第三章相互作用3.2弹力
(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。形状或体积恢复原状★形变与弹性形变※知识点一、弹性形变和弹力
(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★弹力
1.接触力:物体与物体直接接触才发生的力。通常所说的拉力、压力、支持力、阻力等都是接触力。2.接触力按性质可分为:弹力和摩擦力。3.本质:都是由电磁相互作用引起的。★接触力
1.被拉长或压缩的弹簧2.弯曲的木棍3.压缩的气球4.压缩的橡皮泥★力的作用效果:可以使物体发生形变观测:
是否一切物体在外力作用下都会发生形变?1.定义:在外力作用下,物体发生的形状、体积大小的变化称为形变。★形变
用手指挤压玻璃瓶,玻璃瓶是否有形变?怎么去观察?物体在外力作用下会发生形变,有的形变明显,有的形变微小,只能用实验放大的方法显示出来。★形变
(1)弹性形变:能恢复到原来形状的形变。(2)非弹性形变:不能恢复到原来形状的形变★形变分类
3.形变限度如果形变过大,超过一定的限度,撤去外力后,物体就不能完全恢复原来的形状,这个限度叫做弹性限度。
F2F1圆球墙斜面1.定义:发生弹性形变的物体由于要恢复原来的形状,对与它接触的物体发生力的作用,这种力叫做弹力。注意:弹力不是指“弹簧产生的力”。某一弹力的产生是施力物发生弹性形变产生的。例如:图中球所受弹力是谁发生形变产生的?★弹力
.假设没有这面墙球动了么?能否保持原状?只有支持力F假设没有下面的墙呢.F3.弹力有无的判断(假设法)2.弹力产生的条件(1)直接接触(2)发生弹性形变例如:图中的圆球分别靠着左边和右边的墙,它们之间是否发生了挤压形变?
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。★弹力有无的判断
(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。★弹力有无的判断
【例题1】在下列各图中,A、B两球间一定有弹力作用的是()
1.相互接触的物体之间一定有弹力吗?提示: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,弹力是由施力物体发生形变引起的.【解题指导】
2.只要物体发生形变,就一定有弹力吗?提示:不一定.只有发生弹性形变的物体,才能产生与其形变方向相反的、欲恢复原状的弹力,而发生非弹性形变的物体,就不会产生弹力,如橡皮泥的形变.【解题指导】
【解析】在具体判断有没有弹力时,我们用假设法进行判断.在A图中,若拿走A球,则B球仍静止不动,故A、B间没有挤压,即A、B间没有弹力;在B图中,若拿走A球,则B球将向左运动,故A、B间存在相互挤压,即A、B间存在弹力;在C图中,若拿走A球,则B球静止,故A、B间没有挤压,即A、B间没有弹力;在D图中不能判断A、B间有没有弹力.因此选B.【答案】B
【针对训练】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()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
【解析】 小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.
我们也可以假设容器侧壁对钢球有弹力作用,作出各容器中钢球的受力示意图如图所示,可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾,所以原假设不成立,各容器的侧壁对钢球均无弹力作用.因此,本题正确选项为A.【答案】A
1.压力:由于被支持物体发生形变,而对支持物产生的弹力。压力的方向总是垂直于接触面,指向被压的物体。2.支持力:支持面发生形变,对被支持的物体产生的弹力。支持力的方向总是垂直支持面,指向被支持的物体。FN※知识点二、几种弹力
3.拉力:由于绳子(弹簧)被拉长要恢复原状,而产生的弹力。拉力的方向总是沿绳子(弹簧)收缩的方向。注:两物体间的弹力是发生在相互接触面上,但可以将作用点移到重心上。
4.杆的弹力轻杆既可压缩,或弯曲产生支持力,又可伸长产生拉力,方向与形变方向相反。杆的弹力不一定沿杆
5.弹力方向(1)软质物体如绳子、弹簧的弹力方向。(2)硬质物体之间的弹力方向:规定:施力物体对受力物体弹力的方向与施力物体形变的方向相反。点与面接触面与面接触点与点接触点与点接触
1.常见的三种接触方式★弹力方向的总结
2.常见三类弹力的方向
【解析】平面与平面接触,弹力方向垂直于平面;平面与曲面接触,弹力方向垂直于平面,也垂直于曲面过接触点的切面;曲面与曲面接触,弹力方向垂直于公切面;点与平面接触,弹力方向垂直于平面;点与曲面接触,弹力方向垂直于曲面过接触点的切面.根据不同接触面上弹力的特点作图,如图所示.
判断弹力方向的步骤(1)确定物体之间弹力作用的类型;(2)确定产生弹力的物体;(3)找出使物体发生形变的外力方向;(4)确定物体形变的方向;(5)确定物体产生的弹力方向.特别提醒
【针对训练】画出图甲、乙、丙中小球A和丁中杆所受的弹力方向.
【答案】如图所示
(1)k称为劲度系数,单位N/m,由弹簧的材料,粗细,长度等自身性质决定。(2)既适用于弹簧拉伸,也适用于弹簧压缩,x是弹簧的形变量。弹性限度内,弹力大小与形变量成正比弹力的大小跟形变的大小有关,形变越大,弹力也越大,形变消失,弹力随着也消失。弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比,即:F=kx※知识点三、胡克定律
弹簧形变量弹簧弹力弹簧的长度
公式中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,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.★对公式F=kx的理解
1.胡克定律的成立条件:弹簧的形变必须在弹性限度内.2.弹簧的劲度系数k:它表示弹簧固有的力学性质,大小由弹簧本身的物理条件,如材料、长度、截面积等决定.3.弹簧的形变量x:指弹簧的伸长量或缩短量,而不是弹簧的长度.特别提醒
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。★非弹簧的弹力大小的计算
【解题指导】1.当用大小为F1的力压弹簧时,弹簧处于什么状态?形变量如何表示?提示:当用力F1压弹簧时,弹簧处于压缩状态,设原长为l0,则压缩量Δx=l0-l1.2.当用大小为F2的力拉弹簧时,弹簧处于什么状态?形变量如何表示?提示:当用力F2拉弹簧时,弹簧处于伸长状态,其伸长量Δx=l2-l0.
【答案】C
【针对训练】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
【解析】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。【答案】B