鲁科版必修1 形变与弹力 课件（82张）.ppt

形变与弹力 主题1弹性形变和弹力的产生研读教材 自主认知1 形变 物体在力的作用下 发生的改变 2 弹性形变 发生形变的受力物体在外力撤除后能够 的形变 体积或形状 恢复原状 3 弹性限度 超过一定的限度 撤去外力后形变物体不能完全 4 弹力 由于要恢复原状 发生 的物体对与它接触的物体产生的作用力 恢复原 状 弹性形变 合作探究 核心归纳 情景1 如图甲所示 用力挤压玻璃瓶身 细管中的水面会上升 松手后水面下降 情景2 如图乙所示 在一张大桌子上放两个平面镜m和n 让一束光依次被两面镜子反射 最后射到墙上 形成一个光点p 用力压桌面 观察到墙上光点的位置会发生变化 情景3 如图丙所示 物体a b并排静止在光滑水平面上 如图丁所示 物体c d静止叠放在光滑水平面上 情景4 如图戊所示 在光滑水平面上用力推动小车分别挤压弹簧和橡皮泥 试结合上述情景讨论下列问题 1 做甲图实验 思考细管中水面的变化说明了什么 做乙图实验 观察光点位置怎样变化 思考光点位置的变化说明了什么 提示 甲图中细管中水面的变化说明了玻璃瓶发生了形变 乙图中当力f增大时 两镜面均向里倾斜 使入射角减小 经两次累积 使反射光线的反射角更小 光点p下移 同理 若力f减小 光点p上移 光点位置的变化说明了桌面发生了形变 任何物体在力的作用下 都会产生形变 只是有的形变明显 有的形变不明显 上述两个实验均采用了 放大法 显示微小形变的原理 2 如图丙所示 物体a b并排静止在光滑水平面上 a b之间有弹力吗 如图丁所示 光滑物体c d叠放在光滑水平面上 处于静止状态 a b之间有弹力吗 提示 在图丙中 若移走物体a 物体b仍然静止 或者移走物体b 物体a仍然静止 说明虽然a b接触 但相互之间没有弹力的作用 在图丁中 如果将物体d快速撤出 物体c会立即下落 这说明d阻止了c的下落 说明c d之间有弹力的作用 3 如图戊所示 在光滑水平面上 用力推动小车向左压弹簧 弹簧对小车有弹力作用吗 用力推动小车向左压橡皮泥 松手后橡皮泥对小车还有弹力作用吗 弹簧和橡皮泥分别发生的是何种形变 提示 松手后 压缩弹簧的小车被弹出 这说明弹簧对小车有弹力作用 压缩橡皮泥的小车不被弹出 这说明橡皮泥对小车没有弹力作用 弹簧变形后撤去外力能恢复原状 属于弹性形变 橡皮泥形变后撤去外力不能恢复原状 属于非弹性形变 这个实验说明只有发生弹性形变的物体才能产生弹力 4 从上述问题中 我们可以得出弹力产生的条件是什么 提示 产生弹力的条件 物体间直接接触 接触处发生弹性形变 归纳总结 1 弹力产生的条件 2 判断弹力是否存在的两种方法 1 定义法 根据弹力产生的条件直接进行判断 如果具备弹力产生的 两个条件 则接触面之间存在弹力 否则 不存在弹力 2 假设法 假设无弹力 假设物体在某一接触处不存在弹力 看物体是否在该位置保持原来的状态 从而判断物体在该处是否受到弹力作用 例如 如图所示 一球放在光滑的水平面ac上 并和光滑面ab接触 球静止 分析球所受的弹力 假设去掉ab面 球仍保持原来的静止状态 可判断出在球与ab面的接触处没有弹力 假设去掉ac面 球将向下运动 故在与ac面的接触处受到弹力 其方向垂直于ac面竖直向上 假设有弹力 就是假设与研究对象接触的物体对研究对象施加了弹力 画出假设状态下的受力图 判断受力情况与原来状态是否矛盾 若矛盾 则不存在弹力 若不矛盾 则此弹力存在 拓展延伸 用放大法观察物体的微小形变 1 观察圆玻璃瓶的微小形变 如图所示 取一个圆玻璃瓶 里面盛满水 用穿有透明细管的橡皮塞封口 使水面位于细管中 用手捏玻璃瓶 玻璃瓶发生形变 容积减小 水受挤压 细管中水面上升 松开手后 形变恢复 水面落回原处 2 观察扁玻璃瓶的微小形变 将 1 中的圆玻璃瓶换成扁玻璃瓶 其横截面为矩形 如图甲所示 如果用手沿图乙方向挤压玻璃瓶 玻璃瓶发生形变 容积减小 可观察到细管中水面上升 如果用手沿图丙方向挤压玻璃瓶 玻璃瓶发生形变 容积增大 可观察到细管中水面下降 松手后 形变恢复 水面回到原位置 3 设计这个实验的原理是放大法 在有些现象 变化 待测量十分微小的情况下 往往采用放大法 物理学中不少重大发现利用了放大法 过关小练 即时应用1 2015 泉州高一检测 一辆汽车停在水平地面上 下列说法正确的是 a 地面受到了向下的弹力 是因为地面发生了弹性形变 汽车没有发生形变 所以汽车不受弹力b 地面受到了向下的弹力 是因为地面发生了弹性形变 汽车受到了向上的弹力 是因为车轮也发生了形变c 汽车受到向上的弹力 是因为地面发生了形变 地面受到向下的弹力 是因为汽车发生了形变d 以上说法都不正确 解析 选c 汽车停在水平地面上 因为地面发生了向下的形变 所以地面在恢复原状时对与之接触的车轮产生一个向上的弹力作用 因为汽车的车轮发生了向上的形变 所以车轮在恢复原状时对与之接触的地面产生一个向下的弹力作用 故c正确 a b d错误 2 2015 舟山高一检测 在图中 a b之间一定有弹力的是 解析 选b 两物体间产生弹力的条件除了相互接触外 还要相互挤压产生弹性形变 a c d图中a b间虽有相互接触 但不一定相互挤压 故选b 3 如图所示 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 解题指南 解答本题应明确以下两点 1 判断a处时 可假设a处无弹力 2 判断b处时 可假设b处有弹力 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 而实际上球却没有向右运动 说明b处无挤压 没有弹力 答案 a处有弹力 b处没有弹力 补偿训练 1 杂技演员具有高超的技术 如图所示 他能轻松地顶住从高处落下的缸 关于他顶缸时头顶受到的压力产生的直接原因是 a 缸的形变b 头的形变c 物体受到的重力d 人受到的重力 解析 选a 头顶受到的压力的施力物体是缸 受力物体是头顶 头顶受到的压力产生的直接原因是缸的形变 间接原因是缸受到的重力 a项正确 2 2015 长沙高一检测 如图 一个小球用两根轻绳挂于天花板上 球静止 绳1倾斜 绳2恰好竖直 则小球所受的作用力个数 a 一定是两个b 一定是三个c 可能是四个d 可能是两个 也可能是三个 解析 选a 小球受重力和绳2的拉力 此时小球静止 二力平衡 若绳1有拉力 则绳2不会处于竖直状态 故小球受两个力 a正确 3 多选 下列各种情况中 属于弹性形变的有 a 撑杆跳高运动员起跳中 撑杆的形变b 当你坐在椅子上时 椅面发生的微小形变c 细钢丝被绕制成弹簧d 铝桶被砸扁 解析 选a b 撑杆的形变 椅面发生的微小形变 均能恢复原状 是弹性形变 细钢丝被绕制成弹簧 不能恢复原状 铝桶被砸扁 不能恢复原状 是非弹性形变 故选项a b正确 c d错误 通法悟道 判断弹力有无的两大误区 1 误认为只要有接触一定存在弹力作用 而忽略了弹力产生的另一个条件 发生弹性形变 2 误认为有形变一定有弹力 忽略了弹性形变与非弹性形变的区别 主题2弹力的方向研读教材 自主认知1 常见的三种弹力 图甲中f1表示书对桌面的 f2表示桌面对书的 图乙表示绳的拉力 又叫绳的 压力 支持力 张力 2 常见弹力的方向 1 压力和支持力的方向都 选填 垂直 或 不垂直 于物体的接触面 2 绳的张力沿着绳指向 的方向 垂直 绳收缩 合作探究 核心归纳 情景1 如图甲所示 把装有水的瓶子放在桌面上 情景2 如图乙 丙所示 在弹簧下端和弹簧上端分别固定物块m 都处于静止状态 情景3 如图丁所示 三个重物均静止 试结合上述情景 讨论下列问题 1 图甲中的瓶子受到的弹力是由哪个物体发生形变而产生的 方向如何 桌面受到的弹力是由哪个物体发生形变而产生的 方向如何 试在图中分别画出 提示 瓶子受到的弹力是桌面发生形变而产生的 方向竖直向上 桌面受到的弹力是瓶子发生形变而产生的 方向竖直向下 力的示意图如图所示 2 乙图中弹簧对物块的弹力沿什么方向 丙图中弹簧对物块的弹力沿什么方向 由此能得到弹簧弹力方向与形变方向有何关系 提示 乙图中弹簧被拉伸 所以弹簧弹力方向竖直向上 指向弹簧收缩的方向 丙图中弹簧被压缩 所以弹簧弹力方向竖直向上 背离弹簧压缩的方向 由此可知弹簧弹力方向与形变方向相反 3 丁图中杆a b c的弹力方向如何 请分析并画出弹力的示意图 提示 丁图中a杆给重物的弹力f类同于绳子的作用 为拉力 方向沿杆向上 如图a所示 丁图中b杆给重物的弹力f类同于支持力 方向沿杆向上 如图b所示 丁图中c杆给重物的弹力f并不沿着杆 根据二力平衡判断出f的方向应竖直向上 如图c所示 归纳总结 1 几种常见弹力的方向 2 判断弹力方向的一般步骤 1 判定物体之间弹力作用的类型 2 判定产生弹力的物体 3 判定物体形变的方向 4 判定物体产生的弹力方向 过关小练 即时应用1 体育课上一学生将足球踢向斜台 如图所示 下列关于足球与斜台作用时斜台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 沿垂直于斜台斜向左上方的方向 解析 选d 足球与斜台的作用是球面与平面的相互作用 足球所受弹力方向垂直于斜台指向足球 即斜向左上方的方向 故d正确 2 2015 济宁高一检测 如图所示 挡板ab可绕b端转动 斜面光滑 此挡板ab保持竖直 请画出球所受弹力 重力的示意图 解析 球受力如图所示答案 见解析 互动探究 请画出挡板ab转至与斜面垂直及水平时球受力的示意图 解析 两种情况下球受力如图所示 答案 见解析 3 2015 日照高一检测 请在图中画出杆或球所受的弹力 a 杆靠在墙上 b 杆放在半球形的槽中 c 球用细线悬挂在竖直墙上 d 点1 2 3都可能是球的重心位置 点2是球心 1 2 3点在同一竖直线上 解题指南 解答本题时应明确以下三点 1 若为面面 或曲面 接触 弹力垂直于面 2 绳上弹力沿绳并指向绳收缩方向 3 与球面接触的弹力方向延长线或反向延长线过球心 解析 本题考查对弹力方向的判定 关键是熟悉各种接触中的弹力方向 a 杆在重力作用下对a b两处都产生挤压作用 故a b两处对杆都有弹力 弹力方向与接触点的平面垂直 如图甲所示 b 杆对c d两处都有挤压作用 因c处为曲面 d处为支撑点 所以c处弹力垂直于其切面指向球心 d处弹力垂直于杆斜向上 如图乙所示 c 球挤压墙壁且拉紧绳子 所以墙对球的弹力与墙面垂直 绳子对球的弹力沿绳子斜向上 如图丙所示 d 当重心不在球心处时 弹力作用也必通过球心o 如图丁所示 应注意不要错误地认为弹力作用线必定通过球的重心 答案 见解析图 补偿训练 1 如图为p物体对q物体压力的示意图 正确的是 解析 选a p物体对q物体的压力应作用在q物体上 且力的方向应垂直于接触面并指向q 故b c d均是错误的 2 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 其中甲中物体p处于静止状态 乙中物体p 即球 在水平面上匀速滚动 解析 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 即竖直向上 它们所受弹力的示意图如图所示 答案 见解析 3 画出图中物体a和b所受重力 弹力的示意图 各接触面均光滑 各物体均静止 解析 各图中a b受力如图所示答案 见解析 通法悟道 作受力图时确定弹力的方向的四种情形 1 若接触面之一为平面 则弹力一定垂直于该平面 2 若接触面之一为球面 则弹力一定过球心 3 若接触面之一为曲面 则弹力一定垂直于过接触点的切面 4 若接触处之一为一直线 则弹力一定垂直于该直线 主题3胡克定律研读教材 自主认知1 内容 弹簧发生弹性形变时 弹力的大小f跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成 2 公式 f 其中k为弹簧的 单位 符号 正比 kx 劲度系数 牛顿 米 n m 合作探究 核心归纳情景1 图甲表示弹簧处于原长状态 情景2 图乙表示弹簧处于拉伸状态 情景3 图丙表示弹簧处于压缩状态 试结合上述情景 讨论下列问题 1 在公式f kx中 x表示的是弹簧的长度吗 若不是 它表示什么意义 图甲中弹簧的原长为l0 图乙中在拉力f的作用下弹簧的长度为l1 图丙中在压力f 的作用下 弹簧的长度为l2 则f和f 分别等于多少 提示 x表示的是弹簧伸长的长度或缩短的长度 而不是弹簧的长度 图乙中弹簧伸长量为 l1 l0 图丙中弹簧压缩量为 l0 l2 所以f k l1 l0 f k l0 l2 2 弹簧弹力的变化量 f与形变量的变化量 x是否也成正比关系 试证明 提示 成正比 由于f1 kx1 f2 kx2 故 f f2 f1 kx2 kx1 k x2 x1 k x 所以弹簧的弹力的变化量 f与形变量的变化量 x也成正比 3 若以弹力和弹簧形变量分别作为纵轴和横轴建立f x图像 图像的斜率表示什么物理意义 如果弹簧1 2的f x图像如图所示 哪根弹簧的劲度系数较大 提示 由胡克定律f kx可得k 所以f x图像的斜率表示弹簧的劲度系数 斜率越大 劲度系数越大 弹簧越硬 由图可知 图像1的斜率较大 所以弹簧1的劲度系数较大 归纳总结 1 定律的适用条件 弹簧发生弹性形变且必须在弹性限度内 2 表达式中的x的意义 弹簧的形变量 即弹簧伸长或缩短的长度 而不是弹簧的原长 也不是弹簧形变后的实际长度 同一弹簧伸长或压缩相同长度时 弹力大小相等 但方向不同 3 表达式中的k的意义 弹簧的劲度系数 它反映了弹簧的 软 硬 程度 是由弹簧本身的性质 材料 长度 粗细等 决定的 在国际单位制中k的单位为 n m 4 单位应用 由于弹簧的形变量x通常以 cm 为单位 而劲度系数k又往往以 n m 为单位 因而在应用公式时要注意将各物理量的单位统一为国际单位制 5 f x图像 根据胡克定律 可作出弹力f与形变量x的图像 如图所示 这是一条通过原点的倾斜直线 其斜率 反映了k的大小 故胡克定律还可写成 f k x 即弹力的变化量 f跟弹簧形变量的变化量 x成正比 过关小练 即时应用1 多选 关于胡克定律 下列说法中正确的是 a 由f kx可知 弹力f的大小与弹簧的长度x成正比b 由k 可知 劲度系数k与弹力f成正比 与弹簧长度的改变量x成反比c 弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的 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 解析 选c d 胡克定律f kx中 x是弹簧伸长或缩短的长度 k是劲度系数 与弹簧本身的性质有关 与f x均无关 故a b错误 c d正确 2 2015 苏州高一检测 如图所示为一轻质弹簧的长度l和弹力f大小的关系图像 试由图像确定 1 弹簧的原长 2 弹簧的劲度系数 3 弹簧伸长10cm时 其弹力的大小 解题指南 解答本题时应明确以下两点 1 f l图像中l的意义 2 图线的斜率在数值上等于弹簧的劲度系数 解析 1 由图知 当弹簧长度为10cm时 弹力f 0 故弹簧的原长l0 10cm 2 由图可知 当弹力的变化量 f 10n时 弹簧长度的变化量 x 5cm 0 05m 由 f k x得k 200n m 3 当x 10cm 0 1m时 由f kx得f 200 0 1n 20n 答案 1 10cm 2 200n m 3 20n 3 2015 福州高一检测 如图是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力f之间的关系图 写出图线代表的函数表达式 x的单位为m 解析 由f x图像可知 弹簧的劲度系数k 2000n m由胡克定律f kx知 图线的函数表达式应为f 2000 x答案 f 2000 x 互动探究 1 若这根弹簧被剪掉一半 则新弹簧的劲度系数变为多大 2 若这根弹簧从中间剪断 把两段弹簧并起来使用 则新弹簧的劲度系数变为多大 解析 1 设受到力f时原弹簧的伸长量为x 其中一半弹簧的伸长量为 由胡克定律知对原弹簧有f kx 对新弹簧有f k 联立可得k 2k 4000n m 2 将弹簧剪成相等的两段并起来使用 则对新弹簧有2f k 由 式得k 4k 8000n m答案 1