高中物理 3.2 弹 力课件 新人教版必修1.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 自我思悟 1 力作用在物体上 是否一定使物体发生形变 提示 物体受力一定会发生形变 只不过形变有大有小 有些形变不易察觉 2 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 3 题2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 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 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 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 一 弹力有无的判断规律方法1 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 2 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 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 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 2 两物体相互接触 并且接触面发生了形变 两物体间是否一定有弹力作用 试说明理由 提示 不一定 弹力产生必须具备的两个条件是接触和发生弹性形变 发生形变不一定发生弹性形变 题组通关 示范题 2013 徐州高一检测 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 试分析小球与接触面或弹簧间是否存在弹力 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 2014 泰州高一检测 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 2013 潍坊高一检测 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 2013 崇文区高一检测 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 素养升华 弹力有无的判断 1 判断弹力有无的两个误区 误认为两物体只要接触就一定存在弹力作用 而忽视了弹力产生的另一条件 发生弹性形变 误认为有形变一定有弹力 而忽视了弹性形变和非弹性形变的区别 2 弹力有无判断方法的选用技巧 判断两物体间弹力的有无时 可首先根据弹力产生的条件进行判断 若判断不出 再考虑使用假设法来判断 应用假设法来判断时既可以假设 弹力存在 也可以假设 弹力不存在 两种思路的判断结果是一致的 二 弹力方向的确定规律方法1 常见的三种接触方式 2 常见三类弹力的方向 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 题组通关 示范题 请在图中画出物体p受到的各接触点或面对它的弹力的示意图 其中甲 乙 丙中的物体p处于静止状态 丁中物体p在水平面上匀速滚动 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 多选 2013 连云港高一检测 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 2014 聊城高一检测 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 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 三 弹力大小的计算拓展延伸1 应用胡克定律的四个关键 1 弹簧发生形变时必须在弹性限度内 2 x是弹簧的形变量 不是弹簧的原长 也不是弹簧形变后的长度 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 2 计算弹力大小的两种方法 1 公式法 利用公式f kx计算 适用于弹性体弹力的计算 2 平衡法 如果悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态 求解细绳的拉力时 可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小 微思考 1 弹簧的劲度系数与弹簧形变量的大小有关吗 试说明理由 提示 无关 劲度系数是弹簧本身的一种属性 与弹簧的形变量无关 2 弹簧的弹力大小与弹簧的长度有关吗 为什么 提示 无关 由胡克定律知弹簧的弹力大小由弹簧的劲度系数和形变量决定 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