【教师整理】高中物理（人教版）必修一：第三章 第二节 弹　力（共17张PPT）

课件17张PPT。第三章 第二节 弹　力
　　课前导航
　　芦苇、大树和橡皮
　　一根高2 m的芦苇，直径不足1 cm，其高度与直径的比超过200∶1.细长的芦苇在大风中也难以折断，这得益于它中空的结构．大诗人杜甫笔下有一棵大树“霜皮溜雨四十围，黛色参天二千尺”，经过科学家沈括考证，四十围的周长折合成直径是7尺，这棵树的高度与直径的比竟高达286∶1，无怪乎沈括惊叹“无乃太细长乎？”看来诗人笔下的这棵大树的结构也应像芦苇一样，大概也是中空的，起码这棵树的中间结构应是十分疏松的，高达300 m的法国埃菲尔铁塔，也是中空的．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　找一块长条橡皮，在橡皮的侧面画上几个等间距的格子，弯曲橡皮，方形的格子变成了扇形，外层伸长里层压缩了(如图13-1所示)．注意观察正中间的格子，几乎不伸长也不压缩，也就是说中间的格子几乎没有形变，没有形变就没有弹力，看来中间这一层对于抵抗弯曲没有作用，只是白白地增加了重量，还不如把它去掉，于是大自然这位高明的“设计师”就“创造”了空心芦苇．
　　　　　　　　　　　　　　　　图13-1
　　请你思考：
　　1．弹力产生的条件是什么？
　　2．形变与弹力的关系是怎样的？　　基础梳理
　　知识精析
　　一、弹力存在的判定
　　判断弹力的有无一般有以下三种方法：
　　1．根据弹力产生的条件来判断：看物体是否存在弹性形变及弹性形变的方向．
　　2．利用假设法判断
　　可假设在该处将与物体接触的另一物体去掉，看物体还能否在原位置保持原来的状态，从而判断该物体是否受弹力作用．
　　例如：如图13－2所示，将甲图中与小球接触的斜面去掉，小球无法在原位置保持静止，而把乙图中的斜面去掉，小球仍静止，故甲球受斜面的弹力，乙球不受斜面的弹力．
　　　　　　　　　　　　　　　图13－2　　3．利用力的作用效果分析
　　如图13－3所示，光滑水平面上的球靠在竖直面上静止，竖直面是否对球产生力的作用？假设竖直面对球产生了力的作用，由力的作用效果可知，球不会静止，故可判定没有水平弹力产生．
　　　　　　　　　　　　　　　图13－3　　二、弹力方向的确定
　　弹力是接触力，不同的物体，不同的接触方式，弹力方向的判断方法也有所不同，具体比较见下表所示：
　　三、弹力大小的计算
　　对弹力大小的计算可分为弹簧弹力和非弹簧弹力两种情况：
　　1．弹簧弹力的大小：应用胡克定律F＝kx求解．
　　其中x是弹簧的形变量(可能是拉伸量，也可能是压缩量)，x＝|现长－原长|；k是比例常数，它是一个反映弹簧形变难易程度的物理量，是由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等条件决定的．
　　2．非弹簧弹力的大小：与物体的形变程度有关，一般要借助于物体所遵循的物理规律求解．
　　如静止在桌面上的物体受到桌面向上的弹力和自身的重力作用，由二力平衡可知，弹力的大小等于物体重力的大小．　　方法指导
　　一、形变与弹力
　　例1　关于弹力，下列说法正确的是(　　)
　　A．拉力、压力、支持力在性质上均为弹力
　　B．物体由于发生了弹性形变，会对使其发生弹性形变的物体施加弹力作用
　　C．对于同一根弹簧，弹性形变越大，弹力越大
　　D．许多物体可以在不发生形变的条件下对物体施以弹力作用
　　解析　准确掌握弹力产生的条件、弹力大小的相关因素是解答此问题的关键，具体分析见下表所示：
　　答案　ABC　　二、弹力方向的判定
　　例2　三个相同的支座上分别搁着三个质量和直径都相同的光滑圆球a、b、c，支点P、Q在同一水平面上，a的重心位于球心，b和c的重心位于球心的正上方和正下方，如图13－4甲所示，三球皆静止，试分析三种情况下支点P、Q对球的弹力方向是怎样的．
图13-4甲　　解析　相互作用的物体属于点与曲面接触，弹力的方向垂直于曲面的过接触点的切面，且指向球心，与重心位置无关，故三种情况下弹力方向是一致的．如图13-4乙所示．
　图13-4乙
　　点评 在分析弹力时要先判断弹力是否存在，弹力的方向可用如下方法判定：
　　(1)若接触面之一为平面，则弹力一定垂直于该平面．
　　(2)若接触面之一为球面，则弹力一定过球心．
　　(3)若接触面为曲面，则弹力一定垂直于曲面的过接触点的切面．
　　(4)若接触处之一为直线，则弹力一定垂直于该直线．　　变式训练1
　　画出图13-5中物体A所受弹力的示意图．
图13-5
　　解析　弹力的方向应垂直于接触面，指向受力物体，丙图中注意分析A球上方接触点处无弹力，而甲图中上方绳的拉力的方向沿绳向上．
　　答案　如图甲、乙、丙所示
　　三、胡克定律及应用
　　例3 如图13－6所示，两木块质量分别为m1和m2，两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2，上面木块压在上面的弹簧上(但不拴接)，整个系统处于平衡状态．试求两弹簧的压缩量x1和x2.
　　　　　　　　　　　图13-6　　变式训练2
　　(1)在例3的已知条件下，现缓缓上提上面的木块，直到它刚离开上面的弹簧．在这个过程中，下面木块上移的距离Δh2为多大？
　　(2)能否求出在上述过程中，上面木块m1上移的距离Δh1?
　　互动平台
　　育才老师与细心同学关于弹力的对话
　　育才：我们谈谈弓箭吧，弓箭可是弹力知识的具体运用．很久以前，人类对弹力就有所认识和发现，并能加以利用了．我国考古学家曾发掘出一枚石镞，这枚石镞是用燧石制成的，距今已有30000年了，这差不多是世界上最早的石镞了．可见，弓箭的发明在我国有多么早．战国时期，楚国神射手养由基不但能百步穿杨，还能箭穿七层铠甲．
　　细心：有个神话故事叫“弈射九日”，能箭射太阳，后弈的弓的弹力一定很大．苏东坡则更厉害，会“挽雕弓如满月，西北望，射天狼”，箭射天狼星可比射太阳难度大．　　育才：我国不但弓箭的发明很早，而且对弹力的规律也有正确的认识．我国东汉时期学者郑玄(127－200)认为，对于一张弓来说“每加物一石，则张一尺”，这正揭示了胡克定律中“力与物体的形变成正比”．可见，郑玄早于胡克1500年发现了弹性定律．现在有学者主张将胡克定律改称“郑玄－胡克定律”．
　　细心：我又想起了一首唐诗，诗中的弓箭也是够厉害的．唐·卢纶《寨下曲》：“林暗草惊风，将军夜引弓．平明寻白羽，没在石棱中。”