第4章 第2节.ppt

1、第2节形变与弹力,1.物体的形状发生改变的现象称为_。 2.对物体施加力的作用时,物体会发生形变,但形变的程度有时 _,有时_。 3.用力拉伸或压缩弹簧时,拉力或压力越大,弹簧形变的程度 _,当拉力很大超过某一值时,弹簧被拉直,不能再_ 原状。 4.要测量一个力的大小,可以用_进行测量。,形变,明显,不明显,越大,恢复,弹簧测力计,一、形变 1.定义 物体发生的伸长、_、弯曲等变化。 2.分类 (1)弹性形变:_(撤去外力后能够恢复原来形状的物体) 发生的形变。 (2)范性形变:物体发生形变后不能恢复_的形变。,缩短,弹性体,原来形状,3.弹性限度 当弹性形变达到某一值时,即使撤去外力,物体也

2、不能再_ _,这个值叫做弹性限度。,恢复,原状,二、弹力 1.概念 物体发生弹性形变时,由于要_,会对与它_的物体 产生力的作用。 2.方向 弹力的方向总是与物体形变的趋向_,以使物体恢复原状。,恢复原状,接触,相反,3.胡克定律 (1)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_(A.正比B.反比)。 (2)公式:,A,劲度,N/m,压缩,(3)适用条件:在弹性体的_内。 (4)弹性体劲度的决定因素有_、物体的_、_。 (5)汽车或摩托车上的弹簧有很好的_作用,自行车闸 把上的弹簧有_的作用。,弹性限度,材料,形状,长度,缓冲减震,自动复位,【思考辨析】

3、1.判断正误 (1)使物体发生形变的外力撤去后,物体一定能够恢复原来状 态。() (2)只要两个物体相互接触,两个物体之间一定能产生弹力。 () (3)只要两个物体发生了形变,两个物体之间一定能产生弹力。 () (4)弹力的大小总是与其形变量成正比。() (5)两物体之间有弹力作用时,两物体一定接触。(),提示:(1)。只有弹性形变在撤去外力后才能够恢复原来形状, 对于非弹性形变不能完全恢复原来的形状。 (2)。由弹力的产生条件可知,物体接触且发生形变才能产生 弹力,若两物体接触,而没发生弹性形变,则物体间没有弹力。 (3)。若两个物体发生的不是弹性形变或物体发生形变不是 由于受力的作用而产生

4、(如热胀),两个物体之间也不一定有弹 力存在。,(4)。在弹性限度内,弹簧的弹力与其形变量成正比,超过了 弹性限度就不成正比了。 (5)。由弹力的产生条件可知,有弹力产生时两物体必接触。,2.问题思考 (1)对于同一只弹簧,被拉得越长,弹簧的弹力就越大。那么弹 簧的弹力大小是否与其长度成正比呢? 提示:根据胡克定律,弹簧弹力大小与弹簧长度变化量的关系为 F=kx。由此可推出弹簧伸长时弹簧长度l与弹力大小的关系为 F=k(l-l0),其中l0为弹簧原长,因此弹簧伸长时,弹力大小与 (l-l0)成正比,而不是与弹簧长度l成正比。,(2)相同材料的弹簧其劲度相同吗? 提示:不一定相同。弹簧的劲度与材

5、料、形状、长度、材料的 横截面积等因素均有关系。,一 对形变与弹力的理解 1.形变 (1)形变的分类 按形变的程度,分为微小的形变和显著的形变; 按形变后能否恢复原状,分为弹性形变和范性形变。,(2)微小形变的观测方法:很多物体受到力的作用后都会发生形 变,但有些物体的形变是不明显的,需要借助于仪器或其他辅助 物把微小的形变放大才能观测,如平面镜反射法,玻璃管中插细 管观察水面升降法。,2.弹力 (1)弹力产生的过程: (2)弹力产生的两个条件: 两物体直接接触。 互相接触的物体发生弹性形变。,(3)判断弹力有无的三种方法: 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: a.

6、物体间相互接触; b.发生弹性形变。 两个条件必须同时满足才有弹力产生。,假设法(也叫去物看物法)。 要判断物体在某一接触位置是否受弹力作用,可假设将在此处与该物体接触的物体去掉,看该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。 例:如图所示,一球放在光滑水平面AC 上,并和AB光滑面接触,球静止,分析 球所受的弹力。假设去掉AB面,球仍 保持原来的静止状态,可判断出在球 与AB面的接触处没有弹力;假设去掉AC面,球将向下运动,则在与AC面的接触处球受到弹力。,状态法。 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

7、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。,【特别提醒】(1)受力是使物体发生形变现象的原因。 (2)判断弹力有无时应灵活选用判断方法,当直接法不易判断时, 可考虑运动状态判断法或假设法。,【典例1】(2013青岛高一检测)如图所示,图中各物体均静止, 各接触面均光滑,试分析a、b之间一定有弹力的是(),【解题探究】(1)图中a、b之间都接触,因此a、b之间_(A.可 能B.一定)产生弹力。接触是产生弹力的_(A.充分B.必要) 条件之一。 (2)图中各物体均静止,说明a(或b)所受的力_(A.平衡B.不 平衡)。 (3)图中a、b两物体之间发生的形变不

8、明显,你有简单的显示形 变的方法吗? 提示:如果分析a的受力情况,可以将b物体用海绵来替换,可将 形变进行放大。,A,B,A,【标准解答】选C。在图A、B、C中,若用假设法将物体b去掉, 若物体a仍能保持静止状态,表明物体a、b之间无弹力作用。显 然A、B两图中a的状态无变化,而C图中将b拿走,a物体必然向右 摆动,说明A、B两图中a、b之间无弹力作用,而C图中a、b之间 有弹力作用;而D图中,小球a必受重力作用,小球a竖直悬挂,必 定受弹簧的拉力,假设斜面b对小球a产生弹力,则弹力的存在必 使小球a向左运动,与题设条件相矛盾,故D图中小球a与斜面b之 间无弹力作用。故选C。,【总结提升】判断

9、弹力有无的两大误区 (1)误认为只要有接触一定存在弹力作用,而忽视了弹力产生的 另一个条件发生弹性形变。 (2)误认为有形变一定有弹力,忽视了弹性形变与范性形变(撤 去外力后不能恢复原状的形变)的区别。,【变式训练】(2013南平高一检测)一个 球形物体O静止放在光滑的水平地面上,并 与竖直墙壁相接触,A、B两点是球与墙和 地面的接触点,则下列说法正确的是() A.物体受三个力,重力、地面对物体的支持 力、墙壁对物体的弹力 B.物体受两个力,重力、地面对物体的支持力 C.物体受两个力,重力、物体对地面的压力 D.物体受三个力,重力、物体对地球的引力、物体对地面的压力,【解析】选B。球形物体虽与

10、墙接触,但它们之间无弹力作用, 故物体只受重力和地面对物体的支持力两个力,B对。,【变式备选】一木箱放在水平地面上,下列关于木箱和地面受 力的叙述中正确的是() A.地面受到向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变;木箱没有 发生形变,所以木箱不受弹力 B.地面受到了向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变;木箱受 到了向上的弹力,是因为木箱也发生了弹性形变 C.地面受到了向下的弹力,是因为木箱发生了弹性形变;木箱受 到了向上的弹力,是因为地面也发生了弹性形变 D.以上说法都不正确,【解析】选C。两个相互接触的物体都发生了弹性形变,由于发 生弹性形变的物体要恢复原状,从而对跟它接触的物体产生弹 力作用

11、,所以第一个物体受到弹力作用是因为第二个物体发生 弹性形变而产生的,故C正确。,二 弹力方向的确定方法 1.弹力方向的特点 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。 (1)压力的方向:垂直于支持面指向被压的物体。 (2)支持力的方向:垂直于支持面指向被支持的物体。 (3)绳对物体的拉力方向:沿着绳指向绳收缩的方向。,规律 方法,2.几种常见弹力方向的对比,【特别提醒】(1)判断弹力的方向前要先明确两物体之间接触 面或物体的类型,再根据各种类型的特点来判断弹力的方向。 (2)轻杆的弹力方向较为复杂,一般根据

12、物体的平衡及运动状态 确定轻杆的弹力方向。,【典例2】(2013南京高一检测)按下列要求画出图中物体所 受的弹力的示意图。 (1)图中大球面对小球的支持力。 (2)图中墙棱和地面对杆的弹力。 (3)图中重为G的物体挂在水平轻杆OA的O端,A端与竖直墙上的 铰链相接,用细绳OB将杆O端拉住,O端所受的弹力。,【解题探究】(1)弹力为_(A.接触力B.非接触力),弹力的方 向总是与施力物体形变的趋向_(A.相同B.相反)。 (2)绳对物体的弹力方向总是沿绳指向绳子_(A.收缩B.伸长) 的方向;有支持面时,支持面处的弹力总是_(A.垂直B.平行) 于支持面,指向被支持(或压)的物体。,A,B,A,

13、A,【标准解答】(1)图中大球面与小球面的接触为曲面上点与点 的接触,弹力方向应与两曲面的切面垂直,也就是沿两球心的连 线方向,指向小球,作用点在小球上,弹力的示意图为图甲。 (2)图中墙棱与杆、地面与杆均为点与平面的接触,弹力方向应 过点垂直平面,两弹力的示意图为图乙。,(3)图中与O端接触的物体有三个,OB绳、OA杆和悬挂物体的细 绳,细绳上弹力的方向一定沿绳,因OA杆为轻杆,所以轻杆对O端 有支持作用且沿杆向右。各力的示意图如图丙。 答案:见标准解答,【总结提升】画弹力的示意图的步骤 (1)明确被研究的物体(受力物体)。 (2)寻找与被研究物体接触的物体(施力物体)。 (3)判定接触处有

14、无弹力存在。 (4)若接触处有弹力存在,分析施力物体的形变方向和接触情况, 按照弹力沿细绳和垂直接触面的特点,确定弹力的方向。 (5)规范画出力的示意图。,【变式训练】三个相同的支座上分别放着三个质量和直径均相 同的光滑圆球a、b、c,支点P、Q在同一水平面上。a的重心位 于球心,b、c的重心分别位于球心的正上方和正下方,如图,三 球皆静止,试分析三种情况下支点P、Q对球的弹力方向是怎样 的。,【解析】三种情况都是点与点接触,圆球所受弹力的方向都是 垂直于圆球的切面指向球心,即沿半径指向球心,如图所示,弹 力的方向与重心的位置无关。 答案:见解析,三 弹力大小的计算方法 1.对胡克定律的理解

15、(1)弹力与弹簧伸长量的关系图像(如图)。,规律 方法,(2)应注意的四个问题。 成立条件:在弹性限度内。 弹簧的形变量x:弹簧伸长(或缩短)的长度,不是弹簧的原长, 更不是弹簧的总长。 劲度系数k:反映了弹簧的“软”“硬”程度,由弹簧本身的 性质决定。 推论式:F=kx,式中F、x分别表示弹力的变化量和形 变的变化量。,2.一般弹力的计算 对于除弹簧外的其他弹性体的弹力大小的计算,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,物体受到二力作用,即:绳向上的拉力 和竖直向下的重力,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】胡克

16、定律只能计算弹簧的弹力大小,而弹簧的弹 力方向,要根据是被拉伸,还是被压缩来确定,其方向总是与弹 簧恢复原状的方向相同。,【典例3】(2013福州高一检测)量得一只弹簧测力计3 N和 5 N两刻度线之间的距离为2.5 cm。求: (1)这只弹簧测力计3 N刻度线与零刻度线之间的距离。 (2)这只弹簧测力计所用弹簧的劲度系数。,【解题探究】(1)标准弹簧测力计的零刻度与弹簧原长的末端 位置相_,弹簧的伸长量_(A.大于B.小于C.等于)伸 长后指针刻度线与零刻度线之间的距离。 (2)弹簧的劲度系数由弹簧本身决定,与弹簧所受弹力的大小 _(A.有关B.无关),与弹簧的形变量_(A.有关B.无关)。

17、,对齐,C,B,B,【标准解答】设3 N和5 N刻度线与零刻度线的距离分别是x1、 x2，则x=x2-x1=2.5 cm,两力之差F=F2-F1=2 N。 根据胡克定律，k= 又因为F1=kx1，所以 =3.75 cm， 即3 N刻度线与零刻度线间的距离是3.75 cm。 答案：(1)3.75 cm (2)80 N/m,【变式训练】(2013海淀区高一检测)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() A.F1=F2=F3 B.F1=F2F2 D.F3F1F2,【解析】选A。对小球受力分析,左边装置

18、中小球受到重力mg和 轻弹簧的弹力F1的作用,根据平衡条件可知F1=mg;其他两个装 置中弹簧的弹力等于细线的拉力,对小球受力分析,根据平衡条 件可知细线上拉力等于小球重力,则有F2=F3=mg。因此,F1=F2= F3=mg,选项A正确,其他选项均错。,【变式备选】如图是弹簧测力计原理示意图。不挂钩码时,弹 簧下端的指针指于尺子上的2cm处,挂一个钩码时,指针指于尺 子上的2.8cm处,若挂上两个钩码,弹簧下端的指针指于何处?,【解析】由题意知弹簧的原长为l=2cm, 设弹簧的劲度系数为k,每个钩码的重力为G, 由胡克定律F=kx得, G=k(l1-l),2G=k(l2-l), 所以l2=2

19、l1-l=22.8cm-2cm=3.6cm, 即弹簧下端的指针指于尺子上的3.6cm处。 答案:指于尺子上的3.6cm处,【典例】如图所示,在一张大桌子上放两个平面镜M和N,让一束 光束依次被两面镜子反射,最后射到墙上,形成一个光点P。用 力压桌面,观察墙上光点位置的变化。下列说法中正确的是 (),A.F增大,P上移 B.F减小,P下移 C.F增大,P下移 D.F减小,P上移,【标准解答】选C、D。当力F增大时,两镜面均向里倾斜,使入 射角减小,经两次累积,使反射光线的反射角更小,光点P下移; 同理,当力F减小时,光点P上移,所以选项C、D正确。,用图像解决弹簧弹力问题的方法 图像可以描述物理

20、规律,反映物理过程。分析关于弹簧的F-x 图像问题时,要注意以下几点: (1)明确图像中纵横坐标的物理含义; (2)根据图像判断出弹簧的形变量x和对应弹力F的变化,并明确 弹簧是伸长还是压缩,确定弹簧的劲度系数; (3)明确图像中物理量的单位是国际单位还是常用单位。,【案例展示】由实验测得某弹簧的长度x和弹力F的关系如图所 示,求: (1)该弹簧的原长为多少? (2)该弹簧的劲度系数为多少? (3)若用45N的力拉弹簧,弹簧的伸长量为多少? (4)若用25N的力压弹簧,弹簧的长度为多少?,【标准解答】(1)弹簧不产生弹力时的长度等于原长，由题图 可知该弹簧的原长为x0=15 cm。 (2)据F

21、=kx得劲度系数: 由图像可知，该弹簧伸长 x=25 cm-15 cm=10 cm时， 弹力F=50 N,所以， 也就是F-x图线的斜率。,(3)由胡克定律公式F=kx可知，用45 N的力拉弹簧时，弹簧的伸长量 (4)当用25 N的力压弹簧时，弹簧的压缩量 所以此时弹簧的长度x=x0-x2=10 cm。,(1)(2)还可以用以下方法求解： 根据胡克定律得F=k(x-x0)， 代入图像中的两点(0.25,50)和(0.05，-50)， 可得50=k(0.25-x0)，-50=k(0.05-x0)， 解得x0=0.15 m=15 cm,k=500 N/m。 答案:(1)15 cm (2)500 N

22、/m (3)9 cm (4)10 cm,【名师点评】利用图像能够求解的弹力问题 (1)利用图像在横轴上的截距,求弹簧的原长。 (2)利用图像的斜率,求弹簧的劲度系数。 (3)利用图像上的点(数据)列方程(或方程组)求解弹簧的原长 或劲度系数。 (4)利用图像上的坐标,可求在某力作用下弹簧的长度和形变的 长度。,1.(基础理论辨析题)关于形变与弹力，下列描述正确的是( ) A.物体受到外力作用必定发生弹性形变 B.物体发生了形变一定受到外力作用 C.两物体之间有弹力产生，两物体一定接触 D.弹力的方向可以与施力物体形变方向相同 E.有支持面的物体发生弹力作用时弹力方向可以与支持面成任意角度 F.

23、弹簧弹力大小与压缩量成正比 G.车辆底部安装螺旋弹簧和弹性钢板的目的是增大车身的震动,【解析】选C。物体受到外力作用可以使物体发生弹性形变或非弹性形变，故A错；物体发生形变的原因很多，受到外力作用是形变产生的原因之一，故B错；由弹力产生的条件可知，两物体之间有弹力产生，两物体必须接触且有形变产生，故C正确；弹力的方向总与施力物体形变方向相反，故D错；若两物体接触处有支持面，弹力方向总与支持面垂直，故E错；由胡克定律知，在弹性限度内，弹力大小与压缩量(或伸长量)均成正比，故F错误；当车辆受到外力作用时，车辆底部的螺旋弹簧和弹性钢板发生弹性形变，起减震缓冲作用，故G错误。,2.(2013漳州高一检测)一辆汽车停在水平地面上,有下列几种说法,其中正确的是( ) (1)地面受到向下的弹力,是因为地面发生了形变 (2