【同步导学】高中物理 3.2弹力课件 新人教版必修1.ppt

2 弹力 一 弹性形变和弹力1 形变 物体在力的作用下 或 发生改变的现象 2 弹性形变 物体在形变后能够 3 弹力 发生 的物体由于要 对与它接触的物体产生的力的作用 4 弹性限度 当形变超过一定限度时 撤去作用力后 物体不能完全恢复 这个限度叫做弹性限度 二 几种弹力1 常见弹力 平时所说的 和 都是弹力 2 弹力的方向 1 压力和支持力的方向垂直于物体的 指向被压或被支持的物体 2 绳的拉力沿着绳而指向绳 的方向 三 胡克定律1 内容 弹簧发生弹性形变时 弹力f的大小跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成 2 公式 f kx 其中k称为弹簧的 单位是牛顿每米 符号是n m 如右图所示 光滑水平面上的球靠在竖直面上静止 竖直面是否对球产生力的作用 假设竖直面对球产生了力的作用 由力的作用效果可知 球不会静止 故可判定没有水平弹力产生 2 根据物体的运动状态判断在下图所示的情况中 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f2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f2不存在 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 状态法如果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 甲中小球受斜面弹力作用 乙中小球不受斜面弹力作用 二 弹力方向的判断弹力的方向与施力物体形变方向相反 作用在迫使物体发生形变的那个物体上 几种常见情况如下表 判断弹力方向的方法是 先明确两物体之间的接触类型 再根据各种类型的特点来判断弹力的方向 解析 1 杆在重力作用下对a b两处都产生挤压作用 故a b两点处对杆有弹力 弹力方向与接触点的平面垂直 如下图 1 所示 2 球在重力作用下 与绳有沿绳方向的弹力作用 与墙间有垂直墙面的弹力作用 球所受的弹力如图 2 所示 三 实验 弹力和弹簧伸长的关系1 实验原理弹簧受力会发生形变 形变的大小与受到的外力有关 沿着弹簧的方向拉弹簧 当形变稳定时 弹簧产生的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的 用悬挂法测量弹簧的弹力 运用的正是弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等 弹簧的长度可用刻度尺直接测出 伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算 这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了 即寻求f kx的关系 2 实验器材轻弹簧 钩码 一盒 刻度尺 铁架台 三角板 重垂线 坐标纸 3 实验步骤 1 如下图所示 将铁架台放于桌面上 将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上 在靠近弹簧处将刻度尺固定于铁架台上 并用重垂线检查刻度尺是否垂直 2 记下弹簧的原长 自然长度 l0 3 在弹簧下端挂上钩码 待钩码静止后 记下弹簧的现长l及弹力f 算出伸长量x l l0 并改变钩码个数 多次测量 数据记录如下 数据记录 弹簧原长l0 cm 4 根据测量数据画出f x图象 以f为纵轴 以x为横轴 5 探索结论 按照f x图中各点的分布与走向 尝试做出一条平滑的曲线 包括直线 所画的点不一定正好在这条曲线上 但要注意使曲线两侧的点数大致相同 尝试写出曲线所代表的函数 首先尝试f x是否为一次函数 如果不行则考虑二次函数 在实验误差范围内 应得出弹力的大小与弹簧的伸长量成正比 即f kx 其中k的单位由f和x的单位决定 4 数据处理 1 列表法 将各次测得的f l x的数据填入设计好的表格中 可以发现弹力f与弹簧伸长量x的比值在实验误差允许范围内是相等的 2 图象法 弹力f为纵坐标 弹簧的伸长量x为横坐标 建立平面直角坐标系 根据所测数据 在坐标纸上描点 按照图中各点的分布与走向 尝试作出一条平滑的曲线 含直线 所画的点不一定正好在这条曲线上 但要注意使曲线两侧的点数大致相同 可以发现f x图线是一条过原点的直线 3 函数法 弹力f与弹簧的伸长量x应满足函数f kx的关系 5 误差分析 1 本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差 2 弹簧竖直悬挂时 未考虑弹簧自身重力的影响 3 为了减小误差 要尽量多测几组数据 6 注意事项 1 安装时 要保持刻度尺竖直并靠近弹簧 2 实验时 要尽量选择长度较大 匝数较多 但软硬程度 劲度系数 不能太大也不能过小的弹簧 以每挂一个钩码 20g 弹簧伸长量增大1cm 2cm为宜 3 测弹簧长度时 一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量 以免增大误差 4 如果实验中不用弹簧的伸长而用弹簧的总长为横坐标 得到的不是正比例函数 关系较为复杂 因此最好用弹簧的伸长为横坐标 5 记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位 下表是某同学为探索弹簧的弹力和伸长的关系所测的几组数据 2 设直线斜率为k 由数学知识知 f kx c 在直线上取较远的两点 可以减小误差 如点 9 80 2 0 与 2 30 0 5 并代入上式得k 0 2n cm c 0 04n 所以函数表达式为 f 0 2x 0 04 n 3 由f kx c知 当x 0时 f c 因此 式中常量c表示弹簧的重力为0 04n 若忽略弹簧的重力 则f kx 因此 式中常数k f x表示使弹簧形变单位长度时弹簧的弹力 即劲度系数 答案 见解析 反思总结 要根据所给坐标纸合理选取x f两轴标度 使得所得图线尽量分布在坐标纸较大的空间位置 以便减小误差 这是作图象的最基本要求 据所给实验数据描点 然后作出平滑曲线 或直线 注意所画的线不一定过所有点 原则是应尽量使各点较均匀地分布在曲线 或直线 的两侧 思考与讨论 用绳子拉物体时 绳子和物体都会产生形变 致使绳子对物体产生拉力 同时物体也对绳子产生拉力 试讨论拉力的方向与绳子的方向有什么关系 点拨 绳子拉物体时 由于绳子发生了微小形变而对物体产生了拉力 同时物体发生了微小形变而对绳子产生了拉力 由于绳子的形变方向沿绳子的方向 拉力的方向与形变方向相反 故绳子的拉力方向沿着绳子而指向绳子收缩的方向 思路点拨 本题题干中明确要求画出各球或杆受到的弹力 因此在解答此题时要从弹力的画法以及画弹力时的注意事项入手 解析 平面与平面接触 弹力方向垂直于平面 平面与曲面接触 弹力方向垂直于平面 也垂直于曲面过接触点的切面 曲面与曲面接触 弹力方向垂直于公切面 点与平面接触 弹力方向垂直于平面 点与曲面接触 弹力方向垂直于曲面过接触点的切面 根据不同接触面上弹力的特点 作图如下图所示 反思总结 支持力的方向总是垂直于支持面而指向被支持的物体 与使物体发生形变的外力方向相反 平面与平面接触 弹力方向垂直于平面 平面与曲面接触 弹力方向垂直于平面 也垂直于曲面的切线 曲面与曲面接触 弹力方向垂直于公切面 点与平面接触 弹力方向垂直于平面 点与曲面接触 弹力方向垂直于曲面的切面 绳子产生的弹力方向总是沿着绳子的收缩方向 跟踪发散 1 1 已知下图中的物体 物块或球 所受重力为g 在各个支持面上均处于静止状态 试确定并画出下列各种情况中物体受到的弹力方向 解析 根据产生弹力的两个条件 物体相互接触 物体间有弹性形变 首先判断各种情况下是否产生弹力 产生几个弹力 然后根据弹力的方向特点 画出各物体所受的弹力情况 如下图所示 答案 解析 同一弹簧劲度系数k是不变的 作用力不同 弹簧的形变量不同 但都遵从胡克定律 解法一设弹簧的自然长度为l0 由胡克定律有 当f1 10n l1 12cm时 f1 k l1 l0 当f2 25n l2 15cm时 f2 k l2 l0 答案 10cm500n m 反思总结 判断弹簧弹力的方向时 要注意弹簧是被拉伸还是被压缩或两者均有可能 计算弹簧弹力大小的方法一般是根据胡克定律 有时也根据平衡条件来计算 跟踪发散 2 1 如下图所示 四个完全相同的弹簧都处于水平位置 它们的右端受到大小皆为f的拉力作用 而左端的情况各不相同 中弹簧的左端固定在左墙上 中弹簧的左端受大小也为f的拉力作用 中弹簧的左端拴一小物块 物块在光滑的桌面上滑动 答案 d 答案 10n m20n m 弹力变化量 f与形变量 x的关系若弹簧在被拉伸x1时的弹力为f1 在被拉伸x2时的弹力为f2 由胡克定律 f1 kx1 f2 kx2所以 f f2 f1 kx2 kx1 k x2 x1 k x 即 f k x 答案 c 1 关于弹力产生的条件 下列说法正确的是 a 相互接触的物体间一定有弹力b 发生形变的物体一定对与之接触的物体产生弹力作用c 先有弹性形变 后有弹力d 不接触的两物体之间不可能发生相互的弹力作用 解析 答案 d 答案 acd 3 在下列各图中 a b两球间一定有弹力作用的是 解析 在a图中 若拿去a球 则b球静止不动 故a b间没有挤压 即a b间没有弹力 在b图中 若拿去a球 则b球将向左运动 故a b间存在相互挤压 即a b间存在弹力 在c图中 若拿去a球 则b球静止 故a b间没有挤压 即a b间没有弹力 在d图中 不能判断a b间有没有弹力 答案 b 解析 台球与球桌边框碰撞时 受到边框的弹力作用 弹力的方向应与边框垂直 即沿ob方向 故选b 答案 b 5 如下图甲 乙所示是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力f之间的关系的相关图象 下列说法中正确的是 a 弹簧的劲度系数是2n mb