高中物理备课资料 弹力的应用

【知识点名称】【课标内容对照（沪科J）课程标准的要求（沪科J）*通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律，能用动摩擦因数计算摩擦力。（沪科J）*知道常见的形变，通过实验了解物体的弹性，知道胡克定律。（沪科J）*理解牛顿运动定律，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。(注：对于(课程标准)中这一条，在本章中仅涉及牛顿第三定律。)【三维目标】(鲁科J)5了解弹力在生活、生产中的广泛应用。【教学建议】(鲁科J)2本节主要内容是形变和弹力，形变和弹力在生活、生产中广泛存在，因此本节广泛联系实际，如尼龙扣、人体内的“弹簧”等，着力体现课程内容的时代性；还尽力创造条件，通过观察微小形变、探究铜丝的弹性限度、探究弹力和形变的关系等实践活动，让学生自主获取知识，发展对科学的好奇心与求知欲。 (鲁科J)8对于材料的劲度，应使学生明确认识，不仅不同材料的劲度不一样，同一材料在形状和长度变化时劲度也会不一样。另外，通过淬火等手段也可改变材料的劲度。不同劲度的材料在工程技术中有不同的用途，这方面的实例很多(详见课程资源)，若条件允许，可鼓励学生通过走访调查或网上查找有关资料，然后在班上介绍。(鲁科J)9对于弹力的应用，教材呈现了丰富多彩的实例，着力贴近生活，联系社会，渗透科学技术，体现了学科渗透的理念。教学时不必一一讲到，可重点讲透一两个，其余的让学生阅读、讨论。弹力的应用 (鲁科K)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。 (鲁科K)自动伞在收拢的时候，弹簧被拉伸，储存了势能。撑伞时，只要按一下手柄上的按钮，被拉伸的弹簧就会恢复原状，释放出能量，使伞“自动”撑开。机械钟表中上紧的发条储存的势能，能推动指针转动。拉紧的弓储存的弹性势能，一旦释放便将箭飞速射出(图4-32)。 (鲁科K)弹簧具有弹性，可以缓冲减震。人体内也有“弹簧”，在各种关节中都可以找到。当关节受压或受冲击时，关节处的软骨改变形状，使震动得到缓冲。 (鲁科K)汽车和火车底部不仅有螺旋弹簧，还有弯曲的弹性钢板。当车辆运行时，利用弹簧形变产生缓冲作用，能够减小车身的震动(图4-33)。其他如跳高垫子、沙发及床垫中的弹簧、自行车车座下的弹簧等也都可以起到有效的减震作用。 另外，弹簧还有自动复位的作用。 (鲁科K)自行车的左右把下面各有一根闸把，分别用来控制前闸和后闸。闸把和闸皮支架上都装有扭转弹簧，分别使闸把和闸皮在刹车结束时能回到原来位置。(鲁科K)弹簧在各种安全阀超压保护装置中也是不可缺少的。当设备或管路内压力超过允许值时，阀门被冲开，继而排气减压；当压力降到规定值时，在弹簧作用下，阀门自动关闭，从而保证设备和管路的正常运行。(鲁科K)不同材料的劲度是不一样的。当同一材料的形状和长度不相同时，其劲度也是不一样的(图4-29)。 选择适当劲度的材料很重要。例如，机床主轴很小的形变就会影响加工精度，因此必须选择劲度较大的材料，保证主轴具备足够抵抗形变的能力。 不同劲度的材料各有用处。混凝土坚硬，但缺乏弹性，容易在拉伸时断裂，而钢筋耐拉伸，所以常把它们结合起来使用。在混凝土发生拉伸的地方敷设钢筋，制成钢筋混凝土材料，既抗压又抗拉(图4-30)。【生活应用】【课本习题】1. (鲁科K)举例说明生活中哪些物体的形变是弹性形变，哪些物体的形变是范性形变。解答：略 2. (鲁科K)如右图所示，两个钩码均重2N，弹簧测力计自重不计，则弹簧测力计的示数为(A)0 (B)2N (C)4N 解答：B。2. (鲁科K)一弹簧测力计的量程是15N，刻度的总长是10cm，该弹簧测力计上弹簧的劲度是多大?弹簧测力计不称重物时，弹簧的劲度是多大? 解答：弹簧的弹力为15 N时，伸长量是10 cm。(A) (鲁科J)弹簧的劲度由弹簧自身决定，与是否称重无关，弹簧测力计不称重物时，弹簧的劲度仍是150 Nm。4. (鲁科K)一根劲度为400N/m的轻质弹簧，原长为12cm，当受到一个大小为16N的压力作用时，该弹簧将缩短到多少厘米? 5. (鲁科K)一弹簧测力计原来读数准确，由于更换内部弹簧，外壳上的读数便不能直接使用，某同学进行了如下测试，不挂重物时，示数为2N，挂100N重物时，示数92N，那么当读数20N时，所挂物体的实际重量是多少?(鲁科J)解答：设原弹簧的劲度系数为k1，因为F=kl，则当示数分别为F1=2 N、F2=92 N和F3=20 N时，伸长量l1、z2和l3分别为则新弹簧的劲度系数k2为所以当弹簧测力计示数为20N时，物体的实重量G为G=k2（L3L1）=20N另解：挂100N重物时，弹簧变化的格数为92-2=90格，所以每格代表的力N/格。读数为20N时，弹簧变化的格数为20-2=18格，所挂物重【其他习题】(鲁科J)1关于弹力，下列说法中正确的是(A)只要两物体相互吸引就有弹力作用(B)只要两物体相互接触就有弹力作用(C)只有受弹簧作用的物体才受弹力作用(D)只有发生形变的物体，才会对跟它接触的物体产生弹力作用答案：D(鲁科J)2书放在水平桌面上，桌面会受到弹力的作用，产生这个弹力的直接原因是 (A)书的形变 (B)桌面的形变 (C)书和桌面的形变 (D)书受到的重力答案：A(鲁科J)3一个弹簧原长8 cm，下端悬挂4 N的重物，静止时，弹簧的长度为10 cm，此弹簧的劲度系数多大?若在下端再加1 N的重物，静止时的弹簧长度是多少?答案：k=200 Nm；10.5 cmc(鲁科J)4一根轻质弹簧，当它在100 N的拉力作用下，总长度为0.55 m，当它在300 N的力作用下，总长度为0.65 m，则弹簧不受外力作用时自然长度为多少?答案：0.5 m。(鲁科J)5原长为16 cm的轻质弹簧，当A、B两人同时用100 N的力由两端反向拉时，弹簧长度变为18 cm；若将弹簧一端固定在墙上，另一端由A一人用200 N的力拉，这时弹簧的长度为多少?此时弹簧的劲度系数为多少?答案：20 cm；5 000 Nm。4（沪科K）弹簧原长10cm，在它下面挂一个重4 N的物体时，弹簧长12 cm；在它下面挂重3 N的物体时，弹簧长多少?（沪科J）已知F1=G1=4N，x1=l1-l0=(12-10)cm=2cm，F2=G2=3N由，得所以弹簧长 l2=l 0+x2=11.5cm 5（沪科K）体育室里的拉力器，并列装有四根相同的弹簧，每报弹簧的自然长度都是40cm。某人用600N的力把它拉至16 m则每根弹簧产生的强力多大?每根弹簧的劲度系数多大?（沪科J）每根弹簧产生的弹力大小等于每根弹簧受到的拉力，即每根弹簧的伸长量 x=(1.6-0.4)m=1.2m所以每根弹簧的劲度系数10（沪科K）把一根弹簧截成等长的两段，每一段弹簧的劲度系数与原来相比，结论是A相同 B比原来大C比原来小 D条件不足，无法判断 （沪科J）B。提示：根据劲度系数的物理意义，它在数值上等于使弹簧伸长1m时产生的弹力。弹簧截短后，使它伸长1m比原来困难，因此使它伸长1m时产生的弹力比原来的大，所以劲度系数变大。*11（沪科K）S1和S2表示劲度系数分别为k1、k2的两根弹簧(k1k2)，a和b分别表示质量为ma和mb(mamb)的两个小物块。现它们按图3-57所示方式悬挂，为使得两根弹簧的总长度最长，应该AS1在上，a在上 BS1在上，b在上CS2在上，a在上 DS2在上，b在上（沪科J）D。提示：平衡时，上面弹簧中的弹力总是等于两块小物块的重力，跟两块小物块的上下次序无关。要求两弹簧的总长最大，下面弹簧所挂的物块应重些，即物块b应在上面，a在下面。 两根弹簧的位置选择只能有两种情况：当S1在上面时，两根弹簧的总长度当S2在上面时，两根弹簧的总长度 由于,得ll,所以S2应在上面。(鲁科K)迷你实验室圆珠笔中的弹簧按一下可伸缩的圆珠笔的顶杆，笔尖就能伸出(或缩进)。把笔拆开，研究这种笔究竟有什么奥秘(图4-34)。(鲁科J)本节第二个“迷你实验室”中，圆珠笔尖能伸出(或缩进)，利用的是弹簧的复位功能，可让学生实际动手拆开看一看它是如何工作的。很多工具和设备都是利用弹簧这一性质来复位的。例如，许多建筑物大门的合页上都装了复位弹簧，自动伞、各种按钮、按键也少不了复位弹簧。【高考选题】【开放题】(鲁科K)讨论与交流 在跳板跳水和撑竿跳高运动中，运动员是利用跳板或撑竿来储存能量的。运动员应把握时机，调整动作，巧妙地应用能量转换的道理，取得最佳成绩。跳水运动员的成绩与起跳蹬板的时机很有关系。，什么时候起跳最合适?是在跳板运动到最上端、中间位置，还是最下端(图4-35)?(鲁科J)“讨论与交流”中应注意，影响跳水运动员成绩的因素很多，其中一个因素是跳板的能量是否能转化成运动员的能量。(鲁科J)在跳板振动到最上端时，若运动员开始起跳，此时跳板就要向下运动，运动员再向下蹬板，不仅脚使不上劲，而且跳板的动能无法转化成运动员所需的能量；在跳板振动到最下端时，若运动员开始起跳，此时跳板的瞬时速度为零，运动员蹬板会使自己损失一部分能量去推跳板向下运动；跳板从下方回到中间位置时，若运动员开始起跳，这时跳板的能量几乎全部用来帮助运动员起跳。【资料链接】材料与弹性(鲁科J)如果到工地上看看，就会发现有空心电线杆和空心水泥楼板等。为什么这些物体要做成中空呢?可以用一块橡皮来说明。在橡皮侧面画一条线，然后弯曲橡皮，橡皮的长方形侧面变成了扇形。从图411可以看出，橡皮的中间那层变化不太，既不伸长也不缩短。根据胡克定律，中层产生的弹力也很小，取去或减少这部分材料对抗弯能力不会有显著影响。这就是说，中间这一层对抵抗弯曲没有作用，只是白白地增加了重力，还不如把它去掉更好。因此，一些楼板、电线杆做成空心的。工字梁是空心管的变形，它的中间层做得特别薄，可以减轻重力、节约原材料。(鲁科J)如果建筑房屋的时候需要一根很粗的房梁，用一根粗大的工字梁就又会显得十分笨重。所以人们用槽钢或角铁焊成一个空心的铁架子，在建筑中叫桁架，是节省材料的结构。架子的上面承受拉力，下面承受压力，中间用一些短的材料支撑，省去了大量的材料，结构轻，然而能承载的力量却很大。铁路大桥和铁塔都是由桁架组成的。(鲁科J)即使是实心的楼板，钢筋也并不敷设在楼板的中间，这是为什么呢?从图413可看出，楼板中的不同位性拉、压情况是小一样的。当阳台承载重物时，上表面拉伸，下表面挤压，而水泥缺乏弹性，容易在拉伸时断裂，因此就把耐拉伸的钢筋敷设在接近上表面的地方。房间里的楼板承载重物时，则是上表面挤压，下表面受拉伸，所以钢筋敷设在接近下表面的地方。(鲁科J)大自