2019-2020学年新教材高中物理 第3章 第2节 科学探究：弹力（第1课时）课件 鲁科版必修第一

第2节科学探究：弹力(第1课时)课标要求1．知道形变的概念及常见的形变。2．会判断弹力的有无及弹力的方向。3．理解劲度系数的概念及影响劲度系数的因素。4．会用胡克定律计算弹簧的弹力。一、形变与弹力1．填一填(1)形变：物体发生的伸长、缩短、弯曲等的变化。(2)弹性体及弹性形变：某些发生形变的物体在撤去外力后能，这种物体称为弹性体，对应的形变称为弹性形变。(3)范性形变：有些物体发生形变后不能恢复原状，这种形变称为形变。形状恢复原状范性(4)弹性限度：当弹性体的形变一定的限度时，即使撤去外力，物体也不能恢复原状，这个限度称为弹性限度。(5)弹力及其方向①相互接触的物体发生时，由于物体要恢复原状，物体会对与它的另一物体产生力的作用，这种力称为弹力。②弹力的方向总是与物体的方向相反。超过弹性形变接触形变2．判一判(1)使物体发生形变的外力撤去后，物体一定能够恢复原来状态。()(2)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。()(3)相互接触的物体间一定存在弹力。()(4)弹力的方向一定与物体发生形变的方向相反。()×√×√3．选一选(1)下列关于弹性形变的说法，正确的是()A．物体形状的改变叫作弹性形变B．一根铁丝被用力折弯后的形变就是弹性形变C．物体在外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫作弹性形变D．物体在外力作用下的形变叫作弹性形变解析：外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫作弹性形变，C正确。答案：C(2)下列关于弹力的说法正确的是()A．相互接触的两个物体间必然有弹力存在B．不接触的物体间也可能存在弹力C．只要物体发生形变就一定有弹力D．在相互接触且发生弹性形变的物体间才产生弹力解析：弹力产生的条件是两物体相互接触且发生弹性形变，所以D正确，A、B、C错误。答案：D二、胡克定律1．填一填(1)胡克定律①内容：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧(或)的长度x成正比。②公式：F＝。(2)劲度系数①公式中的比例系数k称为弹簧的劲度系数，是一个有单位的物理量，单位为，符号。②劲度系数与弹性体的、等因素有关。伸长压缩kx牛顿每米N/m材料形状2．判一判(1)物体的形变越大，弹力也越大。()(2)弹力的大小与物体大小有关，体积越大的物体产生的弹力也越大。()(3)在弹性限度内，弹簧弹力大小与弹簧长度成正比。()(4)在弹性限度内，两根弹簧被拉长相同的长度，弹力的大小一定相等。()(5)由F＝kx可知k＝Fx，故劲度系数k与外力F成正比，与形变量x成反比。()×××××3．想一想2018年6月2日至3日，APCC•2018•第三站(星章赛)“大连金羿杯”室外射箭冠军联赛(大连站)在体育中心举行。如图的运动员正在开弓射箭，为了使箭射的更远，应如何操作呢？由此我们看出弹力的大小与形变的大小有什么样的关系？提示：为使箭射的更远运动员应使劲往外拉弓弦。在弹性限度内，弹力的大小跟形变的大小有关，形变越大，弹力也越大。突破点一弹力有无及方向的判断[学透用活]1．弹力有无的判断方法(1)方法一：对于形变比较明显的情况，可以根据弹力产生的条件判断：①物体间相互接触；②发生弹性形变。两个条件必须同时满足才有弹力产生。(2)方法二：对于形变不明显的情况，通常采用假设法判断。2．几种常见接触方式的弹力方向垂直于切面点与点过点垂直于面点与面垂直于接触面面与面接触方式示意图方向类型沿弹簧形变的反方向轻弹簧可不沿杆可沿杆轻杆沿绳收缩方向轻绳示意图方向类型[典例1]在如图所示的各图中画出物体P受到的各接触点或接触面对它的弹力的示意图，各图中物体P均处于静止状态。[解析]甲中属于绳的拉力，应沿绳指向绳收缩的方向，因此弹力方向沿绳向上；乙中P与斜面的接触面为平面，P受到的支持力垂直于斜面向上；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点弹力方向水平向右，B点弹力方向垂直于斜面向左上方，且都过球心；丁中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，且必过球心O，B点属于点与杆相接触，弹力应垂直于杆向上。它们所受弹力的示意图如图所示。[答案]见解析[规律方法]判断弹力方向的思路明确要分析的弹力⇨确定施力物体⇨分析施力物体的形变方向⇨确定该弹力的方向[对点练清]1．在下列各图中，A、B两球间一定有弹力作用的是()解析：在A图中，若拿去A球，B球静止不动，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，即A、B间存在弹力。在C图中，若拿去A球，B球静止不动，故A、B间没有挤压，即A、B间没有弹力。在D图中，不能判断A、B间有没有弹力。故选项B正确。答案：B2.如图所示，球A在斜面上被竖直挡板挡住而处于静止状态，关于球A所受的弹力，以下说法正确的是()A．球A仅受一个弹力作用，弹力的方向垂直斜面向上B．球A受两个弹力作用，一个水平向左，一个垂直斜面向下C．球A受两个弹力作用，一个水平向右，一个垂直斜面向上D．球A受三个弹力作用，一个水平向右，一个垂直斜面向上，一个竖直向下解析：球A所受重力竖直向下，与竖直挡板和斜面都有挤压，斜面给它一个支持力，垂直斜面向上，挡板给它一个压力，水平向右，C正确。答案：C3．请在图中画出杆或球所受的弹力。(a)杆靠在墙上。(b)球用细线悬挂在竖直墙上。(c)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。解析：(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，弹力方向过接触点与平面垂直。如图甲所示。(b)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。如图乙所示。(c)当重心不在球心处时，物体对球的弹力作用也必通过球心O,如图丙所示。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：见解析图突破点二弹力大小的计算[学透用活]1．弹簧弹力的计算(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，不是形变后的弹簧长度。(3)如图所示，F­x图像为一条经过原点的倾斜直线，图像斜率表示弹簧的劲度系数，对于同一根弹簧来说，劲度系数是不变的。(4)由F1＝kx1、F2＝kx2可得ΔF＝kΔx，即弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比关系，该关系由F­x图像也可得到。2．一般弹力的计算对于除弹簧外的其他弹性体的弹力大小的计算，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竖直向下的重力作用，根据二力平衡，可知绳的拉力大小等于物体的重力大小。[典例2]一根轻弹簧，当它受到10N的拉力时长度为12cm，当它受到25N的拉力时长度为15cm，弹簧始终在弹性限度内，问弹簧不受力时的自然长度为多少？该弹簧的劲度系数为多少？[思路点拨][解析]设弹簧的原长为l0，由题意知，F1＝10N，l1＝12cm；F2＝25N，l2＝15cm。法一：根据胡克定律有F1＝k(l1－l0)，F2＝k(l2－l0)两式相比可得F1F2＝l1－l0l2－l0代入数据可得l0＝10cmk＝F1x＝F1l1－l0＝1012－10×10－2N/m＝500N/m。法二：根据ΔF＝kΔx可得k＝ΔFΔx＝F2－F1l2－l1＝25－1015－12×10－2m＝500N/m。又根据F1＝k(l1－l0)可得l0＝l1－F1k＝0.12m－10500m＝0.1m＝10cm。[答案]10cm500N/m[易错警示]弹簧弹力计算中应注意的问题(1)胡克定律只能计算弹力的大小，而弹力的方向要借助弹簧是拉伸还是压缩来确定，其方向总是与弹簧恢复原状的方向相同。(2)弹簧弹力的大小(在弹性限度内)任何时候都可以用胡克定律求解，但只有在物体处于静止或匀速直线运动状态时，才能用二力平衡求解与物体相连的弹簧弹力。[对点练清]4．(2018·浙江6月学考)如图所示是一劲度系数为k的弹簧，右上方为其对应的F­x图像。O点对应弹簧自然伸展状态，弹簧拉伸至x1时弹力为F1，拉伸至x2时弹力为F2。则()A．F1＝kx1B．F1＝kx2C．F1＝k(x2－x1)D.F2＝k(x2－x1)解析：横坐标即为弹簧相应状态的形变量，由胡克定律可知选项A正确。答案：A5.如图所示，一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上，杆的另一端固定一个重为2N的小球，小球处于静止状态，则弹性杆对小球的弹力()A．大小为2N，方向平行于斜面向上B．大小为1N，方向平行于斜面向上C．大小为2N，方向垂直于斜面向上D．大小为2N，方向竖直向上解析：小球受重力和杆的支持力(弹力)作用处于静止状态，由平衡知识可知，杆对小球的弹力与重力等大、反向。答案：D6.如图所示为一轻质弹簧的长度和弹力大小的关系图像。根据图像判断，下列说法错误的是()A．弹簧的劲度系数为1N/mB．弹簧的劲度系数为100N/mC．弹簧的原长为6cmD．弹簧伸长0.02m时，弹力的大小为2N解析：由题图可知，当弹簧的弹力F＝0时，弹簧的长度等于原长，所以弹簧的原长为L0＝6cm，故C正确；由题图读出弹力为F1＝2N时，弹簧的形变量为2cm＝0.02m，由胡克定律得弹簧的劲度系数为k＝Fx＝2N0.02m＝100N/m，A错误，B正确；弹簧伸长2cm时，弹簧长度为8cm，从题图中可知弹力大小为2N，D正确。答案：A落实新课标理念，教材案例最经典。以下内容选自新课标人教版的相关内容，供同学们开阔视野，提升素养。一、STSE类问题，体现活学活用[选自人教版教材P57“演示”]通过平面镜观察桌面的微小形变如图，在一张大桌子上放两个平面镜M和N，让一束光依次被这两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点。按压两镜之间的桌面，观察墙上光点位置的变化。(1)墙上光点向哪个方向移动？(2)桌面被压后向哪个方向发生微小形变？[提示](1)墙上光点向下移动。(2)桌面被压后向下弯曲形变。二、典题好题发掘，练典题做一当十[选自人教版教材P59第6题]某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码，做实验研究弹力与弹簧伸长量的关系。他将实验数据记录在表格中。实验时弹力始终未超过弹性限度，g取10N/kg。表钩码质量与弹簧总长度钩码质量m/g0306090120150弹簧总长度l/cm6.07.28.39.510.611.8(1)根据实验数据在坐标纸上作出弹力F跟弹簧伸长量x关系的F­x图像。(2)根据F­x图像计算弹簧的劲度系数。[提示](1)由表格数据可知弹簧所受到的弹力F＝mg，弹簧伸长量x＝l－l0＝(l－6.0)cm，求出各个F和x。用描点法得出图像如下图所示：(2)图像的斜率表示劲度系数的大小，注意单位要化成国际单位，由此可得k＝26N/m。