3.2科學(xué)探究彈力課件高一上學(xué)期物理

第3章相互作用第2節(jié)科學(xué)探究：彈力蹦極時(shí)，人由于自身所受的重力而下落，被拉伸的蹦極繩會(huì)對(duì)人產(chǎn)生向上的彈力，把人拉上去，如此上下振蕩(圖3-10)。在這個(gè)過程中，蹦極繩的彈力與形變發(fā)揮了重要作用。彈力與形變有何關(guān)系?本節(jié)將學(xué)習(xí)彈力與形變的相關(guān)內(nèi)容。1.形變與彈力生活中形變無處不在。壓扁的面包(圖3-11)伸長(zhǎng)的橡皮筋、凹陷的沙發(fā)、撥動(dòng)的弦(圖3-12)·····-些都是生活中的形變現(xiàn)象。我們把物體發(fā)生的伸長(zhǎng)、縮短彎曲等形狀的變化稱為形變。有些物體的形變明顯，容易觀察，有些物體的形變卻很難直接觀察到。例如，一輛汽車行駛在大橋上，橋面會(huì)產(chǎn)生形變，用手壓墻壁，墻壁也會(huì)產(chǎn)生形變。對(duì)于這些不易直接觀察到的微小形變，可借助某些裝置來驗(yàn)證其存在。實(shí)驗(yàn)與探究(1)觀察桌面的微小形變?nèi)鐖D3-13所示，激光器A射出的-束激光經(jīng)平面鏡B反射后在天花板上形成--個(gè)光點(diǎn)C。當(dāng)用手壓桌面時(shí)，能看到光點(diǎn)明顯移到C位置。這說明手壓桌面使桌面發(fā)生了形變。(2)觀察玻璃瓶的微小形變?cè)诒馄讲Ａ恐醒b滿水，瓶口用中間插有細(xì)披璃管的軟木塞塞緊，這時(shí)瓶?jī)?nèi)的水就會(huì)上升到細(xì)彼璃管中。如圖3-14所示，當(dāng)用力擠壓玻璃瓶的不同部位時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)細(xì)玻璃管中的水面會(huì)上升或下降。這說明玻璃瓶發(fā)生了形變。為便于觀察，可給水加色，并將細(xì)玻璃管固定在白色紙板上、紙板上可畫細(xì)刻度線作為參照。某些發(fā)生形變的物體在撒去外力后能恢復(fù)原狀，這種物體稱為彈性體，對(duì)應(yīng)的形變稱為彈性形變，如壓縮的、撥動(dòng)的等有些物體發(fā)生形變后不能恢復(fù)原狀，這種形變稱為范性形變，如壓扁的面包和橡皮泥等。彈性體的形變不能無限增大，若超過一定的限度，撤去外力時(shí)物體就不能恢復(fù)原狀這個(gè)限度稱為彈性限度。用力把一個(gè)小球壓在彈簧上，并使彈簧壓縮。松開手時(shí)，小球會(huì)立刻被彈出(圖3-15)。這類事例說明，相接觸的物體發(fā)生彈性形變時(shí)，由于物體要恢復(fù)原狀，物體會(huì)對(duì)與它接觸的另一物體產(chǎn)生力的作用這種力稱為彈力。通常所說的壓力、支持力、拉力等都是彈力。彈力的方向總是與物體形變的方向相反。例如，一只豎直懸掛的桶將繩子拉伸，繩子要恢復(fù)原狀，會(huì)對(duì)桶產(chǎn)生一個(gè)沿著繩子收縮方向(豎直向上)的拉力(圖3-16)。這個(gè)與的重力平衡，從而使桶處于靜止?fàn)顟B(tài)。再如，靜止于水平桌面的書使桌面產(chǎn)生形變，桌面要恢復(fù)原狀，會(huì)對(duì)書產(chǎn)生支持力。支持力大小與書所受重力相等，方向垂直于桌面豎直向上[圖3-17(a)]若桌面是傾斜的，書受到的支持力方向仍垂直于桌面，但不再豎直向上，大小與書所受重力也不再相等[圖3-17(b)]。2.探究彈簧彈力的大小與伸長(zhǎng)量的關(guān)系對(duì)于同一彈性材料，由于形變程度不同，彈力大小也不同。通常，彈力與形變的關(guān)系比較復(fù)雜，下面我們只探究彈簧彈力的大小與伸長(zhǎng)量的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)探究彈管彈力的大小與伸長(zhǎng)量的關(guān)系(2)了解彈簧測(cè)力計(jì)的工作原理。實(shí)驗(yàn)器材鐵架臺(tái)、帶掛鉤的彈簧、鉤碼、刻度尺。實(shí)驗(yàn)原理與設(shè)計(jì)將已知質(zhì)量的鉤碼懸掛于彈簧上，由二力平衡可知單管對(duì)鉤碼的彈力大小等于鉤碼所受重力的大小。通過改變懸掛的鉤碼個(gè)數(shù)來改變彈簧彈力的大小，測(cè)出單黃未掛鉤碼時(shí)的長(zhǎng)度(彈管原長(zhǎng))及掛鉤碼后的長(zhǎng)度，可得出掛不同數(shù)量鉤碼情況下彈簧的伸長(zhǎng)量。由此可進(jìn)一步得出彈管彈力的大小與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照?qǐng)D3-18所安裝實(shí)驗(yàn)裝置(2)用刻度尺測(cè)量彈原長(zhǎng)(3)在彈掛鉤上依次掛不同數(shù)量的鉤碼，并分別記下實(shí)驗(yàn)所掛鉤碼的總質(zhì)量及彈簧長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)分析(1)將數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果人表3-1中表3-1彈彈力的大小與伸長(zhǎng)量的關(guān)系(2)在坐標(biāo)紙上作出彈力大小隨伸長(zhǎng)量變化的圖像，并進(jìn)行分析討論。實(shí)驗(yàn)結(jié)論(1)的彈力隨伸長(zhǎng)量的增大而___________________。(2)在誤差允許范圍內(nèi)，彈的彈力小與__________成正比討論(1)實(shí)驗(yàn)圖像是否經(jīng)過所有數(shù)據(jù)點(diǎn)?若不是，請(qǐng)分析誤差來源(2)與其他實(shí)驗(yàn)小組交換實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、圖像及結(jié)論，看看是否存在差異，并分析導(dǎo)致差異的原因(3)為什么彈簧測(cè)力計(jì)可測(cè)力的大小?為什么其刻度是均的?3.胡克定律大量實(shí)驗(yàn)研究表明:在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力F的大小與彈簧伸長(zhǎng)(或壓縮)的長(zhǎng)度X成正比，即F=kx式中的比例系數(shù)k稱為彈簧的勁度系數(shù)。若力的單位用牛頓(N)長(zhǎng)度單位用米(m)，則勁度系數(shù)的單位是牛頓每米（N/m）這個(gè)規(guī)律是英國物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)的，稱為胡克定律。其實(shí)胡克定律還有更寬泛的含義，在高中物理中我們討論的對(duì)象僅限于彈性限度內(nèi)彈簧的形變。勁度系數(shù)與彈性體的材料、形狀等因素有關(guān)，不同勁度系數(shù)的單簧用途也不同（圖3-19）。生活中常說簧的“軟”和“硬”，指的是彈簧勁度系數(shù)的不同，勁度系數(shù)越大則表明彈越“硬”例題如圖3-20所示，一根輕彈簧長(zhǎng)度由原來的5.00c伸長(zhǎng)為6.00cm時(shí)，手受到的彈力為10.0N。那么，當(dāng)這根彈簧伸長(zhǎng)到6.20cm時(shí)(在單性限度內(nèi))手受到的彈力有多大?分析根據(jù)胡克定律，已知彈簧彈力F1和相應(yīng)的伸長(zhǎng)量L1-L0，可求出該彈的勁度系數(shù)由于同一彈簧的勁度系數(shù)不變，再由已知的彈簧伸長(zhǎng)量L2-L0，就可求出手受到的彈力F2解：由題意可知，L0=5.00cm=5.00×10-2m,F1=10.0NL1=6.00cm=6.00×10-2m根據(jù)胡克定律，可得F1=kx1=k（L2-L0）當(dāng)彈力為F時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)到L2=6.20cm=6.20×10-2m根據(jù)胡克定律，可得F2=kx2=k(L2-L0)=1.00×103N/m×(6.20-5.00)×10-2m=12.0N所以，當(dāng)這根彈簧伸長(zhǎng)到6.20cm時(shí)，手受到的彈力為12.0N討論在題目中，彈簧的伸長(zhǎng)量變大，彈力就會(huì)變大。那么將彈簧拉得很長(zhǎng)甚至完全拉直，還能運(yùn)用胡克定律計(jì)算嗎?為什么?遷移彈簧彈力隨其形變量變化的規(guī)律，還可用圖像來表示一輕彈的彈力F大小與彈簧長(zhǎng)度l的關(guān)系如圖3-21所示(1)求該彈管的原長(zhǎng)和勁度系數(shù)。根據(jù)胡克定律F=kx可知，當(dāng)F=0時(shí)，彈簧處于原長(zhǎng)，所以彈簧原長(zhǎng)時(shí)l0=10cm，由圖和胡克定律可得(2)圖像中左邊圖線能否延長(zhǎng)至與縱軸相交?請(qǐng)說明理由。圖像左側(cè)圖線不能延長(zhǎng)至與縱軸相交，因?yàn)閺椈刹荒鼙粔嚎s到?jīng)]有長(zhǎng)度，那樣就不符合實(shí)際?？茖W(xué)書屋尼龍扣尼龍扣(圖3-22)被廣泛用于生產(chǎn)生活中。人們的衣服、鞋子、挎包等都會(huì)用到尼龍扣。航天飛機(jī)上的物品如盤子、食品袋等的固定，也都需要使用尼龍扣尼龍扣依靠?jī)?nèi)部尼龍鉤與尼龍繩的彈力，可以閉合、開啟，以方便固定物品。節(jié)練習(xí)1.請(qǐng)參考教科書內(nèi)容撰寫“探究彈費(fèi)彈力的大小與他長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)報(bào)告2.足球運(yùn)動(dòng)深受青少年喜愛，如圖為四種與足球有關(guān)的情境。下列說法正確的是A.圖(a)中，靜止在草地上的足球受到的彈力就是它的重力B.圖(b)中，靜止在光滑水平地面上的兩個(gè)足球相互間由于接觸而產(chǎn)生彈力C.圖(c)中，踩在腳下且靜止在地上的足球可能受到三個(gè)力的作用D.圖(d)中，打到球網(wǎng)上的足球受到彈力是因?yàn)樽闱虬l(fā)生了形變3.關(guān)于彈力的方向，下列說法正確的是()A.放在地面上的物體受到的彈力的方向總是豎直向下B,壓力方向總是垂直于接觸面并指向被壓的物體C.細(xì)繩對(duì)物體的拉力的方向總是沿著繩并指向繩收縮的方向D.彈力的方向總是與形變的方向一致BC4.在“探究彈簧彈力的大小與伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，得到如圖所示的圖像。試根據(jù)此圖像求出該彈簧的原長(zhǎng)及勁度系數(shù)。5.在一次蹦極中，質(zhì)量為50kg的蹦極者運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)彈性繩繩長(zhǎng)為42m，停止振蕩時(shí)彈性繩繩長(zhǎng)為24m，若該瑞極者所用彈性繩的原長(zhǎng)為18m，勁度系數(shù)認(rèn)為不變，取重力加速度g=10m/s2。求蹦極者運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)時(shí)受到彈性繩的拉力。6.畫