人教版高一物理必修一课件：第3章相互作用2.ppt

第三章 相互作用 2 　弹力 ※ 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 1 课前预习 2 课内探究 3 素养提升 4 课堂达标 5 课时作业 课 前 预 习 1 ．形变与弹性形变 (1) 形变：物体在力的作用下 ______________ 发生改变，叫作形变。 (2) 弹性形变：有些物体在形变后能够 ______________ ，这种形变叫作弹性形变。 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，这种力叫作弹力。 (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 ) 。 形变 原状 接触的 不能完全恢复原来的形状 接触 弹性 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。 常见的几种弹力 张力 垂直 支持 收缩 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 『 判一判 』 (1) 所有形变在撤去外力后都能够恢复原来的形状。 ( 　　 ) (2) 两个接触的物体间一定存在弹力。 ( 　　 ) (3) 若两物体间存在弹力，则它们一定接触。 ( 　　 ) (4) 支持力的方向垂直于物体的接触面。 ( 　　 ) (5) 弹簧的弹力总是与其形变量成正比。 ( 　　 ) × × √ √ × 解析： 头顶受到的压力的施力物体是坛子，受力物体是头顶，它产生的直接原因是坛的形变，间接原因是物体受到的重力， A 项正确。 A 答案： 30N 解析： 由胡可定律可知， 80N 能使弹簧伸长 40 个刻度，伸长一个刻度对应的拉力是 2N ，若要指针正对刻度 20 ，需要弹簧伸长 15 个刻度，此时的弹力应为 30N 。 课 内 探 究 体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示，足球与斜台之间有相互作用的弹力吗？若有，则斜台给足球的弹力方向如何？ 探究一　弹力的产生及弹力方向的判定　 提示： 有；足球所受弹力方向垂直于斜台指向足球。 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。 (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。 3 ．弹力的方向： (1) 弹力的方向总与引起物体形变的外力方向相反，与施力物体恢复原状的方向相同。 (2) 常见的三种接触方式 常见三类弹力的方向 特别提醒： (1) 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。 (2) 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。 (3) 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。 解题指导： 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。 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。 B 解析： 判断 a 、 b 两球间有无弹力，要依据弹力产生的两个条件：一是相互接触；二是发生弹性形变。四个选项中都满足了接触这一条件，但是否发生了形变难于观察，这时可以利用 “ 假设法 ” 来判断。 在 A 图中，若拿去 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，若拿去 a 球，则 b 球将向左运动，故 a 、 b 间存在相互挤压，故 a 、 b 间存在弹力。在 C 图中，若拿去 a 球，则 b 球静止，即 a 、 b 间没有挤压，即 a 、 b 间没有弹力。在 D 图中若拿去斜面 a ，则 b 球可能静止，即 a 、 b 间可能没有挤压，即 a 、 b 间可能没有弹力。故 a 、 b 间一定有弹力的是 B 图。 如图所示，轻弹簧的一端固定于竖直木板上，另一端与一光滑小球连接。 (1) 小球是否一定受到弹簧的弹力作用？ (2) 若弹簧处于被拉长状态，则弹簧越长 ( 在弹性限度中 ) ，弹力越大还是越小？ 提示： (1) 不一定　 (2) 越大 探究二　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 － l 0 ，也可能为缩短量 l 0 － 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 F 1 ＝ kx 1 ， F 2 ＝ kx 2 ，故 ΔF ＝ F 2 － F 1 ＝ kx 2 － kx 1 ＝ k ( x 2 － x 1 ) ＝ 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。 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。 C 解题指导： 求解此题应特别注意，球在 A 处时弹簧已经伸长了一定长度。 解析： 球在 A 位置时弹簧已经伸长了 ( 令它为 Δ x ) ，这样有 F B ＝ k (Δ x ＋ x ) ＝ k · Δ x ＋ kx ，因球在 A 位置平衡，即 G ＝ k · Δ x ，所以 F B ＝ G ＋ kx ，故 C 正确。 B 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。 探究三　实验：探究弹力和弹簧伸长的关系　 (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 l 0 。 (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 － l 0 表示弹簧的伸长量。 1 2 3 4 5 6 7 F /N 0 l /cm x /cm 0 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。 钩码质量 (g) 0 30 60 90 120 150 弹簧总长度 (cm) 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 (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 __________________________ 。 (30 L － 1.8) 弹簧原长 30 弹簧被压缩 1cm 时的弹力为 0.3N 解析： 描点作图，图象如图所示。 (1) 由图象可以得出图线的数学表达式为 F ＝ (30 L － 1.8)N ； (2) 图线与横轴的交点表示，弹簧所受弹力 F ＝ 0 时弹簧的长度，即弹簧的原长； (3) 图线的斜率即为弹簧的劲度系数 k ＝ 30N/m ； (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 。 ① 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 ______________ 。 刻度尺 弹簧的原长、弹簧所受外力与对应的伸长量 200 弹簧有自重 素 养 提 升 分析求解三步走 (1) 找截距 —— 图象在横轴的截距表示弹簧的原长。 (2) 求斜率 —— 图象的斜率表示弹簧的劲度系数。 (3) 列方程 —— 恰当选取图象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。 弹簧 F － x 图象问题的解题技巧 200 7.5 课 堂 达 标 课 时 作 业