高中物理 3.2 形变与弹力（精讲优练课型）课件 鲁科版必修1.ppt

第2节形变与弹力 一 形变1 定义 物体发生的 等变化称为形变 2 弹性体 撤去外力后能恢复 的物体 3 形变的分类 1 弹性形变 发生的形变 2 范性形变 物体发生形变后 原来的形状的形变 伸长 缩短 弯曲 原来形状 弹性体 不能恢复 4 弹性限度 当弹性体形变达到某一值时 即使撤去外力 物体也不能再 这个值叫弹性限度 恢复原状 判一判 1 任何物体都可以发生形变 但并不是所有的形变都是弹性形变 2 物体在外力停止作用后的形变叫弹性形变 3 细钢丝被绕制成弹簧是弹性形变 提示 1 任何物体都可以发生形变 撤去外力后能恢复原来形状的形变才是弹性形变 2 弹性形变是撤去外力后能恢复原来形状的形变 并不是在外力停止作用后的形变 3 若细钢丝被绕制成弹簧 撤去外力后能恢复原来形状就是弹性形变 若不能就不是弹性形变 二 弹力1 概念 物体发生弹性形变时 由于要 会对与它接触的物体产生力的作用 2 方向 弹力的方向总是与物体形变的趋向 以使物体恢复原状 恢复原状 相反 3 胡克定律 1 内容 在弹性限度内 弹性体 如弹簧 弹力的大小与弹性体伸长 或缩短 的长度成 a 正比b 反比 2 公式 3 适用条件 在弹性体的 内 a 弹性限度 压缩量 4 应用 1 拉伸或压缩的弹簧可以储存 2 弹簧具有弹性 可以 弹性势能 缓冲减震 自动复位 判一判 1 物体间只要接触就一定能产生弹力 2 物体只要发生形变就一定产生弹力 3 弹簧的弹力总是与其形变量成正比 提示 1 物体间若要产生弹力必须同时具备两个条件 接触且发生弹性形变 2 发生的形变不一定是弹性形变 不一定产生弹力 3 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 一 弹性形变和弹力产生思考探究 探究弹力产生的条件 1 如图甲所示 物体a b并排静止在光滑水平面上 a b之间有弹力吗 2 如图乙所示 光滑物体a b叠放在光滑水平面上 处于静止状态 a b之间有弹力吗 提示 1 若移走物体a 物体b仍然静止 说明虽然a b接触但相互之间没有弹力的作用 2 如果将物体a快速撤出 物体b会立即下落 这说明a阻止了b的下落 说明a b之间有弹力的作用 归纳总结 1 产生弹力必备的两个条件 1 两物体相互接触 2 发生弹性形变 2 判断弹力有无的三种方法 判断两物体间弹力有无时 除根据产生弹力的条件判断外 还有三种方法 1 假设法 判断思路 假设在接触位置将与物体接触的另一物体去掉 看物体能否保持原来的状态 结论推断 a 若物体能保持原来的状态 则物体间无弹力作用 b 若物体不能保持原来的状态 则物体间有弹力作用 2 运动状态判断法 判断思路 看除要研究的弹力外 物体所受的其他力与其运动状态是否满足相应的规律 目前是二力平衡的规律 结论推断 a 若满足相应的规律 则两物体间不存在弹力作用 b 若不满足相应的规律 则两物体间存在弹力 3 作用效果法 如果相互接触的物体间存在弹力 则必有相应的作用效果 或平衡其他作用力 或改变受力物体运动状态 典例示范 判断图甲 乙 丙中小球是否受到弹力作用 若受到弹力 请指出其施力物体 接触面光滑 解题探究 1 假设弹力不存在 看是否能 原来的状态 2 假设弹力存在 看是否 原来的状态 保持 改变 正确解答 用消除法来判断小球是否受斜面的弹力 若将三个图中的斜面去掉 则甲图中小球无法在原位置静止 乙和丙两图中小球仍静止 甲图中小球受到斜面的弹力 施力物体是斜面 同时受细绳的弹力 施力物体是细绳 乙图中小球只受到细绳的弹力 不受斜面的弹力 丙图中小球只受水平面的弹力 不受斜面的弹力 答案 甲图中小球受到绳的拉力和斜面的支持力 乙图中小球受到绳的拉力 丙图中小球受到水平面的支持力 误区警示 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 过关训练 1 2015 漳浦高一检测 一个正方形木块放在光滑的水平桌面上 下列说法正确的是 a 木块受到的弹力是由于木块底部形变造成的b 木块受到的弹力是由于桌面形变造成的c 木块对桌面的压力就是木块受到的重力d 木块受到桌面对它向上的力有弹力和支持力两个力作用 解析 选b 木块受到的弹力是由于桌面发生形变造成的 则a错误 b正确 木块对桌面的压力与木块受到的重力大小相等 施力物体不同 则c错误 木块受到桌面对它向上的弹力也就是支持力的作用 则d错误 2 匀速前进的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球 如图所示 小球下方与一光滑斜面接触 关于小球的受力 说法正确的是 a 重力和细线对它的拉力b 重力 细线对它的拉力和斜面对它的支持力c 重力和斜面对它的支持力d 细线对它的拉力和斜面对它的支持力 解析 选a 假设斜面对小球有支持力作用 拉小球的细线应与竖直方向有一定夹角 不会呈竖直状态 故小球不受支持力 即小球只受重力和细线的拉力作用 a项正确 3 如图所示的形变中 哪些发生的是弹性形变 哪些发生的是范性形变 解析 甲中拉长的弹簧 乙中压缩的弹簧 丙中弯曲的跳板发生的是弹性形变 丁中压缩的橡皮泥发生的是范性形变 答案 见解析 补偿训练 1 如图所示 a b两物体并排放在光滑的水平面上 c物体叠放在a b上 d物体是一光滑小球 悬挂在竖直线下端 且与斜面接触 若所有的接触面均光滑且各物体都处于静止状态 下列说法中正确的是 a b对a有弹力 且弹力方向水平向左b d与斜面接触时 斜面未发生形变c b对地面的压力大小等于b的重力d a b物体对c在竖直方向上没有弹力 解析 选b a b间无弹力 若有弹力 a b两物体会左右分开 选项a错误 d与斜面间无弹力 若斜面对d有弹力 则d不能在悬绳竖直的情况下静止 因此 斜面未发生形变 选项b正确 对于物体b 受到向下重力 c对b的压力及地面对b的支持力作用 地面对b的支持力等于b的重力和c对b的压力的合力 地面对b的支持力与b对地面的压力大小相等 方向相反 选项c错误 a b对c的竖直向上的支持力与c的重力大小相等 方向相反 选项d错误 2 下列各图中 所有接触面都是光滑的 所有p q两球都处于静止状态 p q两球之间不存在弹力的是 解析 选d 在题图a b c中 若将球q拿走 球p均不能保持原来的静止状态 表明p q间存在弹力 而对于d图的情况 若将球q拿走 球p仍能保持静止 说明p q间不存在弹力 故d正确 二 弹力方向的确定思考探究 把装有水的瓶子放在一海绵上 如图所示 1 瓶子受到海绵的弹力 是哪个物体发生形变而产生的 方向如何 2 海绵受到瓶子的弹力 是哪个物体发生形变而产生的 方向如何 提示 1 瓶子受到海绵的弹力是海绵发生形变而产生的 方向竖直向上 2 海绵受到瓶子的弹力是瓶子发生形变而产生的 方向竖直向下 归纳总结 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 几种常见弹力方向的对比 典例示范 请在图中画出物体p受到的各接触点或面对它的弹力的示意图 其中甲 乙中的物体p处于静止状态 丙中物体p在水平面上匀速滚动 解题探究 1 图乙中物体p所受的两个弹力是否都指向圆心o 提示 图乙中物体p所受的两个弹力都属于点面接触 方向都指向圆心o 2 图丙中地面对物体p的弹力方向与物体p是匀速运动还是静止是否有关系 提示 无关 物体p无论是匀速还是静止 都处于平衡状态 所受的弹力和重力是一对平衡力 地面对物体p的弹力方向垂直地面向上 正确解答 物体p受到的各接触点或面对它的弹力的示意图 答案 见正确解答 过关训练 1 在半球形光滑容器内放置一细杆m 细杆与容器的接触点分别为a b两点 如图所示 容器上a b两点对细杆m的作用力的方向分别为 a 均竖直向上b 均指向球心c a点处的弹力指向球心o b点处的弹力竖直向上d a点处的弹力指向球心o b点处的弹力垂直于细杆向上 解析 选d 支持力 压力的方向垂直于接触面或其切面 在a点 细杆的端点跟球面接触 弹力的方向垂直于该处球面的切面 指向球心 在b点 容器的边缘跟细杆的侧面接触 该处的支持力应垂直于细杆向上 d正确 a b c错误 2 如图所示 球a在斜面上 被竖直挡板挡住而处于静止状态 关于球a所受的弹力 以下说法正确的是 a 球a仅受一个弹力作用 弹力的方向垂直斜面向上b 球a受两个弹力作用 一个水平向左 一个垂直斜面向下c 球a受两个弹力作用 一个水平向右 一个垂直斜面向上d 球a受三个弹力作用 一个水平向右 一个垂直斜面向上 一个竖直向下 解析 选c 球a受重力竖直向下 与竖直挡板和斜面都有挤压 斜面给它一个支持力 垂直斜面向上 挡板给它一个压力 水平向右 故选项c正确 补偿训练 如图所示 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 三球皆静止 试分析三种情况下支点p q对球的弹力方向 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 规律方法 判断弹力方向的思路 1 确定物体之间作用的类型 2 确定产生弹力的物体 3 找出使该物体发生形变的外力方向 4 确定物体产生的弹力方向 三 对胡克定律的理解思考探究 如图所示 1 弓拉得越满 的含义是什么 弹性体的弹力与形变有什么关系 2 弹簧的劲度系数与弹簧的弹力成正比 与弹簧的形变量成反比吗 提示 1 弓拉得越满 代表发生的弹性形变量越大 形变越大弹性体的弹力越大 2 弹簧的劲度系数由弹簧本身决定 归纳总结 1 影响弹力大小的因素 在弹性限度内 弹力的大小与形变量的大小有关 对同一物体来说 形变量越大 产生的弹力越大 2 弹簧弹力与弹簧伸长量 或压缩量 的关系 1 胡克定律 实验表明 在弹性限度内 弹性体弹力的大小f跟弹性体伸长 或缩短 的长度x成正比 即f kx 其中 k称为弹性体的劲度系数 也称劲度 单位为牛顿每米 符号为n m 2 弹簧弹力与弹簧伸长量的关系可用f x图像表示 如图所示 3 对胡克定律的理解 1 适用条件 胡克定律仅适用于在弹性限度内 计算像弹簧 橡皮条等弹性体的弹力 2 x的含义 x是弹性体的形变量 即发生弹性形变后弹性体的长度跟本身的自然长度比较后伸长 或缩短 的长度 不是弹性体的长度 3 k的含义 k是弹性体的劲度系数 由弹性体本身的性质 如材料 粗细 长度等 决定 与弹力大小无关 k反映了弹簧的 软 硬 程度 k越大 弹簧越硬 反之越软 4 推论式 f k x 式中的 f x分别表示弹力的变化量和弹性体形变量的变化量 5 测量值 弹簧测力计 不计质量 的示数表示的是弹簧挂钩端所受的拉力大小 当轻质弹簧处于静止时 弹簧测力计两端的两个力的大小相等 都等于弹簧测力计的示数 4 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 典例示范 某弹簧下挂一质量为2kg的物体 弹簧的长度增加了2cm 取下物体后弹簧恢复原状 若弹簧的伸长量为1 5cm 弹簧下挂的物体有多重 若弹簧下挂一质量为1000kg的物体 还能计算出弹簧的伸长量吗 为什么 解题探究 1 根据胡克定律求 2 对同一个弹簧 劲度系数 3 超过弹性限度 弹簧 恢复原状 劲度系数 不变 不能 正确解答 由胡克定律f kx得k 980n m当x 0 015m时 弹簧受的拉力为f kx 980 0 015n 14 7n此时 弹簧下所挂重物重力为14 7n 当弹簧下挂质量为1000kg的物体时 弹簧伸长量x 10m显然 伸长量太大 此时弹簧受力已超出弹性限度 很可能已被拉断 因此无法计算出弹簧的伸长量 答案 14 7n不能计算 原因见正确解答 过关训练 1 如图所示 重为10n的物体悬挂在弹簧的下端时 弹簧伸长了2cm 现换用另一重为20n的物体悬挂在弹簧的下端 仍在弹性限度内 这时弹簧的伸长量 劲度系数分别是 a 2cm 500n mb 2cm 1000n mc 4cm 500n md 4cm 1000n m 解析 选c 由胡克定律f kx知弹簧的劲度系数k 500n m 弹簧上的弹力与自由端施加的力是相等的 弹力f 20n 则x 0 04m 4cm 故c正确 2 缓冲装置可抽象成如图所示的简单模型 图中a b为原长相等 劲度系数分别为k1 k2 k1 k2 的两个不同的轻质弹簧 下列表述正确的是 a 装置的缓冲效果与两弹簧的劲度系数无关b 垫片向右移动稳定后 两弹簧产生的弹力之比f1 f2 k1 k2c 垫片向右移动稳定后 两弹簧的长度之比l1 l2 k2 k1d 垫片向右移动稳定后 两弹簧的压缩量之比x1 x2 k2 k1 解析 选d 装置的缓冲效果与两弹簧的劲度系数有关 劲度系数大的缓冲效果好 故a错误 当垫片向右移动稳定后 两弹簧均被压缩 两弹簧串联 弹力大小相等 故b错误 当垫片向右移动稳定后 两弹簧均被压缩 两弹簧串联 弹力大小相等 根据胡克定律知 压缩量之比为x1 x2 k2 k1 而此时弹簧的长度为原长减去压缩量 所以两弹簧的长度之比l1 l2 k2 k1 故c错误 d正确 3 2015 攀枝花高一检测 量得一只弹簧测力计3n和5n两刻度线之间的距离为2 5cm 求 1 弹簧测力计3n刻度线与零刻度线之间的距离 2 测力计所用弹簧的劲度系数 解析 1 设3n刻度线到零刻度线之间的距离为x 劲度系数为k 根据胡克定律有f1 kx f2 k x 2 5 由题意知f1 3n f2 5n解得x 3 75cm 2 k 80n m 答案 1 3 75cm 2 80n m 补偿训练 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 解析 选c 设弹簧的劲度系数为k 原长为l0 当用大小为f1的力压弹簧时 由胡克定律得f1 k l0 l1 当用大小为f2的力拉弹簧时 由胡克定律得f2 k l2 l0 由 解得k 故c正确 规律方法 应用胡克定律f kx时注意的问题 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 不是弹簧的原长 也不是弹簧形变后的实际长度 3 由于f1 kx1 f2 kx2 故 f f2 f1 kx2 kx1 k x 因此 弹簧上弹力的变化量 f与形变量的变化量也成正比关系 即 f k x 拓展例题 考查内容 弹簧的弹力分析 典例示范 如图所示 弹簧测力计和细绳重力不计 不计一切摩擦 物体重g 5n 当装置稳定时弹簧测力计a和b的读数分别为 a 5n 0b 5n 10nc 5n 5nd 10n 5n 正