高中物理3.2弹力课件.ppt

2弹力 一 弹性形变和弹力1 形变 1 定义 物体在力的作用下 或 发生改变的现象 2 弹性形变 撤去作用力后能够 的形变 3 弹性限度 当形变超过一定的限度时 撤去作用力后 物体 原来形状的限度 2 弹力 发生 的物体 由于要 对与它接触的物体会产生力的作用 形状 体积 恢复原来形状 不能完全恢复 形变 恢复原状 例 如图所示的情景中 运动员 箭 小车的运动状态为什么能发生变化 提示 运动员 箭 小车的运动状态发生变化是因为受到了跳板 弓弦或弹簧对它弹力的作用 题中弓弦与箭相互作用 弓弦受到的弹力是由于谁的形变产生的 提示 由于箭的形变产生的 3 产生弹力必备的两个条件 1 两物体间相互接触 2 发生弹性形变 如何观察微小形变 课本P 54 物理思想方法是 放大 二 几种弹力的方向1 压力和支持力 垂直于 指向 2 绳的拉力 沿着绳子指向绳子 物体的接触面 被压或被支持 的物体 收缩的方向 自我思悟 试画出甲 乙两图中棒和球所受弹力的方向 提示 棒和球所受弹力的方向如图所示 微思考 1 两物体相互挤压或拉伸时 施力物体和受力物体都发生了形变 弹力是由哪个物体发生形变产生的 提示 弹力是由施力物体发生弹性形变引起的 例如 放在桌子上的书本 受到桌子的支持力是由施力物体桌面发生弹性形变引起的 三 胡克定律1 胡克定律 弹簧发生 时 弹力的大小F跟弹簧 成正比 即F kx 2 劲度系数 公式F kx中的k称为 单位是 单位的符号是 弹性形变 伸长 或缩短 的长度x 弹簧的劲度系数 牛 顿每米 N m 自我思悟 1 胡克定律成立的条件是什么 弹簧发生何种形变 提示 胡克定律成立的条件是弹簧处于弹性限度内 此时弹簧发生的是弹性形变 2 能否将胡克定律表述为 弹簧发生弹性形变时 弹力的大小F跟弹簧的长度成正比 为什么 提示 不能 公式F kx中的x指的是弹簧的伸长或缩短的长度 形变量 而不是弹簧的长度 3 由F kx 得k 总结出 k与弹力F成正比 与弹簧的形变量x成反比 对吗 为什么 提示 不对 k的大小只与弹簧本身组成有关 与F和x的大小无关 对同一个弹簧 F增大 x就增大 F与x的比值不变 3 其F x图像为一条经过原点的倾斜直线 图像斜率表示弹簧的劲度系数 同一根弹簧 劲度系数不变 4 由于F1 kx1 F2 kx2 故 F F2 F1 kx2 kx1 k x 因此 弹簧弹力的变化量 F与形变量的变化量 x也成正比关系 弹簧F x图像问题的解题技巧 案例剖析某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候 测得弹力的大小F和弹簧长度L的关系如图所示 则由图线可知 1 弹簧的劲度系数为N m 2 当弹簧被压缩 弹力大小为5N时 弹簧的长度为cm 盲区扫描 1 相互接触的两物体不一定产生弹力 但产生弹力的两物体一定要相互接触 2 弹力是根据力的性质来命名的 而压力 支持力 拉力是根据力的作用效果命名的 从范围上来说 压力 支持力和拉力都属于弹力 3 弹簧形变量x 原长l0 拉长后的长度l的关系为x l l0 4 弹簧的劲度系数k仅由弹簧自身因素决定 对于某一个弹簧 它的劲度系数不因所处位置 运动状态或受力大小而改变 判断弹力有无的两种常见方法 1 直接判断 对于形变较明显的情况 可根据弹力产生条件直接判断 2 假设法 判断 对于形变不明显的情况 可用 假设法 进行判断 常见以下三种情形 假设与研究对象接触的物体解除接触 判断研究对象的状态是否发生改变 若状态不变 则此处不存在弹力 若状态改变 则此处存在弹力 思路方法 假设有弹力 看看研究对象还能否保持平衡或原来的运动状态 若能保持 则说明有弹力 若不能保持 则说明没有弹力 假设没有弹力 看看研究对象还能否保持平衡或原来的运动状态 若能保持 则说明没有弹力 若不能保持 则说明有弹力 题组通关 示范题 图中小球均处于静止状态 各板均光滑 都和小球接触 且下板均在水平位置 试分析小球受力 解题探究 本题可结合下表分析 存在 不存在 存在 不存在 不存在 存在 规范解答 甲 假设去除a板 球将自由下落 原状态改变 故球与a板间存在弹力 假设去除b板 球仍能保持静止 故球与b板间不存在弹力 乙 假设去除水平板 球将自由下落 原状态改变 故球与水平板间存在弹力 假设小球受弹簧的弹力 小球不能保持静止 故小球不受弹簧的弹力作用 丙 假设球与1板间存在弹力 则小球会水平向右运动 故1板对小球无压力 假设球与2板间无弹力 小球会自由下落 故2板对小球有弹力作用 答案 图甲中 球与a板间存在弹力 球与b板间不存在弹力 图乙中 球与水平板间存在弹力 球与弹簧间不存在弹力 图丙中 球与2板间存在弹力 球与1板间不存在弹力 通关1 1 1 关于弹力 下列说法中错误的是 A 物体受到的弹力是由于施力物体发生形变而产生的B 弹力产生在直接接触而且发生弹性形变的物体之间C 相互挤压的物体间弹力方向总是跟接触面相垂直D 相互接触的物体间一定存在弹力 解析 选D 弹力是发生弹性形变的物体对与它接触的另一物体产生的作用力 因此接触且发生弹性形变是产生弹力的前提 只接触没有发生弹性形变 也不会产生弹力 A B正确 D错误 由于挤压产生的弹力一定与接触面垂直 C对 故选D 2 如图所示 用细绳悬挂的小球与光滑斜面相接触 并保持静止 甲中细绳倾斜 乙中细绳呈竖直方向 分析甲 乙中小球受力作用 解析 假设去掉斜面 图甲中的小球将运动 图乙中的小球将保持原来的静止状态 故甲图小球受到斜面的弹力作用 而乙图中小球不受斜面的弹力作用 答案 甲图中小球受到斜面的弹力作用乙图中小球不受斜面的弹力作用 变式训练 1 一个鸡蛋放在一块海绵上 处于静止状态 下列说法正确的是 A 海绵受到鸡蛋的压力就是鸡蛋的重力B 海绵受到鸡蛋的压力是海绵的形变产生的C 海绵受到鸡蛋的压力是鸡蛋的形变产生的D 海绵对鸡蛋的支持力与鸡蛋对海绵的压力是一对平衡力 解析 选C 海绵受到鸡蛋的压力与鸡蛋的重力的施力物体 受力物体各不相同 不是同一个力 A错误 海绵受到鸡蛋的压力是由该力的施力物体鸡蛋的形变产生的 B错误 C正确 海绵对鸡蛋的支持力与鸡蛋对海绵的压力是一对相互作用力 不是平衡力 D错误 2 下列各图中 所有接触面都是光滑的 P Q两球都处于静止状态 P Q两球之间不存在弹力的是 解析 选D 在图A B C中 若将球Q拿走 球P均不能保持原来的静止状态 表明P Q间存在弹力 而对于D图的情况 若将球Q拿走 球P仍能保持静止 说明P Q间不存在弹力 故D正确 弹力方向的确定小结规律方法1 常见的三种接触方式 2 常见三类弹力的方向 题组通关 示范题 请在图中画出物体P受到的力 其中接触处均光滑 物体P处于静止状态 解题探究 1 乙图中物体P所受的两个弹力是否都指向圆心O 提示 不是 A接触点的弹力指向圆心 B接触点的弹力方向与杆垂直 2 丙图中物体P所受的两个弹力是否都指向圆心O 提示 丙图中物体P所受的两个弹力都属于点面接触 方向都指向圆心O 3 丁图中地面对物体P的弹力方向与物体P是匀速运动还是静止是否有关系 提示 物体P无论是匀速还是静止 都处于平衡状态 所受的弹力和重力是一对平衡力 地面对物体P的弹力方向垂直地面向上 规范解答 物体P受到的各接触点或面对它的弹力的示意图如图 通关1 1 1 如图为P物体对Q物体的压力的示意图 其中错误的是 解析 选B C D P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物体 故B C D均是错误的 答案 见解析 2 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质量为m 0 2kg的小球 小球处于静止状态 弹性杆对小球的弹力为 g取10m s2 A 大小为2N 方向平行于斜面向上B 大小为1N 方向平行于斜面向上C 大小为2N 方向垂直于斜面向上D 大小为2N 方向竖直向上 解析 选D 球受重力G和弹力F 由二力平衡条件可知 杆对球的弹力方向与重力方向相反 竖直向上 大小F G mg 2N 故D正确 变式训练 1 2013 广州高一检测 重力为G的小球A在斜面上静止 如图所示 光滑挡板的情况 图甲是竖直方向 图乙是垂直斜面方向 图丙是水平方向 作出这三种情况下小球A的受力示意图 解析 如图所示答案 见解析 2 画出图中球A所受弹力的示意图 已知各接触面均光滑 A球均静止 解析 甲图中A与B A与右墙之间都有挤压 都产生弹力 竖直墙给A的弹力与墙垂直指向左方 B给A的弹力沿两球球心连线指向A 如图甲所示 乙图中绳对A的弹力沿绳的方向指向绳收缩的方向 B对A的弹力沿两球球心连线指向A 如图乙所示 丙图中杆和A之间有形变 杆对A有弹力 由A的平衡状态可知 杆对A的弹力与重力平衡 所以杆对A的弹力方向竖直向上 如图丙所示 答案 见解析 微思考 1 弹力的方向可以与物体间的接触面平行吗 提示 弹力的方向只能垂直于两物体的接触面 不能与接触面平行 2 物体对支持面的压力方向一定竖直向下吗 试举例说明 提示 当支持面水平时 物体对支持面的压力一定竖直向下 当支持面为斜面时 物体对支持面的压力不再是竖直向下 而是与支持面垂直 素养升华 确定弹力方向时应注意的三个问题 1 压力 支持力的方向 垂直于接触面 确定它们方向的关键是找准接触面或接触点的切面 2 轻杆的弹力 沿着杆提供拉力或支持力 此时弹力沿杆的方向 轻杆的弹力有时不沿杆的方向 此时要结合物体的运动状态来确定弹力的具体方向 3 质量不均匀球体所受弹力的方向 指向球体中心 而不是重心 题组通关 示范题 2013 潍坊高一检测 一轻弹簧在10 0N的拉力作用下 长度由原长5 00cm伸长为6 00cm 则 1 弹簧的劲度系数为多大 2 当该弹簧长度为4 20cm时 弹簧的弹力有多大 解题探究 设弹簧原长为l0 拉长后的长度为l1 压缩后的长度为l2 则 1 拉伸后弹簧的形变量x1 2 压缩后弹簧的形变量x2 l1 l0 l0 l2 规范解答 1 由F kx得F1 k l1 l0 即k 1 103N m 2 当该弹簧长度为4 20cm时 弹簧处于压缩状态 此时弹簧的弹力F2 k l0 l2 1 103 5 00 4 20 10 2N 8N答案 1 1 103N m 2 8N 通关1 1 1 拓展延伸 示范题 中 当弹簧受到15N的拉力时 弹簧的长度是多少 受到大小是5N的压力时呢 解析 由F3 k l3 l0 得l3 l0 5 0 10 2 m 6 5 10 2m 6 5cm根据F4 k l0 l4 得l4 l0 5 00cm 102cm 4 50cm答案 6 5cm4 5cm 2 2014 宜昌高一检测 一根轻质弹簧一端固定 用大小为F1的力压弹簧的另一端 平衡时长度为l1 改用大小为F2的力拉弹簧 平衡时长度为l2 弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内 该弹簧的劲度系数为 解析 选A 由胡克定律F kx得 式中x为形变量 设弹簧原长为l0 则有F1 k l0 l1 F2 k l2 l0 联立方程组可以解得所以A项正确 变式训练 1 关于胡克定律 下列说法中不正确的是 A 由F kx可知 弹力F的大小与弹簧的形变量x成正比B 由k 可知 劲度系数k与弹力F成正比 与弹簧的形变量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B 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 故选项B错误 A C D正确 2 在水平桌面上一根弹簧在弹性限度内 对其施加30N的拉力时 其长度为20cm 对其施加30N压力时 其长度为14cm 试求该弹簧的自然长度和它的劲度系数 解析 设弹簧的自然长度为l0 劲度系数为k 根据F kx x为弹簧伸长 或缩短 的长度 由此得 30 k 0 2 l0 30 k l0 0 14 解以上两式得 l0 17cm k 1000N m答案 17cm1000N m 资源平台 备选角度 弹簧的弹力分析 示范题 如图所示 物体A和B的重力分别为10N和3N 不计弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦 则弹簧测力计的示数为 A 3NB 7NC 10ND 13N 标准解答 选A B物体对弹簧测力计的拉力为3N 由二力平衡知A对弹簧测力计的拉力也为3N 故弹簧测力计的示数为3N A正确 弹簧F x图像问题的解题技巧 案例剖析 2014 衡水高一检测 某物理兴趣小组的同学在研究弹簧弹力的时候 测得弹力的大小F和弹簧长度L的关系如图所示 则由图线可知 1 弹簧的劲度系数为N m 2 当弹簧被压缩 弹力大小为5N时 弹簧的长度为cm 精讲精析 1 由图读出 弹簧的弹力F 0时 弹簧的长度为L0 10cm 即弹簧的原长为10cm 由图读出弹力为F1 10N 弹簧的长度为L1 5cm 弹簧压缩的长度x1 L0 L1 5cm 0 05m 由胡克定律得弹簧的劲度系数为k 200N m 2 弹簧的弹力为5N 弹簧的形变量 x 2 5cm 弹簧的原长为10cm 弹簧处于压缩状态 所以弹簧的长度为7 5cm 答案 1 200 2 7 5 名师指津 F x图像问题求解 三步走 1 找截距 图像在横轴的截距表示弹簧的原