高中物理人教版必修第一册3.1 重力与弹力 导学案

第2节形变与弹力[概念导思]【形变】物体发生伸长、缩短、弯曲等变化称为形变。    物体发生形变的原因是受到了外力的作用，任何物体在外力作用下都能发生形变，只是形变的明显程度不同。明显的形变很容易观察，如弹簧被拉伸，有些微小的形变不易直接观察到，可采用特殊的方法观察，如课本上利用激光反射法，观察桌面的微笑形变，利用细管中的液面的升降观察硬玻璃瓶的形变。这种把微笑形变进行放大贯彻或测量的方法叫范性形变。发生弹性形变的物体，当形变达到某一值时，即使撤取外力，物体也不能恢复原状，这个值叫弹性限度。【弹力】（1）定义：物体发生弹性形变时，会产生一种恢复原状的力，这种力叫做弹力。   （2）弹力产生的条件：两物体直接接触，相互挤压，发生弹性形变。（3）弹力的方向：总是与物体形变的方向相反。（如上左图）所示，书本对桌子的的力是压力；桌子受到的力是弹力，压力总垂直于支持面指向被压的物体，支持力总垂直于支持面指向被支持的物体。  （3）弹力的大小，弹力的大小与物体弹性形变的大小有关（如上左图），形变越大。一般物体弹力大小与形变大小的关系比复杂，但对于弹簧来讲则比较简单：在弹性限度内，弹簧弹力大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度成正比，（如上右图）即：比例系数k叫弹簧的劲度系数，其单位是N/m。这个规律为胡克定律。【弹力的应用】弹簧在实际中的应用主要是利用了：      （1）发生弹性形变的弹簧所储存的弹性势能；      （2）弹簧形变过程中有缓冲减振的作用；      （3）发生弹性形变的弹簧有恢复原状的作用。[例题解析]例1 （如下左图）所示，一球放在在光滑水平面AC上，并和斜面AB接触，球处于静止状态，分析球受弹力的情况。  解析：球受到竖直向上的重力作用，一定与水平面AC挤压，所以球一定受AC的弹力，弹力方向竖直向上，由于没有外力使球向左压斜面AB，因此球不受AB，因此球不受AB面的弹力，此题也可以利用假设法判断，假设去掉AC面，因AC面水平，球仍将处于静止状态，故球与AB面无挤压，无弹力。   说明：判断弹力是否存在，可以根据弹力产生的条件，也可以通过假设法，这种假设的思维方法是力学中一种常见的方法。   如果AC面不水平，而与水平面成一夹角，两个面上是否都有弹力？（如下右图）      例2 一根轻弹簧，受到的压力时长度，受到时的压力时长度，求此弹簧的劲度系数值及不受力时的长度。  解析：根据胡克定律得：两式相比得：            代入数据得：     =0.17m        再根据            得    k=5000N/m   说明：利用胡克定律解题时，要特别明确式中的x是弹簧的形变量，是弹力为F时弹簧的长度与弹簧原长的差的绝对值。式中k由弹簧自身决定，与F、x无关。另外计算时注意单位统一。