高中物理 第4章 相互作用 第2节 形变与弹力课件 鲁科版必修1.ppt

第2节形变与弹力 教师备课参考 核心素养养成目标 物理观念1 认识常见的形变 会用简单器材显示微小形变 2 理解弹力的产生条件 会判断弹力的有无及弹力的方向 3 通过实验探究弹力与形变的关系 理解胡克定律并能利用其解决问题 科学思维与科学探究1 通过形变与弹力的学习 让学生多联系生活实际 通过具体实例掌握形变 弹力的产生 大小和方向等知识 2 通过实验探究得出弹簧弹力的大小与形变量的关系 加强学生利用图象处理实验数据能力的培养 进而深刻理解胡克定律并会用胡克定律解决有关的问题 科学态度与责任通过形变与弹力的学习 体会物理知识与生活的联系 教学重难点 教学重点1 会判断弹力的有无及弹力的方向 2 应用胡克定律解决有关的问题 教学难点判断弹力的有无及弹力的方向 感悟解题规律 探寻基本知识 测评学习效果 探寻基本知识 树立物理观念 知识点一 形变 情境导学 如图所示的形变中 哪些发生的是弹性形变 答案 甲 乙 丙 知识梳理 1 形变 物体发生的 等变化 2 弹性体及弹性形变 1 弹性体是撤去外力后能的物体 2 弹性形变指发生的形变 3 范性形变 物体发生形变后原来的形状 4 弹性限度 当弹性体形变达到某一值时 即使撤去外力 物体也 原状 这个值叫弹性限度 思考判断 1 任何物体都可以发生形变 但并不是所有的形变都是弹性形变 2 所有形变在撤去外力后都能够恢复原来的形状 3 物体在外力停止作用后能自动恢复原状的形变叫弹性形变 伸长 缩短 弯曲 恢复原来形状 弹性体 不能恢复 不能再 恢复 知识点二 弹力及其应用 情境导学 滑梯是小朋友很喜欢玩的游戏 一小朋友在滑梯上下滑时受到的支持力以及他对滑梯的压力方向向哪 答案 小朋友受到的支持力垂直于滑梯斜面向上 小朋友对滑梯的压力方向垂直于滑梯斜面向下 知识梳理 1 弹力 1 定义 物体发生弹性形变时 由于要 会对与它产生力的作用 这种力叫弹力 2 方向 总是与物体形变的趋向 以使物体恢复原状 3 大小 胡克定律 内容 在弹性限度内 弹性体 如弹簧 弹力的大小与弹性体伸长 或缩短 的长度成 公式 f 劲度系数 k为比例系数 叫做弹性体的 简称 国际单位是 恢复原状 接触的物体 相反 正比 kx 劲度系数 劲度 n m 2 弹力的应用 1 拉伸或压缩弹簧 必须克服弹簧的弹力做功 所做的功以的形式储存在弹簧中 2 弹簧具有弹性 不但可以 而且还有的作用 思考判断 1 弹力一定产生于两个相互接触的物体间 不相互接触的物体间一定不存在弹力 2 支持力的方向垂直于物体的接触面 3 弹簧的弹力大小与弹簧的长度成正比 弹性势能 缓冲减震 自动复位 要点一 感悟解题规律 培养科学思维 弹力的产生及有无的判断 1 弹力的成因相互接触的物体间不一定存在弹力 只有当两个物体相互挤压或拉伸产生弹性形变时 由于物体要恢复原状 才在接触位置对与它接触的物体产生弹力 所以弹力产生的直接原因是由施力物体发生形变引起的 2 弹力有无的判断方法 1 直接法对于形变比较明显的情况 可以根据弹力产生的条件判断 物体间相互接触 发生弹性形变 两个条件必须同时满足才有弹力产生 2 假设法可假设将在此处与物体接触的物体去掉 看物体是否在该位置保持原来的状态 若能保持原来的状态 则说明物体间无弹力作用 否则有弹力作用 典例1 2017 盐城高一检测 在图中a b均处于静止状态 则a b间一定有弹力的是 b 解析 a图中对a而言受重力 竖直向上的拉力 如果b对a有弹力 方向水平向左 那么a受到的三力不能平衡 与a b均处于静止状态矛盾 故选项a错误 b图中对a而言受重力 斜向上的拉力 如果b对a没有弹力 那么a受到的二力不能平衡 与a b均处于静止状态矛盾 故选项b正确 c图中对b而言受重力 竖直向上的支持力 如果a对b有弹力 方向水平向右 那么b受到的三力不能平衡 与a b均处于静止状态矛盾 故选项c错误 d图中对b而言受重力 竖直向上的拉力 如果a对b有弹力 方向垂直斜面向上 那么b受到的三力不能平衡 与a b均处于静止状态矛盾 故选项d错误 方法技巧解答此类问题应把握以下两点 1 弹力产生的条件是两物体接触且发生形变 2 判断弹力有无时 假设去掉接触面 看物体是否静止 教师备用 例1 1 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 判断图 甲 乙 中小球是否受到斜面的弹力作用 解析 假设两图中的斜面不存在 则 甲 图中小球无法在原位置保持静止 乙 图中小球仍能静止 这说明 甲 图中小球与斜面接触且相互挤压 乙 图中小球与斜面接触但不相互挤压 故 甲 图中小球受到斜面的弹力 乙 图中小球不受斜面的弹力 答案 见解析 针对训练1 1 多选 下列四个图中 所有的球都是相同的 且形状规则质量分布均匀 甲球放在光滑斜面和光滑水平面之间 乙球与其右侧的球相互接触并放在光滑的水平面上 丙球与其右侧的球放在另一个大的球壳内部并相互接触 丁球用两根轻质细线吊在天花板上 且其中右侧一根线是沿竖直方向 关于这四个球的受力情况 下列说法正确的是 a 甲球受到两个弹力的作用b 乙球受到两个弹力的作用c 丙球受到两个弹力的作用d 丁球受到一个弹力的作用 cd 解析 甲球受水平面的弹力 斜面对甲球无弹力 乙球受水平面的弹力 乙与另一球之间无弹力 丙球受右侧球和球壳两个弹力作用 丁球受竖直细线的拉力 倾斜细线的拉力为零 故选项c d正确 a b错误 要点二 弹力方向的判断 1 弹力方向判断的根据发生弹性形变的物体 由于要恢复原状产生弹力 所以弹力的方向由施力物体形变的方向决定 弹力的方向总与施力物体形变的方向相反 2 几种常见弹力的方向 1 几种不同的接触方式 2 轻绳 轻杆 轻弹簧的弹力方向 特别提示 1 轻绳只能产生拉力 形变消失或改变几乎不需要时间 弹力可以发生突变 2 轻杆既可产生拉力 又可产生支持力 形变消失或改变几乎不需要时间 弹力可以发生突变 3 弹簧既可产生拉力 又可产生支持力 形变消失或改变需要一段时间 弹力不能发生突变 典例2 如图所示 物体a静止 画出物体a所受的弹力的示意图 不计一切摩擦 解析 甲 乙 丙 图中弹力的方向垂直接触面 或切面 丁 图中由二力平衡知弹力方向竖直向上 答案 见解析 规律方法几种弹力的特点有支撑面的弹力其方向垂直于面指向被支持 受力 物体 绳的弹力沿绳形变的反方向 杆的弹力不一定沿杆的方向 要结合二力平衡等知识具体判断 教师备用 例2 1 如图所示 各图中a是否受弹力作用 若有 指明弹力方向 并作弹力的示意图 图中各物体均静止 图中各接触面均光滑 解析 图中a与b之间无挤压 a b之间无弹力作用 但a与地面之间有弹力作用 a受地面弹力方向垂直于地面向上 图中a与b及a与墙之间有挤压 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 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 图中o点弹力的方向过点与杆垂直 o 点弹力方向竖直向上 各图中a所受弹力的示意图如图所示 答案 见解析 针对训练2 1 2016 福州高一检测 下列图中分别以杆和光滑小球为研究对象 则所画出的弹力示意图都正确的是 解析 球与两接触面都有挤压 都有弹力 挡板对球的弹力垂直于挡板水平向右 斜面对球的弹力垂直于斜面向上 故选项a正确 杆与半圆槽的两个接触面都有挤压 都有弹力 f1的方向指向圆心 f2的方向应垂直杆向上 故选项b错误 假设没有斜面 球仍然静止 可知斜面与球虽然接触 但是没有弹力 即没有弹力f2 故选项c错误 f1的方向应该是垂直地面向上 故选项d错误 a 要点三 胡克定律的理解及应用 关于胡克定律 要从以下几点理解 1 表达式中的x是弹簧的形变量 是弹簧伸长 或缩短 的长度 而不是弹簧的原长 也不是弹簧形变后的实际长度 2 表达式中的k是弹簧的劲度系数 它反映了弹簧的 软 硬 程度 在国际单位制中k的单位为 n m 3 胡克定律的另一种表达形式 f k x 典例3 如图所示 一根轻质弹簧的原长为20cm 竖直悬挂着 当用15n的力向下拉弹簧时 量得弹簧长24cm 问 1 弹簧的劲度系数为多少 解析 1 当弹簧受向下的15n的拉力作用时 由胡克定律知f1 k l1 l0 即15n k 0 24m 0 2m 解得劲度系数k n m 375n m 答案 1 375n m 2 若把它竖立在水平桌面上 用30n的力竖直向下压时 弹簧长为多少 解析 2 当用30n的力竖直向下压时 设弹簧长为l2 由胡克定律知f2 k l0 l2 整理得l2 l0 0 2m m 0 12m 12cm 答案 2 12cm 教师备用 例3 1 一弹簧的两端各用10n的外力向外拉伸 弹簧伸长了6cm 现将其中一端固定于墙上 另一端用5n的外力来拉伸它 则弹簧的伸长量应为 a 6cmb 3cmc 1 5cmd 0 75cm 解析 由f kx知 f1 kx1 f2 kx2 联立得x2 3cm 选项b正确 b 针对训练3 1 2017 四川省雅安高一测试 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 弹簧的拉伸和压缩都在弹性限度内 该弹簧的劲度系数为 解析 由胡克定律得f kx 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k 故选c c 测评学习效果 演练当堂技法 1 2016 惠州高一检测 下列关于弹力说法中正确的是 a 只要两物体相互吸引就一定产生弹力b 弹力的方向与施力物体形变方向相反c 只要两物体接触就一定产生弹力d 桌面上的物体对桌面的压力是由于桌面发生弹性形变产生的 b 解析 相互吸引的两个物体不一定产生弹性形变 例如距离很近的磁铁和铁钉 故选项a错误 弹力是要恢复原状而产生的力 其方向与施力物体形变方向相反 故选项b正确 产生弹力的条件是相互接触和相互挤压 产生弹性形变 所以只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物体产生弹力作用 故选项c错误 桌面上的物体对桌面的压力是由于物体发生弹性形变产生的 故选项d错误 2 2017 湖南省张家界市高一联考 关于胡克定律 下列说法中正确的是 a 胡克定律f kx中的x指的是弹簧的长度b 发生弹性形变的物体间的弹力大小都可以用胡克定律计算c 日常生活中所说的弹簧的 硬 与 软 是指弹簧的轻与重d 日常生活中所说的弹簧的 硬 与 软 是指弹簧的劲度系数k的大小 d 解析 胡克定律f kx中的x指的是弹簧的形变量 选项a错误 只有弹簧的弹力大小可以用胡克定律计算 其他有些发生形变的物体的弹力是不能用胡克定律计算的 选项b错误 日常生活中所说的弹簧的 硬 与 软 是指弹簧的劲度系数的大小 选项c错误 d正确 3 2017 福建厦门市第一中学期末 体育课上一学生在水平篮球场上拍篮球 如图所示 在篮球与地面作用时 地面给篮球的弹力的方向为 a 竖直向上b 斜右上c 斜左上d 竖直向下 a 解析 支持力是弹力 方向总是垂直于接触面 并指向被支持物 所以地面给篮球的弹力的方向为竖直向上 a正确 4 一根弹簧原长10cm 挂上重2n的砝码时 伸长1cm 这根弹簧挂上重8n的物体时 它的长度为 弹簧的形变是弹性形变 a 4cmb 14cmc 15c