高中物理 第3章 相互作用 2 彈力課件 新人教版必修1.ppt

2 彈力,填一填,練一練,一、彈性形變和彈力(見課本第54、55頁) 1.形變和彈性形變 (1)形變:物體在力的作用下發(fā)生體積和形狀的改變。 (2)彈性形變:物體形變后能恢復原狀的形變。 (3)微小形變:任何物體受力都能發(fā)生形變,受力而不發(fā)生形變的物體是不存在的,只不過有的形變比較明顯,可以直接看見;有的形變極其微小,要用儀器才能顯示出來。 2.彈力 (1)定義:發(fā)生彈性形變的物體要恢復原狀對與它接觸的物體產(chǎn)生的力。 (2)產(chǎn)生條件:一是兩物體直接接觸;二是發(fā)生彈性形變。 (3)彈性限度:如果形變過大超過一定的限度,撤去作用力后物體就不能完全恢復原來的形狀,這個限度叫作彈性限度。,填一填,練一練,二、幾種彈力(見課本第55頁) 1.常見彈力:平時所說的壓力、支持力和拉力都是彈力。 2.彈力的方向 (1)壓力和支持力的方向垂直于物體的接觸面。 (2)繩的拉力沿著繩而指向繩收縮的方向。 三、胡克定律(見課本第56頁) 1.內(nèi)容:彈簧發(fā)生彈性形變時,彈力的大小F跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比。 2.公式:F=kx,其中k為彈簧的勁度系數(shù),單位是牛頓每米,單位的符號是N/m,它的大小反映了彈簧的軟硬程度。,填一填,練一練,一只松鼠站在傾斜的樹枝上,則樹枝對松鼠的彈力的方向為( ) A.豎直向上 B.豎直向下 C.垂直于樹枝斜向上 D.沿樹枝方向 解析:支持力的方向總是垂直于接觸面指向被支持的物體,選項C正確。 答案:C,探究一,探究二,探究三,探究四,問題導引,名師精講,典例剖析,當堂檢測,物體間彈力有無的判斷方法 如圖所示,將一個鋼球分別放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角燒杯中,鋼球在各容器的底部與側(cè)壁相接觸,處于靜止狀態(tài)。若鋼球和各容器都是光滑的,各容器的底部均處于水平面內(nèi),各容器的側(cè)壁對鋼球有沒有彈力作用?,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,1.彈力的產(chǎn)生 外力作用等原因相互擠壓或拉伸等發(fā)生彈性形變產(chǎn)生彈力 2.彈力有無的判斷方法,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,【例題1】 下圖中,A、B均處于靜止狀態(tài),則A、B之間一定有彈力的是( ),解析:在具體判斷有沒有彈力時,我們用假設法進行判斷。在A圖中,若拿去A球,則B球仍靜止不動,故A、B間沒有擠壓,即A、B間沒有彈力。在B圖中,若拿去A球,則B球?qū)⑾蜃筮\動,故A、B間存在相互擠壓,故A、B間存在彈力。在C圖中,若拿去A球,則B球靜止,即A、B間沒有擠壓,即A、B間沒有彈力。在D圖中若拿去A球,則B球可能靜止,即A、B間可能沒有擠壓,即A、B間可能沒有彈力。 答案:B,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,變式訓練1 如圖所示,一個小球用兩根輕繩掛于天花板上,球靜止,繩1傾斜,繩2恰好豎直。則小球所受的作用力個數(shù)( ) A.一定是兩個 B.一定是三個 C.可能是四個 D.可能是兩個,也可能是三個 解析:假設去掉繩1,小球仍處于原來的狀態(tài)靜止不動,所以繩1對小球不產(chǎn)生拉力作用;若去掉繩2,小球不會靜止于原來的位置,所以繩2對小球產(chǎn)生拉力。所以小球受到重力和繩2對其拉力兩個力的作用。 答案:A,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,彈力方向的確定 體育課上一同學將足球踢向斜臺,如圖所示。足球與斜臺作用時斜臺給足球的彈力方向如何?,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,1.彈力的方向總與引起物體形變的外力方向相反,與施力物體恢復原狀的方向相同。 2.常見彈力的方向,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,【例題2】 請在圖中畫出物體P受到的各接觸點或面對它的彈力的示意圖,其中甲、乙中的物體P處于靜止狀態(tài),丙中物體P在水平面上勻速滾動。,點撥:彈力方向垂直于接觸面,與重心位置、物體的運動狀態(tài)無關;輕繩的拉力沿著繩指向繩收縮的方向。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,解析:物體P受到的各接觸點或面對它的彈力的示意圖如圖所示。,答案:見解析,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,變式訓練2 如圖所示,球A在斜面上,被豎直擋板擋住而處于靜止狀態(tài)。關于球A所受的彈力,以下說法正確的是 ( ) A.球A僅受一個彈力作用,彈力的方向垂直于斜面向上 B.球A受兩個彈力作用,一個水平向左,一個垂直于斜面向下 C.球A受兩個彈力作用,一個水平向右,一個垂直于斜面向上 D.球A受三個彈力作用,一個水平向右,一個垂直于斜面向上,一個豎直向下,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,解析:球A所受重力豎直向下,與豎直擋板和斜面都有擠壓,斜面給它一個支持力,垂直斜面向上,擋板給它一個壓力,水平向右,C正確。 答案:C,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,彈力的大小 如圖所示,圖甲表示彈簧處于原長狀態(tài),圖乙表示彈簧處于拉伸狀態(tài),圖丙表示彈簧處于壓縮狀態(tài)。 試討論:在公式F=kx中,x表示的是彈簧的長度嗎?若不是,它表示什么意思?圖甲中彈簧的原長為l0;圖乙中在拉力F的作用下彈簧的長度為l1;圖丙中在壓力F'的作用下,彈簧的長度為l2,則F和F'分別等于多少?,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,1.對胡克定律的理解 (1)定律的適用條件:彈簧發(fā)生彈性形變且必須在彈性限度內(nèi)。 (2)表達式中的x的意義:彈簧的形變量,即彈簧伸長或縮短的長度,而不是彈簧的原長,也不是彈簧形變后的實際長度,同一彈簧伸長或壓縮相同長度時,彈力大小相等,但方向不同。 (3)表達式中的k的意義:彈簧的勁度系數(shù),它反映了彈簧的“軟”“硬”程度,是由彈簧本身的性質(zhì)(材料、長度、粗細等)決定。在國際單位制中k的單位為“N/m”。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,(4)F-x圖象:根據(jù)胡克定律,可作出彈力F與形變量x的圖象,如圖所示,這是一條通過原點的傾斜直線,其斜率 反映了k的大小,故胡克定律還可寫成F=kx,即彈力的變化量F跟彈簧形變量的變化量x成正比。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,2.彈力大小的計算方法 (1)彈簧的彈力 應用胡克定律F=kx求解。 (2)除彈簧之外的其他彈力大小的計算,一般要借助物體的運動狀態(tài)所遵循的物理規(guī)律求解。比如懸掛在豎直細繩上的物體處于靜止狀態(tài)時,物體受繩向上的拉力和重力作用。根據(jù)二力平衡,可知繩的拉力大小等于物體重力的大小。,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,【例題3】 一輕彈簧在10.0 N的拉力作用下,長度由原長5.00 cm伸長為6.00 cm。則: (1)彈簧的勁度系數(shù)為多大? (2)當該彈簧長度為4.20 cm時,彈簧的彈力大小有多大?,解析:(1)由F=kx得F1=k(l1-l0) (2)當該彈簧長度為4.20 cm時,彈簧處于壓縮狀態(tài), 此時彈簧的彈力大小 F2=k(l0-l2)=1×103×(5.00-4.20)×10-2 N=8 N。 答案:(1)1×103 N/m (2)8 N,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,探究一,探究二,探究三,問題導引,名師精講,典例剖析,探究四,當堂檢測,變式訓練3 探究彈力和彈簧伸長的關系時,在彈性限度內(nèi),懸掛15 N重物時,彈簧長度為0.16 m;懸掛20 N重物時,彈簧長度為0.18 m,則彈簧的原長l0和勁度系數(shù)k分別為( ) A.l0=0.02 m k=500 N/m B.l0=0.10 m k=500 N/m C.l0=0.02 m k=250 N/m D.l0=0.10 m k=250 N/m 解析:由胡克定律可知15 N=k(0.16 m-l0),20 N=k(0.18 m-l0),解得k=250 N/m,l0=0.10 m,故選項D正確。 答案:D,探究一,探究二,探究三,典例剖析,探究四,當堂檢測,探究彈力與彈簧伸長的關系 1.實驗目的 (1)探究彈簧彈力與彈簧伸長的關系。 (2)學會用列表法、圖象法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù)。 2.實驗原理 彈簧上的彈力與使它發(fā)生形變的外力在數(shù)值上是相等的,用懸掛法測量彈簧的彈力時,當彈簧下端懸掛的鉤碼靜止時,彈力大小與掛在彈簧下面的鉤碼的重力相等;彈簧的原長與掛上鉤碼后彈簧的長度可以用刻度尺測出,其伸長量可以用彈簧的長度減去原長來求得,這樣就可以定量研究彈力與彈簧伸長量之間的關系了。 3.實驗器材 鐵架臺、彈簧、刻度尺、鉤碼若干、坐標紙。,名師精講,探究一,探究二,探究三,探究四,當堂檢測,名師精講,典例剖析,4.實驗步驟 (1)將彈簧的一端掛在鐵架臺上,讓其自然下垂,用刻度尺測出彈簧自然伸長狀態(tài)時的長度l0,即原長。 (2)如圖所示,將已知質(zhì)量的鉤碼掛在彈簧的下端,在平衡時測出彈簧的總長并計算鉤碼的重力,填寫在記錄表格里。,(3)改變所掛鉤碼的質(zhì)量,重復上步的實驗過程多次。,探究一,探究二,探究三,探究四,當堂檢測,名師精講,典例剖析,5.數(shù)據(jù)處理 (1)用公式x=l-l0計算出彈簧各次的伸長量,填入上表。 (2)以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標,以彈簧的伸長量x為橫坐標,用描點法作圖。連接各點,得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線。 (3)以彈簧伸長量為自變量,寫出曲線所代表的函數(shù)。首先嘗試一次函數(shù),如果不行,則考慮二次函數(shù)。 (4)得出彈力和彈簧伸長量之間的函數(shù)關系,研究并解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。,探究一,探究二,探究三,探究四,當堂檢測,名師精講,典例剖析,6.注意事項 (1)所掛鉤碼不要過重,以免彈簧被過分拉伸,超出它的彈性限度。 (2)每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些,從而使描的點盡可能稀一些,這樣作出的圖線精確。 (3)測彈簧長度時,一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量,刻度尺要保持豎直并靠近彈簧,以免增大誤差。 (4)描點畫線時,所描的點不一定都落在一條直線上,但應注意一定要使各點均勻分布在直線的兩側(cè)。 (5)記錄數(shù)據(jù)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應關系及單位。,探究一,探究二,探究三,探究四,當堂檢測,名師精講,典例剖析,7.誤差分析 (1)由于彈簧原長及伸長量的測量都不便于操作,故存在較大的測量誤差。 (2)由于彈簧自身的重力的影響造成誤差。 (3)當未放重物時,彈簧在自身重力的作用下,已經(jīng)有一個伸長量,這樣在作圖線時,圖線與x軸有一截距。,探究一,探究二,探究三,探究四,當堂檢測,名師精講,典例剖析,【例題4】某同學在做“探究彈力和彈簧伸長的關系”的實驗中,所用實驗裝置如圖甲所示,所用的鉤碼每只質(zhì)量都是30 g。他先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度,再將5個鉤碼逐個掛在彈簧的下端,每次都測出相應的彈簧總長度,并將數(shù)據(jù)填在下表中。實驗中彈簧始終未超過彈性限度,g取10 m/s2。試根據(jù)這些實驗數(shù)據(jù)在如圖乙所示的坐標系中作出彈簧所受彈力大小與彈簧總長度之間的函數(shù)關系的圖線。則:,探究一,探究二,探究三,探究四,當堂檢測,名師精講,典例剖析,(1)寫出該圖線的數(shù)學表達式F= N。 (2)圖線與橫軸的交點的物理意義是 。 (3)該彈簧的勁度系數(shù)k= N/m。 (4)圖線延長后與縱軸的交點的物理意義是 。,探究一,探究二,探究三,探究四,當堂檢測,名師精講,典例剖析,解析:描點作圖,圖象如圖所示。 (1)由圖象可以得出圖線的數(shù)學表達式為F=(30l-1.8) N。 (2)圖線與橫軸的交點表示彈簧所受彈力F=0時彈簧的長度,即彈簧的原長。 (3)圖線的斜率即為彈簧的勁度系數(shù)k=30 N/m。 (4)圖線延長后與縱軸的交點表示彈簧長度為5 cm時的彈力,此時彈簧被壓縮了1 cm,即表示彈簧被壓縮1 cm時的彈力。 答案:(1)(30l-1.8) (2)彈簧原長 (3)30 (4)彈簧被壓縮1 cm時的彈力,探究一,探究二,探究三,探究四,當堂檢測,名師精講,典例剖析,探究三,探究一,探究二,1,2,3,4,5,探究四,當堂檢測,1.下列兩個實驗中體現(xiàn)出的共同的物理思想方法是( ) A.極限法 B.放大法 C.控制變量法 D.等效替代法 解析:題圖甲是利用光的多次反射將微小形變放大;題圖乙是利用細管中液面的變化觀察玻璃瓶的微小形變,故為放大法,選項B正確。 答案:B,1,2,3,4,5,2.(多選)關于彈力的方向,下列說法正確的是( ) A.彈力方向一定垂直于接觸面 B.彈力方向不一定垂直于接觸面 C.輕質(zhì)繩對物體的彈力方向一定沿著繩子離開物體的方向,因為繩子只會發(fā)生拉伸形變 D.輕質(zhì)繩對物體產(chǎn)生的彈力一定垂直于與繩相連的接觸面 解析:壓力或支持力的方向一定垂直于接觸面,但是繩的拉力方向一定沿繩而且指向繩收縮的方向,它不一定垂直于與繩相連的接觸面,選項A、D錯誤,B、C正確。 答案:BC,探究三,探究一,探究二,探究四,當堂檢測,1,2,3,4,5,3.書放在桌面上,會受到桌面對它的彈力的作用,產(chǎn)生這個彈力的直接原因是( ) A.書的形變 B.桌面的形變 C.書所受到的重力 D.桌面所受到的重力 解析:書受到的向上的彈力,是由桌面形變產(chǎn)生的;而桌面受到向下的壓力是由書形變產(chǎn)生的。 答案:B,探究三,探究一,探究二,探究四,當堂檢測,1,2,3,4,5,4.一個球形物體O靜止放在光滑的水平地面上,并與豎直墻壁相接觸,A、B兩點是球與墻和球與地面的接觸點,則下列說法正確的是( ) A.物體受三個力,重力、地面對物體的支持力、墻壁對物體的彈力 B.物體受兩個力,重力、地面對物體的支持力 C.物體受兩個力,重力、物體對地面的壓力 D.物體受三個力,重力、物體對地球的引力、物體對地面的壓力 解析:球形物體雖與墻接觸,但它們之間無彈力作用,故物體只受重力和地面對物體的支持力兩個力,B對。 答案:B,探究三,探究一,探究二,探究四,當堂檢測,1,2,3,4,5,5.一根輕質(zhì)彈簧,當它受到10 N的拉力時 長度為12 cm,當它受到25 N的拉力時長度為15 cm,問彈簧不受力時的自然長度為多少?該彈簧的勁度系數(shù)為多少? 解析:同一彈簧勁度系數(shù)k是不變的,作用力不同,彈簧的形變量不同,但都遵從胡克定律。設彈簧的自然長度為l0,由胡克定律有 當F1=10 N,l1=12 cm時,F1=k(l1-l0) 當F2=25 N,l2=15 cm時,F2=k(l2-l0),答案:10 cm 500 N/m,探究三,探究一,探究二,探究四,當堂檢測,