高中物理32弹力课件

2弹  力 学习目标1.了解形变、弹性形变、弹性限度等概念。2.知道弹力产生的原因和条件。3.知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力,会分析弹力的方向。4.知道影响弹力大小的因素,理解胡克定律,了解科学研究方法。 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 例.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。题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。 3.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。如何观察微小形变？（课本P.54）物理思想方法是：______________放大 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： 【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。 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。 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ΔF=F2-F1=kx2-kx1=kΔx。因此,弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比关系。 弹簧F-x图像问题的解题技巧【案例剖析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。 【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。 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：①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。【思路方法】 ②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。③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。 【题组通关】【示范题】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,试分析小球受力。 【解题探究】本题可结合下表分析：所用方法结 论甲假设法球与a板间_____弹力球与b板间_______弹力乙运动状态判断法球与板间_____弹力球与弹簧间_______弹力丙作用效果法球与1板间_______弹力球与2板间_____弹力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.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.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。分析甲、乙中小球受力作用。 【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】1.一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。 弹力方向的确定小结规律方法1.常见的三种接触方式：接触方式弹力方向图 示面与面垂直公共接触面点与面过点垂直于面点与点垂直于切面 2.常见三类弹力的方向：类 型弹力方向图 示轻 绳沿绳指向绳收缩的方向轻 杆可沿杆 类 型弹力方向图 示轻 杆可不沿杆(由运动状态判断)轻弹簧沿弹簧形变的反方向 【题组通关】【示范题】请在图中画出物体P受到的力,其中接触处均光滑，物体P处于静止状态。 【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.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.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 【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。 【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：①沿着杆提供拉力或支持力,此时弹力沿杆的方向。②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。 【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-l0l0-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Δx==2.5cm,弹簧的原长为10cm,弹簧处于压缩状态,所以弹簧的长度为7.5cm。答案：(1)200(2)7.5 【名师指津】F-x图像问题求解“三步走”(1)找截距——图像在横轴的截距表示弹簧的原长;(2)求斜率——图像的斜率表示弹簧的劲度系数;(3)列方程——恰当选取图像上的点列方程或方程组,同时注意坐标轴对应物理量的单位。 【自我小测】(2013·淮安高一检测)由实验测得某弹簧的长度L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? 【解析】解法一：(1)弹簧不产生弹力时的长度等于原长,由图可知该弹簧的原长为L0=15cm。(2)据F=kx得劲度系数：k=,由图线可知,该弹簧伸长ΔL=(25cm-15cm)=10cm时,弹力ΔF=50N。所以,k==500N/m。 解法二：根据胡克定律得F=k(L-L0),代入图像中的两点(0.25,50)和(0.05,-50)。可得50=k(0.25-L0)-50=k(0.05-L0)解得L0=0.15m,k=500N/m。答案：(1)15cm(2)500N/m 【补偿训练】(2013·泉州高一检测)一根轻弹簧的伸长量(x)跟所受的外力(F)之间的关系如图所示,试求：(1)弹簧的劲度系数k;(2)若弹簧原长l0=60cm,当把弹簧压缩到40cm长时,需要多大的压力? 【解析】(1)由题图知,当弹簧伸长量x=60cm=0.6m时,弹簧弹力F=900N,由胡克定律得劲度系数k=N/m=1500N/m(2)把弹簧压缩到40cm长时,弹簧的压缩量x′=l0-l=60cm-40cm=20cm=0.2m故此时弹簧所受压力F′=kx′=1500×0.2N=300N答案：(1)1500N/m(2)300N