4.2 形变与弹力 课件 (1)

课件43张PPT。4.2 形变与弹力1.基本知识
(1)概念
①定义：物体发生的 、 、 等变化称为形变．
②弹性体：撤去外力后能恢复 的物体．
③形变的分类
弹性形变： 发生的形变．
范性形变：物体发生形变后 原来的形状的形变．
④弹性限度：当弹性体形变达到某一值时，即使撤去外力，物体也不能再 ，这个值叫弹性限度．形变 伸长缩短弯曲原来形状弹性体不能恢复恢复原状
2．思考判断
(1)任何物体都可以发生形变，但并不是所有的形变都是弹性形变．(√)
(2)物体在外力停止作用后的形变叫弹性形变．(×)
(3)细钢丝被绕制成弹簧是弹性形变．(×)
3．探究交流
较大的力能使物体产生形变，很小的力能否使物体产生形变？如何观察？
【提示】　形变产生的原因是物体受到外力作用，任何物体在外力的作用下都能发生形变，只是形变的程度不同，有的形变比较明显，如弹簧的伸长和缩短，被拉紧的橡皮条，由短变长，运动员的撑竿由直变弯．有的形变微小，我们很难观察到，我们可以通过放大来观察微小的形变.1.基本知识
(1)弹力
①定义：物体发生弹性形变时，由于要 ，会对与它接触的物体产生的力的作用．
②弹力的方向：弹力的趋向总是与物体形变的趋向____以恢复原状．
弹力及其应用 恢复原状相反③弹力的大小——胡克定律
(ⅰ)内容：在弹性限度内，弹性体(如弹簧)弹力的大小与弹性体 的长度成正比．
(ⅱ)公式： ，k是劲度系数，在国际单位制中，k的单位是 .
(ⅲ)条件：在 内发生伸长(或缩短)形变．
(2)弹力的应用
①拉伸或压缩的弹簧可以储存 ．
②弹簧具有弹性，可以 ．伸长(或缩短)F＝kxN/m弹性限度弹性势能缓冲减震、自动复位
2．思考判断
(1)任何物体发生弹性形变，其弹力均适用于F＝kx.(×)
(2)对某一只弹簧，把它拉的越长，其劲度系数k越大．(×)
(3)弹力一定产生于两个相互接触的物体间，不相互接触的物体间一定不存在弹力．(√)3．探究交流
同一只弹簧，在弹性限度内对它的拉力越大，它就越长，弹簧越长，反映了弹簧的弹力越大，如图4－2－1所示．
弹簧的弹力大小是否与其长度成正比？图4－2－1
【提示】　胡克定律给出了在弹性限度内弹簧弹力大小与弹簧长度变化量的关系，即F＝kx.其中当弹簧伸长时．式中x＝l－l0，l、l0为弹簧现在和原来的长度，所以F＝k(l－l0)，因此弹力大小是与(l－l0)成正比，而不是与弹簧长度(l)成正比. 【问题导思】
1．弹力产生的直接原因是受力物体发生了形变，还是施力物体发生了形变？
2．相互接触的物体间一定存在弹力的作用吗？弹力的产生和弹力有无的判断
【问题导思】
1．弹力产生的直接原因是受力物体发生了形变，还是施力物体发生了形变？
2．相互接触的物体间一定存在弹力的作用吗？弹力的产生和弹力有无的判断
1．弹力的产生
相互接触的物体间不一定存在弹力，只有当两个物体相互挤压或拉伸产生弹性形变时，由于物体要恢复原状，从而对与它接触的物体产生弹力，所以弹力产生的直接原因是由于物体要恢复形变而引起．
2．弹力有无的判断
(1)对于形变明显的情况，可根据弹力的产生条件直接判断，如弹簧被压缩或拉伸，一定产生弹力．
(2)对于形变不明显的情况通常用以下两种方法判断：
①消除法：就是将与研究对象接触的物体去掉，看研究对象能否在原位置保持原来的状态，若能则该处无弹力，若不能，则存在弹力．例如图4－2－2所示．一球放在光滑水平面AC上，并和光滑面AB接触，球处于静止状态．若去掉AB面，球仍保持原来的静止状态，可判断出在球与AB面的接触处没有弹力；假设去掉AC面，球将向下运动，故在与AC面的接触处球受到弹力，其方向垂直于AC面竖直向上．图4－2－2
②假设法：假设与研究对象接触的物体对研究对象施加了弹力，看研究对象在假设条件下能否保持原状态，若能，说明假设成立，则弹力存在；否则弹力不存在．
相互接触是产生弹力的首要条件，但相互接触的物体间不一定存在弹力，只有两个物体接触并产生弹性形变时，两物体间才有弹力产生． 判断图4－2－3(甲)、(乙)、(丙)中小球是否受到弹力作用，若受到弹力，请指出其施力物体．(接触面光滑)
图4－2－3
【审题指导】　解答本题应把握以下两点：
(1)假设弹力不存在，看是否能保持原来状态．
(2)假设弹力存在，看是否改变原来的状态．
【解析】　用消除法来判断小球是否受斜面的弹力，若将三个图中的斜面去掉，则(甲)图中小球无法在原位置静止，(乙)和(丙)两图中小球仍静止，(甲)图中小球受到斜面的弹力，施力物体是斜面，同时受细绳的弹力，施力物体是细绳；(乙)图中小球只受到细绳的弹力，不受斜面的弹力；(丙)图中小球只受水平面的弹力，不受斜面的弹力．
【答案】　(甲)图中小球受到绳的拉力和斜面的支持力；(乙)图中小球受到绳的拉力；(丙)图中小球受到水平面的支持力．本题易误认为只要两物体有接触就一定存在弹力，从而误认为乙、丙两图中各接触面均有弹力．
【问题导思】
1．弹力的方向与物体形变的方向有什么关系？
2．绳子拉力的方向有什么特点？
3．轻杆产生的弹力的方向一定沿着杆的方向吗？弹力方向的判断 常见弹力的方向
弹力的方向与产生弹力的物体形变趋向相反，作用在迫使物体发生形变的物体上．
几种常见弹力的方向如下表所示
静止的物体所受弹力的方向不一定与重力方向相反，只有静止于水平面上的物体，水平面对物体弹力的方向才与重力方向相反． 请在图4－2－5中画出杆和球所受的弹力.
图4－2－5
(1)杆靠在墙上；
(2)球用细线悬挂在竖直墙上．
【审题指导】　解答该题可按以下程序
确定对象→接触类型→弹力方向【解析】　(1)杆在重力作用下对A、B两处都产生挤压作用，故A、B两点处对杆有弹力，弹力方向与接触点的平面垂直，如图(1)所示．
(2)球挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙面垂直；绳子对球的弹力沿绳斜向上．如图(2)所示．
【答案】　见解析【问题导思】
1．弹簧的弹力大小与弹簧伸长的长度有什么关系？
2．怎样研究弹簧伸长的长度与弹力的关系？
3．实验的原理、器材及应注意的事项有哪些？
弹力与弹簧伸长的关系
1．实验的原理和需要的器材
(1)实验原理
①弹簧受力会发生形变，形变的大小与受到的外力有关．沿着弹簧的方向拉弹簧，当形变稳定时，弹簧的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的．用悬挂法测量弹簧的弹力，利用的是钩码和弹簧静止时弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等．
②弹簧的长度可用刻度尺直接测出，伸长量可由弹簧拉长后的长度减去弹簧的原长来计算．
③建立坐标系，以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的伸长量x，在坐标系中描出实验所测得的各组(x，F)对应的点，用平滑的曲线连接起来，根据实验所得的图线，就可探究弹力大小与伸长量间的关系．
(2)实验器材
轻弹簧、钩码(一盒)、刻度尺、铁架台、三角板、重垂线、坐标纸．2．实验步骤及数据处理
(1)实验步骤
①按图4－2－7安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0.图4－2－7 ②在弹簧下悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力．
③增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量.
(2)数据处理
图4－2－8
①以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线．
②以弹簧伸长量为自变量，写出曲线所代表的函数．首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数．
③得出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，研究并解释函数表达式中常数的物理意义．
3．误差分析和实验中需注意的问题
(1)误差分析
①本实验误差的主要来源为读数和作图时的偶然误差．为了减小误差，要尽量多测几组数据．
②弹簧竖直悬挂时，未考虑弹簧自身重力的影响会带来系统误差．为了减小误差，实验中应使用轻质弹簧．
(2)注意事项
①所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度．
②每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图线更精确．
③测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差．
④描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧．
⑤记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位． (2013·莆田二中高一检测)某同学用如图4－2－9所示装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验．他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上1个钩码，并逐渐增加钩码的个数，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(重力加速度取g＝9.8 m/s2)图4－2－9 (1)根据所测数据，在如图4－2－10所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线．图4－2－10
(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在________N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律，这种规格的弹簧的劲度系数为________ N/m.
【解析】　(1)根据题目中所测量的数据进行描点，然后用平滑的曲线(或直线)连接各点，在连接时应让尽量多的点落在线上．(偏差比较大的点舍去)不在线上的点尽量平均分布在线的两侧，如图． 3．在“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验中，以下说法正确的是(　　)
A．弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度
B．用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态
C．用直尺测量弹簧的长度即为弹簧的伸长量
D．用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等
【解析】　弹簧的伸长量是指弹簧伸长后的长度减去弹簧的原长，故C错误；做实验时要用同一个弹簧来测量，故D错误，所以正确选项为A、B.
【答案】　AB
如图4－2－11所示，两木块的质量分别为m1和m2，两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2.上面的木块压在上面的弹簧上(但不拴接)，整个系统处于平衡状态．现缓慢向上提上面的木块，直到它刚离开上面弹簧．在这个过程中下面的木块移动的距离为(　　)综合解题方略——胡克定律的应用 图4－2－11 【答案】　C 应用胡克定律F＝kx时注意的问题
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，不是弹簧的原长，也不是弹簧形变后的实际长度．
3．由于F1＝kx1，F2＝kx2，故ΔF＝F2－F1＝kx2－kx1＝kΔx，因此，弹簧上弹力的变化量ΔF与形变量的变化量也成正比关系，即ΔF＝kΔx.