7.2 弹力（原卷版）

课时72 弹力（帮课堂）（原卷版） 【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 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。 【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 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 【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 【角度3】弹簧测力计和力的相互性 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 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________。 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______。 【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。___________ 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___________。 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 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 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 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 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 在金属球由向B 运动的过程中，弹簧的弹力大小不变 6 一只手握住甲、乙两个核桃，逐渐增大握力，发现甲核桃碎裂时乙核桃完好，下列 有关两核桃相互挤压时的说法正确的是（ ）。 甲对乙的作用力小于乙对甲的作用力； B 甲对乙的作用力没有使乙核桃发生形变； 甲对乙的作用力与乙对甲的作用力都是弹力； D 甲对乙的作用力与乙对甲的作用力是一对平衡力 7 如图所示，用弹簧测力计测一物体所受重力，由图可知，物体所受重力为______， 重力的施力物体是______。 8 物理实验中常用弹簧测力计测量力的大小，它的原理是：在______内，弹簧的伸长 与受到的拉力成正比；使用弹簧测力计的时候，首先要______。 9 甲、乙两名同学各用5 的力在水平桌面上沿相反方向拉弹簧测力计的两端，则弹簧 的测力计的读数应该为______。 10 小球放置在一竖直放置的弹簧上，请作出小球静止时受到弹力的示意图。 二、综合练（能力提升） 11．下列关于力的说法中错误的是（ ）。 ．在弹性限度内，物体发生弹性形变时会产生弹力； B．力有大小、方向和作用点三要素，只有人才能产生力； ．力是物体对物体的作用； D．施力物体同时也是受力物体 12．如图所示，小物块受到水平向右的弹力作用，对于该弹力的说法，正确的是（ ）。 ．弹簧发生拉伸形变 B．弹簧发生压缩形变 ．该弹力是小物块形变引起的 D．该弹力的施力物体是墙壁 13．一个足球放在一块长木板上，如图所示，木板和足球均发生了弹性形变，关于它 们弹力的情况，以下说法错误的是（ ）。 ．足球产生的弹力作用在木板上； B．足球受到的支持力是木板产生的弹力； ．木板形变是由于木板产生弹力造成的； D．足球产生的弹力就是足球对木板的压力 14．使用弹簧利力计测量重力的过程中，有如下操作：①把待测物体挂在挂钩上；② 轻轻来回拉动几次挂钩；③观察弹簧测力计的量程，弄清分度值；④调整弹簧测力计指针 位置；⑤待指针稳定后读数；⑥估计待测物体重力。上述操作正确的是顺序是（ ）。 ．④⑥①②③⑤ B．⑥③②④①⑤ ．⑥③④②①⑤ D．⑥①③②④⑤ 15 请你把下面弹簧测力计的使用方法补全,并把正确的顺序填空下面的横线上: 。 ①观察弹簧测力计的 ,了解刻度值的大小。 ②测量时,要使弹簧测力计内弹簧的 与测力的方向一致,观察时,视线必须与刻度 盘 。 ③了解弹簧测力计的 ,使用时不能超过它。 ④校正 ,并将弹簧测力计按测量时所需的位置放好。 三、培优练（挑战自我） 16．小星和小华分别购买了两只不同品牌的乒乓球，为了比较两只乒乓球的弹性大小， 他们设计了几种方，你认为能够解决这个问题的最好方是（ ）。 ．把乒乓球从同一高度静止释放，比较落地后反弹的高度； B．把乒乓球沿不同方向抛向地面，比较落地后反弹的高度； ．把乒乓球从不同高度静止释放，比较落地后反弹的高度； D．用不同的力将乒乓球掷向地面，比较落地后反弹的高度 17 下表为小明同学做“研究弹簧的长度与拉力关系”的实验记录数据： 拉力F/ 0 05 10 15 20 25 30 40 弹簧长度L/m 2 3 4 6 7 8 8 下列结论错误的是 （ ）。 小明同学填写漏掉的数据为5； B 由数据可知，弹簧的原长L0是2m； 分析数据可以得出的结论是在弹性限度内，弹簧的长度与拉力成正比； D 这项研究在实际中的应用是制成了弹簧测力计 18．胡克定律 弹力的大小和形变的大小有关系，形变越大，弹力也越大，形变消失，弹力就随着消 失。对于拉伸（或压缩）形变来说，伸长（或缩短）的长度越大，产生的弹力就越大。把 一个物体挂在弹簧上，物体越重，把弹簧拉得越长，弹簧的拉力也越大。物体发生弯曲时 产生的形变叫做弯曲形变。对于弯曲形变来说，弯曲得越厉害，产生的弹力就越大。例如， 把弓拉得越满，箭就射得越远；把物体放在支持物上，物体越重，支持物弯曲得越厉害， 支持力就越大。 在金属丝的下面挂一个横杆，用力扭这个横杆，金属丝就发生形变，这种形变叫扭转 形变。放开手，发生扭转形变的金属丝产生的弹力会把横杆扭回来。金属丝扭转角度越大， 弹力就越大。 定量的研究各种形变中弹力和形变的关系比较复杂，我们经常遇到的是弹簧的拉伸 （或压缩）形变。实验表明：弹簧弹力的大小F 和弹簧伸长（或缩短）的长度x 成正比。 写成公式就是F＝kx，其中k 是比例常数，叫做弹簧的劲度系数，在数值上等于弹簧伸长 （或缩短）单位长度时的弹力。劲度系数跟弹簧的长度、材料、粗细等都有关系。弹簧丝 粗的硬弹簧比弹簧丝细的软弹簧劲度系数大。对于直杆和线的拉伸（或压缩）形变，也有 上述比例关系。这个规律是英国科学家胡克发现的，叫做胡克定律。 胡克定律有它的适用范围。物体形变过大，超出一定的限度，上述比例关系不再适用， 这时即使撤去外力，物体也不能完全恢复原状。这个限度叫做弹性限度。胡克定律在弹性 限度内适用。弹性限度内的形变叫做弹性形变。 (1)弹簧测力计的工作原理遵从______定律。当用弹簧测力计测物体重力时，弹簧的形 变主要是______（填“拉伸形变”“弯曲形变”或“扭转形变”）； (2)使用弹簧测力计时注意不能超过它的量程，是为了避免超过弹簧的______； (3)弹簧的______在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力，它与受力大小 ______（填“有关”或“无关”），它的单位是______。