教科版高中物理必修第一冊第3章相互作用第2節(jié)彈力課件

第2節(jié)彈力第三章內容索引010203自主預習·新知導學合作探究·釋疑解惑課堂小結04隨堂練習課標定位1.知道形變、彈性形變和非彈性形變。2.知道彈力的定義及彈力的方向。3.掌握胡克定律。素養(yǎng)闡釋1.通過對形變及彈力的概念的理解,形成物理觀念。2.通過對顯示微小形變的方法的理解,掌握科學探究方法。3.掌握判斷彈力有無的方法,形成科學思維方法。4.通過探究彈簧彈力與形變的關系,掌握科學探究方法。自主預習·新知導學一、形變1.形變:物體在力的作用下形狀或體積發(fā)生的變化。2.彈性形變:有些發(fā)生形變的物體在撤去外界的作用力后能夠恢復原狀,這種形變叫作彈性形變。3.彈性限度:如果形變過大,超過一定的限度,撤去作用力后物體不能完全恢復原來的形狀,這個限度叫作彈性限度。4.塑性形變:撤去外力后物體不能完全恢復原狀的形變。5.形變有哪兩種類型?它們的區(qū)別是什么?提示:彈性形變與塑性形變。區(qū)別是撤去外力后是否能恢復原狀。二、認識彈力1.定義:發(fā)生形變的物體,由于要恢復原狀,對與它接觸的物體產生的力。2.幾種彈力及方向(1)壓力和支持力的方向垂直于接觸面而指向被壓或被支持物體。(2)繩子對物體的拉力方向總是沿著繩子而指向繩子收縮的方向。3.放在水平桌面上的書與桌面之間產生的彈力方向垂直于支持面而指向被壓或被支持的物體。若將書放于如圖所示的曲面上,它與曲面之間產生的彈力沿什么方向?提示:放于曲面上時,書所受的支持力垂直于接觸點的切面向上,曲面所受壓力垂直于接觸點的切面向下。如圖所示。三、實驗:探究彈簧彈力與形變的關系1.實驗器材:鐵架臺,下端帶掛鉤的彈簧,100g的鉤碼若干,刻度尺等。2.結論:胡克定律(1)內容:在彈性限度內,彈簧彈力F的大小與彈簧的伸長(或縮短)量x成正比。用公式表示為F=kx。(2)勁度系數:比例系數k稱為彈簧的勁度系數,單位是牛頓每米,單位的符號是N/m。它取決于彈簧本身的結構(材料、匝數、直徑等)。3.在彈性限度內,將彈簧拉得越長,彈簧的勁度系數越大嗎?提示:不是,彈簧的勁度系數取決于彈簧本身的結構。【思考討論】

1.判斷下列說法的正誤。(1)發(fā)生形變后的物體撤去外力后都能夠恢復原狀。(

)(2)海綿受擠壓會發(fā)生形變,桌面受擠壓不會發(fā)生形變。(

)(3)靜止在水平地面上的物體受到向上的彈力是因為地面發(fā)生了形變。(

)(4)由F=kx可知,在彈性限度內彈力F的大小與彈簧的長度成正比。(

)(5)若物體發(fā)生的形變?yōu)樗苄孕巫?則不會產生彈力。(

)××√××2.用手拉彈簧,彈簧會對手產生一個拉力作用,這個力是如何產生的?用手壓彈簧呢?提示:用手拉彈簧時,彈簧發(fā)生了彈性形變,彈簧由于要恢復原狀就會對跟它接觸的物體——手產生一個拉力的作用,這個力就是彈力。同理,用手壓彈簧時,彈簧發(fā)生了彈性形變,彈簧由于要恢復原狀就會對跟它接觸的物體——手產生彈力。3.如圖所示,水平桌面上放一質量分布均勻的長木板,開始時木板全部在桌面上靜止;當木板的

在桌面上靜止時,試說明桌面對木板的彈力大小有無變化。提示:長木板質量均勻說明重心在幾何中心處,當木板的

在桌面上靜止時,重心還在桌面上,重力不變。所以在圖中兩種情況下,木板的重力G不變,故所受彈力F也不變,其大小關系為F=G。合作探究·釋疑解惑知識點一彈力的產生及其有無的判斷【問題引領】

(1)如圖(a)所示,用力擠壓玻璃瓶身,細管中的水面會上升,松手后水面下降。細管中水面的變化說明了什么?(2)如圖(b)所示,在一張大桌子上放兩個平面鏡M和N,讓一束光依次被兩面鏡子反射,最后射到墻上,形成一個光點P。用力壓桌面,觀察到墻上光點的位置會發(fā)生變化。思考光點位置的變化說明了什么。提示:(1)玻璃瓶發(fā)生了形變。(2)當力F增大時,兩鏡面均向里傾斜,使入射角減小,經兩次累積,使反射光線的反射角更小,光點P下移;同理,若力F減小,光點P上移。光點位置的變化說明了桌面發(fā)生了形變?！練w納提升】

1.彈力產生的過程

2.彈力產生的條件及彈力有無的判斷(1)彈力產生的條件。①兩物體接觸。②接觸面發(fā)生彈性形變。(2)判斷彈力是否存在的兩種方法。①定義法。根據彈力產生的條件直接進行判斷,如果具備彈力產生的“兩個條件”,則接觸面之間存在彈力;否則,不存在彈力。②假設法。假設無彈力:假設物體在某一接觸處不存在彈力,看物體是否在該位置保持原來的狀態(tài),從而判斷物體在該處是否受到彈力作用。假設有彈力:假設與研究對象接觸的物體對研究對象施加了彈力,畫出假設狀態(tài)下的受力圖,判斷受力情況與原來狀態(tài)是否矛盾,若矛盾,則不存在彈力;若不矛盾,則此彈力可能存在。【典型例題】

【例題1】

在下列各圖中,A、B兩球間一定有彈力作用的是(

)答案:B解析:在A圖中,假設A對B有彈力,則B將向右運動,故A、B間沒有彈力。在B圖中,若拿去A球,則B球將向左運動,故A、B間存在相互擠壓,即A、B間存在彈力。在C圖中,若忽略摩擦,假設A對B有彈力,則B將向右運動,則A、B間在忽略摩擦力情況下沒有彈力。在D圖中,不能判斷A、B間有沒有彈力,故應選B。彈力的產生條件中接觸是前提,擠壓是關鍵,相互接觸的物體是否發(fā)生彈性形變是彈力存在與否的標志。但是,實際上除彈簧、橡皮筋等物體產生彈力時形變較明顯外,大部分物體產生彈力時形變是微小的,肉眼很難觀察出來。因此,彈力有無可借助假設法(如本題)、替換法、受力分析法來進行判定?！咀兪接柧?】放在水平桌面上的木塊受到彈力,關于這彈力敘述正確的是(

)A.就是物體的重力B.是由于木塊的形變而產生的C.是由于桌面的形變而產生的D.是由于木塊和桌面的形變共同產生的答案:C解析:木塊施加給桌面的壓力與木塊受到的重力只是大小相等,不是同一性質力,故A錯誤;木塊受到向上的力,是因為桌面產生了形變,而產生了方向向上的彈力,故C正確,B、D錯誤。知識點二彈力方向的判斷【問題引領】

一鐵塊放在海綿上,鐵塊和海綿都發(fā)生了形變,從而在它們之間產生了彈力,如圖所示。鐵塊對海綿的壓力是如何產生的?方向怎樣?海綿對鐵塊的支持力是如何產生的?方向怎樣?提示:(1)鐵塊對海綿的壓力:鐵塊發(fā)生彈性形變對與它接觸的海綿產生壓力,方向垂直接觸面向下,如圖所示。(2)海綿對鐵塊的支持力:海綿發(fā)生彈性形變對與它接觸的鐵塊產生支持力,方向垂直于接觸面向上,如圖所示?！練w納提升】

1.彈力的方向總是與引起形變的作用力的方向相反。下表為幾種常見彈力的方向2.判斷彈力方向的一般步驟(1)判定物體之間彈力作用的類型。(2)判定產生彈力的物體。(3)判定物體形變的方向。(4)判定物體產生的彈力方向?！镜湫屠}】

【例題2】

請在圖中畫出桿或球所受的彈力。(a)桿靠在墻上。(b)桿放在半球形的槽中。(c)球用細線懸掛在豎直墻上。(d)點1、2、3都可能是球的重心位置,點2是球心,1、2、3點在同一豎直線上。答案:見解析

解析:本題考查對彈力方向的判定,關鍵是熟悉各種接觸中的彈力方向。(a)桿在重力作用下對A、B兩處都產生擠壓作用,故A、B兩處對桿都有彈力,彈力方向與接觸點的平面垂直。如圖(e)所示。(b)桿對C、D兩處都有擠壓作用,因C處為曲面,D處為支撐點,所以C處彈力垂直于其切面指向球心,D處彈力垂直于桿斜向上。如圖(f)所示。(c)球擠壓墻壁且拉緊繩子,所以墻對球的彈力與墻面垂直;繩子對球的彈力沿繩子斜向上。如圖(g)所示。(d)當重心不在球心處時,彈力作用也必通過球心2,如圖(h)所示。應注意不要錯誤地認為彈力作用線必定通過球的重心。桿、彈簧與非彈性繩受力特點比較

【變式訓練2】

(多選)在光滑半球形容器內,放置一細桿,細桿與容器的接觸點分別為A、B兩點,如圖所示。關于細桿在A、B兩點所受支持力的說法,正確的是(

)A.A點處方向指向球心,是由于容器的形變產生的B.A點處方向垂直細桿向上,是由于容器的形變產生的C.B點處方向垂直細桿向上,是由于容器的形變產生的D.B點處方向豎直向上,是由于細桿的形變產生的答案:AC解析:在A點處,細桿與半球形容器的接觸面是半球形容器的切面,半球形容器對細桿的支持力垂直切面指向細桿,根據幾何知識知,此方向指向球心O,即A點處半球形容器對細桿的支持力指向球心O,施力物體是半球形容器,則是由于容器的形變產生的,故A正確,B錯誤;在B點處,細桿與半球形容器的接觸面就是細桿的下表面,所以B點處半球形容器對細桿的支持力垂直于細桿斜向上,施力物體是半球形容器,則是由于容器的形變產生的,故C正確,D錯誤。知識點三胡克定律及其應用【問題引領】

蹦極是一項戶外休閑活動。跳躍者站在約40m高度的位置,用橡皮繩固定住后跳下,落地前反彈。反復彈起落下,重復多次直至運動停止。試問:上述橡皮繩在彈性限度內是否滿足胡克定律?提示:實踐證明,彈簧、橡皮條(繩)等一些固體材料,在其彈性限度內,所產生的彈力與自身形變量均滿足胡克定律,即F=kx?！練w納提升】

1.實驗:探究彈簧彈力與伸長量的關系[實驗目的](1)探究彈簧彈力與伸長量的關系。(2)學會利用列表法、圖像法、函數法處理實驗數據。(3)驗證胡克定律,會求彈簧的勁度系數。[實驗原理](1)用懸掛法測量彈簧的彈力F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,在彈簧下端懸掛不同個數的鉤碼,并分別求出重力,從而得到彈簧彈力。(2)測出彈簧的伸長量x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。(3)探究彈簧彈力和伸長量的關系建立坐標系,以縱坐標表示彈簧彈力大小F,以橫坐標表示彈簧的伸長量x,在坐標系中描出實驗所測得的各組(x,F)對應的點,用平滑的曲線連起來,根據實驗所得的圖線,就可探知彈簧彈力大小與伸長量間的關系。(4)求彈簧的勁度系數彈簧的彈力F與其伸長量x成正比,比例系數

,即為彈簧的勁度系數;另外在F-x圖像中,直線的斜率也等于彈簧的勁度系數。[實驗器材]鐵架臺、下端帶掛鉤的彈簧、100g的鉤碼若干、毫米刻度尺、坐標紙。[實驗步驟](1)如圖(a)所示,將彈簧掛置于鐵架臺的橫桿上,測出彈簧的原長(自然長度)l0=

。

(2)如圖(b)所示,在彈簧下端依次掛上1個、2個……相同的鉤碼。根據二力平衡可知,靜止時彈簧彈力的大小等于鉤碼所受重力的大小。分別測出彈簧靜止時的長度l,計算出彈簧的伸長量x=l-l0。(3)把所測得的數據填寫在下列表格中。[數據處理](1)以x為橫軸,F為縱軸建立坐標系,根據表中的數據,在圖中的坐標紙上描點,畫出F-x圖像。(2)以彈簧伸長量為自變量,寫出彈力和彈簧伸長量之間的函數關系,函數表達式中常數即為彈簧的勁度系數,這個常數也可據F-x圖線的斜率求解,[誤差分析](1)由于彈簧本身重力的影響,直線近似過坐標原點。(2)刻度尺讀數不準確造成測量誤差。[注意事項](1)所掛鉤碼不要過重,以免彈簧超出它的彈性限度。(2)每次所掛鉤碼的質量差盡量大一些,從而使坐標上描的點盡可能稀疏一些,這樣作出的圖線較為精確。(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圖線上,但應注意一定要使各點均勻分布在圖線的兩側。(5)記錄數據時要注意彈簧彈力與伸長量的對應關系及單位。2.對胡克定律(F=kx)的理解

【典型例題】

【例題3】為了測量彈簧的勁度系數,某同學進行了如下實驗。將一彈簧豎直懸掛在鐵架臺上,用彈簧測力計拉彈簧下端,同時記下彈簧總長度和彈簧測力計的示數,記錄的數據如下表:請完成以下問題。(1)第4次操作時,彈簧測力計的示數如圖(a)所示,請讀出其示數F4=

N。(2)除第4次的數據外,其他均已在圖(b)中描點,請你把第4次數據在圖(b)中描點,并作F-l圖像。(3)根據F-l圖像可得彈簧的原長l0=

cm,勁度系數k=

N/m(結果均保留三位有效數字)。

(a)(b)答案:(1)3.20(2)如圖所示(3)2.00(1.98~2.02)

153(150~155)解析:(1)彈簧測力計的分度值是0.1

N,故彈簧測力計的示數為3

N+0.20

N=3.20

N。(2)把(3.80,3.20)描在坐標系中,根據坐標系上的點畫出圖像。(3)F-l圖像與橫軸的交點表示彈簧的原長,l0=2.00

cm勁度系數為圖像直線部分的斜率,圖像法是處理實驗數據的一種常用方法,在物理學中經常用圖像處理物理問題,解答這類問題時必須明確:(1)圖線斜率的物理意義(或切線斜率的物理意義);(2)圖線與縱軸、橫軸交點的物理意義?！咀兪接柧?】

在探究彈簧彈力與伸長量關系的實驗中:(1)以下說法正確的是(

)A.彈簧被拉伸時,不能超出它的彈性限度B.用懸掛砝碼的方法給彈簧施加拉力,應保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài)C.用刻度尺測得彈簧的長度即為彈簧的伸長量D.用幾個不同的彈簧,分別測出幾組拉力與伸長量,得出拉力與伸長量之比相等(2)甲同學研究彈簧所受彈力F與彈簧長度l關系實驗時,得到如圖(a)所示的F-l圖像,由圖像可知,彈簧原長l0=

cm,求得彈簧的勁度系數k=

N/m。

(a)(b)(3)乙同學做實驗時,他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長,用刻度尺測出彈簧的原長l0,再把彈簧豎直懸掛起來,掛上砝碼后測出彈簧伸長后的長度l,把l-l0作為彈簧的伸長量x。這樣操作,由于彈簧自身重力的影響,最后畫出的圖線可能是圖(b)中所示圖像的

。

答案:(1)AB

(2)3.0

200

(3)C解析:(1)在探索彈簧彈力和伸長量的關系實驗中,彈簧被拉伸時,不能超過彈性限度,否則得不出成正比的結論,故選項A正確;用懸掛砝碼的方法給彈簧施加拉力,應保證彈簧位于豎直位置且處于平衡狀態(tài),故選項B正確;彈簧的長度不是彈簧的伸長量,故選項C錯誤;不同的彈簧勁度不同,則伸長量與拉力的比值不同,故選項D錯誤。(2)拉力為零時彈簧的長度就是原長,由題圖可知,原長l0=3.0

cm;由圖像的斜率求得勁度系數(3)由于彈簧自身重力的影響,當把彈簧豎直掛起來后,彈簧被拉長,最后畫出的圖線可能是圖(b)中所示圖像中的C。課堂小結隨堂練習1.(彈力有無的判斷)(多選)圖中光滑小球都與下支撐物接觸,則接觸面處可能有彈力而不是一定有彈力的是(圖中A、B、D細繩均沿豎直方向,球均與接觸面相切)(

)答案:AD解析:A圖中水平面對小球可能有彈力作用,也可能沒有彈力作用,當拉力等于重力時,則沒有彈力,若拉力小于重力時,則存在彈力,故A正確;B圖中小球處于靜止狀態(tài),重力和繩的彈力平衡,斜面與球之間不可能產生彈力,否則小球不可能平衡,故B錯誤;C圖中小球受到繩子拉力、重力、斜面的支持力三力作用下處于平衡狀態(tài),因此小球一定受斜面的彈力作用,