高中物理人教版必修1课件：第3章 2弹力59张PPT

(共59张PPT)
第三章
2　弹力
※ 知道常见形变和弹性形变
※ 理解弹力的概念及产生条件
※※ 掌握胡克定律，会用公式F＝kx计算弹簧的弹力
※※ 知道压力、支持力、绳的拉力都是弹力，会判断它们的方向
课 前 预 习
1．形变与弹性形变
(1)形变：物体在力的作用下____________发生改变，叫做形变。
(2)弹性形变：有些物体在形变后能够_________，这种形变叫做弹性形变。
2．弹力
(1)概念：发生_________的物体，由于要恢复______，对与它_______物体产生力的作用，这种力叫做弹力。
弹性形变与弹力
形状或体积
恢复原状
弹性形变
原状
接触的


(2)弹性限度：当形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体_________________________，这个限度叫弹性限度。
(3)弹力产生的条件：
①两物体________。
②有________形变(接触处有挤压或拉伸)。
不能完全恢复原来的形状
接触
弹性
1．常见弹力：平时所说的压力、支持力和拉力都是弹力。绳中的弹力通常称为_______。
2．弹力的方向
(1)压力和支持力的方向______于物体的接触面，指向被压或被_______的物体。
(2)绳的拉力沿着绳而指向绳_______的方向。
常见的几种弹力
张力
垂直
支持
收缩
1．内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟_______________________成正比。
2．表达式：F＝___，其中k为弹簧的___________，单位：牛顿每米，符号_______，它的大小反映了弹簧的软硬程度。
胡克定律
弹簧伸长(或缩短)的长度x
kx
劲度系数
N/m
『判一判』
(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。(　　)
×
×
√
√
×
解析：头顶受到的压力的施力物体是坛子，受力物体是头顶，它产生的直接原因是坛的形变，间接原因是物体受到的重力，A项正确。
A
答案：30N
解析：由胡可定律可知，80N能使弹簧伸长40个刻度，伸长一个刻度对应的拉力是2N，若要指针正对刻度20，需要弹簧伸长15个刻度，此时的弹力应为30N。
课 内 探 究
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三角烧杯中，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，各容器的侧壁对钢球有没有弹力作用？
探究一 弹力有无的判断
提示：在将容器的侧壁去掉时，钢球仍处于静止，故各容器的侧壁对钢球没有弹力作用。
1．产生弹力必备的两个条件：
(1)两物体间相互接触；
(2)发生弹性形变。
2．判断弹力有无的常见方法：
(1)直接判定：对于发生明显形变的物体(如弹簧、橡皮条等)，可根据弹力产生的条件由形变直接判断。
(2)对于形变不明显的情况，通常用以下方法来判定：
a．假设法：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。
b．替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能不能维持原来的力学状态。如将侧壁、斜面用海绵来替换，将硬杆用轻弹簧(橡皮条)或细绳来替换。
c．状态法：因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所以可以依据物体的运动状态由相应的规律(如二力平衡知识等)来判断物体间的弹力。
特别提醒：接触的物体间不一定存在弹力，但两物体间若有弹力，则它们一定接触。
B
解析：判断a、b两球间有无弹力，要依据弹力产生的两个条件：一是相互接触；二是发生弹性形变。四个选项中都满足了接触这一条件，但是否发生了形变难于观察，这时可以利用“假设法”来判断。
在A图中，若拿去a球，则b球仍静止不动，故a、b间没有挤压，即a、b间没有弹力。在B图中，若拿去a球，则b球将向左运动，故a、b间存在相互挤压，故a、b间存在弹力。在C图中，若拿去a球，则b球静止，即a、b间没有挤压，即a、b间没有弹力。在D图中若拿去斜面a，则b球可能静止，即a、b间可能没有挤压，即a、b间可能没有弹力。故a、b间一定有弹力的是B图。
解析：撤掉绳1，小球仍静止，说明绳1对小球没有拉力，则小球只受重力和绳2的拉力作用，故选项A正确。
A
体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示，足球与斜台作用时斜台给足球的弹力方向如何？
提示：足球所受弹力方向垂直于斜台指向足球。
探究二 弹力方向的判定
1．常见的三种接触方式
2．常见三类弹力的方向
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。


解题指导：判断弹力方向应把握以下三种情况：
(1)当面(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：甲属于绳的拉力，应沿绳指向绳收缩的方向，因此弹力方向沿绳向上；乙中A点属于点与球面相接触，弹力应垂直于球面的切面斜向上，必过球心O，B点属于点与杆相接触，弹力应垂直于杆斜向上；丙中A、B两点都是球面与平面相接触，弹力应垂直于平面，且必过球心，所以A处弹力方向水平向右，B处弹力垂直于斜面向左上方，且都过球心；丁中小球P不管运动与否，都是属于平面与球面相接触，弹力应垂直于平面，且过球心，即向上。
它们所受弹力的示意图如图所示。
解析：支持力的方向总是垂直于接触面指向被支持的物体，选项C正确。
C
提示：(1)否 (2)越大
探究三 弹力大小的计算
1．弹簧的弹力
(1)应用胡克定律F＝kx求解。
其中x为弹簧的形变量(可能为伸长量l－l0，也可能为缩短量l0－l)；k为弹簧的劲度系数，k只与弹簧本身有关，由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。它反映了弹簧的软硬程度，k越大，弹簧越硬，其长度越难改变。
(2)弹力与弹簧伸长量的关系可用F－x图象表示，如图，图线的斜率即为弹簧的劲度系数。




(3)由于F1＝kx1，F2＝kx2，故ΔF＝F2－F1＝kx2－kx1＝k(x2－x1)＝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。


2．非弹簧的弹力大小的计算
弹力的大小与物体的形变程度有关，一般要借助物体的运动状态所遵循的物理规律求解。
比如悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时，物体受绳向上的拉力和重力作用。根据二力平衡，可知绳的拉力大小等于物体重力的大小。
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。
B


解题指导：求解此题应特别注意，球在A处时弹簧已经缩短了一定长度。
解析：设球在A处时弹簧已压缩了Δx，球平衡时弹力FA＝G＝kΔx，球在B处时，弹簧又压缩x，球再达平衡时弹力FB＝k(Δx＋x)＝G＋kx，故选项B是正确的。此题易错选A项，原因是x并非球在B处时弹簧的变化量，即非弹簧压缩后与原长的差值。
A



解析：弹簧拉伸或压缩必然两端同时受力才可，只有一端有力时弹簧不会被拉伸或压缩，因弹簧均是拉住一相同质量小球，则弹力一样大，A正确。
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。
探究四实验：探究弹力和弹簧伸长的关系
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。
3．实验步骤
(1)按图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。
(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。
1 2 3 4 5 6 7
F/N 0
l/cm
x/cm 0
5．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。
钩码质量(g) 0 30 60 90 120 150
弹簧总长度(cm) 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00
(1)写出该图线的数学表达式F＝_______________N；
(2)图线与横轴的交点的物理意义是__________；
(3)该弹簧的劲度系数k＝_____N/m；
(4)图线延长后与纵轴的交点的物理意义是___________________________。
(30L－1.8)
弹簧原长
30
弹簧被压缩1cm时的弹力为0.3N
(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持_______状态。
(2)他通过实验得到如图(b)所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线，由此图线可得该弹簧的原长x0＝___cm，劲度系数k＝_____N/m。
(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图(c)所示时，该弹簧的长度x＝_____cm。
竖直
4
50
10
素 养 提 升
分析求解三步走
(1)找截距——图象在横轴的截距表示弹簧的原长。
(2)求斜率——图象的斜率表示弹簧的劲度系数。
(3)列方程——恰当选取图象上的点列方程或方程组。
同时注意坐标轴对应物理量的单位。
弹簧F－x图象问题的解题技巧
(1)弹簧的劲度系数为_______N/m。
(2)当弹簧被压缩，弹力大小为5N时，弹簧的长度为______cm。
200
7.5
课 堂 达 标
课 时 作 业