2019-2020学年高中物理 第4章 相互作用 第2节 形变与弹力课件 鲁科版必修1

第2节形变与弹力1.了解形变和弹性限度的概念，理解弹力是物体发生弹性形变时产生的，了解弹力的应用．2．知道什么是弹力及弹力产生的条件，能够正确判断弹力的有无和弹力的方向．3．掌握胡克定律的内容和适用条件，会利用胡克定律求弹力.1.理解弹力的概念及其产生条件是本节的重点．2．理解胡克定律及弹力的计算也是本节的重点．3．分析弹力的有无及弹力的方向是本节的难点.抓主干新知预习探究破疑难核心要点突破练技巧综合拓展提升提素能随堂巩固演练练能力高效知能检测一、形变1．形变：物体发生的、、等变化称为形变．伸长缩短弯曲2．弹性体及弹性形变(1)弹性体是撤去外力后能的物体．(2)弹性形变指发生的形变．3．范性形变：物体发生形变后．4．弹性限度：当弹性体形变达到某一值时，即使撤去外力，物体也，这个值叫弹性限度．恢复原来形状弹性体不能恢复原来的形状不能恢复原状如图所示物体发生了形变，哪些物体的形变是弹性形变？哪些物体的形变是范性形变？提示：甲中拉长的弹簧、乙中压缩的弹簧、丙中弯曲的跳板发生的是弹性形变，丁中压缩的橡皮泥发生的是范性形变．二、弹力1．定义：物体发生时，由于要，会对与它产生力的作用，这种力叫弹力．2．方向：弹力的方向总是与物体形变的趋向，以使物体恢复原状．3．大小：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的长度成．这个规律是英国科学家发现的，称为．(2)公式：F＝.弹性形变恢复原状接触的物体相反伸长(或缩短)正比胡克胡克定律kx(3)劲度系数：公式F＝kx中k为比例系数，叫做弹性体的，简称，国际单位是．(4)适用条件：在弹性体的弹性限度内．4．应用(1)拉伸或压缩的弹簧可以储存．(2)弹簧具有弹性，可以、．劲度系数劲度牛/米弹性势能缓冲减震自动复位放在水平桌面上的书与桌面相互挤压，书对桌面的压力F1和桌面对书的支持力F2分别是哪个物体发生形变产生的？提示：书对桌面产生的压力是由于书发生形变，对桌面产生向下的弹力，而桌面对书产生的支持力是由于桌面发生形变，对书产生向上的弹力．弹力有无的判断方法1．弹力的产生(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)弹力产生的条件：①物体直接接触；②接触处发生弹性形变．其中，弹性形变是弹力产生的必要条件，相互接触的物体间不一定存在弹力，只有当物体在接触处产生挤压、拉伸或扭转等弹性形变时，相互接触的物体间才会产生弹力．2．弹力的有无的判断(1)直接法：对于形变效果明显的情况，可由形变情况直接判断弹力存在与否，如弹簧、橡皮筋等产生弹力的情况；(2)假设法：分析物体间的弹力，可先假设跟研究对象有所接触的物体与研究对象间存在弹力，看看被研究的物体有怎样的运动趋势，若运动趋势与事实相符，则该弹力存在，否则不存在．(3)“替换法”分析物体与杆间的弹力：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，则说明没有支持力或有拉力；否则，有支持力．[特别提醒]相互接触的物体之间不一定产生弹力，两物体之间有弹力时一定相互接触并发生弹性形变．[典例1]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，乙中细绳呈竖直方向．判断图甲、乙中小球是否受到斜面的弹力作用？[思路点拨]当物体的形变情况难以直接作出判断时，我们采用了两种假设法来分析弹力是否存在：一种是假设弹力不存在(即解除相关的接触面)，看看在其他条件不变的情况下，物体是否会改变原来的运动状态；另一种是假设弹力存在，看看物体是否能保持原来的运动状态．[规范解答]假设不存在弹力：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，乙图中小球仍能静止，故甲图中小球受到斜面的弹力，乙图中小球不受斜面的弹力．假设存在弹力：如两图中斜面均对小球有弹力作用，则甲图中小球将仍能保持静止状态，乙图中小球则不能保持静止，所以乙图中小球不受斜面弹力作用，甲图中小球受到弹力作用．[答案]见规范解答解答此类问题应把握以下两点：(1)弹力产生的条件是两物体接触且发生形变．(2)假设去掉接触面，看物体是否静止．1．图中光滑小球都与下表面接触，则绳子上一定有拉力的是()解析：把绳子剪断，B和C中两球会运动，说明绳子上一定有拉力．答案：BC弹力方向的判断1．弹力的方向：弹力的方向是与物体形变的趋向相反．(1)压力的方向：垂直于支持面指向被压的物体．(2)支持力的方向：垂直于支持面指向被支持的物体．(3)绳对物体的拉力方向：沿着绳指向绳收缩的方向．2．几种常见弹力方向的对比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收缩方向可沿杆接触方式轻杆可不沿杆类型方向图示轻弹簧沿弹簧形变的反方向[特别提醒]1.判断弹力方向的方法是：先明确两物体之间作用的类型，再根据各种类型的特点来判断弹力的方向．2．轻杆的弹力方向较为复杂，一般根据物体的平衡及运动状态确定杆的弹力的方向．[典例2]请在图中画出杆和球所受的弹力．甲：杆靠在墙上；乙：杆放在半球形的槽中；丙：球用细线悬挂在竖直墙上．[思路点拨]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)方向的关键是确定接触面．[尝试解答](1)杆在重力作用下对A、B两处产生挤压作用，故A、B两点对杆均有弹力，弹力方向与接触面垂直，如图甲所示．(2)杆在重力作用下对C、D两处都产生挤压作用，故C、D两点处对杆都有弹力，在C点处为曲面，所以C点弹力方向垂直于切面指向球心，D处弹力方向垂直于杆斜向上，如图乙所示．(3)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斜向上，如图丙所示．[答案]见尝试解答弹力的判断方法1．弹力有无的判断方法(1)根据弹力产生的条件判断；(2)利用假设法判断；(3)根据物体的运动状态判断．2．弹力方向的判断方法(1)确定物体之间作用的类型；(2)确定产生弹力的物体；(3)找出使该物体发生形变的外力方向；(4)确定物体产生的弹力方向．2.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；挡板给它一个弹力，水平向右，故选项C正确．答案：C对胡克定律的理解及应用1．应用胡克定律时应注意以下几点成立条件弹簧发生“弹性形变”，即必须在弹性限度内胡克定律F＝kxx的含义x是弹簧的形变量，即弹簧伸长(或缩短)的长度，不是弹簧的长度k的含义k是弹簧的劲度系数，反映了弹簧的“软”“硬”程度，由弹簧本身的性质(材料、粗细、长度等)决定，与弹力大小无关胡克定律F＝kx推论式ΔF＝kΔx，式中ΔF、Δx分别表示弹力的变化量和弹簧的形变量2.弹力与弹簧伸长量的关系图象表示(如图)3．弹力大小的计算(1)应用胡克定律F＝kx求解．(2)除弹簧这样的弹性体之外的弹力大小的计算，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，物体受细绳向上的拉力和重力作用．根据二力平衡，可知细绳的拉力大小等于物体重力的大小．[典例3]一根轻质弹簧，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长？该弹簧的劲度系数为多大？[思路点拨]应用胡克定律解题，一定要搞清式中各字母的物理意义，区别弹簧的原长、现长以及长度的变化量，并注意物理量单位的统一．[尝试解答]同一根弹簧的劲度系数一定，两次应用胡克定律列方程即可求解．设弹簧的劲度系数为k，原长为l0，根据胡克定律F＝kx，有F1＝k(l1－l0)，F2＝k(l2－l0)由以上两式相比可得F1F2＝l1－l0l2－l0代入数据可得l0＝10cm＝0.1mk＝F1l1－l0＝100.12－0.1N/m＝500N/m.[答案]0.1m500N/m本题也可以根据胡克定律的另一种表达式ΔF＝kΔx，先求得弹簧的劲度系数k＝ΔFΔx＝F2－F1x2－x1＝25－100.15－0.12N/m＝500N/m.再根据F1＝k(l1－l0)或F2＝k(l2－l0)求得弹簧的原长l0.3.如图所示，重为10N的物体悬挂在弹簧的下端时，弹簧伸长了2cm.现换用另一个重为20N的物体悬挂在弹簧的下端(形变仍在弹性限度内)，物体静止时弹簧的弹力大小、劲度系数分别是()A．10N、500N/mB．10N、1000N/mC．20N、500N/mD．20N、1000N/m解析：由胡克定律F＝kx知弹簧的劲度系数k＝Fx＝10N0.02m＝500N/m，弹簧上的弹力与自由端施加的力是相等的，弹力F′＝20N.答案：C某缓冲装置可抽象成如图所示的简单模型．图中k1、k2为原长相等，劲度系数不同的轻质弹簧．下列表述正确的是()①缓冲效果与弹簧的劲度系数无关②垫片向右移动时，两弹簧产生的弹力大小相等③垫片向右移动时，两弹簧的长度保持相等④垫片向右移动时，两弹簧的弹力将变大A．只有①②B．只有③④C．只有①③D．只有②④[思路点拨]劲度系数取决于弹簧本身性质；两弹簧相互作用时，它们之间的弹力必然大小相等；F＝kx.[规范解答]不同弹簧的缓冲效果与弹簧的劲度系数有关，①错误；在垫片向右运动的过程中，由于两个弹簧相连，则它们之间的作用力等大，②正确；由于两弹簧的劲度系数不同，由胡克定律F＝kx可知，两弹簧的形变量不同，则两弹簧的长度不相等，③错误；在垫片向右运动的过程中，由于弹簧不断被压缩，其形变量不断变大，则弹簧弹力将不断变大，④正确．[答案]D1．下列各种情况中，属于弹性形变的有()A．撑杆跳高运动员起跳中，撑杆的形变B．当你坐在椅子上时，椅面发生的微小形变C．细钢丝被绕制成弹簧D．铝桶被砸扁解析：“撑杆的形变”“椅面发生的微小形变”均能恢复原状，是弹性形变；“细钢丝被绕制成弹簧”不能恢复成钢丝绕制前的形状，“铝桶被砸扁”不能恢复成原样子，是范性形变．故选项A、B正确，C、D错误．答案：AB2.如图所示，一辆汽车停在水平地面上，下列说法中正确的是()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，是因为汽车也发生了形变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：汽车和路面相互挤压，都发生了弹性形变，地面要恢复原状，就会对汽车施加向上的弹力；汽车要恢复原状，就会对地面施加向下的弹力；故C正确，A、B、D错误．答案：C3．在下图中各接触面均光滑，A、B两球间一定有弹力作用的是()解析：撤去B球，只有B选项中的A球向右运动，说明只有在B选项中A、B两球一定有弹力．答案：B4．如图所示为P物体对Q物体的压力的示意图，正确的是()解析：P物体对Q物体的压力应作用在Q物体上且力的方向应垂直于接触面并指向Q物体，故B、C、D均是错误的．答案：A5．一根弹簧原长为20cm，当用15N的力拉它时，弹簧长为25cm(仍在弹性限度内)，求此弹簧的劲度系数．解析：弹簧原长l0＝20cm＝0.2m，拉长后长度l＝25cm＝0.25m，由胡克定律F＝kx＝k(l－l0)得劲度系数k＝Fl－l0＝150.25－0.2N/m＝300N/m.答案：300N/m