（学习方略）2013-2014高中物理 3.2 弹力课件 新人教版必修1

课件55张PPT。2 弹　　力1.力的作用效果
(1)使物体的_________发生变化;
(2)使物体_________。
2.力的三要素
_____、方向和_______。运动状态发生形变大小作用点3.二力平衡的条件
二力作用在同一物体,且在同一条直线上,大小_____,方向
_____。
4.关系
两个物理量x、y之间的关系式如果可表示成y=kx的函数,我们
就说y跟x成_____。相等相反正比一、弹性形变和弹力
1.形变
(1)定义:物体在力的作用下_____或_____发生的改变。
(2)弹性形变:撤去作用力后能够_________的形变。
(3)弹性限度:当形变超过一定限度时,撤去作用力后,物体__
(A.能　 B.不能)完全恢复原来的形状,这个限度叫弹性限度。形状体积恢复原状B2.弹力
(1)定义:发生_____的物体,由于要_________,对与它接触的物
体会产生力的作用。
(2)产生条件:
①两物体_____;　②发生_________。形变恢复原状接触弹性形变二、几种弹力及方向垂直收缩三、胡克定律
1.胡克定律
弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度
x成_____,即F=___。
2.劲度系数
公式中的k称为弹簧的劲度系数,单位是_________,单位的符号
是____。它的大小反映弹簧的_________。正比kx牛顿每米N/m软硬程度【思考辨析】
1.判断正误
(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。(　　)提示:(1)×。弹性形变在撤去外力后能够恢复原来的形状,非弹性形变不能完全恢复原来的形状。
(2)×。由弹力的产生条件可知,物体接触且发生形变才能产生弹力,若两物体接触,而没发生弹性形变,则物体间没有弹力。
(3)√。由弹力产生条件可知,若物体间存在弹力,则它们一定接触。
(4)√。支持力的方向总是与物体的接触面垂直。
(5)×。在弹性限度内,弹簧的弹力与其形变量成正比,超过了弹性限度就不成正比了。2.问题思考
(1)小朋友在蹦床上玩耍,若站在蹦床上不动是否受弹力作用?若跳起离开蹦床是否受弹力作用?
提示:站在蹦床上不动时,蹦床发生了形变,对小朋友有向上的弹力作用;跳离蹦床后,与蹦床不接触,没有弹力作用。(2)对于同一只弹簧,被拉得越长,弹簧的弹力就越大。那么弹簧的弹力大小是否与其长度成正比呢?
提示:根据胡克定律,弹簧弹力大小与弹簧长度变化量的关系为F=kx。由此可推出弹簧伸长时弹簧长度l与弹力大小的关系为F=k(l-l0),其中l0为弹簧原长,因此弹簧伸长时,弹力大小与(l-l0)成正比,而不是与弹簧长度l成正比。一 弹力有无的判断方法　
1.弹力产生的过程2.弹力有无的判断方法
(1)直接法:对于形变比较明显的情况,可以根据弹力产生的条件来判断:
①物体间相互接触;
②发生弹性形变。
两个条件必须同时满足才有弹力产生。(2)特殊方法:【特别提醒】(1)相互挤压或拉伸时,两个物体都发生形变,但某弹力产生的直接原因是施力物体发生了弹性形变。
(2)直接法是判断弹力有无的最常用方法,若直接法不能确定有无弹力,再采用特殊法。【典例1】(2013·宜昌高一检测)图中小球均处于静止状
态,a、b板都和小球接触。A图中b板在竖直位置,其他B、
C、D图中b板均在水平位置。则小球同时受到a、b板对它
的弹力作用的是(　　)【解题探究】(1)弹力产生的条件:
①物体间_________;②发生_________。
(2)判断弹力有无的特殊法:
①_____法;②运动状态判断法;③_________法。
【标准解答】选A。假设将与小球接触的两板分别撤去,根据小
球的状态是否受影响可知:B、C、D图中,a板对小球没有弹力作
用,A图中的两板和B、C、D图中的b板对小球有弹力作用,故选
项A正确。相互接触弹性形变作用效果假设【总结提升】判断弹力有无的两大误区
(1)误认为只要有接触一定存在弹力作用,而忽视了弹力产生的另一个条件——发生弹性形变。
(2)误认为有形变一定有弹力,忽视了弹性形变与范性形变(撤去外力后不能恢复原状的形变)的区别。【变式训练】图中物体a、b均处于静止状态,a、b间一定有弹力的是(　　)【解析】选B。在图A、C、D中,若将物体b拿走,物体a仍能保持原来的静止状态,表明物体a、b间无弹力作用。而对于B图中的情况,若将物体b拿走,物体a会向右运动,故物体a、b间存在弹力。所以应选B。二 弹力方向的确定
1.弹力方向的特点
发生弹性形变的物体,由于要恢复原状产生弹力,所以弹力的方向由施力物体的形变的方向决定,弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反。
2.几种常见弹力的方向【特别提醒】(1)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。
(2)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。【典例2】画出图中静止物体A所受弹力的示意图。
【解题探究】(1)根据_______________确定A物体所受弹力的
个数。
(2)确定各弹力的方向:支持力、压力的方向与___________。弹力产生的条件接触面垂直【标准解答】支持力、压力的方向都要与接触面垂直并指向被
支持或被压的物体,A物体所受弹力的示意图如图所示。
答案:见标准解答【变式训练】三个相同的支座上分别放着三个质量和直径均相同的光滑圆球a、b、c,支点P、Q在同一水平面上。a的重心位于球心,b、c的重心分别位于球心的正上方和正下方,如图,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?【解析】三种情况都是点与点接触,圆球所受弹力的方向都是
垂直于圆球的切面指向球心,即沿半径指向球心,如图所示,弹
力的方向与重心的位置无关。
答案:见解析三 弹力大小的计算　
1.对胡克定律的理解
(1)弹簧发生形变时必须在弹性限度内。
(2)x是弹簧的形变量,不是弹簧形变后的实际长度。
(3)F-x图像为一条经过原点的倾斜直线,图像斜率表示弹簧的劲度系数,对于同一根弹簧来说,劲度系数是不变的。(4)由于F1=kx1,F2=kx2,故ΔF=F2-F1=kx2-kx1=kΔx。因此,弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量也成正比关系。
2.弹力大小的计算
(1)公式法:利用公式F=kx计算(适用于弹簧这样的弹性体弹力的计算)。
(2)平衡法:如果悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态,求解细绳的拉力时,可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小(目前主要分析二力平衡的情况)。【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。【典例3】(2010·新课标全国卷)一根轻质弹簧一端固定,用大
小为F1的力压弹簧的另一端,平衡时长度为l1;改用大小为F2的
力拉弹簧,平衡时长度为l2。弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,
该弹簧的劲度系数为(　　)
A. B.
C. D. 【解题探究】(1)弹簧拉伸时，形变量x=_________-_________
__。
(2)弹簧压缩时，形变量x=__________-_________。
(3)胡克定律的表达式可以写成：F=kx=________。
【标准解答】选C。根据胡克定律有：F1=k(l0-l1)，F2=k(l2-
l0)，由两式可解得：k= ,故C正确。弹簧长度l弹簧原长l0弹簧原长l0弹簧长度lk｜l-l0｜【互动探究】此弹簧分别受到F3的拉力和压力时各为多长(弹
簧的拉伸或压缩均在弹性限度内)？
【解析】由例题中式子可得：
设弹簧受F3 的拉力时长度为l3,受F3的压力时长度为l3′。
根据胡克定律：F3=k(l3-l0)
F3=k(l0-l3′)可得：l3=
l3′=
答案：
【变式备选】锻炼身体用的拉力器,并列装有四根相同的弹簧,每根弹簧的自然长度都是40cm,某人用600N的力把它们拉长至1.6m,则(　　)
A.人的每只手受到拉力器的拉力为300N
B.每根弹簧产生的弹力为150N
C.每根弹簧的劲度系数为93.75N/m
D.每根弹簧的劲度系数为500N/m【解析】选B。人的每只手受到拉力器的拉力为600N,A错误;由于人用600N的力拉并列装有四根相同弹簧的拉力器,故每根弹簧产生的弹力F为150N,B正确;又由于每根弹簧的伸长量为x=1.6m-0.4m=1.2m,根据胡克定律F=kx,得k=125N/m,故C、D错误。【典例】如图所示,物体A和B的重力分别为10N和3N,不计弹簧
测力计和细线的重力及一切摩擦,则弹簧测力计的示数为(　　)
A.3N B.7N
C.10N D.13N【标准解答】选A。B物体对弹簧测力计的拉力为3N,由二力平衡知A对弹簧测力计的拉力也为3N,故弹簧测力计的示数为3N,A正确。有关弹簧F-x图像问题的注意事项
图像可以描述物理规律,反映物理过程。分析关于弹簧的F-x图像问题时,要注意以下几点:
(1)理解公式F=kx中的x指的是弹簧的形变量,不是总长度。
(2)注意图像中的x表示的是伸长量还是压缩量。
(3)注意图像中物理量的单位是国际单位还是常用单位。
(4)F-x图像的斜率等于弹簧的劲度系数。F-L图像(L为弹簧长度)斜率也等于弹簧的劲度系数,与横轴的截距等于弹簧的原长。【案例展示】(2013·沈阳高一检
测)由实验测得某弹簧的长度L和
弹力F的关系如图所示,求:
(1)该弹簧的原长为多少?
(2)该弹簧的劲度系数为多少?
【标准解答】解法一：
(1)弹簧不产生弹力时的长度等于原长，由图可知该弹簧的原
长为L0=15 cm。
(2)据F=kx得劲度系数:k= ，由图线可知，该弹簧伸长
ΔL=(25 cm-15 cm)=10 cm时，弹力ΔF=50 N。所以，k=
= =500 N/m。解法二：
根据胡克定律得F=k(L-L0)，代入图像中的两点(0.25,50)和(0.05，-50)。
可得50=k(0.25-L0)
-50=k(0.05-L0)
解得L0=0.15 m,k=500 N/m。
答案：(1)15 cm (2)500 N/m【名师点评】弹簧F-x图像问题求解三法
(1)利用图像在横轴上的截距,求弹簧的原长。
(2)利用图像的斜率,求弹簧的劲度系数。
(3)利用图像上的点(数据)列方程(或方程组)求解弹簧的原长或劲度系数。1.(基础理论辨析题)下列说法正确的是(　　)
A.物体受到外力作用后发生的形状改变叫弹性形变
B.存在弹力的甲、乙两物体一定直接接触且都发生了形变
C.物体对桌面的压力就是重力
D.绳对物体拉力的方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向
E.由胡克定律F=kx知,F越大,k越大
F.劲度系数是弹簧本身的特性,与所受拉力的大小、形变大小都无关【解析】选B、D、F。撤去作用力后能够恢复原状的形变叫弹性形变,A错误。根据弹力产生的条件,B正确。物体对桌面的压力的施力物体是桌面上的物体,受力物体是桌面,与重力的施力物体和受力物体均不同,C错误。根据绳子拉力方向的特点,D正确。弹簧的劲度系数由弹簧本身决定,与所受拉力及形变大小无关,E错、F对。2.一个物体放在水平地面上,下列关于物体和地面受力情况的叙述中,因果关系正确的是(　　)
A.地面受到向下的弹力是因为地面发生了形变
B.地面受到向下的弹力是因为物体发生了形变
C.物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变
D.物体受到向上的弹力是因为物体发生了形变
【解析】选B、C。弹力产生的直接原因是施力物体的形变。地面受到的向下的弹力的施力物体是地面上的物体,A错、B对。物体受到的向上的弹力的施力物体是地面,C对、D错。3.(2013·天水高一检测)如图所示,斜
面静置于水平粗糙地面上,斜面与竖直
墙之间放置一表面光滑的铁球,斜面倾
角为θ,球的半径为R,球与斜面接触点
为A,与竖直墙的接触点为B。球心是O,球能处于静止状态,则
(　　)
A.竖直墙对铁球的弹力过B点从B点指向O点
B.斜面对铁球的弹力竖直向上
C.斜面对铁球的弹力过A点从A点指向O点
D.竖直墙对铁球没有弹力【解析】选A、C。竖直墙对铁球的弹力垂直于墙面,即过B点从B点指向O点,斜面对铁球的弹力垂直于斜面,即过A点从A点指向O点,选项A、C正确。4.(2013·宁波高一检测)如图所示,一小
球用两根轻绳挂于天花板上,球静止,绳1
倾斜,绳2恰好竖直,则小球所受的作用力
有(　　)
A.1个 B.2个
C.3个 D.4个【解析】选B。假设绳1对球有作用力,该作用力的方向斜向左上方,另外球在竖直方向上受重力和绳2的拉力,在这三个力的作用下球不可能保持平衡,所以绳1不可能对球施加拉力,小球只受重力和绳2的拉力。故B正确。5.在弹性限度内，一个原长为 20 cm 的轻质弹簧，受到50 N
的拉力时，总长度为 22 cm；试求：
(1)弹簧的劲度系数。
(2)当弹簧总长度为19 cm时，弹簧的弹力大小。
【解析】当弹簧长度为l1=22 cm时,
由胡克定律F=kx得，弹簧的劲度系数
k= =2 500 N/m;
当l2=19 cm时，
F′=k(l0-l2)=2 500×(0.20-0.19) N=25 N
答案：(1)2 500 N/m (2)25 N