人教版高中物理必修1第三章 相互作用2 弹力 课件(2).ppt

第2课时弹力 课前自主学习 一 弹性形变和弹力1 物体在力的作用下 发生改变叫做形变 有些物体在形变后能够恢复原状 这种形变叫做 2 发生弹性形变的物体由于要 对与它接触的物体产生力的作用 这种力叫 如果形变过大 超过一定的限度 撤去作用力后 物体就不能完全恢复原来的形状 这个限度就叫 知识梳理 形状或体积 弹性形变 恢复原状 弹力 弹性限度 二 几种弹力的方向弹力的方向总是与物体形变的方向 具体如下 1 压力和支持力的方向都 物体的接触面 指向被压和被支持的物体 2 绳的拉力方向是沿着绳而 相反 垂直于 指向绳收缩的 方向 思考1 绳力的拉力方向一定沿绳收缩的方向 那么轻杆的弹力是否一定沿杆呢 答案 轻杆的弹力不一定沿杆 要具体问题具体分析 三 胡克定律1 弹力的大小与 有关 形变越大 弹力 形变消失 弹力 但定量关系一般比较复杂 2 弹簧发生弹性形变时 弹力的大小F跟弹簧 或缩短 的长度x成 3 公式 其中k为弹簧的 表示弹簧的软硬程度 弹性形变 越大 消失 伸长 正比 F kx 劲度系数 思考2 弹簧的劲度系数k和什么因素有关 答案 劲度系数k是由弹簧本身的因素来决定的 和弹力及形变的大小无关 思考3 两个相互接触的物体间一定有弹力吗 答案 不一定 只有接触并且相互挤压发生弹性形变的物体之间才产生弹力 例如 放在墙角的铅球与墙接触 但是不受墙的弹力 1 下列关于弹力产生的条件的说法正确的是 A 只要两个物体接触就一定产生弹力B 只要两物体相互吸引就一定产生弹力C 只要物体发生形变就一定有弹力产生D 只有发生弹性形变的物体才产生弹力解析 物体间有弹力产生时 必须同时满足 两物体相接触 物体发生弹性形变 这两个条件 相互吸引的物体不一定相接触 因此不一定产生弹力 综上所述 只有D项正确 答案 D 基础自测 2 关于胡克定律 下列说法正确的是 A 由F kx可知 在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变量x成正比B 由k 可知 劲度系数k与弹力F成正比 与弹簧的长度改变量x成反比C 弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的因素决定的 与弹力F的大小和弹簧形变量x的大小无关D 弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长 或缩短 单位长度时弹力的大小答案 ACD 3 如图3 2 2所示 一辆汽车停在水平地面上 下列关于汽车与地面所受弹力的说法正确的是 图3 2 2 A 地面受到向下的压力 是因为地面发生了形变B 地面受到向下的压力 是因为汽车发生了形变 C 汽车受到向上的支持力 是因为地面发生了形变D 汽车受到向上的支持力 是因为汽车发生了形变答案 BC 4 关于弹性形变的概念 下列说法正确的是 A 物体形状的改变叫弹性形变B 一般钢筋用力弯折后的形变就是弹性形变C 物体在外力停止作用后 能够恢复原来形状的形变 叫弹性形变D 物体在外力停止作用后的形变叫弹性形变答案 C 5 下图中 P物体对Q物体的压力的示意图 有明显错误的是 解析 作用点应在Q上 所以B D错 弹力应垂直于接触面 所以C错 只有A对 应选B C D 答案 BCD 6 将一根原长为40cm 劲度系数为100N m的弹簧拉长为45cm 此时弹簧的弹力为 A 45NB 40NC 85ND 5N答案 D 7 画出图3 2 3中物体A所受弹力的示意图图3 2 3 答案 课堂互动探究 1 形变有两个方面 1 形状的改变 指受力时物体的外观发生变化 如橡皮条拉紧时 由短变长 跳水馆中的跳板本来是水平伸直的 当运动员在上面起跳时 平直的板变得弯曲 撑杆跳高时 运动员手中的撑杆由直变曲 2 体积的改变 指受力时物体的体积发生变化 如用力压排球 排球的体积变小 用力压海绵 海绵的体积变小 对形变与弹力的理解 2 观察微小形变的方法 1 物理放大法如图3 2 4所示 为用圆柱形水瓶演示固体形变的实验 双手用力紧捏瓶时 难以观察出瓶体本身的形变 先将水瓶中装满水 用橡皮塞盖严 再在橡皮塞上 任何物体都能发生形变 不能发生形变的物体是不存在的 不过有的形变比较明显 可以直接看见 有的形变极其微小 要用仪器才能显示出来 图3 2 4 钻一小孔 插上一根细玻璃管 当在水瓶上施加一个力时 水瓶发生微小形变 但用肉眼难以直接观察到这个形变 这时 插在瓶中的细玻璃管中液面的变化将这个形变明显地显现出来 其显著程度取决于细管直径的大小 要使实验现象更明显些 可以让玻璃管细些 但当玻璃管太细时 由于毛细现象 液面的阻力将变大 水柱上升后 将不再下降 所以细玻璃管并非越细越好 应该粗细适当 细管液面升降放大法是通过透明细管中的有色液面的上升或下降来反映某种物理量 如体积 温度 压强 热量 内能等 的微小变化 2 光学放大法光点反射放大法是使光的反射角的微小变化通过反射光线投射到远处光屏上的光点的移位来显示 其变化的显著程度取决于反射镜至光的投射点之间的距离 光学放大法是一种非常重要的物理方法 根 图3 2 5 据光学放大法 物理学家测出了很多难以直接测量的物理常数 如卡文迪许巧妙地运用光点反射放大法解决了测量石英丝微小扭转角的难题 进而算出了万有引力常数 如图3 2 5为演示桌面微小形变的实验装置 一束光线依次被平面镜M和N反射 最后射到标有刻度的面镜L上 形成一个光点 当用力压桌面时 镜子就要向箭头所示的方向倾斜 由于两面镜子之间的距离较大 光点就会在刻度尺上有明显的移动 从而把桌面的微小形变通过光程放大显示出来 3 间接观察法直接观察作用在水平桌面或者水平木板上的力产生的微小形变 观察效果不明显 我们可以借助其他手段来间接观察 如图3 2 6所示 当观察水平桌面受力发生的形变时 可以在水平桌面上放置一个水平仪 当有力 图3 2 6 作用在水平桌面上时 桌面将向下凹 这时水平仪中的小气泡将发生移动 从而表明桌面发生了形变 例1 下列有关物体受外力及形变的说法正确的是 A 有力作用在物体上 物体一定发生形变 撤去此力后形变完全消失B 有力作用在物体上物体不一定发生形变C 力作用在硬物体上 物体不发生形变 力作用在软物体上 物体才发生形变D 一切物体受到外力作用都要发生形变 外力撤去后形变不一定完全消失 解析 只要有力作用在物体上 物体就一定会发生形变 故B项错误 发生形变后的物体 当撤去外力后 有些能完全恢复原状 有些不能完全恢复原状 A项错误 D项正确 不管是硬物体还是软物体 只要有力作用都会发生形变 C项错误 答案 D 题后反思 1 对于弹性形变 当力撤去后可以恢复原状 2 若两个物体在直接接触的同时 也存在弹性形变 则两个物体间有弹力的作用 3 弹力大小与形变量有关 对于接触面情况一定的前提下 形变越大 弹力也越大 如图3 2 7所示 把一只玻璃瓶装满水 瓶口用中间插有细玻璃管的瓶塞塞住 用手挤压玻璃瓶 细管中的水就会上升 松开手 细管中的水面又降回原处 由此可以验证玻璃瓶受到挤压时发生了微小的弹性形变 这里所采用的特殊实验方法叫 法 答案 放大 图3 2 7 1 弹力产生的条件 1 物体间直接接触 2 物体发生弹性形变 这两个条件必须同时满足 缺一不可 由此可以导出 弹力是接触力 不直接接触的物体间不可能产生弹力 2 对于形变不明显的情况通常有以下三种方法 1 假设法 可以假设将与物体接触的物体撤去 看物体还能否保持原来的状态 若能则无弹力 若不能 则存在弹力 弹力有无的判定 2 状态法 因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合 所以可以依据物体的运动状态由相应的规律 如二力平衡等 来判断物体间的弹力 3 替换法 可以将硬的 形变不明显的施力物体用软的 易产生明显形变的物体来替换 如将侧壁 斜面用海绵来替换 将硬杆用轻弹簧来替换 判断弹力时 不仅要看物体间是否接触 更需要考察接触处是否发生形变 有些难以直接判断的情况 可以采用以上三种方法来分析 例2 如图3 2 8所示 细绳下悬挂一小球D 小球与光滑的静止斜面接触 且细绳处于竖直状态 则下列说法中正确的是 A 斜面对D的支持力垂直于斜面向上 图3 2 8 B D对斜面的压力竖直向下C D与斜面间无相互作用力D 因D的质量未知 所以无法判定斜面对D支持力的大小和方向 解析 对D进行受力分析可知 D一定受到竖直向上的绳的拉力和竖直向下的重力 其中有无弹力可用假设法 假设去掉斜面 D仍保持原来的静止状态 可判断出D与斜面间无相互作用力 答案 C题后反思 判断弹力是否存在一般有以下两种方法 假设法 根据物体的运动状态判断 如图3 2 9所示 水平地面OA和倾斜墙OB均光滑 球C与OA OB均接触 试分析接触点a b处有无弹力 图3 2 9 解析 对a处 假设弹力不存在 球将在重力作用下下落 而实际并未下落 说明a处有挤压 有弹力 对b处 假设有弹力 球将受到一个斜向右下方的弹力作用 在这个力的作用下 球将向右运动 而实际没有向右运动 说明b处无挤压没有弹力 答案 a点有弹力 b点没有弹力 1 弹力是接触力 不同的物体接触 弹力方向的判断方法不同 弹力方向的判定 2 弹力方向的判定步骤明确产生弹力的物体 找出使该物体发生形变的外力的方向 确定该物体产生弹力的方向 3 注意 根据力作用的特点 一个物体受到的力 一定是另一个物体施加的 故一个物体受到的弹力作用 一定是另一个物体的形变引起的 例3 试做出图3 2 10中A物体所受弹力的示意图 设各物体均静止且光滑 图3 2 10 解析 图中A受重力的作用 A对地面有挤压 地面发生形变 对A有弹力作用 其方向与地面垂直向上 同 图中A与碗上边缘有挤压 A在此点受弹力作用 属于点面接触 弹力方向与A杆垂直 指向左上方 A下端与碗底挤压产生形变 A在此点受弹力作用 属于点与点接触的情况 弹力垂直于切面方向指向球心 图中A与B及A与容器壁之间有挤压 都产生弹力 竖直容器壁给A的弹力与容器壁垂直指向左方 B给A的弹力沿两球球心连线指向A A受两根绳的拉力作用 拉力 即弹力 方向指向绳收缩的方向 答案 各图中A所受弹力的示意图如下图所示 题后反思 在分析弹力时 首先要判断弹力是否存在 若存在 则弹力的方向可用如下方法判断 若接触面为一平面 则弹力方向一定垂直该平面且指向受力物体 如该例 若接触面为点面接触 则弹力方向一定垂直该平面且指向受力物体 如该例 若接触面为点线接触 则弹力方向一定垂直该线且指向受力物体 如该例 中F1 若接触面为点点接触 则弹力方向一定垂直过定点的切面且指向受力物体 如该例 中F2和该例 绳拉力的方向总是沿绳且指向绳收缩方向 可归纳为 压力或支持力的方向 总是与接触面 或切面 垂直 且指向受力物体 1 胡克定律的内容在弹性限度内 弹簧的弹力大小跟弹簧的形变量成正比即F kx 其中x是弹簧的伸长量或压缩量 k称为弹簧的劲度系数 简称劲度 单位是N m 2 胡克定律的成立是有条件的 就是弹簧发生 弹性形变 即必须在弹性限度内 3 F kx中的x是弹簧的形变量 是弹簧伸长 或缩短 的长度 而不是弹簧的长度 胡克定律 4 弹簧的劲度系数k 它表示了弹簧固有的力学性质 大小由弹簧本身的物理条件决定 如材料 长度 截面积等 5 在应用F kx时 要把各物理量的单位统一到国际单位制中 6 公式 F k x可作为胡克定律的推论使用 式中 F x分别表示弹力变化量和形变变化量 例4 竖直悬挂的弹簧下端 挂一重为4N的物体时 弹簧长度为12cm 挂重为6N的物体时 弹簧长度为13cm 则弹簧原长为 cm 劲度系数为 N m 解析 弹簧上悬挂重物时弹簧要伸长 由胡克定律知 弹簧上的弹力与弹簧的伸长量成正比 即F kx 其中k为弹簧的劲度系数 x为弹簧伸长量 数值上等于伸长后的总长度L减去原长L0 即x L L0 改变悬挂重物的质量 伸长量发生变化 这样可以列出两个方程 可通过解方程组求出弹簧原长和劲度系数 设弹簧的原长为L0 劲度系数为k 设挂G1 4N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 12cm L2 13cm 由胡克定律得G1 k L1 L0 G2 k L2 L0 代入数据解得 L0 10cm k 200N m 即弹簧原长为10cm 弹簧劲度系数为200N m 答案 10200题后反思 深刻理解F kx中的各个物理量 k为劲度系数x为伸长量 压缩量 再根据物体的状态进行分析 即可求出待求物理量 如图3 2 11所示 弹簧的劲度系数为k 小球重为G 平衡时球在A位置 今用力F将小球向下拉长x至B位置 则此时弹簧的弹力为 图3 2 11 A kxB kx GC G kxD 以上都不对答案 B 例5 如图3 2 12所示 物体A靠在竖直墙面上 在力F作用下 A