2019-2020学年高中物理 第二章 力 第3节 弹力课件 教科版必修1

第3节弹力学习目标素养提炼1.知道形变的概念，并会区分弹性形变和范性形变．2.知道弹力的定义及产生的条件，会判断两个物体间是否存在弹力，并会判断弹力的方向.3.掌握胡克定律并能用此定律解决有关问题.物理观念：形变、弹性形变、弹性限度、弹力科学思维：弹力的判断、胡克定律、数形结合法的应用01课前自主梳理02课堂合作探究学科素养提升03课后达标检测一、物体的形变1．形变(1)定义：物体形状或的变化．(2)常见的形变：物体的、缩短、弯曲等．2．形变的分类(1)弹性形变：撤去外力作用后物体能的形变．(2)范性形变：撤去外力作用后物体的形变或多或少仍有保留而的形变．体积伸长恢复原状不能复原3．弹性限度如果作用在物体上的外力过大，超出了，那么撤去外力后物体就不能，这个限度叫作弹性限度．一定的限度恢复原状[思考]弹簧被压缩后能使小车运动，橡皮泥被压缩后不能使小车运动，弹簧和橡皮泥被压缩后产生的效果为什么会不同？提示：弹簧被压缩后发生弹性形变，由于要恢复原状，对小车产生弹力，使小车运动，橡皮泥被压缩后不能恢复原状，橡皮泥没有恢复原状的趋势，对小车没有弹力，所以橡皮泥被压缩后不能使小车运动．二、弹力1．概念：物体发生弹性形变时，由于要，会对与它接触的物体产生力的作用．2．方向：弹力的方向总是与的方向相反．3．常见弹力：平时所说的压力、支持力和拉力都是．4．压力、支持力、拉力的方向(1)压力和支持力的方向于物体的接触面指向被压或被支持的物体．(2)绳的拉力沿着绳而指向绳要的方向．恢复原状引起形变的作用力弹力垂直收缩[判断正误](1)弹力一定产生于两个相互接触的物体间，不相互接触的物体间一定不存在弹力．()(2)支持力的方向垂直于物体的接触面．()(3)静止在水平地面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变．()√√√三、胡克定律1．内容：在弹性限度内，弹性体(如弹簧)弹力的大小与弹性体伸长(或缩短)的长度成(A.正比B．反比)．2．公式3．适用条件：在弹性体的内．A弹性限度[判断正误](1)胡克定律F＝kx中的x为弹簧形变后的长度．()(2)由公式F＝kx可知k＝Fx，故k与力F成正比，与x成反比．()(3)弹簧的劲度系数k是由本身的性质决定的，与弹力F的大小和形变量x的大小无关．()××√要点一弹力有无的判定[探究导入](1)如图甲所示，运动员“3m跳板跳水”运动的过程可简化为：运动员走上跳板，将跳板从水平位置B压到最低点A，跳板又将运动员竖直向上弹到最高点C，然后运动员做自由落体运动，竖直落入水中．运动员为什么会被弹入空中？提示：因为运动员受到外力的作用，即跳板发生形变产生的弹力的作用．(2)如图乙所示，第14届世界游泳锦标赛，墨西哥选手ISLASDanniel在男子跳水1米板比赛的最后一跳中不慎踩空跳板将右腿重重砸在跳板上而跌落水面．运动员因没有受到跳板的弹力而落水，结合问题(1)的分析，要跳板对运动员产生弹力，需要满足什么条件？提示：弹力必须发生在两个相互接触的物体之间，并且两个相互接触的物体有相互挤压或拉伸，即发生弹性形变，所以产生弹力必须同时具备以下两个条件：①两个物体直接接触；②接触面上发生弹性形变．1．弹力产生的过程外力作用等原因―→相互挤压或拉伸―→发生弹性形变―→产生弹力2．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，不受斜面的支持力方法思路例证替换法用细绳替换装置中的轻杆，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[易错提醒](1)弹力的施力物体是发生形变的物体，受力物体是跟施力物体接触并使施力物体发生形变的物体．(2)相互接触是产生弹力的首要条件，但相互接触的物体间不一定存在弹力．[典例1]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，被竖直踩在脚下且静止在水平草地上的足球可能受到4个力的作用D．丁图中，落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变[解析]甲图中足球受到的弹力是地面的支持力，A错误；静止在光滑水平地面上的两个足球虽然接触，但是没有弹力，B错误；被竖直踩在脚下且静止在水平草地上的足球受到3个力的作用，即重力、地面的支持力及脚对球的压力，C错误；落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变，D正确．[答案]D1．如图所示的情景中，两个物体a、b(a、b均处于静止状态，接触面光滑)间一定有弹力的是()解析：两物体若受水平方向的弹力，则两绳子不会竖直静止，故A错误；两物体相互挤压，故两物体间一定有弹力，故B正确；地面光滑，两物体保持静止，若有挤压，则b将运动，故C错误；b竖直悬挂，则a、b之间没有相互挤压，a、b间没有弹力，故D错误．答案：B要点二弹力方向的判定[探究导入](1)“蹦极”是一种极限运动，人自身所受的重力使其自由下落，被拉伸的橡皮绳又会产生向上的力，把人拉上去，然后人再下落．正是在这上上下下的振荡中，蹦极者体会到惊心动魄的刺激．人受到橡皮绳的弹力是哪个物体发生形变产生的？方向如何？提示：橡皮绳被拉长，由于要恢复原状，橡皮绳对人产生向上的拉力，橡皮绳对人的拉力的方向指向橡皮绳收缩的方向．(2)一铁块放在海绵上，铁块和海绵都发生了形变，从而在它们之间产生了弹力，如图所示．海绵对铁块的支持力是如何产生的？方向怎样？铁块对海绵的压力是怎样产生的？方向怎样？提示：①海绵对铁块的支持力：海绵发生弹性形变，对与它接触的铁块产生力的作用，方向垂直于接触面向上(如图甲)．②铁块对海绵的压力：铁块发生弹性形变，对与它接触的海绵产生力的作用，方向垂直接触面向下(如图乙)．(3)如图所示，绳子和弹簧与物块是否产生弹力？方向如何？提示：由于绳子和弹簧发生形变，对与它接触的物块产生力的作用，方向沿绳指向绳收缩的方向．方向如图所示．1．弹力方向的特点发生弹性形变的物体，由于要恢复原状产生弹力，所以弹力的方向由施力物体的形变的方向决定，弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反．2．几种常见弹力的方向类型方向图示面与面垂直公共接触面点与面过点垂直于面接触方式点与点垂直于切面类型方向图示轻绳沿绳指向绳收缩方向可沿杆轻杆可不沿杆类型方向图示轻弹簧沿弹簧形变的反方向[易错提醒](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．[典例2]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]图见解析[规律总结]判断弹力方向的一般步骤明确要分析的弹力→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2．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，弹力方向与接触点的平面垂直．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，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：图见解析要点三胡克定律的应用[探究导入]如图，利用钩码和刻度尺探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系．(1)仔细观察分别挂上一个砝码、两个砝码、三个砝码时弹簧的伸长量记录的数据表格，发现什么规律？试验次数力的大小弹簧的伸长Δx1FL22F2L33F3L提示：Δx3＝3Δx1，Δx2＝2Δx1，随着砝码个数的加倍弹簧的伸长量也加倍．(2)那么弹簧的弹力和砝码的重力有什么关系？提示：根据二力平衡可知两者大小相等．(3)由此我们可以得出什么样的结论？提示：在弹性限度内，弹性体的弹力和弹性体伸长(或缩短)的长度成正比．1．应用胡克定律的四个关键(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，不是弹簧的原长，也不是弹簧形变后的长度．(3)其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．同一根弹簧，劲度系数不变．(4)一个有用的推论：ΔF＝kΔx.推导：F1＝kx1，F2＝kx2，故ΔF＝F2－F1＝kx2－kx1＝kΔx.因此，弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比关系．2．计算弹力大小的两种方法(1)公式法：利用公式F＝kx计算，适用于弹簧、橡皮筋等物体弹力的计算．(2)二力平衡法：若物体处于静止状态，物体所受弹力与物体所受的其他力应为平衡力，可根据其他力的大小确定弹力的大小．[易错提醒](1)应用胡克定律无论是计算弹簧的弹力大小还是判断弹簧的弹力方向，都应注意弹簧是被拉伸还是被压缩．(2)计算时注意F、k、x单位要统一到N、N/m、m，其中x为形变量而不是弹簧长度．[典例3]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，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×10－2N/m＝500N/m.又根据F1＝k(l1－l0)可得l0＝l1－F1k＝0.12m－10500m＝0.1m＝10cm.[答案]10cm500N/m[规律总结]胡克定律F＝kx也适用于弹性绳、橡皮筋等产生的弹力的计算，只是它们只能产生拉伸弹力，不能产生压缩弹力．具体问题中要根据题意判断胡克定律是否适用．3．如图所示，轻弹簧的两端各受100N拉力F作用，弹簧平衡时伸长了10cm(在弹性限度内)，那么下列说法中正确的是()A．该弹簧的劲度系数k＝10N/mB．该弹簧的劲度系数k＝1000N/mC．该弹簧的劲度系数k＝2000N/mD．根据公式k＝Fx，弹簧的劲度系数k会随弹簧弹力F的增大而增大解析：根据胡克定律F＝kx得，弹簧的劲度系数：k＝Fx＝1000.1N/m＝1000N/m，故A、C错误，B正确；弹簧的伸长与受到的拉力成正比，弹簧的劲度系数k与弹簧弹力F的变化无关，与弹簧本身有关，故D错误．答案：