1112高中物理课时讲练通配套课件 3.2弹力 沪科版必修1.ppt

1 用手拉伸和压缩弹簧 弹簧的形状发生变化 用手捏橡皮泥 橡皮泥的形状发生变化 物体形状发生变化的原因是什么 弹簧和橡皮泥形状的变化有什么不同 提示 弹簧发生形变的原因是弹簧受到了手的拉力或压力的作用 橡皮泥发生形变的原因是受到手的压力作用 弹簧和橡皮泥在撤去外力后 弹簧能恢复原状 发生的是弹性形变 而橡皮泥不能恢复原状 发生的是范性形变 2 力可以使物体发生形变 为什么有的形变却很难观察到呢 如何才能观察到比较微小的形变呢 提示 物体在外力的作用下都能发生形变 只是形变的程度不同 有的形变比较明显 如弹簧的伸长或缩短 可以直接看出 有的形变微小 需要采用特殊方法才可观察到 如课本p67图3 17利用激光反射法演示坚硬桌面的微小形变 利用细管中液面的升降显示硬玻璃瓶的形变 都是把微小形变放大 以利于观察 把微小变化放大 以利于观察或测量的实验方法叫 微量放大法 这是物理学中研究问题的一种重要方法 对弹力产生的条件的理解 1 力是物体和物体之间的相互作用 弹力也是这样 它发生在两个物体之间 而且这两个物体必须要直接接触 2 弹力是由形变引起的 这种形变在恢复原状的过程中 会对跟它接触的物体产生力的作用 可见这种形变是可以恢复原状的形变 是弹性形变 因此产生弹力的条件不仅要满足直接接触 而且还要满足相互挤压或拉伸等 即发生弹性形变 形变和弹力1 形变 物体的形状或体积发生变化叫形变 2 弹性形变 能恢复原状的形变叫弹性形变 3 弹力 发生形变的物体 由于要恢复原状 会对跟它接触的物体产生力的作用 这种力叫弹力 4 弹力产生的条件 1 物体间直接接触 2 物体发生弹性形变 典例1 2011 哈尔滨高一检测 如图所示 下列四个图中 a b两小球间一定有弹力作用的是 规范解答 选b 对于a c中的a b两球 如果把a球或b球去掉 另一个球的状态均可保持不变 所以a b两球之间无弹力 对于b中 若去掉a球或b球 另一个球的悬线方向会发生改变 故a b两球之间一定有弹力 对于d中 若去掉a球 如果b球的状态保持不变 则a b两球之间无弹力 如果b球的状态发生变化 则a b间有弹力作用 所以选b 弹力有无的判断方法 1 直接法 对于形变效果明显的情况 可由形变情况直接判断弹力的存在与否 如弹簧 橡皮筋等产生弹力的情况 2 假设法 就是假设对与研究对象接触的物体施加了弹力 画出假设状态下的受力图 判断受力情况与物体的状态是否矛盾 若矛盾 说明两者之间无弹力 若不矛盾 说明两者之间有弹力 3 撤离法 就是想象把与研究对象接触的物体撤离 看研究对象的状态是否发生改变 若改变 说明有弹力 若不改变 则无弹力 变式备选 如图所示 一小球用两根轻绳悬挂于天花板上 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 在判断绳1和绳2是否有拉力时 可用撤离法 即分别撤去轻绳1和轻绳2 看小球的状态是否变化 如果把一条轻绳去掉后 小球可以保持原来的状态不变 则该绳上无拉力 若小球的状态发生变化 则该绳上有拉力 经分析知 绳1对小球无拉力作用 小球受到重力和绳2对小球的拉力而处于平衡状态 即小球受到两个力的作用 故b正确 1 如图所示 用弹簧测力计拉弹簧时 弹簧拉伸越长 弹簧测力计的示数越大 这一现象说明了什么问题 提示 这一现象说明弹簧的弹力大小与弹簧形变的大小有关 弹簧的形变越大 弹力越大 2 如图所示 用悬挂法探究弹力和弹簧伸长的关系时 需要测量哪些数据 为有效地减小实验误差测量一组数据还是多组数据 试设计一个记录表格 提示 1 要测出弹簧的弹力f和弹簧的长度l 2 为有效地减小实验误差 必须进行多组测量 测出多组数据 3 列表进行记录 如表所示 3 用f x图像探究弹力和弹簧伸长的关系 在画图线时 应注意哪些问题 f x图像的特点是什么 作出f x图像 并指出f与x有什么关系 提示 1 应使尽可能多的点落在图线上 不在图线上的点应对称分布在图线两侧 偏差太远的点应当舍去 2 f x图像是一条过原点的直线 如图所示 3 f与x成正比 弹簧的弹力 1 若弹簧处于弹性限度内用胡克定律f kx来求解 胡克定律适用于在弹性限度内弹簧拉伸或压缩形变所产生的弹力的大小计算 式中的k为弹簧的劲度系数 它反映了弹簧的 软硬 程度 是弹簧本身的一种物理性质 与外力无关 其大小只与弹簧的长短 粗细及材料有关 f kx中的x是弹簧的形变量 而不是弹簧的长度 弹簧可以被拉伸也可以被压缩 它的形变量指的是弹簧被拉伸或被压缩了多少 f x图线的斜率在数值上等于弹簧的劲度系数 用 图像法 研究物理规律 发现物理量之间的关系 使其更直观 简便 是高考考查的重点之一 但一定要看清图像画的是哪两个物理量的关系 单位是什么 2 对于轻弹簧来说 同一根弹簧两端所受的力大小相等 方向相反 典例2竖直悬挂的弹簧下端 挂一重为4n的物体时弹簧长度为11cm 挂一重为6n的物体时弹簧长度为12cm 则弹簧原长为 cm 劲度系数为 n m 解答本题时应明确以下两点 1 弹簧的形变量x是弹簧相比原长时长度的变化量 2 弹簧的弹力大小遵守胡克定律 规范解答 设弹簧的原长为l0 劲度系数为k 设挂g1 4n的重物时弹簧的长度为l1 挂g2 6n的重物时弹簧的长度为l2 则l1 11cm l2 12cm 由胡克定律得 g1 k l1 l0 g2 k l2 l0 代入数据解得 l0 9cm k 200n m即弹簧原长为9cm 劲度系数为200n m 答案 9200 变式备选 如图所示 一劲度系数为k的弹簧 下端悬挂一重物 重物质量为m 平衡时物体在a位置 现用力将物体向下拉长x至b位置 则此时弹簧的弹力为 a kxb mg kxc mg kxd 以上说法都不正确 解析 选b 由于f kx 则 f k x 物体在外力作用下又伸长x时 拉力的大小为f kx 弹簧原来的弹力为mg 因此 后来弹簧的弹力为mg kx 1 如图所示 棒 球 桌子 物块m均处于静止状态 思考讨论以下问题 1 画出棒 球 桌面 物块m所受弹力的示意图 提示 2 结合上图 完成下面的表格 并尝试分析 弹力方向和形变方向及形变恢复的方向的关系 填 相同 或 相反 2 从上述探究过程中总结出判断弹力方向时应遵循的基本思路 提示 在判断弹力方向时常常按如下思路分析 1 确定受到弹力的物体 2 确定施力物体或受力物体形变的方向 3 确定弹力的方向 常见的弹力接触面 1 平面 平面接触 弹力方向垂直于平面 2 点 平面接触 弹力方向过点垂直于平面 3 点 曲面接触 弹力方向过点垂直于切面 4 曲面 曲面接触 弹力方向垂直于公切面 5 接触面是球面时 弹力方向一定沿接触点和球心的连线 1 常见的弹力方向 1 支持力的方向垂直于接触面 指向被支持的物体 2 压力的方向垂直于接触面 指向被压的物体 3 绳上拉力的方向沿着绳 指向绳收缩的方向 4 弹簧上的弹力沿着弹簧 指向弹簧恢复原长的方向 2 弹力方向与形变方向的关系弹力的方向总是与施力物体的形变方向相反 与受力物体的形变方向相同 典例3在如图所示的图中画出物体p受到的各接触点或面对它的弹力的示意图 其中甲 乙 丁中物体p处于静止状态 丙中物体p 即球 在光滑水平面上匀速滚动 规范解答 甲属于绳的拉力 应沿绳指向绳收缩的方向 因此弹力方向沿绳向上 乙中a点属于点与球面相接触 弹力应垂直于球面的切面斜向上 必过球心o b点属于点与杆相接触 弹力应垂直于杆向上 丙中小球p不管运动与否 都是属于平面与球面相接触 弹力应垂直于平面 且过球心 即向上 丁中属于杆的弹力 小球受到重力和杆的弹力 处于二力平衡状态 故弹力方向竖直向上 它们所受弹力的示意图如图所示 确定弹力方向的方法 1 根据物体的形变方向判断 弹力方向与施力物体形变方向相反 作用在迫使这个物体发生形变的那个物体上 轻绳的弹力方向沿绳收缩的方向 离开受力物体 面与面 点与面接触时 弹力方向垂直于面 若是曲面则垂直于切面 且指向受力物体 球面与球面的弹力沿半径方向 且指向受力物体 弹簧两端的弹力方向与弹簧中心轴线重合 指向弹簧恢复原状的方向 轻杆的弹力可沿杆的方向 也可不沿杆的方向 2 根据物体的运动情况 结合物体的运动状态 利用二力平衡判断弹力的方向 变式备选 2011 西安高一检测 如图 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受的重力竖直向下 对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 挡板给它一个支持力 水平向右 故选项c正确 典例4一根大弹簧内套一根小弹簧 大弹簧比小弹簧长0 2m 它们的下端平齐并固定 另一端自由 如图甲所示 当压缩此组合弹簧时 测得弹力与弹簧压缩量的关系如图乙所示 试求这两根弹簧的劲度系数k1和k2 思路点拨 解答本题时应明确以下两点 1 f x图像斜率的物理意义 2 f x图像转折点的物理意义 规范解答 在压缩量为0 2m内 只有大弹簧有弹力作用 由图像应用胡克定律得在继续压缩的过程中 两弹簧同时产生弹力作用 在总压缩量为0 3m时 由图知总弹力为5n 而大弹簧产生的弹力为3n 则小弹簧产生的弹力为2n 此时小弹簧的压缩量为0 1m 对小弹簧应用胡克定律得答案 10n m20n m 1 下列说法正确的是 a 木块放在桌面上受到向上的支持力 这是由于木块发生微小形变而产生的b 用一根细竹竿拨动水中的木头 木头受到竹竿的推力 这是由于木头发生形变而产生的c 绳对物体的拉力方向总是竖直向上d 挂在电线下面的电灯受到向上的拉力 是由于电线发生微小形变而产生的 解析 选d 弹力是由施力物体发生形变产生的 所以a b选项均错 而d选项正确 绳对物体的拉力总是沿绳指向绳收缩的方向 但不一定沿竖直方向 所以c错 2 2011 温州高一检测 关于弹力 下列说法中正确的是 a 发生形变的物体才能有弹力 也一定有弹力b 物体的形变越大 弹力也越大c 弹力的方向一定与施力物体发生形变的方向相反d 弹力的大小与物体大小有关 体积越大的物体产生的弹力也越大 解析 选c 只有发生弹性形变的物体 才能产生弹力作用 a错误 弹力的大小是由形变量和劲度系数共同决定的 物体的形变越大 弹力不一定越大 b错误 弹力的大小与物体的大小无关 d错误 弹力的方向指向施力物体形变恢复的方向 一定与施力物体发生形变的方向相反 c正确 3 玩具汽车停在模型桥面上 如图所示 下列说法正确的是 a 桥面受向下的弹力 是因为桥梁发生了弹性形变b 汽车没有发生形变 所以汽车不受弹力c 汽车受向上的弹力 是因为桥梁发生了弹性形变d 汽车受向上的弹力 是因为汽车发生了形变 解析 选c 弹力是物体发生形变对与其接触的物体施加的力 汽车受到桥梁向上的弹力 是由桥梁发生弹性形变产生的 桥面受到向下的弹力 是由汽车发生弹性形变产生的 故c正确 a b d错误 4 如图所示 光滑但质量分布不均匀的小球的球心在o点 重心在p点 静止在竖直墙和桌边之间 下列关于小球所受弹力的说法正确的是 a 桌边a对小球的弹力由a指向o 墙上b点对小球的弹力由b指向ob 桌边a对小球的弹力由a指向o 墙上b点对小球的弹力由b指向重心pc 桌边a对小球的弹力由a指向p 墙上b点对小球的弹力由b指向重心pd 桌边a对小球的弹力由a指向p 墙上b点对小球的弹力由b指向o 解析 选a 由于重力的影响 球对墙上b点和桌边a点都有挤压 故在这两处均产生弹力作用 又因为弹力的方向总是垂直于接触面 在a点 弹力f1应该垂直于球面 所以沿半径方向指向球心o 在b点弹力f2垂直于墙面 因此也沿半径指向球心o 5 2011 厦门高一检测 一根轻弹簧在20n的拉力作用下 长度由原来的20cm伸长到21cm 那么当这根弹簧伸长到26 5cm时 受到的拉力为多大 弹性限度内 解析 当拉力f1 20n时 弹簧伸长量为 x1 21cm 20cm 1cm 0 01m当拉力为f2时 弹簧伸长量x2 26 5cm 20cm 6 5cm 0 065m由胡克定律f1 kx1 f2 kx2 由 得f1 f2 x1 x2 解得答案 130n 一 选择题 本大题共5小题 每小题6分 共30分 1 下列关于弹力产生的条件的叙述正确的是 a 只要两个物体接触就一定产生弹力b 两个接触的物体间不一定产生弹力c 发生弹性形变的物体一定产生弹力d 相互接触的两个物体间可能产生弹力 解析 选b c d 只有直接接触且发生形变的物体间 才有弹力作用 不发生弹性形变或不直接接触的物体间必定无弹力作用 弹力只能发生在直接接触且发生弹性形变的物体之间 故正确答案选b c d 2 我国新型第五代多用途战机j 20歼击机于2011年1月11日首飞成功 在战机j 20歼击机从滑行道起飞的过程中 战机j 20歼击机与滑行道之间存在弹力的是 a 战机j 20歼击机静止在机场的滑行道上b 战机j 20歼击机沿机场的滑行道滑行c 战机j 20歼击机离开机场的滑行道正在升空时d 战机j 20歼击机在空中开始降落时 解析 选a b 弹力的产生有两个条件 直接接触和发生弹性形变 选项a b符合这两个条件 选项c d两个条件都不满足 3 体育课上某同学将足球踢向墙壁 如图所示 下列关于足球与墙壁作用时墙壁给足球的弹力方向的说法正确的是 a 沿v1的方向b 沿v2的方向c 先沿v1的方向后沿v2的方向d 沿垂直于墙壁斜向左上方的方向 解析 选d 足球与墙壁作用时是球面与平面的相互作用 足球所受弹力方向垂直于墙壁指向足球 即斜向左上方的方向 故d正确 规律方法 弹力方向的判断1 由弹力的产生机理可知 弹力的产生是由于物体发生了弹性形变 由于要恢复原状 就对和物体接触的其他物体产生力的作用 因此 弹力的方向应与形变的方向在同一直线上 2 弹力方向的分类判定 弹力是接触力 不同的物体 不同的接触方式 弹力方向的判断方法也有所不同 具体比较如下 1 压力和支持力的方向垂直于接触面指向受力物体 平面和平面接触时 弹力方向垂直于平面 点和平面接触时 弹力方向垂直于平面 曲线和平面接触时 弹力方向垂直于平面 曲线和曲面接触时 弹力方向垂直于两曲面的公切面 点与曲面相接触时 弹力方向垂直于过此点的公切面 2 绳的弹力方向一定沿绳指向绳收缩的方向 3 轻杆可以支撑物体也可以拉物体 轻杆的弹力方向不一定沿杆 4 如图所示 一根弹性杆的一端固定在倾角为30 的斜面上 杆的另一端固定一个重力为4n的小球 小球处于静止状态时 弹性杆对小球的弹力 a 大小为4n 方向平行于斜面向上b 大小为2n 方向平行于斜面向上c 大小为4n 方向垂直于斜面向上d 大小为4n 方向竖直向上 解析 选d 小球受重力和杆的弹力两个力的作用 且重力的方向竖直向下 由于小球处于静止状态 根据二力平衡条件可知 弹力与重力大小相等 方向相反 故弹力大小为4n 方向竖直向上 d正确 5 如图所示 弹簧的劲度系数为k 小球重力为g 平衡时小球在a位置 现在用力f将小球向下拉长x至b位置 则此时弹簧的弹力为 a kxb kx gc g kxd kx g 解析 选b 对此题 有些同学易选a项 但是错了 其原因是 x不是弹簧变化后的长度与原长的差值 小球在a位置时弹簧已经伸长了 设伸长量为 x 这样fb k x x kx k x 小球在a位置平衡 即g k x 所以fb kx g 二 非选择题 本大题共3小题 共20分 要有必要的文字叙述和解题步骤 6 6分 在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中 将弹簧水平放置测出其自然长度 然后竖直悬挂让其自然下