7.2 弹力（解析版）

课时72 弹力（帮课堂）（解析版） 【学习目标】 1 了解弹性与塑性的概念； 2 知道什么是弹力及弹力产生的原因； 3 了解弹性形变概念； 4 了解弹簧测力计的工作原理； 5 能正确使用弹簧测力计。 【知识导图】 【基础知识】 知识点一、弹力 1 现象探究：弹性和塑形 图示 现象1 现象2 橡皮筋被拉长 不拉时橡皮筋恢复原来的长 度 按压直尺的一端，直尺变弯 撤去外力，直尺恢复原状 捏橡皮泥，橡皮泥变形 不捏后，橡皮泥不能恢复原 来的形状 走在松软的沙滩上留下的足 印 脚离开沙面，沙面不能恢复 原状 归纳总结 物体受力时会发生形变，撤去外力后有两种情况： （1）有些物体（如弹簧、直尺、橡皮筋）受力时会发生形变，撤去外力后又恢复到原来的形状， 发生这种形变叫做弹性形变，物体这种性质叫做弹性。 （2）有些物体（如橡皮泥）发生形变后不能自动恢复到原来的形状，发生的这种形变叫做塑形形 变，物体的这种性质叫做塑性。 ▲拓展培优 放大法观察物体的微小形变 物体受力时，一般都会发生形变，知识形变大小不同。如用手拉弹簧，弹簧能发生明显的形变，但 用同样大小的力压桌面时，桌面只发生微小形变，我们可以用“放大法”来 观察。 如图所示为一种利用放大法观察桌面是否发生形变的方法：准备两块平面镜 （用于反射光），把这两块平面镜隔着一定距离固定在桌面上，将一束光射 向其中一块平面镜M，这束光被平面镜M 反射到另一块平面镜上，光被平 面镜反射后在墙上形成一个光斑。当桌子受到压力作用时，桌面发生形变使 平面镜发生微小偏转，从而使光斑发生移动，该实验可间接说明桌面发生了 形变。 2 弹力 （1）定义：物体由于发生弹性形变而产生的力叫做弹力。如我们拉弹簧、压尺子、 拉橡皮筋时，感受到它们对手有力的作用。 （2）产生条件：①两物体相互接触；②接触处相互挤压或拉伸而发生弹性形变。 相互接触的物体间不一定产生弹力，如相互接触但没有发生相互作用的物体间是没有 弹力的。 （3）弹力的三要素 大小 与物体的材料和弹性形变程度有关 方向 始终与物体形变方向相反，与物体恢复原状的方向相同，或与使物体发生 形变的力的方向相反，且总是与接触面垂直 作用点 在两个物体的接触面上，也可等效在接触面的一点 （4）弹力与弹性形变的关系 物体的弹性有一定的限度，超过了这个限度物体就不能恢复原状，该限度称为弹性限 度。在弹性限度内，物体的形变量越大，产生的弹力越大。 【典例1】放在水平桌面上的茶杯，受到桌面对茶杯的支持力，下列有关桌面对茶杯 支持力的说法正确的是（ ）。 ．桌面对茶杯的支持力是由于茶杯发生弹性形变而产生的； B．桌面对茶杯的支持力是作用在桌面上； ．桌面对茶杯的支持力不属于弹力； D．桌面对茶杯的支持力是由于桌面发生弹性形变而产生的 【答】D。 【解析】D．桌面对茶杯的支持力的施力物体是桌面，是桌面发生弹性形变后对茶杯 产生的弹力，故D 正确，错误； B．桌面对茶杯的支持力的受力物体是茶杯，作用点在茶杯上，故B 错误。 故选D。 知识点二、弹簧测力计 1 测力计 测量力的大小的工具叫做测力计。其中利用弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越 长的原理制成的测力计叫做弹簧测力计。 2 弹簧测力计的构造 弹簧测力计主要由弹簧、指针、挂钩和刻度盘等组成。如图所示，是实验室常用的两 种弹簧测力计。 条形盒测力计 圆筒测力计 3 弹簧测力计的测量原理（拓展实验） 【实验探究】弹簧的伸长量与拉力的关系 【实验过程】如图所示，将弹簧固定在支架上，旁边直立放置一刻度尺，记下挂钩上 挂钩码前弹簧下端的位置，然后每次增加两个钩码（每个钩码对弹簧的拉力均为05），使 弹簧所受拉力逐渐增大，通过刻度尺读出弹簧每次的总伸长量Δl，记录实验数据如下表。 实验序号 1 2 3 4 5 6 7 拉力F/ 0 1 2 3 4 5 6 弹簧伸长量 Δl/m 0 1 2 3 4 7 11 【探究归纳】通过实验可以发现，在弹簧限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长 量越长，且弹簧的伸长量与弹簧受到的拉力成正比，这就是弹簧测力计的测量原理。当超 过弹簧的弹性限度后（如本实验中当拉力超过4 后），弹簧发生非弹性形变，撤去外力后 弹簧将无法自动恢复到原状。 ★特别提醒 弹簧长度与弹簧伸长量 弹簧的伸长量与弹簧的长度不一样。弹簧不受任何拉力时的长度叫做弹簧的原长，一般用l0表示， 弹簧受到拉力之后的长度一般用l 表示，则弹簧的伸长量就是Δl=l-l0，如图所示。 4 弹簧测力计的实验方法 使用前 （1）观察量程：待测力的大小不能超过量程。 （2）明确分度值：知道每一小格表示多少牛。 （3）校零：检查指针是否指在零刻度线上。若没有，要调节至对齐。 （4）沿弹簧轴线方向轻轻来回拉动几次挂钩，放手后观察指针是否能回到零刻度线 处，以防止弹簧卡壳。 使用时 （1）测量：要使弹簧测力计的弹簧轴线方向跟所测力的方向在一条直线上，弹簧不要 靠在刻度盘上（避免因摩擦而影响测量的准确程度）。 （2）读数：应让视线垂直于刻度盘读数。 （3）记录：在记录数据时要带上单位。 （4）待测的力（物体）一定要在弹簧测力计的挂钩一端。 ★特别提醒 弹簧测力计是测量力的工具，不仅能测竖直方向或水平方向的力，其他方向的力也可测量。在测量 时，只要保证弹簧测力计所测力的方向与弹簧测力计的轴线方向一致即可。 材深挖 弹簧测力计中转换法的应用 弹簧的长度变化是可以直接观察、测量的，而力的大小是看不见、摸不着的，但力的大小却和弹簧 的长度变化有关，因此可以通过间接测量的方法同弹簧长度的变化量来量度力的大小，这种解决问 题的方法是转换法。与之类似，用温度计测量温度也应用了转换法。 5 种类 为了满足不同测量力的需求，人们制造了各式各样的测力计，如握力计、弹簧秤和托 盘秤等，如图所示。 握力计 弹簧秤 托盘秤 【典例2】弹簧测力计是用来测量_____的仪器，使用前先要根据所测力的_____进行 调零。如图所示的弹簧测力计的最小分度值是_____牛，这时弹簧测力计示数是_____牛。 【答】力；方向；02；34。 【解析】由弹簧测力计的用途可知弹簧测力计是用来测量力的仪器； 使用弹簧测力计之前，要根据所测力的方向进行调零； 图中测力计，每一个大格是1，里面有5 个小格，分度值是02；弹簧测力计的示数为 34。 【方法帮】 题型一：弹力 （1）弹力产生的条件：“接触”且“产生弹簧形变”； （2）常见的压力、拉力、支持力等都是弹力； （3）受力物体受到的弹力是由施力物体发生弹性形变产生的。 【典例3】如图所示，用手压气球，气球形变，下列关于弹力说法正确的是（ ）。 ．气球对手的弹力是气球发生形变产生的； B．手对气球的弹力是气球发生形变产生的； ．手对气球有弹力作用，气球对手没有弹力作用； D．气球对手有弹力作用，手对气球没有弹力作用 【答】。 【解析】B．用手压气球，气球形变的同时，人的手也会发生弹性形变，气球对手的 弹力是气球发生形变产生的，而手对气球的弹力是手发生形变产生的，故符合题意、B 不 符合题意； D．力的作用是相互的，手对气球有弹力作用，气球对手同样有弹力作用，故D 不符 合题意。 题型二：弹簧测力计的使用 【角度1】使用方法 弹簧测力计的使用口诀： 认分度、看量程、先校零； 要顺拉、勿摩擦、不猛拉； 正对看、记数值、带单位。 【典例4】关于弹簧测力计的使用，下列说法中不正确的是（ ）。 ．使用中要使弹簧测力计的受力方向沿弹簧的轴线方向； B．使用时必须检查指针是否对准零刻度线； ．弹簧测力计使用时必须竖直放置，不得倾斜； D．不能用来测量超过它的测量范围的力 【答】。 【解析】．为测量准确，使用中要使弹簧测力计的受力方向沿弹簧的轴线方向，故正 确，不符合题意； B．使用弹簧测力计之前，首先要观察指针是否在0 刻度线处，否则会造成测量错误， 故B 正确，不符合题意； ．弹簧测力计可以在竖直方向测量物重或拉力，也可以在其它方向测量力的大小，故 错误，符合题意； D．不能使用弹簧测力计测量超过量程的力，会造成测量不准，甚至损坏弹簧测力计， 故D 正确，不符合题意。 故选。 【角度2】弹簧测力计的读数 弹簧测力计倒挂时，弹簧测力计显示的拉力=弹簧测力计外壳对弹簧的拉力+重物对 弹簧的拉力。 【典例5】在实验时，小明将一个正常的铁质外壳测力计的挂钩挂在铁架台上，静止 时有如图所示的示数。接着，他把这个测力计像右图中乙那样，上下各挂一个100g 的钩 码，并挂到甲测力计下，g 取10/kg，则甲乙两测力计的示数分别是（ ）。 ．10 和20 B．30 和 10 ．30 和 20 D．20 和 30 【答】。 【解析】由左图可知，弹簧测力计自重为1，钩码受到的重力 0.1kg 10 N kg =1N G mg    所以，甲弹簧测力计下方挂着两个钩码和另一弹簧测力计，则它的示数为 F 甲=G+G 乙+GB=1+1+1=3 乙弹簧测力计下方挂着一个钩码，并承受自身重力，则它的示数为F 乙=G 乙 +GB=1+1=2； 故选。 【角度3】弹簧测力计和力的相互性 ★易错警示 当弹簧测力计处于静止状态或用弹簧测力计匀速拉动物体时，弹簧测力计的示数就等 于作用在挂钩上的力的大小。 【典例6】图中的测力计在两个水平拉力作用下处于静止，拉力的大小均为F，该测 力计的示数为（ ）。 ．0 B．F/2 ．F D．2F 【答】。 【解析】图中的测力计在两个水平拉力作用下处于静止，拉力的大小均为F，弹簧在 力的作用下伸长，弹簧测力计只测作用在挂钩上的力，即测力计的示数为一个拉力F 的大 小，故正确为答。 题型三：弹簧测力计的原理 【典例7】课外学习小组在“探究弹簧的伸长量与受到的拉力的关系”时，得到的实 验数据如表。 拉力F/ 0 05 1 15 2 25 3 35 4 弹簧长度/m 22 23 24 25 26 27 28 285 286 根据实验数据，你认为： （1）用这样的弹簧能做一个测量范围是________的测力计。 （2）在一定范围内，该弹簧所受的拉力F 与伸长量ΔL 关系的数学表达式是________ ____。 （3）当悬挂物体后，弹簧长度是255m，那么该物体向下拉弹簧的力是________。 【答】（1）0~3 ；（2）F=05ΔL；（3）175。 【解析】（1）由图象可知，在0~3 拉力作用下，弹簧的伸长量与所受到的拉力成正 比，超过3 的拉力后，弹簧的伸长与所受拉力不成正比，故用这样的弹簧能做一个测量范 围是 0–3 的测力计； 0.1kg 10 N kg =1N G mg    （2）观察表格中的数据可知：当弹簧伸长的长度为△L1 23m 22m 1m 时，弹簧 受到的拉力为05， 当弹簧伸长的长度为△L2 24m 22m 2m 时，弹簧受到的拉力为1， 当弹簧伸长的长度为△L3 25m 22m 3m 时，弹簧受到的拉力为15， 由此可以得出弹簧所受的拉力F 与伸长量△L 关系的数学表达式为：F 05△L； （3）若弹簧长度是255m，则物体向下拉弹簧的力为：F 05△L 05×（255 22） 175。 题型四：弹簧测力计原理的应用 【典例8】科学研究表明：金属杆受到拉力会伸长，在一定范围内，金属杆的伸长与 它所受到的拉力F 成正比。现有一金属杆，长为8m，横截面积为04m2，实际使用时要 求金属杆受到拉力后的伸长不超过04m。由于直接对这一金属杆测试有困难，故选用同种 材料制成的样品进行测试，测试时样品所受的拉力始终为2000，通过测试取得数据如下。 长度l（m） 横截面积m2 伸长m 1 2 1 4 4 请分析表中数据回答下列问题： （1）在对样品进行测试时，采用如图所示的装置，这样设计有何优点？答：______。 （2）分析样品测试数据可知，金属杆伸长的长度（伸长量）跟它的长度和______有 关。 （3）根据（2）及金属杆的伸长量还与它所受到的拉力F 成正比，可以得到金属杆伸 长量的表达式ΔL =______。比例系数用k 表示，拉力，长度和横截面积分别用F、L 和 S 表示 （4）该金属杆P 能够承受的最大拉力为______。  -   -   -     -  【答】将微小的形变放大；横截面积； ；5000。 【解析】（1）可以将金属杆伸长的长度放大（将微小形变放大），使实验现象更加 明显； （2）由表中数据，比较第一、三栏或第四、五栏可得出：在金属杆的长度相同时， 金属杆伸长的长度与金属杆的横截面积成反比；比较第一、二栏或第三、四栏可知，在金 属杆的横截面积相同时，金属杆伸长的长度与金属杆的长度成正比；从而得出，金属杆伸 长的长度还跟金属杆的长度和横截面积有关； （3）（4）由金属杆的伸长量与金属杆的长度和横截面积及它所受到的拉力F 的关系， 可以得到金属杆伸长量的表达式：ΔL=k ，04m=k -----①； 016m=k ----②，①÷②得：F=5000。 【中考帮】 考点一：弹簧测力计的原理 【典例9】（2022·江苏扬州）利用一根长橡皮筋自制简易测力计，装置如图1 所示。 在制作测力计刻度面板时，小明和小华的方法不同。 小明：在回形针上挂6 个50g 的钩码，记下指针静止时的位置，等分刻度，画出的刻 度线如图2 所示。 小华：在回形针上每次加挂一个50g 的钩码，分别记下指针静止时的位置，画出相应 的刻度线如图3 所示。 （1）实际操作后发现两人的刻线并不完全重合，你认为图___________的刻度较准确； 若采用小明的测力计测力，读数为20，则测量值___________真实值； （2）小华想在原有刻度基础上进一步画出分度值是01 的刻线，但未找到10g 的钩 码。他注意到拉力越大，橡皮筋形变___________，于是想通过探寻形变与拉力的定量关系 进行细分刻度。他测量了每根刻线到零刻线的距离L，数据记录在下表中； 拉力F/ 05 10 15 20 25 30 刻线到零刻线的距离L/m 100 220 360 520 700 900 他在坐标纸上画出对应的F-L 图像如图4 所示，请你利用图像信息在图5 中标出22 力对应的刻度线；（ ）。 （3）小华将钩码逐个取下，测量每次指针到零刻线的距离L，画出拉力逐渐减小过程 的F-L 图像，如图6 中图线②所示，与拉力逐渐增大过程的图线①不重合。若用此测力计 连续不间断测量两个大小不等的拉力（小于3），为使测量准确，请针对此橡皮筋的特性 提出操作要求。___________ 【答】①3；②小于；③越大；④如图； ⑤先测量较小的力，紧接着测较大的力。 【解析】（1）[1]由小华的方法可知，受到拉力时，橡皮筋的实际伸长量与受到的拉 力不成正比，则刻度不均匀，所以，一次挂6 个50g 的钩码后，记下指针位置再等分刻度， 误差较大，故图3 的刻度较准确。 [2]若采用小明的测力计测力，读数为20，由于橡皮筋受到的拉力越大，橡皮筋形变 程度越大，则真实值要大于20，故测量值小于真实值。 （2）[3]由图3 可知，拉力越大，刻度线的间距越大，说明橡皮筋形变程度越大。 [4]由图4 可知，当拉力F=22 时，刻线到零刻线 距离为590m，故作图如下所示 的 （3）[5]由图6 可知，小华将钩码逐个取下，发现图线②与图线①不完全重合，说明 拉力减小时，橡皮筋不能完全回复到原来的形状。若用此测力计连续不间断测量两个大小 不等的拉力（小于3），为使测量准确，应先测量较小的力，紧接着测较大的力。 中考考题要求同学们能分析实验数据，发现其中的规律并得出结论，这 是物理核心素养的科学探究的体现。 考点二：弹簧测力计的使用 【典例10】（2022·四川德阳）（1）如图甲所示，所测物体的长度是 ___________m。 （2）如图乙所示，弹簧测力计的示数为___________。 【答】 ①310；②24。 【解析】（1）[1]刻度尺上1m 之间有10 个小格，所以一个小格代表1mm，即刻度 尺的分度值为1mm；物体左侧与零刻度线对齐，右端在3m 右侧1 个格处，根据读数要 求，需读到分度值的下一位，所以物体的长度为310m。 （2）[2]由图可知，弹簧测力计的分度值为02，指针在2 下面2 个格处，所以测力 计示数为24。 弹簧测力计读数是中考重点，经常在其他力学问题中附带着一起出现， 此类问题没有刻度尺读数复杂，只需要明确分度值和量程，然后看指针对应哪条刻度线就 读哪条刻度线对应的数值。 【作业帮】 一、基础练（知识巩固） 2 木块静止在地面上，受到地面支持力的作用，产生该弹力的直接原因是（ ）。 木块的形变； B 地面的形变； 木块和地面的形变； D 木块的分子间存在斥力 . 【答】B。 【解析】木块静止在地面上，由于木块有重力，因此会对地面产生压力，从而使地面 发生弹性形变。 而地面发生弹性形变时产生的弹力就是木块受到的支持力，因此产生这个弹力的直接 原因是地面的形变。 故选：B。 2 如图所示是用手压弹簧的示意图，下列选项中是由于弹簧形变产生的力是（ ）。 弹簧对手的作用力； B 手对弹簧的压力； 地面对弹簧的支持力； D 弹簧的重力 【答】。 【解析】弹簧形变产生的力叫弹力，作用在手上，即由于弹簧形变产生的力是弹簧对 手的作用力。 故BD 错误，正确。 故选：。 3 下列测量工具，用于测量力的大小的是（ ）。 天平 B 量筒 刻度尺 D 弹簧测力计 【答】D。 【解析】、天平是测量物体质量的工具，故不符合题意； B、量筒是测量液体或形状不规则固体体积的工具，故B 不符合题意； 、刻度尺是测量长度的工具，故不符合题意； D、弹簧测力计是测量力的大小的工具，故D 符合题意。 故选：D。 4 某种弹簧拉力器是由三根相同的弹簧井联组成，如果将一根弹簧拉长5m，要用10 的力，若将3 根这样的弹簧同时拉长10m，所需的拉力是（ ）。 30 B45 60 D90 【答】。 【解析】把一根弹簧拉长5m 需要10 的力，所以一根弹簧伸长1m 需要施加的力等 于2/m， 则3 根弹簧同时伸长10m 需要施加的力为：F=2/m×10m×3=60。 故选：。 5 如图所示，在光滑的水平面上，一弹簧左端固定在墙壁上，右端与一金属小球连接， 点是弹簧为原长时小球的位置。现对小球施加一外力压缩弹簧使小球到达点，然后释放小 球，小球将在B 之间做往复运动。下列说法中正确的是（ ）。 弹簧对小球的弹力的施力物体是小球； B 弹簧的形变为弹性形变； 在金属球由向运动的过程中，弹簧对小球的弹力由指向； D 在金属球