高中物理 第3章 实验 探究加速度与力、质量的关系课件 新人教版必修1.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 必修1 相互作用 第三章 1 1 1集合的概念 2 实验 探究加速度与力 质量的关系 第三章 1 1 1集合的概念 如图所示 被拉弯的弓把箭射出去 挂上篮子的扁担会弯曲 跳水运动员起跳时 跳板会下弯 上述实例中的 弓 扁担 及 跳板 有什么共同特征 弯弓为什么能够把箭射出去 1 1 形变与弹性形变物体在力的作用下 发生改变 叫做形变 有些物体在形变后能够 这种形变叫做弹性形变 弹性形变与弹力 形状或体积 恢复原状 2 弹力 1 概念 发生 的物体 由于要恢复 对与它 物体产生力的作用 这种力叫做弹力 2 弹性限度 当形变超过一定限度时 撤去作用力后 物体 这个限度叫弹性限度 3 弹力产生的条件 两物体 有 形变 接触处有挤压或拉伸 弹性形变 原状 接触的 不能完全恢复原来的形状 接触 弹性 2 1 常见弹力平时所说的压力 支持力和拉力都是弹力 绳中的弹力通常称为 2 弹力的方向 1 压力和支持力的方向 于物体的接触面 指向被压或被 的物体 2 绳的拉力沿着绳而指向绳 的方向 几种弹力 张力 垂直 支持 收缩 3 1 内容弹簧发生弹性形变时 弹力的大小f跟 成正比 2 表达式f 其中k为弹簧的 单位 牛顿每米 符号 它的大小反映了弹簧的软硬程度 胡克定律 弹簧伸长 或缩短 的长度x kx 劲度系数 n m 一 如何判断一个物体是否受弹力作用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 3 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 利用假设法判断 要判断物体在某一接触位置是否受弹力作用 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 3 根据物体的运动状态判断 看除了要研究的弹力外 物体所受的其他作用力与物体的运动状态是否满足相应的规律 目前主要应用二力平衡的规律 若满足 则无弹力存在 若不满足 则有弹力存在 4 利用力的作用效果分析 如果相互接触的物体间存在弹力 则必有相应的作用效果 或平衡其他作用力或改变受力物体的运动状态 可利用作用效果确定弹力的有无 如图所示 将一个钢球分别放在量杯 口大底小的普通茶杯和三角烧杯中 钢球在各容器的底部与侧壁相接触 处于静止状态 若钢球和各容器都是光滑的 各容器的底部均处于水平面内 则以下说法中正确的是 1 a 各容器的侧壁对钢球均无弹力作用b 各容器的侧壁对钢球均有弹力作用c 量杯的侧壁对钢球无弹力作用 其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用d 口大底小的普通茶杯的侧壁对钢球有弹力作用 其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用答案 a 解析 钢球与容器的侧壁接触 是否有弹力作用就看接触处是否发生弹性形变 但微小形变难以觉察 只能借助假设法判断 假设容器侧壁对钢球无弹力作用 则钢球受重力和容器底部对它的支持力作用 钢球仍将处于静止状态 故钢球与容器侧壁虽然接触但没有发生弹性形变 容器侧壁对钢球无弹力作用的假设成立 二 弹力方向的判定发生弹性形变的物体 由于恢复原状产生弹力 所以弹力的方向由施力物体的形变的方向决定 弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反 几种常见弹力的方向如下表 特别提醒 1 压力 支持力的方向都垂直于接触面 确定它们方向的关键是找准它们的接触面或接触点的切面 2 轻杆的弹力方向具有不确定性 一般要根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向 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 2 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答案 d解析 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 三 弹力大小的计算1 弹簧的弹力 1 应用胡克定律f kx求解 其中x为弹簧的形变量 可能为伸长量l l0 也可能为缩短量l0 l k为弹簧的劲度系数 k只与弹簧本身有关 由弹簧本身的材料 长度 粗细 匝数等因素决定 它反映了弹簧的软硬程度 k越大 弹簧越硬 其长度越难改变 2 弹力与弹簧伸长量的关系可用f x图象表示 如图 图线的斜率即为弹簧的劲度系数 3 由于f1 kx1 f2 kx2 故 f f2 f1 kx2 kx1 k x2 x1 k x 因此 弹簧上弹力的变化量 f与形变量的变化量也成正比关系 即 f k x 2 除弹簧这样的弹性体之外的弹力大小的计算与物体的形变程度有关 一般要借助物体的运动状态所遵循的物理规律求解 比如悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时 物体受绳向上的拉力和重力作用 根据二力平衡 可知绳的拉力大小等于物体重力的大小 特别提醒 1 无论是应用胡克定律计算弹簧弹力大小还是判断弹簧弹力方向 都要注意弹簧是被拉伸 还是被压缩 2 物体不处于平衡状态时 物体所受的拉力或支持力不等于物体所受的重力 如图所示的装置中 小球的质量均相同 弹簧和细线的质量均不计 一切摩擦忽略不计 平衡时各弹簧的弹力分别为f1 f2 f3 其大小关系是 3 a f1 f2 f3b f1 f2f2d f3 f1 f2答案 a解析 弹簧拉伸或压缩必然两端同时受力才可 只有一端有力时弹簧不会被拉伸或压缩 因弹簧均是拉住一相同质量小球 则弹力一样大 a正确 四 实验 探究弹力和弹簧伸长的关系1 实验原理 1 弹簧受力会发生形变 形变的大小与受到的外力有关 沿着弹簧的方向拉弹簧 当形变稳定时 弹簧的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的 用悬挂法测量弹簧的弹力 利用的是弹簧静止时弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等 2 弹簧的长度可用刻度尺直接测出 伸长量可由弹簧拉长后的长度减去弹簧的原长来计算 3 建立坐标系 以纵坐标表示弹力大小f 以横坐标表示弹簧的伸长量x 在坐标系中描出实验所测得的各组 x f 对应的点 用平滑的曲线连接起来 根据实验所得的图线 就可探究弹力大小与伸长量间的关系 2 实验器材轻弹簧 钩码 一盒 刻度尺 铁架台 三角板 重垂线 坐标纸 3 实验步骤 1 按图安装实验装置 记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0 2 在弹簧下悬挂一个钩码 平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力 3 增加钩码的个数 重复上述实验过程 将数据填入表格 以f表示弹力 l表示弹簧的总长度 x l l0表示弹簧的伸长量 4 数据处理 1 以弹力f 大小等于所挂钩码的重力 为纵坐标 以弹簧的伸长量x为横坐标 用描点法作图 连接各点 得出弹力f随弹簧伸长量x变化的图线 5 注意事项 1 所挂钩码不要过重 以免弹簧被过分拉伸 超出它的弹性限度 2 每次所挂钩码的质量差尽量大一些 从而使坐标上描的点尽可能稀一些 这样作出的图线更精确 3 测弹簧长度时 一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量 刻度尺要保持竖直并靠近弹簧 以免增大误差 4 描点画线时 所描的点不一定都落在一条曲线上 但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧 5 记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位 一辆拖拉机停在水平地面上 下列说法中正确的是 a 地面受到了向下的弹力 是因为地面发生了弹性形变 拖拉机没有发生形变 所以拖拉机不受弹力b 地面受到了向下的弹力 是因为地面发生了弹性形变 拖拉机受到了向上的弹力 是因为拖拉机也发生了形变c 拖拉机受到向上的弹力 是因为地面发生了形变 地面受到向下的弹力 是因为拖拉机发生了形变d 以上说法都不正确 1 弹力的产生和判断 1 解析 分析弹力时 一定要分清哪个是施力物体 哪个是受力物体 一定记清弹力是由于施力物体发生形变对受力物体产生的作用 拖拉机停在水平地面上 拖拉机受到的弹力是因为地面发生形变而又要恢复原状时对阻碍恢复的物体产生的作用 地面受到的弹力是由于拖拉机发生了形变又要恢复原状时对阻碍恢复的物体产生的作用 故选项c正确 a b d错误 答案 c点评 弹力是形变物体对使其形变的物体的力 弹力是从施力的角度定义的 判断图中小球是否受到弹力作用 若受到弹力 请指出其施力物体 1 解析 用假设法来判断小球是否受斜面的弹力 若将三个图中的斜面去掉 则甲图中小球无法在原位置静止 乙和丙两图中小球仍静止 所以 甲图中小球受到斜面的弹力 施力物体是斜面 同时受细绳的弹力 施力物体是细绳 乙图中小球只受到细绳的弹力 施力物体是细绳 丙图中小球只受水平面的弹力 施力物体是水平面 在下图所示图中画出物体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 2 弹力的方向 2 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点属于点与杆相接触 弹力应垂直于杆斜向上 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 它们所受弹力的示意图如图所示 点评 判断弹力方向应把握以下三种情况 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 昌乐二中2013 2014学年高一上学期检测 如图所示 用拇指 食指捏住圆规的一个针脚 另一个有铅笔芯的脚支撑在手掌心位置 使oa水平 然后在外端挂上一些不太重的物品 这时针脚a b对手指和手掌均有作用力 对这两个作用力方向的判断 下列各图中大致正确的是 2 答案 c解析 可转动杆问题中杆上力的方向一定沿杆方向 才会使杆不发生转动 图中杆应为可绕b点转动杆 则c正确 某同学用如图所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验 他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度 然后在弹簧下端挂上砝码 并逐个增加砝码 测出指针所指的标尺刻度 所得数据列表如下 重力加速度g 9 8m s2 3 探究弹力和弹簧伸长的关系 3 1 根据所得数据 在答题卡的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线 2 根据所测得的数据和关系曲线可以判断 在 n范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律 这种规格弹簧的劲度系数为 n m 3 从上述数据和图线中分析 请对这个研究课题提出两个有价值建议 建议一 建议二 解析 1 根据题目中所测量的数据进行描点 然后用平滑的曲线 或直线 连结各点 在连结时应让尽量多的点落在线上 偏差比较大的点舍去 不在线上的点尽量平均分配在线的两侧 如图 点评 在物理学中经常用图象处理物理问题 应用图象的好处是 直观 方便 根据已有数据选择坐标轴的标度是作好图象的关键 作图象的方法是 用平滑的曲线 或直线 将坐标纸上的各点连接起来 若是直线 应使各点均匀分布于直线两侧 偏离