高中物理 第3章 第1节 探究形变与弹力的关系课件 粤教版必修1.ppt

第一节探究形变与弹力的关系 1 汽车a在红绿灯前停住 绿灯转亮时启动 以0 4m s2的加速度做匀加速运动 经过30s后以该时刻的速度做匀速直线运动 设在绿灯转亮的同时 汽车b以8m s的速度从a车旁边驶过 且一直以相同的速度做匀速直线运动 运动方向与a车相同 则从绿灯转亮时开始 精彩回眸 a a车在加速过程中与b车相遇b a b相遇时速度相同c 相遇时a车做匀速运动d 两车不可能再次相遇 答案 c 2 甲 乙两个质点同时 同地向同一方向做直线运动 它们的速度 时间图象如图3 1 2所示 则由图象可知 图3 1 2 a 甲质点比乙质点运动得快 故乙追不上甲b 在2s末时乙追上甲c 在2s末甲乙的位移相同d 甲做匀速直线运动 乙做初速度为零的匀加速直线运动 答案 d 解释 此题考查了运动学图象问题中学生的识图能力 甲做匀速直线运动 乙做初速度为零的匀加速直线运动 2s末甲 乙的瞬时速度相同 2s前甲的速度大于乙的速度 甲在前 乙在后 二者之间的距离越来越大 2s后甲的速度小于乙的速度 甲在前 乙在后 二者之间的距离越来越小 4s末 甲 乙位移相同 即乙追上甲 一 认识形变1 形变 物体 发生变化 2 形变的类型 压缩形变 形变 弯曲形变 形变 3 形变的观察 物体形变很小时需借助 才能观察到 知识梳理 形状 拉伸 扭曲 仪器 二 弹性与弹性限度1 弹性 物体具有的 的性质 2 弹性形变 任何物体受到外力作用后都会发生形变 撤去外力后 物体能 原状的形变 3 弹性限度 外力过大 撤去外力后 物体形状不能 我们称这种现象为超过了物体的弹性限度 恢复原状 完全恢复 完全恢复 三 探究弹力1 弹力 产生形变的物体由于要恢复原状 会对与它接触的物体产生的力 2 弹力的方向 1 压力的方向 支持面指向被压的物体 2 支持力的方向 支持面指向被支持的物体 3 绳子对物体的拉力方向 沿绳子指向绳子 的方向 垂直于 垂直于 收缩 3 胡克定律 在弹性限度内 弹簧弹力f的大小与弹簧的伸长 或缩短 量x成正比 表达式 f kx 劲度系数 k的单位n m 思考 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 四 力的图示1 力的图示 为了更形象 直观地表达力 可以用一条带箭头的 表示力的 方向 作用点 这种表示力的方法叫做力的图示 具体步骤是 1 选定标度 即确定用多长的 表示多少n的力 若一个物体受多个力的作用 各力应取相同的标度 标度应根据力的大小合理设计 以每个力分为2 5段为宜 2 从作用点沿力的方向画一条线段 线段的长度由力的大小和所选的标度确定 3 标上刻度 并在线段的末端标出 表示力的 线段 大小 线段 箭头 方向 2 力的示意图 力的示意图是粗略地表示物体在某个 上受力情况的方法 力的示意图对线段的长度和力的大小关系并不要求严格对应 所以不需要标度 但 必须是准确的 方向 力的方向 1 弹力的产生条件 1 物体直接接触 2 接触处发生弹性形变 相互挤压或拉伸 两者必须同时具备 缺一不可 特别注意的是 两物体接触仅仅是产生弹力的必要条件之一 但接触不是产生弹力的充分条件 接触后 若两物体在接触处发生相互挤压或相互拉伸 使两物体发生弹性形变 则物体间就产生弹力 弹力的产生条件及方向的确定 两物体间弹力的产生是相互的 也就是说弹力总是成对出现的 每一个弹力的产生都是因为物体发生了弹性形变 换句话说弹力的施力物体是发生形变的物体 受力物体是与其接触阻碍它恢复原状的物体 如物体与水平支持面间产生的一对弹力通常称为压力 支持力 其中压力产生的原因是物体发生了形变 从而对支持面产生了压力 支持力产生的原因是支持面发生了形变 从而对与其接触的物体产生了支持力 2 弹力有无的判断 1 对于形变明显的情况 如弹簧 可由是否发生形变直接判断 2 对于形变不明显的情况 通常采用以下三种方法判定 假设法 可以假设把与物体接触的另一物体撤去 看物体是否保持原来的状态 若能 则接触处无弹力 若不能 则接触处有弹力 替换法 可以将硬的 形变不明显的施力物体换成软的 易发生形变的物体来代替 若替换后能发生形变 则表示原接触处有弹力存在 若替换后仍不能发生形变 则表示原接触处无弹力存在 状态法 因为物体的受力情况决定物体所处的运动状态 若存在弹力时与物体所处的运动状态相吻合 说明接触处有弹力存在 否则接触处无弹力 3 弹力方向的确定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 特别提醒 判断弹力方向的方法是 先明确两物体之间作用的类型 再根据各种类型的特点来判断弹力的方向 例1 在图3 1 3所示图中画出物体p受到的各接触点或面对它的弹力的示意图 其中甲 乙 丙中物体p处于静止状态 丁中物体p 即球 在水平面上匀速滚动 图3 1 3 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a点属于点与球面相接触 弹力应垂直于球面的切面斜向上 必过球心o b点属于点与面相接触 弹力应垂直于面斜向上 丙中a b两点都是球面与平面相接触 弹力应垂直于平面 且必过球心 所以a处弹力方向水平向右 b处弹力垂直于斜面向左上方 且都过球心 丁中小球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 即向上 答案 它们所受弹力的示意图如下图所示 题后反思 1 当面 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 作出下图3 1 4中物块 球等受到各接触面作用的弹力示意图 答案 见解析图 图3 1 4 解析 分析此类问题的关键是确定接触面 对于点 面接触 面 面接触类问题容易确定 这里出现的面即为接触面 对于点 弧面接触 过接触点的弧面的切面即为接触面 各物体所受弹力如下图所示 一 实验目的探究弹力与弹簧伸长的定量关系 并学习所用的科学方法 二 实验原理弹簧受拉力会伸长 平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等 这样弹力的大小可以通过测定外力得出 可以用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力 多测几组数据 用列表或作图的方法可探索弹力与弹簧伸长的定量关系 实验 探究弹力和弹簧伸长的关系 图3 1 5 三 实验器材1 固定弹簧所需的器材 弹簧 铁架台 2 使弹簧形变所需的器材 钩码 3 测量弹簧的长度所需的器材 刻度尺 4 作f x图象所需的器材 坐标纸 四 实验步骤1 将弹簧悬吊在铁架台上 让弹簧自然下垂 用刻度尺测出弹簧不挂钩码时的原长l0 2 将钩码挂在弹簧下端 平衡时测量弹簧的总长l和记录钩码的质量m 并填入表格内 3 改变悬挂钩码的质量 重复上一步骤多次 4 根据实验数据 在坐标纸上以弹簧的弹力为纵坐标 以弹簧的伸长量为横坐标描点 作出一条平滑的曲线 5 以弹簧的伸长量x l l0为自变量 根据图线写出弹力f mg与伸长量之间的关系式 6 解释函数表达式中常数的物理意义 五 实验结论由图象可得关系式f kx k就是弹簧的劲度系数 即在弹性限度内弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比 六 注意事项1 所挂的钩码不能过重 以免弹簧超出弹性限度 2 每次增减钩码测有关长度时 均需保证弹簧竖直悬挂及钩码不上下振动而处于静止状态 否则 弹簧弹力将可能与砝码重力不相等 3 每次所挂的钩码的质量差尽量大些 从而使坐标上描的点尽可能稀 这样作出的图线更精确 例2 某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码 做实验研究弹力与弹簧伸长量的关系 下表是该同学的实验数据 实验时弹力始终未超过弹性限度 弹簧很轻 自身质量可以不计 1 根据实验数据在坐标系中作出弹力f跟弹簧伸长量x关系的图象 2 根据图象计算弹簧的劲度系数 g取10n kg 解析 未挂砝码时 弹簧保持原长 则弹簧原长为6 0cm 0 06m 根据题目中的数据 可分别求出拉力不同时弹簧的伸长量 1 各物理量采用国际单位 数据见下表 再根据表中数据描点并连线 如下图所示 答案 1 见解析 2 25n m 题后反思 在探究弹簧的弹力与弹簧长度变化量关系的实验中 其f x图线是一条直线 图线的斜率表示劲度系数 下表是某同学为探索弹簧弹力和弹簧伸长的关系所测的几组数据 1 请你在图3 1 6中的坐标纸上作出f x图象 2 写出曲线所代表的函数 x用m作单位 3 解释函数表达式中常数的物理意义 图3 1 6 力的图示和力的示意图比较 特别提醒 1 一个力一定同时存在施力物体和受力物体 2 在同一物体上画几个力的图示时 必须选取同一标度 例3 如图3 1 7所示 物体a对物体b的压力是10n 试画出这个力的图示和示意图 图3 1 7 解析 1 画力的图示 选定标度 此题选2mm长的线段表示2n的力 从作用点沿力的方向画一线段 线段长短根据选定的标度和力的大小成正比 线段上加刻度 如图甲所示 也可以如图乙所示 从o点 用o点代替b物体 竖直向下画一段五倍于标度 即10mm 的线段 在线段上加箭头表示力的方向 2 画力的示意图 从作用点或从b的中心处沿力的方向画一线段 并加上箭头 表示方向 然后标明fn 10n即可 如图丙所示 答案 见解析题后反思 作力的图示的一般步骤 选标度 画线段 定刻度 加箭头 在例3中