2019-2020学年高中物理 第三章 2 弹力课件 新人教版必修1

2弹力1.知道弹力产生的条件。2.知道压力、支持力、绳的拉力都是弹力,能在力的示意图中画出它们的方向。3.知道弹性形变越大,弹力越大,知道弹簧的弹力跟弹簧的形变量成正比,即胡克定律。会用胡克定律解决有关问题。一二三一、弹性形变与弹力1.接触力定义:相互接触的物体间产生的相互作用力。如:拉力、压力、支持力、摩擦力等分类:按性质可分为弹力和摩擦力两类,它们在本质上都是由电磁力引起的一二三2.形变和弹性形变形变:物体在力的作用下发生体积或形状的改变弹性形变:在形变后撤去作用力时能恢复原状的形变微小形变:任何物体受力后都能发生形变,受力而不发生形变的物体是不存在的,只不过有的形变比较明显,可以直接看见;有的形变极其微小,要借助专门的仪器才能显示出来弹性限度:如果形变过大,超过一定的限度,撤去作用力后物体就不能(选填“能”或“不能”)完全恢复原来的形状,这个限度叫作弹性限度一二三3.弹力定义:发生弹性形变的物体要恢复原状,对与它接触的物体产生的力产生条件:一是两物体直接接触;二是发生弹性形变在伦敦举行的奥运会测试赛蹦床项目的比赛中,中国选手获得男子个人项目的金银牌。比赛中所用蹦床发生的是什么形变?提示:弹性形变。一二三二、几种弹力常见的拉力、压力、支持力在本质上都属于弹力。弹力的方向总是与物体形变的方向相反,具体如下:1.压力和支持力的方向总是垂直于接触面,并指向被压或被支持的物体。2.绳拉力的方向总是沿着绳,并指向绳收缩的方向。3.轻杆的弹力可能沿杆,也可能不沿杆。一二三三、胡克定律弹力的大小跟形变的大小有关,形变越大,弹力也越大,形变为零,弹力随之消失内容:在弹性限度内,弹簧的弹力跟它的形变量成正比表达式:𝐹=𝑘𝑥。其中𝑘为弹簧的劲度系数,单位是N/m。反映了弹簧的力学性质适用条件:在弹簧的弹性限度内一二三如图所示,跳水运动员的成绩与起跳的时机很有关系。为了获得较大的弹力,运动员在跳板运动到最上端、中间位置,还是最下端时起跳最合适?提示:弯曲的跳板会给运动员以弹力,因而跳水运动员会被压弯的跳板弹起。当跳板运动到最下端时形变最大,产生的向上的弹力最大。因此,起跳的最佳时机应该是跳板运动到最下端时。一二三一、物体间弹力有无的判断方法方法思路例证假设法假设将与研究对象接触的物体解除接触,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图中细线竖直、斜面光滑,因为去掉斜面体,小球的运动状态不变,故小球只受细线的拉力,不受斜面的支持力一二三方法思路例证替换法用细绳替换装置中的杆,看能不能维持原来的力学状态,如果能维持,则说明这个杆提供的是拉力;否则,提供的是支持力图中轻杆AB、AC。用绳替换AB,原装置状态不变,说明AB对物体施加的是拉力;用绳替换AC,原状态不能维持,说明AC对物体施加的是支持力一二三方法思路例证状态法由运动状态分析弹力,即物体的受力必须与物体的运动状态相符合,依据物体的运动状态,由二力平衡(或牛顿第二定律,后面将学到)列方程,求解物体间的弹力图中各接触面均光滑,小球处于静止状态,由二力平衡条件可知,地面对小球的支持力和重力可使小球处于平衡,但没有与墙面对小球的弹力相平衡的力,因此竖直墙面对小球不产生弹力的作用一二三二、弹力方向的确定类型方向图示接触方式面与面与接触面垂直点与面与接触面垂直且过“点”点与点与公切面垂直轻绳沿绳指向绳收缩的方向一二三类型方向图示轻杆可沿杆可不沿杆轻弹簧沿弹簧形变的反方向一二三温馨提示轻绳只能产生拉力,方向沿绳子指向绳子收缩的方向;对于轻杆则不同,轻杆既能产生拉力也能产生压力,并且方向不一定沿着杆的方向。一二三三、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k称为弹簧的劲度系数,只与弹簧本身有关,由弹簧的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。k越大,弹簧越“硬”;k越小,弹簧越“软”。(2)弹力与弹簧伸长量的关系可用F-x图像表示,如图所示,图线的斜率即为弹簧的劲度系数。(3)弹簧弹力的变化量ΔF与形变量Δx也成正比关系,即ΔF=kΔx。一二三2.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,根据二力平衡可得拉力的大小等于物体重力的大小,主要适用于二力平衡的情况。类型一类型二类型三类型一弹力有无的判断【例题1】如图所示,A、B两物体并排放在水平桌面上,C物体叠放在AB上,D物体悬挂在绳的下端时绳恰好竖直,且与斜面接触。若接触面均光滑,下列说法正确的是()A.A对B的弹力方向水平向右B.C对地面的压力大小等于C的重力C.D对斜面没有压力作用D.斜面对D的支持力垂直斜面向上点拨:物体接触并产生弹性形变时就能产生弹力作用,无法直接判断有无形变时,可用假设法。类型一类型二类型三解析:A和B接触但没有相互挤压,所以A和B之间不产生弹力作用,选项A错误;C对A、B产生向下的压力作用,对地面并不产生压力,选项B错误;如果撤去斜面,D物体仍然静止,处于原来的状态,所以D与斜面之间没有弹力作用,选项C正确,D错误。答案:C题后反思判断有无弹力的步骤:(1)明确研究对象,明确接触情况;(2)假设将与物体相接触的物体撤去,分析研究对象是否还能在该位置保持原来的状态;(3)若研究对象不能保持原来的状态,说明该处有弹力,反之,就没有弹力。类型一类型二类型三触类旁通若将悬挂D的细绳换成橡皮绳,橡皮绳仍竖直,D球受不受斜面的支持力作用呢?解析:假设斜面对D球有支持力作用,则D球在竖直拉力、重力、支持力作用下,不可能静止,因此D球不受斜面的支持力。答案:不受。类型一类型二类型三类型二弹力方向的判断【例题2】在半球形光滑碗内,斜搁一根筷子,如图所示,筷子与碗的接触点分别为A、B,则碗对筷子A、B两点处的作用力方向分别为()A.均竖直向上B.均指向球心OC.A点处指向球心O,B点处竖直向上D.A点处指向球心O,B点处垂直于筷子斜向上点拨:关于弹力方向的判断方法有如下几种情形:弹力的方向总是与施力物体的形变方向相反,压力和支持力的方向总是垂直于接触面指向受力物体,因此,判断弹力(压力、支持力)的方向,关键是确定接触面。类型一类型二类型三解析:在A点处,当筷子滑动时,筷子与碗的接触点在碗的内表面(半球面)上滑动,所以在A点处的接触面是球面在该点的切面,此处的弹力与切面垂直,即指向球心O。在B点处,当筷子滑动时,筷子与碗的接触点在筷子的下表面上滑动,所以在B点处的接触面与筷子平行,此处的弹力垂直于筷子斜向上。正确选项为D。答案:D题后反思有些同学常把A点的弹力画成沿棒的方向,这是不正确的。因为弹力是被动力,它是在物体受到外力作用发生形变后产生的,在图中A点棒使支持面形变的压力是沿半径方向压向碗壁的。类型一类型二类型三类型三弹力大小的计算——胡克定律【例题3】如图所示,一根轻弹簧,其自由端B在未悬挂重物时,正对刻度尺的零刻度线,挂上100N的重物时,正对刻度尺20cm的刻度线。那么该弹簧的劲度系数k=N/m,当挂上150N的重物静止时,自由端B对应刻度尺cm的刻度线;如果自由端B对应刻度尺18cm的刻度线,那么弹簧上挂N的重物。类型一类型二类型三解析:弹簧自由端B在未悬挂重物时处于原长状态。当挂上100N的物体时由题意可知,弹簧伸长了20cm,根据胡克定律得弹簧的劲度系数k=𝐹1𝑥1=1000.2N/m=500N/m;当挂上150N的重物静止时,弹簧的伸长量x2=𝐹2𝑘=150500m=0.3m=30cm,即自由端B对应刻度尺30cm的刻度线;自由端B对应刻度尺18cm的刻度线时,弹簧受的弹力F3=kx3=500×0.18N=90N。答案:5003090题后反思对于弹簧弹力的大小,应用胡克定律计算,其中x是弹簧的伸长量或者压缩量。