簧的弹力（F）和弹簧伸长量（x）之间的定量关系。②弹簧的劲度系数：a.弹簧的弹力F与其伸长量x成正比，比例系数 k=__ ，即为弹簧的劲度系数；b.在F-x图像中，图像的_____等于弹簧的劲度系数。
【实验过程】一、实验步骤1.按图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度L0。
2.在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度L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，L表示弹簧的总长度，x=L-L0表示弹簧的伸长量。
【思考·讨论】（1）对所挂钩码的质量有什么要求？（科学态度与责任）提示：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有什么要求？（科学思维）提示：尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图线精确。
二、数据收集与分析1.数据记录表：
2.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，用描点法作图，连接各点得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。3.以弹簧的伸长量为自变量，写出图线所代表的函数表达式，并解释函数表达式中常数的物理意义。
【思考·讨论】（1）测量弹簧长度时，有什么要求？（科学探究）提示：一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，以免增大误差。（2）作图描点画线时，对所描的点应注意什么？（科学思维）提示：所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。
三、实验结论1.定性表述：弹簧的弹力随伸长量的增大而_____。2.定量表述：在误差允许范围内，弹簧的弹力大小与_______成正比。
【误差分析】1.系统误差：钩码标值不准确和弹簧自身重力的影响造成系统误差。2.偶然误差：（1）弹簧长度的测量造成偶然误差，为了减小这种误差，要尽量多测几组数据。（2）作图时的不规范造成偶然误差，为了减小这种误差，画图时要用细铅笔作图，所描各点尽量均匀分布在直线的两侧。
类型一 实验操作【典例1】（2019·三明高一检测）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F-x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，并用平滑的直线连接起来；B.记下弹簧不挂钩码时其下端在刻度尺上的刻度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把刻度尺；
D.依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个…钩码，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，如果不行，则考虑二次函数；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： 。
【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弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量（或与弹簧对应的长度）。（3）取图像中（0.5，0）和（3.5，6）两个点，代入ΔF=kΔx可得k=200N/m，由于弹簧自身重力的影响，使得弹簧不加外力时就有形变量。（4）根据完成实验的合理性可知，先后顺序为CBDAEFG。
答案：（1）刻度尺（2）弹簧原长、弹簧所受外力及对应的伸长量（或与弹簧对应的长度）（3）200 弹簧自身重力的影响（4）CBDAEFG
类型二 数据处理【典例2】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7.73cm；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.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B.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（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，图线的AB段明显偏离直线OA，造成这种现象的主要原因是______________________。
【解题探究】（1）用毫米刻度尺读数时，若用cm作单位，小数点后面有_____。（2）实验时逐一增挂钩码而不能随意增减_____。
【解析】（1）由题图乙知，读数为14.66cm，所以弹簧伸长量ΔL=（14.66-7.73）cm=6.93cm。（2）若随意增减钩码，作图不方便，有可能会超出弹簧的弹性限度，所以应逐一增挂钩码，选项A正确。（3）由题图丙知AB段弹簧伸长量与弹力不成线性关系，是因为钩码重力超过弹簧的弹性限度。答案：（1）6.93 （2）A（3）钩码重力超过弹簧的弹性限度
【规律方法】数据处理技巧（1）测量有关长度时，应区别弹簧原长L0、实际总长L及伸长量x，明确三者之间的关系。（2）建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的物理量的值要适当，不可过大，也不可过小。描线的原则：尽量使各点落在一条直线上，少数点分布于直线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的直线。
类型三 实验创新【典例3】如图所示，利用该装置设计实验方案，探究弹力大小与弹簧伸长量的关系。
1.实验创新思路：把弹簧水平放置，避免弹簧本身重力的影响。2.实验步骤：（1）先测出不挂钩码时弹簧的_____长度。（2）将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧______。
（3）通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标图中，作出F-L图线。（4）由此图线可得出该弹簧的原长L0，劲度系数k。
3.误差分析：（1）测量长度时，操作_______。（2）刻度尺本身刻度不均匀造成的误差。
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