第三章相互作用3.2弹力课件2:115张PPT

课件115张PPT。2　
弹　　力1.弹性形变和弹力:
(1)形变:物体在力的作用下___________发生的改变。
(2)弹性形变:发生形变的受力物体在外力撤除后能
够_________的形变。体积或形状恢复原状(3)弹性限度:超过一定的限度,撤去外力后形变物体
不能完全_________。
(4)弹力:由于要恢复原状,发生_________的物体对
与它接触的物体产生的作用力。恢复原状弹性形变2.几种弹力:
(1)常见的三种弹力:图甲中F1表示书对桌面的_____,F2表示桌面对书的
_______;图乙表示绳的拉力,又叫绳的_____。
(2)常见弹力的方向:
①压力和支持力的方向都_____(选填“垂直”或
“不垂直”)于物体的接触面。
②绳的张力沿着绳指向_______的方向。压力支持力张力垂直绳收缩3.胡克定律:
(1)内容: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_____。
(2)公式:F=___,其中k为弹簧的_________,
单位:________,符号____。正比kx劲度系数牛顿/米N/m【预习自测】
1.在图中,A、B两球间一定有弹力作用的是
(都静止)　(　　)【解析】选B。在A、C选项中,若A对B有弹力,则弹力不能使B球静止在原来的位置,运动状态将发生改变,与球处于静止状态不符,故A、C两项中,A、B两球间无弹力。而B选项中若A球对B球无弹力,则球B在重力与绳的拉力作用下不能继续保持静止状态,故B选项中,A、B两球间有弹力。选项D中A、B间不一定有弹力。2.(多选)下列各图中,P物体对Q物体的压力的示意图有明显错误的是　(　　)【解析】选B、C、D。P物体对Q物体的压力,受力物体是Q,应该将力F画在受力物体Q上,故选项B、D错误;因为压力是弹力,所以压力的方向垂直于接触面,故选项C错误。3.如图所示,玩具汽车停在模型桥面上,下列说法正确的是(　　)A.模型桥受到向下的弹力,是因为桥梁发生了弹性形变
B.模型桥受到向上的弹力,是因为汽车发生了弹性形变
C.汽车受到向上的弹力,是因为桥梁发生了弹性形变
D.汽车受到向上的弹力,是因为汽车发生了弹性形变【解析】选C。模型桥受到向下的弹力,施力物体是汽车,汽车发生了弹性形变而对桥梁产生弹力,故选项A、B错误;汽车受到向上的弹力,施力物体是桥梁,桥梁发生了弹性形变而对汽车产生弹力,故选项C正确,选项D错误。主题一　弹性形变及弹力的产生
【问题探究】探究点1　弹性形变
(1)如图甲所示,用力挤压玻璃瓶身,细管中的水面会上升,松手后水面下降。细管中水面的变化说明了什么?
提示:甲图中细管中水面的变化说明了玻璃瓶发生了形变。(2)如图乙所示,在一张大桌子上放两个平面镜M和N,让一束光依次被两面镜子反射,最后射到墙上,形成一个光点P。用力压桌面,观察到墙上光点的位置会发生变化。思考光点位置的变化说明了什么?
提示:乙图中当力F增大时,两镜面均向里倾斜,使入射角减小,经两次累积,使反射光线的反射角更小,光点P下移;同理,若力F减小,光点P上移。光点位置的变化说明了桌面发生了形变。(3)由上述两个实验说明什么?
任何物体在力的作用下,都会产生_____,只是有的形
变_____,有的形变_______。上述两个实验均采用了
“_______”显示微小形变的原理。形变明显不明显放大法探究点2　弹力的产生(1)如图甲所示:物体A、B并排静止在光滑水平面上,A、B之间有弹力吗?
提示:在图甲中,若移走物体A,物体B仍然静止,或者移走物体B,物体A仍然静止,说明虽然A、B接触,但相互之间没有弹力的作用。(2)如图乙所示:光滑物体C、D叠放在光滑水平面上,处于静止状态,A、B之间有弹力吗?
提示:在图乙中,如果将物体D快速撤出,物体C会立即下落,这说明D阻止了C的下落,说明C、D之间有弹力的作用。(3)如图丙所示,在光滑水平面上,用力推动小车向左压弹簧,弹簧对小车有弹力作用吗?
提示:松手后,压缩弹簧的小车被弹出,这说明弹簧对小车有弹力作用。(4)如图丁所示,用力推动小车向左压橡皮泥,松手后橡皮泥对小车还有弹力作用吗?
提示:压缩橡皮泥的小车不被弹出,这说明橡皮泥对小车没有弹力作用。(5)弹簧和橡皮泥分别发生的形变有什么特点?
①弹簧形变的特点是:_________________________
__________________;
②橡皮泥形变的特点是:_____________________
____________________________。弹簧形变后撤去外力能恢复原状,属于弹性形变橡皮泥形变后撤去外力不能恢复原状,属于非弹性形变(6)从上述问题中,我们可以得出弹力产生的条件是
什么?
产生弹力的条件:______________________________
_____。物体间直接接触;接触处发生弹性形变【探究总结】
1.弹力产生的条件:2.判断弹力是否存在的两种方法:
(1)定义法。根据弹力产生的条件直接进行判断,如果具备弹力产生的“两个条件”,则接触面之间存在弹力,否则,不存在弹力。(2)假设法。
①假设无弹力:假设物体在某一接触处不存在弹力,看物体是否在该位置保持原来的状态,从而判断物体在该处是否受到弹力作用。例如,如图所示,一球放在光滑的水平面AC上,并和光滑面AB接触,球静止,分析球所受的弹力。假设去掉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面的接触处受到弹力,其方向垂直于AC面竖直向上。②假设有弹力:就是假设与研究对象接触的物体对研究对象施加了弹力,画出假设状态下的受力图,判断受力情况与原来状态是否矛盾,若矛盾,则不存在弹力,若不矛盾,则此弹力存在。【拓展延伸】用放大法观察物体的微小形变
(1)观察圆玻璃瓶的微小形变。
如图所示,取一个圆玻璃瓶,里面盛满水,用穿
有透明细管的橡皮塞封口,使水面位于细管中,
用手捏玻璃瓶,玻璃瓶发生形变,容积减小,
水受挤压,细管中水面上升,松开手后,形变恢复,水面落回原处。(2)观察扁玻璃瓶的微小形变。
将(1)中的圆玻璃瓶换成扁玻璃瓶,其横截面为矩形,如图甲所示,如果用手沿图乙方向挤压玻璃瓶,玻璃瓶发生形变,容积减小,可观察到细管中水面上升;如果用手沿图丙方向挤压玻璃瓶,玻璃瓶发生形变,容积增大,可观察到细管中水面下降,松手后,形变恢复,水面回到原位置。(3)设计这个实验的原理是放大法,在有些现象、变化、待测量十分微小的情况下,往往采用放大法,物理学中不少重大发现利用了放大法。【典例示范】
如图所示,水平地面OA和倾斜墙OB均光滑,球C与OA、OB均接触,试分析接触点a、b处有无弹力。【解题指南】解答本题应明确以下两点
(1)判断a处时,可假设a处无弹力。
(2)判断b处时,可假设b处有弹力。【解析】对a处,假设弹力不存在,球将在重力作用下下落,而实际并未下落,说明a处有挤压,有弹力;对b处,假设有弹力,球将受到一个斜向右下方的弹力作用,在这个力的作用下,球将向右运动,而实际上球却没有向右运动,说明b处无挤压,没有弹力。
答案:a处有弹力,b处没有弹力【探究训练】
1.(2017·九江高一检测)关于弹力的产生,下列说法正确的是　(　　)
A.两物体不接触时也可能产生弹力
B.只要两物体相互吸引就一定产生弹力
C.只要两物体发生形变就一定有弹力产生
D.只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物体产生弹力作用【解析】选D。弹力的产生条件是接触并发生弹性形变,二者缺一不可,故A、B、C错,D正确。2.如图所示,用细绳悬挂的小球与光滑斜面相接触,并保持静止,甲中细绳倾斜,乙中细绳呈竖直状态。判断图甲、乙中小球是否受到斜面的弹力作用。【解题指南】判断弹力是否存在,当形变明显时,可直接由弹力的产生条件进行判断,当形变不明显时,可采用假设法、状态法或替换法进行判断。【解析】解法一(假设法):假设两图中的斜面不存在,则甲图中小球无法在原位置保持静止,乙图中小球仍静止,故甲图中小球受到斜面的弹力作用,乙图中小球不受斜面的弹力作用。解法二(状态法):设两图中斜面均对小球有弹力作用,则甲图中小球仍能保持静止状态,乙图中小球不能保持静止状态,所以乙图中小球不受斜面的弹力作用,甲图中小球受到斜面的弹力作用。
答案:甲图中的小球受到斜面的弹力作用,乙图中的小球不受斜面的弹力作用。【补偿训练】
1.一辆汽车停在水平地面上,下列说法正确的是(　　)
A.地面受到了向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变;汽车没有发生形变,所以汽车不受弹力
B.地面受到了向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变;汽车受到了向上的弹力,是因为车轮也发生了形变C.汽车受到向上的弹力,是因为地面发生了形变;地面受到向下的弹力,是因为汽车发生了形变
D.以上说法都不正确【解析】选C。汽车停在水平地面上,因为地面发生了向下的形变,所以地面在恢复原状时对与之接触的车轮产生一个向上的弹力作用;因为汽车的车轮发生了向上的形变,所以车轮在恢复原状时对与之接触的地面产生一个向下的弹力作用,故C正确,A、B、D错误。2.杂技演员具有高超的技术,如图所示,他能轻松地顶住从高处落下的缸,关于他顶缸时头顶受到的压力产生的直接原因是　(　　)
A.缸的形变　　　　　　　　　　
B.头的形变
C.物体受到的重力
D.人受到的重力【解析】选A。头顶受到的压力的施力物体是缸,受力物体是头顶,头顶受到的压力产生的直接原因是缸的形变,间接原因是缸受到的重力,A项正确。3.如图所示,将一个钢球分别放在量杯、口大底小的
普通茶杯和口小底大的烧杯中,钢球在各容器的底部
与侧壁相接触,处于静止状态。若钢球和各容器都是
光滑的,各容器的底部均处于水平面内,则下列说法中
正确的是　(　　)A.各容器的侧壁对钢球均无弹力作用
B.各容器的侧壁对钢球均有弹力作用
C.量杯的侧壁对钢球无弹力作用,其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用
D.口大底小的普通茶杯的侧壁对钢球有弹力作用,其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用【解析】选A。弹力产生的条件是两物体直接接触且发生弹性形变。钢球与容器的侧壁接触,是否有弹力作用,就看接触处是否发生弹性形变,但微小形变难以察觉,可借助假设法判断。
假设容器侧壁对钢球无弹力作用,则钢球受重力和容器底部对它的支持力作用,钢球仍将处于静止状态,故钢球与容器侧壁虽然接触但没有发生弹性形变,容器侧壁对钢球无弹力作用的假设成立。我们也可以假设容器侧壁对钢球有弹力作用,作出各容器中钢球的受力示意图如图所示,可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾,所以原假设不成立,各容器的侧壁对钢球均无弹力作用。故A对。4.足球运动是目前全球体育界最具影响力的项目之一,深受青少年喜爱。如图所示为四种与足球有关的情景。下列说法正确的是　(　　)A.甲图中,静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力
B.乙图中,静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力
C.丙图中,踩在脚下且静止在水平草地上的足球可能受到3个力的作用
D.丁图中,落在球网中的足球受到弹力是由于足球发生了形变【解析】选C。静止在草地上的足球受到的弹力是地面对球的向上的力,受到的重力是地球对球的向下的力,选项A错误。静止在光滑水平面上的两个足球间没有相互作用的弹力,选项B错误。踩在脚下的足球可能受重力,地面对它的弹力,脚对它的弹力三个力的作用,选项C正确。网中的足球受到弹力是由于网发生了形变,选项D错误。主题二　弹力的方向
【问题探究】探究点1　面—面接触中弹力的方向
(1)如图甲所示,把装有水的瓶子放在桌面上。瓶子受到的弹力是由哪个物体发生形变而产生的?方向如何?
提示:瓶子受到的弹力是桌面发生形变而产生的,方向竖直向上。(2)桌面受到的弹力是由哪个物体发生形变
而产生的?方向如何?试在图中分别画出。
提示:桌面受到的弹力是瓶子发生形变
而产生的,方向竖直向下,力的示意图
如图所示。探究点2　弹簧弹力的方向
(1)如图乙、丙所示,在弹簧下端和弹簧上端分别固定物块m,都处于静止状态。乙图中弹簧对物块的弹力沿什么方向?
提示:乙图中弹簧被拉伸,所以弹簧弹力方向竖直向上,指向弹簧收缩的方向。(2)丙图中弹簧对物块的弹力沿什么方向?
提示:丙图中弹簧被压缩,所以弹簧弹力方向竖直向上,背离弹簧压缩的方向。(3)由此能得到弹簧弹力方向与形变方向有何关系?
由此可知弹簧弹力方向与形变方向_____。相反探究点3　轻杆中的弹力方向
丁图中三个重物均静止,则杆A、B、C的弹力方向如何?请分析并画出弹力的示意图。
提示:丁图中A杆给重物的弹力F类同于绳子的作用,为拉力,方向沿杆向上,如图a所示;丁图中B杆给重物的弹力F类同于支持力,方向沿杆向上,如图b所示;丁图中C杆给重物的弹力F并不沿着杆,根据二力平衡判断出F的方向应竖直向上,如图c所示。【探究总结】
1.几种常见弹力的方向:2.判断弹力方向的一般步骤:
(1)判定物体之间弹力作用的类型。
(2)判定产生弹力的物体。
(3)判定物体形变的方向。
(4)判定物体产生的弹力方向。【典例示范】
请在图中画出杆或球所受的弹力。
(a)杆靠在墙上。
(b)杆放在半球形的槽中。
(c)球用细线悬挂在竖直墙上。
(d)点1、2、3都可能是球的重心位置,点2是球心,1、2、3点在同一竖直线上。【解题指南】解答本题时应明确以下三点:
(1)若为面面(或曲面)接触,弹力垂直于面。
(2)绳上弹力沿绳并指向绳收缩方向。
(3)与球面接触的弹力方向延长线或反向延长线过球心。【解析】本题考查对弹力方向的判定,关键是熟悉各种接触中的弹力方向。
(a)杆在重力作用下对A、B两处都产生挤压作用,故A、B两处对杆都有弹力,弹力方向与接触点的平面垂直。如图甲所示。
(b)杆对C、D两处都有挤压作用,因C处为曲面,D处为支撑点,所以C处弹力垂直于其切面指向球心,D处弹力垂直于杆斜向上。如图乙所示。(c)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子斜向上。如图丙所示。
(d)当重心不在球心处时,弹力作用也必通过球心O,如图丁所示。应注意不要错误地认为弹力作用线必定通过球的重心。答案:见解析图【规律方法】作受力图时确定弹力的方向的四种情形
(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)若接触面之一为曲面,则弹力一定垂直于过接触点的切面。
(4)若接触处之一为一直线,则弹力一定垂直于该直线。【探究训练】
1.(2017·孝感高一检测)在立起一根木棍的过程中要经过如图所示的位置,此时地面对木棍的弹力方向是图中的　(　　)
A.F1的方向　　 B.F2的方向
C.F3的方向 D.F4的方向【解析】选B。本题属于点面接触,弹力方向垂直于接触面指向被支持的物体,所以地面给木棍的弹力的方向正确的是F2。2.画出图中物体A和B所受重力、弹力的示意图。(各接触面均光滑,各物体均静止)【解析】各图中A、B受力如图所示
答案:见解析【补偿训练】
1.在图中,物体A处于静止状态,请画出各图中物体A所受的弹力。【解析】弹力的方向垂直于接触面。物体A受到的弹力如图所示
答案:见解析2.如图所示,光滑但质量分布不均的小球的球心在O点,重心在P点,小球静止在竖直墙和桌边之间,试画出小球所受弹力。【解析】本题考查弹力的方向。由于弹力的方向总是垂直于接触面,在A点弹力F1应该垂直于球面,所以沿半径方向指向球心O;在B点弹力F2应该垂直于墙面,因此也沿半径指向球心O。弹力必须指向球心,而不一定指向重心,又由于F1、F2、G为共点力,重力的作用线必须经过O点,因此P和O必在同一竖直线上。答案:如图所示主题三　胡克定律
【问题探究】1.图甲表示弹簧处于原长状态。图乙表示弹簧处于拉伸状态。图丙表示弹簧处于压缩状态。请结合甲、乙、丙图分析在公式F=kx中,x表示的是弹簧的长度吗?若不是,它表示什么意义?图甲中弹簧的原长为l0;图乙中在拉力F的作用下弹簧的长度为l1;图丙中在压力F′的作用下,弹簧的长度为l2,则F和F′分别等于多少?提示:x表示的是弹簧伸长的长度或缩短的长度,而不是弹簧的长度,图乙中弹簧伸长量为(l1-l0),图丙中弹簧压缩量为(l0-l2),所以F=k(l1-l0),F′=k(l0- l2)。2.弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx是否也成正比关系?试证明。
提示:成正比。由于F1=kx1,F2=kx2,故ΔF=F2-F1=kx2-kx1=k(x2-x1)=kΔx,所以弹簧的弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比。3.若以弹力和弹簧形变量分别作为纵轴和横轴建立F -x图象,图象的斜率表示什么物理意义?如果弹簧1、2的F-x图象如图所示,哪根弹簧的劲度系数较大?提示:由胡克定律F=kx可得k= ,所以F-x图象的斜率表示弹簧的劲度系数,斜率越大,劲度系数越大,弹簧越硬。由图可知:图象1的斜率较大,所以弹簧1的劲度系数较大。【探究总结】
1.定律的适用条件:弹簧发生弹性形变且必须在弹性限度内。
2.表达式中的x的意义:弹簧的形变量,即弹簧伸长或缩短的长度,而不是弹簧的原长,也不是弹簧形变后的实际长度,同一弹簧伸长或压缩相同长度时,弹力大小相等,但方向不同。3.表达式中的k的意义:弹簧的劲度系数,它反映了弹簧的“软”“硬”程度,是由弹簧本身的性质(材料、长度、粗细等)决定的。在国际单位制中k的单位为“N/m”。
4.单位应用:由于弹簧的形变量x通常以“cm”为单位,而劲度系数k又往往以“N/m”为单位,因而在应用公式时要注意将各物理量的单位统一为国际单位制。5.F-x图象,根据胡克定律,可作出弹力F与形变量x的
图象,如图所示,这是一条通过原点的倾斜直线,其斜
率( = )反映了k的大小,故胡克定律还可写成
ΔF=kΔx,即弹力的变化量ΔF跟弹簧形变量的变化量
Δx成正比。【典例示范】
(2017·苏州高一检测)如图所示为一轻质弹簧的长度l和弹力F大小的关系图象,试由图象确定:
(1)弹簧的原长。
(2)弹簧的劲度系数。
(3)弹簧伸长10cm时,其弹力的大小。【解题指南】解答本题时应明确以下两点:
(1)F-l图象中l的意义。
(2)图线的斜率在数值上等于弹簧的劲度系数。【解析】(1)由图知,当弹簧长度为10cm时,弹力F=0,
故弹簧的原长l0=10cm。
(2)由图可知,当弹力的变化量ΔF=10N时,弹簧长度
的变化量Δx=5cm=0.05 m,由ΔF=k·Δx
得k= =200N/m。
(3)当x=10cm=0.1 m时,
由F=kx得F=200×0.1N=20 N。
答案:(1)10cm　(2)200 N/m　(3)20 N【规律方法】弹力大小的计算
(1)公式法:用F=kx计算(适用于弹簧类弹性物体弹力的计算)。
(2)平衡法:如悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时,物体受绳竖直向上的拉力和竖直向下的重力作用。根据二力平衡得到绳的拉力大小等于物体重力的大小。【探究训练】
1.(多选)关于胡克定律的下列说法,正确的是　(　　)
A.拉力相同、伸长也相同的弹簧,它们的劲度系数相同
B.劲度系数相同的弹簧,弹簧的伸长相同
C.知道弹簧的劲度系数,就可以算出任何拉力下的弹簧伸长
D.劲度系数和拉力、伸长没有关系,它只取决于弹簧的材料、长短、弹簧丝的粗细【解析】选A、D。根据胡克定律可知选项A正确;劲度系数相同,如果弹力不同,其伸长量不同,故选项B错误;如果超出了弹性限度,胡克定律不成立,这时就无法求出伸长量,故选项C错误;弹簧的劲度系数由弹簧本身的材料、长短、弹簧丝的粗细来决定,与外界因素无关,故选项D正确。2.(2016·江苏高考)一轻质弹簧原长为8cm,在4 N的拉力作用下伸长了2 cm,弹簧未超出弹性限度。则该弹簧的劲度系数为　(　　)
A.40 m/N　　　 B.40 N/m
C.200 m/N D.200 N/m
【解析】选D。根据胡克定律F=kΔx解得k=200N/m。【补偿训练】
1.下列图象中,正确反映弹力F与弹簧伸长量ΔL的关系(设在弹性限度内)的是　(　　)【解析】选A。弹力F与弹簧伸长量ΔL是正比例关系,图象为过原点的直线。2.如图所示,弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计,物重G=1N,则弹簧测力计A和B的示数分别为　(　　)
A.1N,0　　 B.0,1N
C.1N,2N D.1N,1N【解析】选D。A、B弹簧测力计的示数均等于测力计挂钩上所挂物体的重力,即两示数均为1N,D正确。3.(多选)如图所示,a、b为两根相连的轻质弹簧,它们的劲度系数分别为ka=1×103N/m,kb=2×103N/m。原长分别为la=6cm,lb=4cm,在下端挂一物体G,物体受到重力为10N,平衡时　(　　)A.弹簧a下端受到的拉力为4N,b下端受到的拉力为6N
B.弹簧a下端受到的拉力为10N,b下端受到的拉力为10N
C.弹簧a的长度为7cm,b的长度为4.5cm
D.弹簧a的长度为6.4cm,b的长度为4.3cm【解析】选B、C。a、b为两根相连的轻质弹簧,受到的
拉力相等,都为10N,所以B项正确;弹簧的长度变化为
Δla= =1cm,Δlb= =0.5cm,弹簧长度
等于原长加伸长,所以弹簧a的长度为7cm,b的长度为
4.5cm,C项正确。4.如图所示,一根弹簧的原长为20cm,竖直悬挂着,当用15N的力竖直向下拉弹簧时,量得弹簧长24cm;若把它竖立在水平桌面上,用30N的力竖直向下压时,弹簧长为多少?(忽略弹簧自重,弹簧一直处于弹性限度内)【解析】解法一:由F=kx得:
当F1=15N时:15=k(0.24-0.2),
得k=375N/m
当F2=30N时:30=375x,
解得x=0.08m
所以竖直向下压时弹簧长l=20cm-8cm=12cm解法二:由F=kx得
解得l=12cm
答案:12cm5.如图是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系图。写出图线代表的函数表达式(x的单位为m)。【解析】由F-x图象可知,弹簧的劲度系数
k= =2000N/m
由胡克定律F=kx知,图线的函数表达式应为F=2 000x
答案:F=2 000x【课堂小结】