高中物理 3.2 弹力课件 新人教版必修1.ppt

2弹力 1 力的作用效果 1 使物体的 发生变化 2 使物体 2 力的三要素 方向和 运动状态 发生形变 大小 作用点 3 二力平衡的条件二力作用在同一物体 且在同一条直线上 大小 方向 4 关系两个物理量x y之间的关系式如果可表示成y kx的函数 我们就说y跟x成 相等 相反 正比 一 弹性形变和弹力1 形变 1 定义 物体在力的作用下 或 发生的改变 2 弹性形变 撤去作用力后能够 的形变 3 弹性限度 当形变超过一定限度时 撤去作用力后 物体 a 能b 不能 完全恢复原来的形状 这个限度叫弹性限度 形状 体积 恢复原状 b 2 弹力 1 定义 发生 的物体 由于要 对与它接触的物体会产生力的作用 2 产生条件 两物体 发生 形变 恢复原状 接触 弹性形变 二 几种弹力及方向 垂直 收缩 三 胡克定律1 胡克定律弹簧发生弹性形变时 弹力的大小f跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成 即f 2 劲度系数公式中的k称为弹簧的劲度系数 单位是 单位的符号是 它的大小反映弹簧的 正比 kx 牛顿每米 n m 软硬程度 思考辨析 1 判断正误 1 所有形变在撤去外力后都能够恢复原来的形状 2 两个接触的物体间一定存在弹力 3 若两物体间存在弹力 则它们一定接触 4 支持力的方向垂直于物体的接触面 5 弹簧的弹力总是与其形变量成正比 提示 1 弹性形变在撤去外力后能够恢复原来的形状 非弹性形变不能完全恢复原来的形状 2 由弹力的产生条件可知 物体接触且发生形变才能产生弹力 若两物体接触 而没发生弹性形变 则物体间没有弹力 3 由弹力产生条件可知 若物体间存在弹力 则它们一定接触 4 支持力的方向总是与物体的接触面垂直 5 在弹性限度内 弹簧的弹力与其形变量成正比 超过了弹性限度就不成正比了 2 问题思考 1 小朋友在蹦床上玩耍 若站在蹦床上不动是否受弹力作用 若跳起离开蹦床是否受弹力作用 提示 站在蹦床上不动时 蹦床发生了形变 对小朋友有向上的弹力作用 跳离蹦床后 与蹦床不接触 没有弹力作用 2 对于同一只弹簧 被拉得越长 弹簧的弹力就越大 那么弹簧的弹力大小是否与其长度成正比呢 提示 根据胡克定律 弹簧弹力大小与弹簧长度变化量的关系为f kx 由此可推出弹簧伸长时弹簧长度l与弹力大小的关系为f k l l0 其中l0为弹簧原长 因此弹簧伸长时 弹力大小与 l l0 成正比 而不是与弹簧长度l成正比 一弹力有无的判断方法1 弹力产生的过程 2 弹力有无的判断方法 1 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来判断 物体间相互接触 发生弹性形变 两个条件必须同时满足才有弹力产生 2 特殊方法 特别提醒 1 相互挤压或拉伸时 两个物体都发生形变 但某弹力产生的直接原因是施力物体发生了弹性形变 2 直接法是判断弹力有无的最常用方法 若直接法不能确定有无弹力 再采用特殊法 典例1 2013 宜昌高一检测 图中小球均处于静止状态 a b板都和小球接触 a图中b板在竖直位置 其他b c d图中b板均在水平位置 则小球同时受到a b板对它的弹力作用的是 解题探究 1 弹力产生的条件 物体间 发生 2 判断弹力有无的特殊法 法 运动状态判断法 法 标准解答 选a 假设将与小球接触的两板分别撤去 根据小球的状态是否受影响可知 b c d图中 a板对小球没有弹力作用 a图中的两板和b c d图中的b板对小球有弹力作用 故选项a正确 相互接触 弹性形变 作用效果 假设 总结提升 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 而忽视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 忽视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 变式训练 图中物体a b均处于静止状态 a b间一定有弹力的是 解析 选b 在图a c d中 若将物体b拿走 物体a仍能保持原来的静止状态 表明物体a b间无弹力作用 而对于b图中的情况 若将物体b拿走 物体a会向右运动 故物体a b间存在弹力 所以应选b 二弹力方向的确定1 弹力方向的特点发生弹性形变的物体 由于要恢复原状产生弹力 所以弹力的方向由施力物体的形变的方向决定 弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反 2 几种常见弹力的方向 特别提醒 1 压力 支持力的方向都垂直于接触面 确定它们方向的关键是找准它们的接触面或接触点的切面 2 轻杆的弹力方向具有不确定性 一般要根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向 典例2 画出图中静止物体a所受弹力的示意图 解题探究 1 根据 确定a物体所受弹力的个数 2 确定各弹力的方向 支持力 压力的方向与 弹力产生的条件 接触面垂直 标准解答 支持力 压力的方向都要与接触面垂直并指向被支持或被压的物体 a物体所受弹力的示意图如图所示 答案 见标准解答 变式训练 三个相同的支座上分别放着三个质量和直径均相同的光滑圆球a b c 支点p q在同一水平面上 a的重心位于球心 b c的重心分别位于球心的正上方和正下方 如图 三球皆静止 试分析三种情况下支点p q对球的弹力方向是怎样的 解析 三种情况都是点与点接触 圆球所受弹力的方向都是垂直于圆球的切面指向球心 即沿半径指向球心 如图所示 弹力的方向与重心的位置无关 答案 见解析 三弹力大小的计算1 对胡克定律的理解 1 弹簧发生形变时必须在弹性限度内 2 x是弹簧的形变量 不是弹簧形变后的实际长度 3 f x图像为一条经过原点的倾斜直线 图像斜率表示弹簧的劲度系数 对于同一根弹簧来说 劲度系数是不变的 4 由于f1 kx1 f2 kx2 故 f f2 f1 kx2 kx1 k x 因此 弹簧弹力的变化量 f与形变量的变化量也成正比关系 2 弹力大小的计算 1 公式法 利用公式f kx计算 适用于弹簧这样的弹性体弹力的计算 2 平衡法 如果悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态 求解细绳的拉力时 可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小 目前主要分析二力平衡的情况 特别提醒 1 无论是应用胡克定律计算弹簧弹力大小还是判断弹簧弹力方向 都要注意弹簧是被拉伸 还是被压缩 2 物体不处于平衡状态时 物体所受的拉力或支持力不等于物体所受的重力 典例3 2010 新课标全国卷 一根轻质弹簧一端固定 用大小为f1的力压弹簧的另一端 平衡时长度为l1 改用大小为f2的力拉弹簧 平衡时长度为l2 弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内 该弹簧的劲度系数为 a b c d 解题探究 1 弹簧拉伸时 形变量x 2 弹簧压缩时 形变量x 3 胡克定律的表达式可以写成 f kx 标准解答 选c 根据胡克定律有 f1 k l0 l1 f2 k l2 l0 由两式可解得 k 故c正确 弹簧长度l 弹簧原长 l0 弹簧原长l0 弹簧长度l k l l0 互动探究 此弹簧分别受到f3的拉力和压力时各为多长 弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内 解析 由例题中式子可得 设弹簧受f3的拉力时长度为l3 受f3的压力时长度为l3 根据胡克定律 f3 k l3 l0 f3 k l0 l3 可得 l3 l3 答案 变式备选 锻炼身体用的拉力器 并列装有四根相同的弹簧 每根弹簧的自然长度都是40cm 某人用600n的力把它们拉长至1 6m 则 a 人的每只手受到拉力器的拉力为300nb 每根弹簧产生的弹力为150nc 每根弹簧的劲度系数为93 75n md 每根弹簧的劲度系数为500n m 解析 选b 人的每只手受到拉力器的拉力为600n a错误 由于人用600n的力拉并列装有四根相同弹簧的拉力器 故每根弹簧产生的弹力f为150n b正确 又由于每根弹簧的伸长量为x 1 6m 0 4m 1 2m 根据胡克定律f kx 得k 125n m 故c d错误 典例 如图所示 物体a和b的重力分别为10n和3n 不计弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦 则弹簧测力计的示数为 a 3nb 7nc 10nd 13n 标准解答 选a b物体对弹簧测力计的拉力为3n 由二力平衡知a对弹簧测力计的拉力也为3n 故弹簧测力计的示数为3n a正确 有关弹簧f x图像问题的注意事项图像可以描述物理规律 反映物理过程 分析关于弹簧的f x图像问题时 要注意以下几点 1 理解公式f kx中的x指的是弹簧的形变量 不是总长度 2 注意图像中的x表示的是伸长量还是压缩量 3 注意图像中物理量的单位是国际单位还是常用单位 4 f x图像的斜率等于弹簧的劲度系数 f l图像 l为弹簧长度 斜率也等于弹簧的劲度系数 与横轴的截距等于弹簧的原长 案例展示 2013 沈阳高一检测 由实验测得某弹簧的长度l和弹力f的关系如图所示 求 1 该弹簧的原长为多少 2 该弹簧的劲度系数为多少 标准解答 解法一 1 弹簧不产生弹力时的长度等于原长 由图可知该弹簧的原长为l0 15cm 2 据f kx得劲度系数 k 由图线可知 该弹簧伸长 l 25cm 15cm 10cm时 弹力 f 50n 所以 k 500n m 解法二 根据胡克定律得f k l l0 代入图像中的两点 0 25 50 和 0 05 50 可得50 k 0 25 l0 50 k 0 05 l0 解得l0 0 15m k 500n m 答案 1 15cm 2 500n m 名师点评 弹簧f x图像问题求解三法 1 利用图像在横轴上的截距 求弹簧的原长 2 利用图像的斜率 求弹簧的劲度系数 3 利用图像上的点 数据 列方程 或方程组 求解弹簧的原长或劲度系数 1 基础理论辨析题 下列说法正确的是 a 物体受到外力作用后发生的形状改变叫弹性形变b 存在弹力的甲 乙两物体一定直接接触且都发生了形变c 物体对桌面的压力就是重力d 绳对物体拉力的方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向e 由胡克定律f kx知 f越大 k越大f 劲度系数是弹簧本身的特性 与所受拉力的大小 形变大小都无关 解析 选b d f 撤去作用力后能够恢复原状的形变叫弹性形变 a错误 根据弹力产生的条件 b正确 物体对桌面的压力的施力物体是桌面上的物体 受力物体是桌面 与重力的施力物体和受力物体均不同 c错误 根据绳子拉力方向的特点 d正确 弹簧的劲度系数由弹簧本身决定 与所受拉力及形变大小无关 e错 f对 2 一个物体放在水平地面上 下列关于物体和地面受力情况的叙述中 因果关系正确的是 a 地面受到向下的弹力是因为地面发生了形变b 地面受到向下的弹力是因为物体发生了形变c 物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变d 物体受到向上的弹力是因为物体发生了形变 解析 选b c 弹力产生的直接原因是施力物体的形变 地面受到的向下的弹力的施力物体是地面上的物体 a错 b对 物体受到的向上的弹力的施力物体是地面 c对 d错 3 2013 天水高一检测 如图所示 斜面静置于水平粗糙地面上 斜面与竖直墙之间放置一表面光滑的铁球 斜面倾角为 球的半径为r 球与斜面接触点为a 与竖直墙的接触点为b 球心是o 球能处于静止状态 则 a 竖直墙对铁球的弹力过b点从b点指向o点b 斜面对铁球的弹力竖直向上c 斜面对铁球的弹力过a点从a点指向o点d 竖直墙对铁球没有弹力 解析 选a c 竖直墙对铁球的弹力垂直于墙面 即过b点从b点指向o点 斜面对铁球的弹力垂直于斜面 即过a点从a点指向o点 选项a c正确 4 2013 宁波高一检测 如图所示 一小球用两根轻绳挂于天花板上 球静止 绳1倾斜 绳2恰好竖直 则小球所受的作用力有 a 1个b 2个c 3个d 4个 解析 选b 假设绳1对球有作用力 该作用力的方向斜向左上方