高中物理 4.2 形变与弹力课件 鲁科版必修1.ppt

第2节形变与弹力 温故知新 1 弹簧 橡皮筋 直尺等受力会发生 不受力时又 物体的这种特性叫做弹性 答案 形变恢复到原来的形状2 弹簧测力计的原理 在弹性限度内 弹簧受到的拉力越大 弹簧的伸长也就 也就是说弹簧的伸长跟受到的拉力成 所以弹簧测力计的刻度是 答案 越大正比均匀的 精彩回眸 1 形变 1 形变 物体在力的作用下 或 的改变 2 弹性形变 物体形变后 的形变 3 任何物体受力都能发生形变 受力而不发生形变的物体是不存在的 不过有的形变比较明显 可以直接看见 有的形变极其微小 要用仪器才能显示出来 新知梳理 形状 体积 能够恢复原状 2 弹力 1 弹力 发生弹性形变的物体由于要 对与它接触的物体产生的作用力 2 弹力产生的条件 物体间 接触处 一般是指弹性形变 3 胡克定律 内容 在弹性限度内 弹性体 如弹簧 弹力的大小跟弹性体的伸长 或缩短 的长度成 恢复原状 相互接触 存在形变 正比 表达式 f 劲度系数 公式中的比例系数k 单位是 弹性限度 如果形变过大 超过一定的限度 撤去作用力后 物体就不能完全 这个 叫做弹性限度 弹力f与弹簧的伸长 或缩短 量x的关系如图4 2 1所示 图4 2 1 n m 恢复原来的形状 限度 kx 3 几种弹力 1 绳子的弹力由于绳子被拉长而对被拉物体产生的弹力 通常叫拉力 方向 沿绳指向绳 的方向 2 支撑面间的弹力 支持力 由于 发生形变 对被支撑的物体产生的弹力 方向 垂直于 指向 压力 由于 发生形变 对支撑物产生的弹力 方向 垂直于 指向 收缩 支撑物 接触面 被支撑物体 被支撑物 接触面 支撑物体 3 杆的弹力杆既可以对物体施加 也可以对物体施加 而且所施加的弹力的方向 一定沿杆的方向 4 弹簧的弹力 产生 弹簧伸长时 产生对物体的拉力 弹簧压缩时 产生对物体的压力 方向 拉力和压力均指向弹簧 的方向 拉力 压力 不 恢复原长 合作探究 弹力有无的判断 1 弹力产生的条件 1 两物体间直接接触 2 接触面发生弹性形变 说明 二者必须同时具备缺一不可 2 弹力是否存在的判断方法 1 根据弹力产生的条件判断 该方法适于对发生明显形变的物体的弹力的判断 如弹簧 橡皮条 海绵等 2 假设法 可假设该物体所接触的某接触面被撤去 看物体所处的状态是否发生变化 从而确定是否受该接触面的弹力 该方法较适合判断处于平衡状态的物体受到的弹力 例如 图4 2 2所示 一球放在光滑水平面ac上 并和光滑ab面接触 球静止 分析球所受的弹力 假设去掉ab面 球仍保持原来的静止状态 可判断出在球与ab面的接触处没有弹力 假设去掉ac 图4 2 2 面 球将向下运动 故在与ac面的接触处球受到弹力 其方向垂直于ac面向上 3 根据物体的运动状态判断 图4 2 3 在图4 2 3所示的情况中 若ac面和ab面对球都有弹力 这两个弹力方向分别垂直于ac和ab面 则球所受的力如图所示 由于ab面对球的弹力n2使球不能静止在原来位置 与球处于静止状态的实际情况不相符 故ab面对球的弹力n2不存在 特别提醒 判断弹力时 要看物体间是否接触及接触位置是否发生形变 在形变难以判断的情况下 可以采取 假设法 即假设去掉接触面 分析物体所处的状态是否改变 1 如图4 2 4所示 用细绳悬挂的小球与光滑斜面相接触 并保持静止 甲中细绳倾斜 乙中细绳呈竖直方向 判断图甲 乙中小球是否受到斜面的弹力作用 图4 2 4 解析 假设法 假设两图中的斜面不存在 则甲图中小球无法在原位置保持静止 乙图中小球仍静止 故甲图中小球受到斜面的弹力 乙图中小球不受斜面的弹力 状态法 如两图中斜面均对小球有弹力作用 则甲图中小球将仍能保持静止状态 乙图中小球则不能保持静止 所以乙图中小球不受斜面弹力作用 甲图中受到弹力作用 答案 见解析 弹力方向的判断 1 弹力的方向 弹力的方向总是与物体形变的趋向相反 1 压力的方向 垂直于支持面指向被压的物体 2 支持力的方向 垂直于支持面指向被支持的物体 3 绳对物体的拉力方向 沿着绳指向绳收缩的方向 2 弹力方向的判断方法 1 确定产生弹力的物体 2 找出使该物体发生形变的外力方向 3 确定物体产生的弹力方向 3 常见支持物体的弹力方向 总是垂直于支持面指向被支持的物体 常见有如下四种情况 1 平面 平面接触 弹力方向垂直于平面 2 点 平面接触 弹力方向垂直于平面 3 点 弧面接触 弹力方向垂直于切面 4 弧面 弧面接触 弹力方向垂直于切面 特别提醒 1 绳的弹力方向一定沿着绳 而杆既能产生拉力也能产生压力 其弹力方向不一定沿着杆的方向 2 弹簧既能伸长 也能缩短 即弹簧的弹力既能充当拉力 也能充当支持力 3 接触面是球面时 弹力方向一定沿过接触点和球心的直线 2 关于弹力的方向 以下说法正确的是 a 压力的方向总是垂直于接触面 并指向被压的物体b 支持力的方向总是垂直于支持面 并指向被支持的物体c 绳对物体拉力的方向总是沿着绳 并指向绳收缩的方向d 杆对物体的弹力总是沿着杆 并指向杆收缩的方向 解析 压力和支持力都是弹力 其方向总是垂直于接触面 并指向被压或被支持的物体 故a b正确 绳的弹力方向总是沿着绳 并指向绳收缩的方向 故c正确 杆对物体的弹力不一定沿着杆收缩的方向 故d错误 答案 abc 弹簧的弹力与形变量的关系 胡克定律 1 应用胡克定律时应注意以下几点 2 弹力与弹簧伸长量的关系图象表示 如图4 2 5 图4 2 5 3 在探究弹力和弹簧伸长量关系的实验中 用图象法处理数据时 某同学误把弹簧的总长度作为横坐标 然后描点作图 其他步骤都正确 则作出的图象应是下图中的哪一个 解析 弹簧的弹力f 劲度系数k 总长度x 原长x0之间的关系为f kx kx0 由此一次函数关系式可知c图正确 答案 c 典例精析 对弹力的理解 典例1 如图4 2 6所示 ao是具有一定质量的均匀细杆 可绕o轴在竖直平面内自由转动 细杆上的p点与放在水平桌面上的圆柱体接触 圆柱体靠在竖直的挡板上且保持静止 其中q r为圆柱体与竖直挡板和水平桌面的接触点 试画出圆柱体所受弹力的示意图 图4 2 6 思路分析 解答本题的关键是掌握判断弹力是否存在的方法和弹力方向的判定方法 解析 首先判断圆柱体是否受到弹力的作用 可用假设法来判定 圆柱体与竖直挡板接触 若将竖直挡板去掉 圆柱体将向左运动 则竖直挡板对圆柱体有弹力作用 若将水平桌面去掉 圆柱体将向下运动 所以水平桌面对圆柱体有支持力作用 若将圆柱体去掉 细杆ao将会向左转动 说明圆柱体对细杆有支持力作用 根据力的相互性 细杆对圆柱体有弹力作用 然后再确定各个弹力的方向 根据物体间的接触方式 可画出圆柱体所受弹力如图答案图所示 答案 如下图所示 反思领悟 弹力是接触力 只有相互接触的物体间才可能存在弹力作用 在某些接触点处有无弹力难以确定时都可以用假设法来判断 弹力的方向是从施力物体指向受力物体 与施力物体的形变方向相反 如图4 2 7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 图4 2 7 解析 假设绳1对球有作用力 该作用力的方向斜向左上方 另外 球在竖直方向上受重力和绳2的拉力 在这三个力的作用下球不可能保持平衡而静止 所以绳1不可能对球施加拉力 答案 b 胡克定律及其应用 典例2 一根弹簧在弹性限度内 对其施加30n的拉力时其长度为20cm 对其施加30n的压力时 其长度为14cm 则该弹簧的自然长度是多少 其劲度系数是多少 思路分析 应用胡克定律进行计算 首先要明确弹簧的形变量 解析 设弹簧的自然长度为l0 拉长时l1 0 2m 压缩时l2 0 14m 设弹簧劲度系数为k 则由胡克定律f kx得 f k l1 l0 f k l0 l2 由以上两式可解得l0 0 17m k 1000n m 答案 0 17m1000n m反思领悟 弹簧的弹力遵循胡克定律 在弹簧处于伸长状态或压缩状态时均有弹力作用 所以分析弹簧的弹力时 应注意区别这两种状态下弹簧的长度 弹簧的原长 弹簧的形变量等物理量 如图4 2 8所示 弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计 物重g 1n 则弹簧测力计a和b的示数分别为 图4 2 8 a 1n 0b 0 1nc 2n 1nd 1n 1n答案 d 弹力的应用 1 弹簧能够储存能量拉伸或压缩弹簧 必须克服弹簧的弹力做功 所做的功以弹性势能的形式储存在弹簧中 因此弹簧具有储存能量的能力 2 弹簧具有弹性 可以缓冲减震 例如汽车 火车 自行车上都安装有弹簧用来减震 3 弹簧具有自动复位的作用 如自动圆珠笔 安全阀等 创新拓展 典例3 某缓冲装置可抽象成如图4 2 9所示的简单模型 图中k1 k2为原长相等 劲度系数不同的轻质弹簧 下列表述正确的是 a 缓冲效果与弹簧的劲度系数无关b 垫片向右移动时 两弹簧产生的弹力大小相等c 垫片向右移动时 两弹簧的长度保