高中物理必修一：3.2《弹力》课件 53页

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\n相互作用第三章\n2弹力第三章\n课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计5易错案例剖析6课时作业7学习目标定位1\n学习目标定位\n※知道常见形变和弹性形变※理解弹力的概念及产生条件※※掌握胡克定律，会用公式F＝kx计算弹簧的弹力※※知道压力、支持力、绳的拉力都是弹力，会判断它们的方向\n课堂情景切入\n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？\n知识自主梳理\n1．形变与弹性形变(1)形变：物体在力的作用下_______________发生改变，叫做形变。(2)弹性形变：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\n2．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：①两物体________。②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\n1．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\n1．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xkx劲度系数N/m\n重点难点突破\n一、弹力有无的判断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．判断弹力有无的常见方法：(1)直接判定：对于发生明显形变的物体(如弹簧、橡皮条等)，可根据弹力产生的条件由形变直接判断。\n(2)对于形变不明显的情况，通常用以下方法来判定：a．假设法：假设将与研究对象接触的物体撤去，判断研究对象的运动状态是否发生改变，若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力。b．替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能不能维持原来的力学状态。如将侧壁、斜面用海绵来替换，将硬杆用轻弹簧(橡皮条)或细绳来替换。c．状态法：因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所以可以依据物体的运动状态由相应的规律(如二力平衡知识等)来判断物体间的弹力。\n特别提醒：接触的物体间不一定存在弹力，但两物体间若有弹力，则它们一定接触。\n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，请分析小球与接触面或弹簧间是否存在弹力。\n二、弹力方向的判定1．常见的三种接触方式\n2.常见三类弹力的方向\n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。\n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()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。\n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。\n(3)由于F1＝kx1，F2＝kx2，故ΔF＝F2－F1＝kx2－kx1＝k(x2－x1)＝kΔx，因此，弹簧上弹力的变化量ΔF与形变量的变化量也成正比关系，即ΔF＝kΔx。2．非弹簧的弹力大小的计算弹力的大小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。\n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。\n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＝F3B．F1＝F2F2D．F3>F1>F2\n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。\n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。\n(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。\n3．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。1234567F/N0l/cmx/cm0\n\n5．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。\n考点题型设计\n玩具汽车停在模型桥面上，如图所示，下列说法正确的是()A．桥面受向下的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变B．汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力C．汽车受向上的弹力，是因为桥面发生了弹性形变D．汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了形变弹力的产生和判断\n解析：汽车与桥面相互挤压都发生了形变，B错；由于桥面发生弹性形变，所以对汽车有向上的弹力，C对D错；由于汽车发生了形变，所以对桥面产生向下的压力，A错。答案：C\n(合肥市2014～2015学年高一检测)如图，一个小球用两根轻绳挂于天花板上，球静止，绳1倾斜，绳2恰好竖直。则小球所受的作用力个数()A．一定是两个B．一定是三个C．可能是四个D．可能是两个，也可能是三个答案：A解析：小球受重力和绳2的拉力，此时小球静止，二力平衡。若绳1有拉力，则绳2不会处于竖直状态，故小球受两个力，A正确。\n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。弹力的方向\n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。\n它们所受弹力的示意图如图所示。\n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。\n(湖北黄冈中学2014～2015学年高一上学期期中)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()\n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。\n某同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，所用实验装置如图所示，所用的钩码每只质量都是30g。他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，并将数据填在下表中。实验中弹簧始终未超过弹性限度，取g＝10m/s2。试根据这些实验数据在如图所示的坐标系中作出弹簧所受弹力大小与弹簧总长度之间的函数关系的图线。则：探究弹力和弹簧伸长的关系\n钩码质量(g)0306090120150弹簧总长度(cm)6.007.008.009.0010.0011.00\n(1)写出该图线的数学表达式F＝________________N；(2)图线与横轴的交点的物理意义是________________；(3)该弹簧的劲度系数k＝________________N/m；(4)图线延长后与纵轴的交点的物理意义是___________。\n\n(4)图线延长后与纵轴的交点表示弹簧长度为5cm时的弹力，此时弹簧被压缩了1cm，即表示弹簧被压缩1cm时的弹力为0.3N。答案：(1)(30L－1.8)(2)弹簧原长(3)30(4)弹簧被压缩1cm时的弹力为0.3N\n(中山市2013～2014学年高一上学期期末)如下图(1)所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长长度的关系。\n①为完成实验，还需要的实验器材有：______________。②实验中需要测量的物理量有：___________________。③图(2)是弹簧所受弹力F与弹簧伸长长度x的F－x图线，由此可求出弹簧的劲度系数为________________N/m，图线不过原点的原因是由于________________。答案：①刻度尺②弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量③200N/m；弹簧有自重\n\n易错案例剖析\n易错点：对胡克定律理解不深刻导致错误案例：如图所示，弹簧的劲度系数为k，物体的质量为m，平衡时物体在A位置。今用力F将物体向下拉长x至B位置。则此时弹簧的弹力大小为()A．kxB．mg＋kxC．mg－kxD．以上说法都不正确\n易错分析：此题稍不留神，不仔细分析题意，就会错选A。出错原因是没理解胡克定律F＝kx中弹簧的形变量x的含义。要知道本题中所给的“x”是F力作用下的伸长量。而弹簧在挂物体达到平衡时就已经有一个x0的伸长量了。正确解答：由题意可知，挂物平衡时：mg＝kx0F作用时，弹簧再伸长x，则总的形变量应为x0＋x再由胡克定律得F弹＝k(x0＋x)＝kx0＋kx＝mg＋kx因此选项B是正确的。正确答案：B