高一物理必修1 胡克定律 课件.ppt

3 2弹力 第三章相互作用 河北师大附中李喜昌 第二课时胡克定律 胡克定律的灵活应用 在弹性限度内 由f kx得f1 kx1 f2 kx2 f2 f1 k x2 x1 f k x 弹簧弹力的变化量与弹簧形变量的变化量 即长度的变化量 成正比 1 胡克定律推论 2 确定弹簧状态 对于弹簧问题首先应明确弹簧处于 拉伸 压缩 还是 原长 状态 并且确定形变量的大小 从而确定弹簧弹力的方向和大小 如果只告诉弹簧弹力的大小 必须全面分析问题 可能是拉伸产生的 也可能是压缩产生的 通常有两个解 如果涉及弹簧由拉伸 压缩 形变到压缩 拉伸 形变的转化 运用胡克定律的推论 f k x可直接求出弹簧长度的改变量 x的大小 从而确定物体的位移 再由运动学公式和动力学公式求相关量 3 利用胡克定律的推论确定弹簧的长度变化和物体位移的关系 例1 07年广东省惠阳市模拟卷 如图所示 四个完全相同的弹簧都呈竖直 它们的上端受到大小都为f的拉力作用 而下端的情况各不相同 a中弹簧下端固定在地面上 b中弹簧下端受大小也为f的拉力作用 c中弹簧下端拴一质量为m的物块且在竖直向上运动 d中弹簧下端拴一质量为2m的物块且在竖直方向上运动 设弹簧的质量为0 以l1 l2 l3 l4依次表示a b c d四个弹簧的伸长量 则以下关系正确的有 a f b c d f f f f cd 解 由于轻弹簧没有质量 所以轻弹簧各处的弹力大小均相等 根据牛顿第二定律取任一弹簧元分析 然后再星火燎原拓展到整个弹簧 等于其一端所受的外力的大小 而与物体的运动状态无关 例2 01年北京卷 如图所示 两根相同的轻弹簧s1和s2 劲度系数皆为k 4 102n m 悬挂的重物的质量分别为m1 2kgm2 4kg 取g 10m s2 则平衡时弹簧s1和s2的伸长量分别为 a 5cm 10cmb 10cm 5cmc 15cm 10cmd 10cm 15cm c 利用 整体法 和 隔离法 根据平衡条件结合胡克定律求弹簧的伸长量 例3 99年全国卷 如图所示 两木块的质量分别为m1和m2 两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2 上面木块压在上面的弹簧上 但不拴接 整个系统处于平衡状态 现缓慢向上提上面的木块 直到它刚离开上面弹簧 在这过程中下面木块移动的距离为 解1 m1 m2和上面弹簧组成的整体处于平衡状态 弹簧2的弹力 k2x1 m1 m2 g 当m1被提离弹簧时 弹簧2的弹力 k2x2 m2g x x2 x1 m1g k2 联立 两式解出木块m2移动的距离 a m1g k1b m2g k1c m1g k2d m2g k2 c 解 从初状态到末状态 弹簧2均处于压缩状态 弹簧2的弹力从 m1 m2 g减小到m2g 弹力的变化量为m1g 根据胡克定律的推论 f k x有 m1g k2 x 故弹簧2长度的减少量即木块m2移动的距离 x m1g k2 如果涉及弹簧由拉伸 压缩 形变到压缩 拉伸 形变的转化 运用胡克定律的推论 f k x可直接求出弹簧长度的改变量 x的大小 从而确定物体的位移 再由运动学公式和动力学公式求相关量 例4 如图所示 劲度系数为k1的轻弹簧两端分别与质量为m1 m2的物块1 2拴接 劲度系数为k2的轻弹簧上端与物块2拴接 下端压在桌面上 不拴接 整个系统处于平衡状态 现施力将物块1缓缦地坚直上提 直到下面那个弹簧的下端刚脱离桌面 在此过程中 物块2上升的距离为多少 物块1上升的距离为多少 解 对 m1 m2 整体分析 原来弹簧压缩 弹力为 m1 m2 g k2刚脱离桌面时 则k2为原长 物块2上升的距离为 x2 m1 m2 g k2 从初状态到末状态 弹簧1从压缩状态 到伸长状态 根据胡克定律 f k x有 m1g m2g k1 x1 故弹簧1长度的增加量 x1 m1 m2 g k1 故物块1上升的距离为 x1 x2 m1 m2 g 1 k1 1 k2 用胡克定律的增量式时 如果弹簧从压缩 伸长 状态到伸长 压缩 状态 弹簧弹力变化为两者之和 所对应的 x为弹簧长度的增加 减少 量 例5 如图所示 劲度系数为k2的轻质弹簧 竖直放在桌面上 上面压一质量为m的物块 劲度系数为k1的轻质弹簧竖直地放在物块上面 其下端与物块上表面连接在一起 现想使物块在静止时 下面弹簧弹力变为原来的2 3 应将上面弹簧的上端a竖直向上提高多大的距离 解1 初状态时弹簧1为原长 弹簧2对物体的支持力为mg 的压缩量为mg k2 1 末状态时 弹簧2可能是压缩状态 对物体的支持力为2mg 3 其压缩量为2mg 3k2 物体处于平衡状态 弹簧1对物体的拉力为mg 3 其伸长量为mg 3k1 弹簧的a端竖直向上提起的高度为mg k2 2mg 3k2 mg 3k1 mg 3 1 k1 1 k2 2 末状态时 弹簧2可能是拉伸状态 对物体的拉力为2mg 3 其伸长量为2mg 3k2 物体处于平衡状态 弹簧1对物体的拉力为5mg 3 故弹簧1伸长了5mg 3k1 所以a竖直向上提高的距离为mg k2 2mg 3k2 5mg 3k1 5mg 3 1 k1 1 k2 从初状态到末状态 弹簧2始终处于压缩状态 弹力从mg减小到2mg 3 根据胡克定律推论 f x得弹簧2的长度的增加量 解2 1 末状态弹簧2处于压缩状态 从初状态到末状态 弹簧1从原长变为伸长状态 弹力从0增大到mg 3 根据胡克定律得弹簧1的长度的增加量 弹簧的a端竖直向上提起的高度 2 末状态弹簧2处于伸长状态 从初状态到末状态 弹簧2从压缩到伸长状态 弹力从mg变为到2mg 3 根据胡克定律推论 f x得弹簧2的长度的增加量 从初状态到末状态 弹簧1从原长到伸长状态 弹力从0变为到5mg 3 根据胡克定律得弹簧1的长度的增加量 弹簧的a端竖直向上提起的高度 例6 如图所示 斜面上放一物体m 用劲度系数为100n m的弹簧平行斜面地吊住 使物体在斜面上的p q两点间任何位置都能处于平衡状态 若物体与斜面间的最大静摩擦力为7n 则p q间的长度为多少 解 物体m在p点时 刚好不沿斜面上滑 物体受到沿斜面向下的最大静摩擦力 物体m在q点时 刚好不沿斜面下滑 物体受到沿斜面向上的最大静摩擦力 从p到q 弹簧从伸长到压缩 弹力变化2fm 14n 根据胡克定律的推论 弹簧缩短的长度即pq间的长度 例7 02年广东高考题 如图所示中 a b c为三个物块 m n为两个轻质弹簧 r为跨过光滑定滑轮的轻绳 它们连接如图 并处于平衡状态 则 a 有可能n处于拉伸状态而m处于压缩状态b 有可能n处于压缩状态而m处于拉伸状态c 有可能n处于原长而m处于拉伸状态d 有可能n处于拉伸状态而m处于原长 解析 绳r对弹簧n只能向上拉不能向下压 所以