粤教版高中物理必修第一册第三章相互作用第二节弹力课件（42页PPT）

(共42张PPT)
第三章　相互作用
第二节　弹力
1.知道形变、弹性形变、弹性限度的概念，掌握弹力产生的条件.
2.知道压力、支持力和拉力都是弹力，会分析弹力的有无及方向.了解 弹力在生产生活中的应用，体会物理学与生产生活的紧密联系.
3.通过实验探究弹簧弹力和形变量的关系，了解胡克定律，会计算弹 簧的弹力.
学习任务一 形变
教材新知梳理
1. 形变
(1)形变：物体发生 或体积的变化.
(2)形变的种类： 、 、弯曲形变和扭曲形变等.
形状　
压缩形变　
拉伸形变　
2. 弹性与弹性限度
(1)弹性：物体具有 的性质.
(2)弹性形变：撤去外力后，物体能完全 的形变，称为弹性 形变.
(3)弹性限度：如果外力过大，撤去外力后物体形状 ，我们 称这种现象超过了物体的弹性限度.
(4)范性形变：停止用力后，物体 恢复原状的形变叫范性形变.
恢复原状　
恢复原状　
不能完全恢复　
不能　
关键核心突破
　　在日常生活及各项体育运动中，有弹力出现的情况比较普遍，如图所示 的跳水运动就是一个实例.
(1)李明同学说跳板发生了形变，脚没有发生形变，这
个说法对吗？
提示：(1)不对，跳板和脚都发生了弹性形变.
(2)脚受的支持力的施力物体是什么？
(2)支持力是由跳板发生弹性形变施加在脚上的，施力物体是跳板.
(3)弹力产生的条件是什么？
(3)接触并有弹性形变.
1. 形变：物体在外力作用下形状或体积的变化叫作形变.如果外力撤去后物体 能够完全恢复原状，这种形变叫作弹性形变，不能恢复原状的形变叫作范性 形变.一般情况下，若无特别说明，形变通常指的是弹性形变.
2. 弹性限度：弹性体的形变不能无限增大，若超过一定的限度，撤去外力时 物体就不能完全恢复原状，这个限度称为弹性限度，它是弹性形变的极限.
A. 物体放在水平桌面上，移去物体后，桌面恢复原状
B. 弹簧不挂重物时长10 cm，挂重物后再移去，弹簧长度变为10.8 cm
C. 用弹簧测力计称量一重物完毕后，指针位于零刻度线处
D. 细钢丝被弯成弹簧
思路点拨：能恢复原状的形变是弹性形变.
解析：区分弹性形变和范性形变的关键是看物体不受力时能不能恢复原状， 题中A、C均可恢复原状，是弹性形变；B、D不能恢复原状，是范性形变.
AC
A. 绳拉物体时绳对物体拉力的方向总是沿着绳指向绳收缩的方向
B. 静止在水平路面上的汽车受到的支持力，是汽车轮胎发生了形变而产生的
C. 水杯放在水平桌面上对桌面施加的弹力，是桌面发生微小形变而产生的
D. 用细竹竿拨动水中漂浮的木块，木块受到的弹力是竹竿形变而产生的
AD
解析：绳中弹力的方向与绳子形变的方向相反，所以选项A正确；静止在水 平路面上的汽车受到的支持力，是地面发生了形变而产生的，所以选项B错 误；水杯放在水平桌面上对桌面施加的弹力，是水杯发生微小形变而产生 的，所以选项C错误；用细竹竿拨动水中漂浮的木块，木块受到的弹力是竹 竿形变而产生的，所以选项D正确.
学习任务二 认识弹力
教材新知梳理
1. 弹力：发生 的物体由于要恢复原状，会对与它 的物 体产生力的作用，这种力称为弹力.
2. 弹力的方向
(1)压力的方向 指向 的物体.
(2)支持力的方向 指向 的物体.
(3)绳子对物体的拉力方向沿绳子指向绳子 的方向.
弹性形变　
接触　
垂直于支持面　
被压　
垂直于支持面　
被支持　
收缩　
1. 产生弹力必备的两个条件
(1)两物体相互接触.
(2)发生弹性形变.
2. 判断弹力有无的三种常见方法
(1)直接判断：对于形变较明显的情况，可根据弹力产生条件直接判断.
(2)利用“假设法”判断：对形变不明显的情况，可假设将与研究对象接触的 物体撤去，判断研究对象的运动状态是否发生改变.若运动状态不变，则此处 不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力.
(3)根据物体所处的状态判断：静止(或匀速直线运动)的物体都处于受力平衡 状态，这可以作为判断某个接触面上弹力是否存在的依据.
3. 几种常见弹力的方向
类型 方向 图示
平面产生的弹力 垂直于平面指向受力物体
点产生的弹力 过点垂直于和点接触的平面 (或曲面的切面)
曲面产生的弹力 垂直于曲面的切面
3. 几种常见弹力的方向
类型 方向 图示
轻绳产生的弹力 沿绳指向绳收缩的方向
轻弹簧产生的弹力 沿弹簧与形变方向相反
类型 方向 图示
轻杆产生的弹力 可沿杆
可不沿杆
【典例2】　如图所示，有一个光滑楔形槽BAC，槽底边AC水平，一钢球置 于槽内，现给钢球施加一个水平向左的推力F.
分析槽壁AB、AC对钢球的弹力是否存在？如果存在，方向如何？
思路点拨：根据作用效果可判断有无弹力，点面处弹力垂直于接触面.
解析：钢球在水平推力作用下，与AB和AC相互挤压，因而钢球与AB、AC间 均有弹力产生.AB对钢球的弹力垂直于AB向下，AC对钢球的弹力竖直向上.
答案：见解析
［一题多变］
在上题中，若将F去掉，请再分析槽壁AB、AC对钢球的弹力.
解析：去掉推力后，钢球只与AC挤压，受到AC对钢球竖直向上的弹力.假设 此时把AB拿走，钢球仍可静止于AC上，所以AB与钢球虽接触但并未产生形 变，AB与钢球间无弹力作用.
答案：见解析
A　　　　　　　　B　　　　　　　　C　　　　　　　D
B
甲 乙 丙 丁
C
A. 甲图中，反弹出去的篮球在空中运动时，受到沿运动方向的弹力作用
B. 乙图中，竖直细线悬挂的小球静止在光滑斜面上时，受到沿细线向上的拉 力及垂直于斜面的支持力
C. 丙图中，静止在墙角的篮球受到竖直向上的支持力
D. 丁图中，静止在杆顶端的铁球受到沿杆向上的弹力
解析：甲图中，反弹出去的篮球在空中运动时，只受到重力作用(不计空气阻 力)，不受沿运动方向的弹力作用，故A错误；乙图中，竖直细线悬挂的小球 静止在光滑斜面上时，受到沿细线向上的拉力及竖直向下的重力，不受垂直 于斜面的支持力，故B错误；丙图中，静止在墙角的篮球，受竖直向下的重 力和竖直向上的支持力，故C正确；丁图中，静止在杆顶端的铁球受竖直向 下的重力和竖直向上的弹力，故D错误.
学习任务三 胡克定律
教材新知梳理
1. 内容：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长量(或压缩量)x 成 .
2. 公式：F＝ ，其中k为弹簧的 ，单位： ，读作 牛顿每米.不同的弹簧，其劲度系数不同.
正比　
kx　
劲度系数　
N/m　
关键核心突破
1. 探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系
(1)实验目的
①探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系.
②了解弹簧测力计的工作原理.
(2)实验器材
铁架台、带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺.
(3)实验原理与设计
将已知质量的钩码悬挂于弹簧挂钩上，由二力平衡可知，弹簧对钩码的弹力 大小等于钩码所受重力的大小.通过改变悬挂的钩码个数来改变弹簧弹力的大 小，测出弹簧未挂钩码时的长度(弹簧原长)及挂钩码后的长度，可得出挂不 同数量钩码情况下弹簧的伸长量.由此可进一步得出弹簧弹力的大小与弹簧伸 长量的关系.
(4)实验步骤
①按照右图所示安装实验装置.
②用刻度尺测量弹簧原长.
③在弹簧挂钩上依次挂上不同数量的钩码，并分别记下实验所挂钩码的总质量及弹簧长度.
(5)数据分析
①将数据及计算结果填入表中.
弹簧弹力的大小与伸长量的关系
弹簧原长l0＝ 　　 cm
次数 1 2 3 4 5
钩码质量m/g
弹簧弹力F/N
弹簧长度l/cm
弹簧的伸长量x/cm
②在坐标纸上作出弹簧弹力大小随伸长量变化的图像，并进行分析讨论.
(6)实验结论
①弹簧的弹力随伸长量的增大而增大.
②在误差允许范围内，弹簧的弹力大小与伸长量成正比.
(7)注意事项
①所挂钩码总重不要太大，以免弹簧被过度拉伸，超出弹簧的弹性限度.
②每次所增加钩码的质量尽量大一些，从而使坐标图上描的点尽可能分布在 较大区域上，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，以免增大 误差.
④记录数据时要注意弹力大小及弹簧伸长量的对应关系及单位.
(8)误差分析
误差种类 产生原因 减小方法
系统误差 弹簧自身重力的影响 尽量选用质量较轻的弹簧
偶然误差 弹簧长度测量不准 ①在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测 量；
②多测几次求平均值
作图不准确 ①坐标轴选取合适的标度；
②描点画线时一定要让尽量多的点落在 图线上，不在图线上的点要尽量均匀分 布在图线的两侧
2. 对胡克定律的理解
(1)胡克定律成立的条件是：弹簧发生弹性形变，即必须在弹性限度内.
(2)F＝kx中的x是弹簧的形变量，是弹簧伸长或缩短的长度，而不是弹簧的总 长度.
(3)F＝kx中的k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长 度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和伸长量x无关.
(4)由F＝kx可知，弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比关系， 即ΔF＝kΔx.
【典例3】　某同学在做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验时，实验装 置如图甲所示，所用钩码每个质量是30 g.他先测出不挂钩码时弹簧的自然长 度，再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端，每次都测出相应的弹簧总长度，并将 数据填在下表中.实验中弹簧始终未超过弹性限度，g取10 m/s2.试根据这些实 验数据在如图乙所示的坐标系中作出弹簧所受弹力F与弹簧长度L之间的函数 关系图线.
见解析图
钩码质量/g 0 30 60 90 120 150
弹簧总长/cm 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00
解析：描点作图，得出弹簧弹力与其长度的关系图像，如图所示.
(1)写出该图线的数学表达式：F＝ (N).
解析：(1)由图像可以得出该图线的数学表达式为F＝(30L－1.8)N.
30L－1.8　
(2)图线与横轴的交点的物理意义是 .
解析：(2)图线与横轴的交点表示弹簧所受弹力F＝0时弹簧的长度为6 cm，即 弹簧的原长.
(3)该弹簧的劲度系数k＝ N/m.
解析：(3)图线的斜率表示弹簧的劲度系数，即k＝30 N/m.
(4)图线延长后与纵轴的交点的物理意义是 .
解析：(4)图线延长后与纵轴的交点表示弹簧长度为5 cm时的弹力，此时弹簧 被压缩了1 cm，即表示弹簧被压缩1 cm时的弹力.
弹簧的原长为6 cm　
30　
弹簧被压缩了1 cm时的弹力　
【典例4】　一根轻质弹簧一端固定，用大小为50 N的力压弹簧的另一端，平 衡时长度为L1＝20 cm；改用大小为25 N 的力拉弹簧，平衡时长度为L2＝35 cm；若弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，求弹簧的原长和劲度系数.
思路点拨：①弹簧受压力时的压缩量为(L0－L1).
②弹簧受拉力时的伸长量为(L2－L0).
解析：设弹簧原长为L0，劲度系数为k.由胡克定律得：
F1＝k(L0－L1)①　　F2＝k(L2－L0)②
联立①②两式得L0＝0.3 m＝30 cm，k＝500 N/m.
答案：30 cm　500 N/m
［跟踪练习］
4. (1)某次研究弹簧所受弹力F与弹簧长度L关系实验时，得到如图甲所示的F －L图像，由图像可知：弹簧原长L0＝ cm，弹簧的劲度系数k ＝ N/m.
解析：(1)由胡克定律F＝k(L－L0)，
结合题图甲中数据得：L0＝3.0 cm，k＝200 N/m.
3.0　
200　
(2)按如图乙的方式挂上钩码(已知每个钩码重G＝1 N)，使(1)中研究的弹簧压 缩，稳定后指针指示如图乙，则指针所指刻度尺示数为 cm.由此可推 测图乙中所挂钩码的个数为 个.
解析：(2)由题图乙知指针所指刻度为1.50 cm，由F＝k(L0－L)，可求得此时 弹力为F＝3 N，故所挂钩码的个数为3个.
1.50　
3　
5. 如图甲所示，一轻质弹簧原长l0为20 cm，其下端固定在水平面上，上端放 一个质量为1 kg的物块A，物块A静止后弹簧长度为l1＝18 cm.弹簧始终在弹性 限度范围内，重力加速度g取10 m/s2.
(1)求弹簧的劲度系数；
解析：(1)由胡克定律和受力平衡可知
mAg＝k(l0－l1)，解得k＝500 N/m.
答案：(1)500 N/m
(2)若在物块A上端再放一个质量为2 kg的物块B，如图乙所示，求系统静止时 弹簧长度l2.
解析：(2)由胡克定律和受力平衡可知(mA＋mB)g＝k(l0－l2)，解得l2＝0.14 m.
答案：(2)0.14 m
A. 竖直向上
B. 竖直向下
C. 垂直于树枝斜向上
D. 沿树干方向
解析：支持力的方向总是垂直于接触面指向被支持的物体，故选项C正确.
C
解析：A图中弹力FN的方向应指向球心；B图中弹力FN的方向应竖直向上；C 图中弹力FN的方向应竖直向上；D图中FN的方向垂直于杆斜向上，故选项D 正确.
D
A. 由F＝kx可知，在弹性限度内，弹力F的大小与弹簧伸长量(或压缩量)x成 正比
C. 弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的，与弹力F的大小和弹簧伸长 量(或压缩量)x的大小无关
D. 弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧单位长度所受弹力的大小
AC
4. 如图，锻炼身体用的拉力器，并列装有五根相同的弹簧，每根弹簧的自然 长度都是40 cm，某人用600 N的力把它们拉长至160 cm.求：
(1)每根弹簧产生的弹力大小为多少？
答案：(1)120 N
(2)每根弹簧的劲度系数为多少？
答案：(2)100 N/m