2016-2017高中物理 第三章 相互作用弹力课件 新人教版必修1

第 2课时 弹 力 研究学考 明确要求 知 识 内容 弹 力 考 试 要求 必考 加 试 c c 基本 要求 1.知道形 变 和 弹 性形 变 ，能 识别 常 见 的形 变 ，知道常 见 的 弹 力种 类 。 2.知道 弹 力 产 生的条件，会判断 弹 力的有无及 弹 力的方向。 3.知道胡克定律的表达式，了解 劲 度系数的 单 位、符号，能运用胡克 定律 进 行有关 计 算。 4.知道胡克定律的 图 象表示，掌握利用 图 象 计 算 劲 度系数的方法。 5.知道 “ 探究 弹 簧 弹 力大小与伸 长 量的关系 ” 的 实验 原理和方法。 发 展 要求 1.会用 简单 器材 显 示微小形 变 ，体会放大法的 实验 思想。 2.理解 劲 度系数的物理意 义 。 说 明 多个 弹 簧的串、并 联问题 不作要求。 知 识 点一 弹 性形 变 和 弹 力 基 础 梳 理 1.弹 性形 变 和 弹 力 (1)形 变 ：物体在力的作用下 _或 _的改 变 。 弹 性形 变 :物体在形 变 后 ,撤去作用力 时 能 够 _的形 变 。 非 弹 性形 变 ：外力撤去后不能完全恢复原状的形 变 。 (2)弹 性限度：当形 变 超 过 一定的限度，撤去作用力后物体 _(填 “ 能 ” 或 “ 不能 ” )完全恢复原来的形状， 这 个限度 叫做 弹 性限度。 (3)弹 力： 发 生 _形 变 的物体，由于要恢复原状， 对 与它 接触的物体 产 生的力。 形状 体 积 恢复原状 不能 弹 性 2.弹 力 产 生的条件： (1)两物体 _； (2)发 生 _形 变 。 思考 (1)一 铁块 放在海 绵 上， 铁块 和海 绵 都 发 生了形 变 ， 从而在它 们 之 间产 生了 弹 力，如 图 1所示。海 绵对铁块 的支 持力是如何 产 生的？方向怎 样 ？ 铁块对 海 绵 的 压 力是怎 样产 生的？方向怎 样 ？ 相互接触 弹 性 图 1 (2)如 图 2所示，用橡皮 绳 斜向右上拉放在水平面上的物 块 。橡皮 绳对 物 块 的拉力是怎 样产 生的？方向怎 样 ？ 图 2 答案 (1)海 绵对铁块 的支持力：海 绵发 生 弹 性形 变 ， 对 与它接 触的 铁块产 生力的作用，方向垂直于接触面向上 (如 图 甲 )。 铁块对 海 绵 的 压 力： 发 生形 变 的 铁块 要恢复原状， 对 与它接触 的海 绵产 生的作用，方向垂直接触面向下 (如 图 乙 ) (2)由于橡皮 绳发 生形 变 ， 对 与它接触的物 块产 生力的作用，方 向沿 绳 指向 绳 收 缩 的方向 (沿 绳 斜向右上 )。 即 学 即 练 1.下列关于 弹 力的 说 法中正确的是 ( ) A.相互接触的两个物体 间 必然有 弹 力存在 B.不接触的物体 间 也可能存在 弹 力 C.只要物体 发 生形 变 就一定有 弹 力 D.在相互接触且 发 生 弹 性形 变 的物体 间 才 产 生 弹 力 解析 弹力产生的条件是两物体相互接触且发生弹性形变。所 以 D正确， A、 B、 C错误。 答案 D 2.一玩具汽 车 停在模型 桥 面上，如 图 3所示，下列 说 法正确的是 ( ) 图 3 A.桥 面受到向下的 弹 力，是因 为桥 面 发 生了 弹 性形 变 B.汽 车 没有 发 生形 变 ，所以汽 车 不受 弹 力 C.汽 车 受到向上的 弹 力，是因 为桥 面 发 生了 弹 性形 变 D.汽 车 受到向上的 弹 力，是因 为 汽 车发 生了 弹 性形 变 解析 由于车 (轮胎 )发生了弹性形变，对桥面有向下的弹力，选 项 A错误；汽车与桥面相互挤压，都发生了形变，选项 B错误；由 于桥面发生了弹性形变，对汽车有向上的弹力，选项 C正确， D错 误。 答案 C 技巧点 拨 弹 力的 产 生是因 为 施力物体 发 生了 弹 性形 变 ， 对 受力物体 产 生与施力物体形 变 方向相反的作用力，解 题时 要注意 弄清是 谁对谁 的 弹 力，并注意区分是施力物体 还 是受力物体 发 生了 弹 性形 变 。 知 识 点二 几种 弹 力及方向 基 础 梳 理 1.压 力、支持力的方向： 总 是 _于接触面，若接触面是曲面 ， 则 垂直于接触面的 _；若接触面是球面， 弹 力方向延 长 线 或反向延 长线过 _。 2.绳 的拉力方向： 总 是 _并指向 绳 _的方向。 3.几种常 见 的 弹 力 发 生 弹 性形 变 的物体，由于恢复原状 产 生 弹 力， 弹 力的方向 由施力物体的形 变 的方向决定， 弹 力的方向 总 与施力物体形 变 的方向相反。 垂直 切 线 球心 沿着 绳 收 缩 类 型 方向 图 示 接触 方式 面与面 垂直于公共接触面 指向被支持物体 点与面 过 点垂直于面 点与点 垂直于切面 轻绳 沿 绳 并指向 绳 收 缩的方向 轻 杆 可沿杆 可不沿杆 轻弹 簧 沿 弹 簧形 变 的反方向 思考 如何判断 弹 力的有无？ 答案 直接法 对 于形 变 比 较 明 显 的情况，可以根据 弹 力 产 生的条件判断： 物体 间 相互接触和 发 生 弹 性形 变 。 假 设 法 假 设 将与研究 对 象接触的物体撤去，判断研究 对 象的运 动 状 态 是否 发 生改 变 ，若运 动 状 态 不 变 ， 则 此 处 不存在 弹 力，若运 动 状 态 改 变 ， 则 此 处 一定存在 弹 力。 状 态 法 因 为 物体的受力必 须 与物体的运 动 状 态 相吻合，所以可以依据物 体的运 动 状 态 由相 应 的 规 律 (如二力平衡等 )来判断物体 间 的 弹 力 。 典 例 精 析 【例 1】 在 图 中， A、 B均 处 于静止状 态 ， 则 A、 B之 间 一定有 弹 力的是 ( ) 解析 假设将与研究对象接触的物体逐一移走，如果研究对象的 运动状态发生变化，则表示它们之间有弹力；如果运动状态无变 化，则表示它们之间无弹力。四个选项中当 B选项中的 B物体移 走后， A物体一定会摆动，所以 B选项中 A、 B间一定有弹力。 答案 B 易 错 警示 判断 弹 力有无的两大 误 区 (1)误认为 只要有接触一定存在 弹 力作用，而忽略了 弹 力 产 生的 另一个条件 发 生 弹 性形 变 。 (2)误认为 有形 变 一定有 弹 力，忽略了 弹 性形 变 与范性形 变 (撤去 外力后不能恢复原状的形 变 )的区 别 。 【例 2】 在半球形光滑碗内，斜 搁 一根筷子，如 图 4所示，筷子 与碗的接触点分 别为 A、 B， 则 碗 对 筷子 A、 B两点 处 的作用 力方向分 别为 ( ) 图 4 A.均 竖 直向上 B.均指向球心 O C.A点 处 指向球心 O， B点 处竖 直向上 D.A点 处 指向球心 O， B点 处 垂直于筷子斜向上 解析 碗对筷子 A、 B两点处的作用力属于弹力，而接触处的弹 力总是垂直于接触面，因而寻找接触面便成为确定弹力方向的 关键。 在 A点处，当筷子滑动时，筷子与碗的接触点在碗的内表面 (半 球面 )上滑动，所以在 A点处的接触面是球面在该点的切面，此 处的弹力与切面垂直，即指向球心 O。在 B点处，当筷子滑动时 ，筷子与碗的接触点在筷子的下表面上滑动，所以在 B点处的接 触面与筷子平行，此处的弹力垂直于筷子斜向上。故正确答案 为 D。 答案 D 技巧点 拨 判断 弹 力方向的方法 方法 1：先明确两物体之 间弹 力的作用 类 型，再根据各种 类 型的 特点来判断 弹 力的方向。 方法 2：根据物体的运 动 情况，利用平衡条件判断。 即 学 即 练 3.画出 图 5甲、乙、丙中小球 A和丁中杆所受的 弹 力方向。 图 5 答案 知 识 点三 胡克定律 基 础 梳 理 1.内容： 在 _内， 弹 簧 弹 力的大小 F跟 弹 簧伸 长 (或 缩 短 )的 长 度 x成 _。 2.公式： F _。 3.说 明 (1)应 用条件： 弹 簧 发 生形 变时 必 须 在 _内。 (2)x是 弹 簧的形 变 量，而不是 弹 簧形 变 后的 长 度。 (3)k为弹 簧的 劲 度系数，反映 弹 簧本身的属性，由 弹 簧自身 的 长 度、粗 细 、材料等因素决定，与 弹 力 F的大小和伸 长 量 x 无关。 弹 性限度 正比 kx 弹 性限度 (4)F x图 象是一条 过 原点的 倾 斜直 线 (如 图 6所示 )，直 线 的斜率 表示 弹 簧的 _。劲 度系数 k 图 6 (5)弹 簧 弹 力的 变 化量 F与形 变 量的 变 化量 x也成正比，即 F kx。 4.探究 弹 力和 弹 簧伸 长 量的关系 (1)实验 目的 探究 弹 力与 弹 簧伸 长 量之 间 的关系 。 学会利用列表法、 图 象法、函数法 处 理 实验 数据。 (2)实验 原理 图 7 如 图 7所示，在 弹 簧下端 悬 挂 钩码时弹 簧会伸 长 ，平衡 时弹 簧 产 生的 弹 力与所挂 钩码 的重力大小相等。 弹 簧的原 长 l0与挂上 钩 码 后 弹 簧的 长 度 l可以用刻度尺 测 出，其伸 长 量 x可以用 弹 簧的 长 度减去原 长 来求得，即 x l l0。 (3)实验 步 骤 将 弹 簧放在水平光滑桌面上， 让 其自然伸 长 ，用刻度尺 测 出 弹 簧自然伸 长时 的 长 度，即原 长 l0。 图 8 如 图 8所示，在 弹 簧下端挂上 质 量 为 m1的 钩码 ，量出此 时弹 簧的 长 度 l1， 记录 m1和 l1求出 弹 簧的伸 长 量 x1，并填入自己 设计 的表格中。 改 变 所挂 钩码 的 质 量，量出 对应 的 弹 簧 长 度， 记录 m2、 m3 、 m4、 m5和相 应 的 弹 簧 长 度 l2、 l3、 l4、 l5，并求出每次 弹 簧的 伸 长 量 x2、 x3、 x4、 x5，填入表格中。 钩码质 量 长 度 伸 长 量 x 弹 力 F 0 l0 m1 l1 x1 F1 m2 l2 x2 F2 m3 l3 x3 F3 (4)数据 处 理 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 ，描点后 连 接各点，得出 弹 力 F随 弹 簧伸 长 量 x变 化 的 图线 。 以 弹 簧的伸 长 量 为 自 变 量，写出曲 线 所代表的函数。首先 尝 试 一次函数，如果不行 则 考 虑 二次函数。 得出 弹 力和 弹 簧伸 长 量之 间 的定量关系，解 释 函数表达式中 常数的物理意 义 。 典 例 精 析 【例 3】 探究 弹 力和 弹 簧伸 长 的关系 时 ，在 弹 性限度内， 悬 挂 15 N重物 时 ， 弹 簧 长 度 为 0.16 m， 悬 挂 20 N重物 时 ， 弹 簧 长 度 为 0.18 m， 则弹 簧的原 长 L0和 劲 度系数 k分 别为 ( ) A.L0 0.02 m， k 500 N/m B.L0 0.10 m， k 500 N/m C.L0 0.02 m， k 250 N/m D.L0 0.10 m， k 250 N/m 答案 D 【例 4】 在 “ 探究 弹 力和 弹 簧伸 长 量的关系 ” 实验 中： (1)以下 说 法正确的是 ( ) A.弹 簧被拉伸 时 ，可以超出它的 弹 性限度 B.用 悬 挂 钩码 的方法 给弹 簧施加拉力， 应 保 证弹 簧位于 竖 直 位置且 处 于平衡状 态 C.用直尺 测 得 弹 簧的 长 度即 为弹 簧的伸 长 量 D.用几个不同的 弹 簧，分 别测 出几 组 拉力与伸 长 量，得出拉 力与伸 长 量之比相等 (2)某同学由 实验测 得某 弹 簧的 弹 力 F与 长 度 L的关系如 图 9所示 ， 则弹 簧的原 长 L0 cm， 劲 度系数 k N/m。 图 9 答案 (1)B (2)10 50 技巧点 拨 分析 弹 簧的 F L图 象的思路 (1)找截距 图 象在横 轴 的截距表示 弹 簧的原 长 。 (2)求斜率 图 象的斜率表示 弹 簧的 劲 度系数。 (3)列方程 恰当 选 取 图 象上的点列方程或方程 组 ，同 时 注意 坐 标轴对应 物理量的 单 位。 即 学 即 练 4.一个