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高中物理必修一
第3章 相互作用
第二节 科学探究：
弹力
力的作用效果？
回顾
发生形变
运动状态发生了改变
大雪压断树枝
蹦极绳拉着人上下振荡
一、形变
1、生活中的形变无处不在
压扁的面包
伸长的橡皮筋
拨动的琴弦
凹陷的沙发
压扁
弯曲
伸长
凹陷
……
都是形状上发生了变化
2、形变：我们把物体发生的伸长、缩短、 弯曲等形状的变化称为形变。
有些物体的形变明显，容易观察；有些物体的形变却很难直接观察到。对于这些不易直接观察到的微小形变，可借助某些装置来验证其存在
一辆汽车行驶在大桥上，桥面会产生形变了吗？
用手压墙，桥面产生形变了吗？
（1）观察桌面的微小形变
如图 3-13 所示，激光器 A 射出的一束激光经平面镜 B 反射后在天花板上形成一个光点 C。当用手压桌面时，能看到光点明显移到 C' 位置。这说明手压桌面使桌面发生了形变。
（2）观察玻璃瓶的微小形变
如图 3-14 所示，当用力挤压玻璃瓶的不同部位时，会发现细玻璃管中的水面会上升或下降。这说明玻璃瓶发生了形变。为便于观察，可给水加色， 并将细玻璃管固定在白色纸板上，纸板上可画细刻度线作为参照。
在扁平玻璃瓶中装满水，瓶口用中间插有细玻璃管的软木塞塞紧，这时瓶内的水就会上升到细玻璃管中。
松手后，观察到（1）光点回到C位置，（2）管中水面回到刻度线。这说明：
放大的思想
恢复原状
压缩的弹簧
拉开的弓箭
3、弹性体：发生形变的物体在撤去外力后能恢复原状，该物体称弹性体。
4、弹性形变：能恢复原状的形变称弹性形变
撤去外力后能恢复原状
压扁的面包
5、范性形变：不能恢复原状的形变称范性形变
压扁的橡皮泥
注意：
弹性形变
范性形变
区别
形变后形状能否恢复
不是指形变的物体
6、弹性限度：弹性体的形变若超过一定限度，撤去外力后不能恢复原状。这个限度称弹性限度。
物体受力会发生形变。
如果发生的是弹性形变
拆去外力瞬间
形变的物体要恢复原来的形状
发生弹性形变的物体与他接触的物体会产生力的作用，这种力就叫做弹力。
用力拉弓弦，弓弦受力弯曲形变
弓弦发生的是弹性形变
松开弓弦
弓弦是恢复原状，箭被射出。
箭射出说明弓弦对箭有力的作用。
（运动状态发生改变）
二、弹力
二、弹力
1、弹力：相互接触的物体发生弹性形变时，由于物体要恢复原状，物体会对与它接触的另一物体产生力的作用，这种力称为弹力
2、产生条件：
② 发生弹性形变
① 直接接触
弹力作用是相互的
A
B
A
A
B
B
A
B
A
B
C
D
弹力有无的判断：
1：在下图中，A、B两球间一定有弹力作用的是：
例
弹力有无的判断
直接法
假设法
状态法
直接接触并发生形变
假设把与物接触的点或面去掉，看能否维持原状。
利用力的平衡规律。
可能有
β
F
弹力的方向总是与物体形变的方向相反
3、几种常见的弹力：
拉力、压力、支持力
4、弹力的方向：
F
弹性绳伸长，产生对人的拉力
拉力、压力、支持力是从效果上命名的力。实质上都属于弹力
＊物块对弹簧产生压力，
＊弹簧对物块产生支持力
F
F’
＊物块对斜面产生压力，
＊斜面对小球产生支持力；
＊弹簧对小球产生拉力。
N
N’
即与恢复形变方向相同
（1） 支撑面的弹力
几种常见弹力的方向
例
各种接触面间的弹力方向判断
N
N
N`
曲面与平面间弹力方向：
过接触点垂直平面指向受力物体
曲面与平面接触
N
N`
点与平面间弹力方向：
光滑斜面
A
B
NA
NB
点与平面接触
过接触点垂直平面指向受力物体
各种接触面间的弹力方向判断
曲面与曲面接触
各种接触面间的弹力方向判断
曲面与曲面间弹力方向：
半球形的碗
N
A
B
N
NB对A
与过接触点的公切面垂直并指向受力物体
(2)绳索类
例
几种常见弹力的方向
F
（3）弹簧类
弹力的方向指向绳子收缩的方向
F
伸长：弹力弹簧沿收缩的方向
F
压缩：弹力弹簧沿伸长的方向
总结
弹力的方向总是与恢复形变方向相同，垂直于接触面。
三、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、带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺。
实验原理与设计
1、将已知质量的钩码悬挂于弹簧上，由二力平衡可知，弹簧对钩码的弹力大小等于钩码所受重力的大小。F=G
2、通过改变悬挂的钩码个数来改变弹簧弹力的大小，测出弹簧未挂钩码时的长度（弹簧原长）及挂钩码后的长度，可得出挂不同数量钩码情况下弹簧的伸长量。
3、由此可进一步得出弹簧弹力的大小与弹簧伸长量的关系。
实验步骤
（1）按照图 3-18 所示安装实验装置。
（2）用刻度尺测量弹簧原长。
（3）在弹簧挂钩上依次挂不同数量的钩码，并分别记下实验所挂钩码的总质量及弹簧长度。
数据分析
（1）将数据及计算结果填入表 3-1 中。
0
0
10.95
0
1.85
12.80
0.5
50
100
1.0
14.65
3.70
5.60
16.55
1.5
150
200
2.0
18.40
7.45
（2）在坐标纸上作出弹簧弹力大小随伸长量变化的图像，并进行分析讨论。
实验结论
（1）弹簧的弹力随伸长量的增大而　　　　　。
（2）在误差允许范围内，弹簧的弹力大小与　 　　　　成正比。
增大
弹簧形变量
弹簧弹力F（N） 0 0.5 1.0 1.5 2.0
弹簧形变量x(cm) 0 1.85 3.70 5.60 7.45
F/N
x/cm
0
X
X
X
X
X
0.5
1.0
2.0
1.5
2.5
3.0
1
2
3
4
5
6
7
8
用F表示
用x表示
讨论
（1）实验图像是否经过所有数据点？若不是，请分析误差来源。
（2）与其他实验小组交换实验数据、图像及结论，看看是否存在差异，并分析导致差异的原因。
（3）为什么弹簧测力计可测力的大小？为什么其刻度是均匀的？
图像不经过所有数据点。误差来源有弹簧长度读数误差、钩码质量误差、做图误差等。
使用不同的弹簧，会导致数据与图像不相同，但结论一样
测力计的弹簧受到的拉力不同，伸长量也会不同，因此可以通过弹簧的伸长量（即指针所指的刻度）来测量力的大小。弹簧的伸长量与弹簧所受弹力成正比，所以刻度是均匀的。
四、胡克定律
大量实验研究表明：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。
胡克定律：
☆式中的比例系数k叫做弹性体的劲度系数，简称劲度。在国际单位制中，k的单位是N/m
☆X：为伸长量，注意不是本身长度。
☆这个规律是英国物理学家胡克发现的
☆劲度系数与弹性体的材料、形状等因素有关；
☆常说弹簧的“软”和“硬”就是指弹簧劲度系数
弹簧的应用
F 1 相应的伸长量 x1=l 1 - l 0
F 2 相应的伸长量 x2=l 2 - l 0
轻弹簧是一种理想模型,通
常忽略弹簧的质量。
注意：图象的横坐标是弹簧的长度而不是形变量
l0=10cm
l1=5cm 时，F1=10N
由F1=k(l0-l1),得 k=200N/m
作业
课本P78 4 、5 、6

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