第一节 探究形变及力的关系13-10-19

1、第一节第一节 探究形变与弹力的关系探究形变与弹力的关系 2一、力的分类一、力的分类二、弹力二、弹力三三 胡克定律胡克定律四、力的图示四、力的图示一、力的分类一、力的分类从从力的作用效果力的作用效果来分类有：来分类有：拉力、压力、支持力、动力、阻力、拉力、压力、支持力、动力、阻力、吸引力、排斥力、向心力、浮力吸引力、排斥力、向心力、浮力 从从力的性质力的性质来分类有：重力、弹力、来分类有：重力、弹力、摩擦力、万有引力、分子力、电场力、摩擦力、万有引力、分子力、电场力、磁场力，以及各种场磁场力，以及各种场注意：注意：作用效果相同的力，它们的性质可能不同；作用效果相同的力，它们的性质可能不同；性质相

2、同的力作用效果可能不同。性质相同的力作用效果可能不同。1.形变形变 (1)定义定义:物体在力的作用下发生的物体在力的作用下发生的_和和_的改变的改变.(2)弹性限度弹性限度:如果形变过大如果形变过大,超过一定限度超过一定限度,物体的形状不能物体的形状不能_,这个限度叫弹性限度这个限度叫弹性限度.(3)形变一般包括形变一般包括_形变形变(或压缩形变或压缩形变) _形变形变 _形变形变.(4)微小形变放大法微小形变放大法形状形状体积体积完全恢复完全恢复拉伸拉伸弯曲弯曲扭转扭转2.弹力弹力(1)定义定义:发生发生_的物体的物体,由于要恢复原状由于要恢复原状,对跟它对跟它_的物体产生的作用力的物体产生

3、的作用力.(2)产生条件产生条件:两物体相互两物体相互_;发生发生_.形变形变接触接触接触接触弹性形变弹性形变二、弹力二、弹力(3)方向方向:压力压力(支持力支持力)的方向垂直于的方向垂直于_指向被压指向被压(被支持被支持)的物体的物体.绳的拉力方向总是沿着绳的拉力方向总是沿着_而指向绳而指向绳_的方向的方向.(4)大小大小:弹力的大小跟弹力的大小跟_的大小有关的大小有关,形变越大形变越大,弹力也越弹力也越_.支持面支持面绳绳收缩收缩形变形变大大4 弹力有无的判断方法弹力有无的判断方法（1）.弹力的产生条件：弹力的产生条件：a:物体相互接触物体相互接触b:接触面相互挤压发生弹性形变接触面相互挤

4、压发生弹性形变（2）.判断弹力有无的方法判断弹力有无的方法相互接触是产生弹力的首要条件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但相互接触的物体间不一定存在着弹力存在着弹力,只有物体接触产生弹性形变时只有物体接触产生弹性形变时,才有弹力产生才有弹力产生,当当形变不明显形变不明显,难以直接判断时难以直接判断时,经常用以下两种方法判断经常用以下两种方法判断.a:“撤物法撤物法”判断判断要判断物体在某一接触处是否受到弹力作用要判断物体在某一接触处是否受到弹力作用,可假设在该处将与物可假设在该处将与物体接触的体接触的另一物体去掉另一物体去掉,看物体是否在该位置保持原来的状态看物体是否在该位

5、置保持原来的状态,如保如保持原状态持原状态,说明没弹力说明没弹力,如状态改变如状态改变,说明有弹力说明有弹力,从而判断物体在该从而判断物体在该处是否受到弹力作用处是否受到弹力作用.b:用用“假设法假设法”判断判断如上图如上图(右右)所示所示,光滑水平面上的球靠在竖直面上静止光滑水平面上的球靠在竖直面上静止,竖直面竖直面是否对球产生力的作用是否对球产生力的作用?假设竖直面对球产生了力的作用假设竖直面对球产生了力的作用,由由力的作用效果可知力的作用效果可知,球不会静止球不会静止,故可判定没有水平弹力产生故可判定没有水平弹力产生.5 弹力方向的判断弹力方向的判断 物体所受弹力的方向总是指向该物体发生

6、形变的方向物体所受弹力的方向总是指向该物体发生形变的方向,弹弹力的作用线总是通过两物体的接触点并沿其接触点公共切面力的作用线总是通过两物体的接触点并沿其接触点公共切面的垂直方向的垂直方向. 压力的方向压力的方向是垂直于支持面指向被压的物体。是垂直于支持面指向被压的物体。 支持力的方向支持力的方向是垂直于支持面指向被支持的物体。是垂直于支持面指向被支持的物体。 拉力的方向拉力的方向指向绳收缩的方向。指向绳收缩的方向。 共同特点：共同特点： 弹力方向是垂直于两物体的接触面。弹力方向是垂直于两物体的接触面。通常有如下三种情况通常有如下三种情况:a.面面接触面面接触:弹力方向垂直于接触面弹力方向垂直于

7、接触面.b.点面接触点面接触:弹力方向垂直于接触面弹力方向垂直于接触面.c.点点接触点点接触:弹力方向垂直于公共切面弹力方向垂直于公共切面.几种重要模型几种重要模型:项目项目轻绳轻绳轻杆轻杆弹簧弹簧形变情况形变情况伸长忽略不伸长忽略不计计认为长度不认为长度不变变可伸长可伸长可缩短可缩短施力与受施力与受力情况力情况只能受拉力只能受拉力或施出拉力或施出拉力能受拉或受能受拉或受压压,可可施出拉力或施出拉力或压力压力同杆同杆力的方向力的方向始终沿绳始终沿绳不一定沿杆不一定沿杆沿弹簧轴沿弹簧轴线方向线方向力的变化力的变化可发生突变可发生突变同绳同绳只能发只能发生渐变生渐变 提示提示:(1)弹簧和杆都可以

8、产生拉力或压力弹簧和杆都可以产生拉力或压力,绳只能产生拉力绳只能产生拉力;(2)杆与物体间弹力方向不一定沿杆的方向杆与物体间弹力方向不一定沿杆的方向;(3)中学阶段中学阶段,弹簧弹簧 绳绳 杆都不计质量杆都不计质量,所以称为轻弹簧所以称为轻弹簧 轻绳轻绳 轻轻杆杆.三三 胡克定律胡克定律1.内容内容:在弹性限度内在弹性限度内,弹簧的弹力弹簧的弹力F的大小与弹簧的的大小与弹簧的 伸长伸长(或缩短或缩短)量量x成正比成正比,这一结论称为胡克定律这一结论称为胡克定律.2.表达式表达式:F=kx,还可以表示成还可以表示成F=kx.3.关于胡克定律关于胡克定律,要注意以下几点要注意以下几点:(1)定律的

9、成立是有条件的定律的成立是有条件的,这就是弹簧发生这就是弹簧发生“弹性形变弹性形变”,即必须在弹即必须在弹性限度内性限度内.(2)表达式中的表达式中的x是弹簧的形变量是弹簧的形变量,是弹簧伸长是弹簧伸长(或缩短或缩短)的长度的长度,而不是而不是弹簧的原长弹簧的原长,也不是弹簧形变后的实际长度也不是弹簧形变后的实际长度.(3)表达式中的表达式中的k是弹簧的劲度系数是弹簧的劲度系数,生活中常说有的生活中常说有的弹簧弹簧“硬硬”,有的弹有的弹簧簧“软软”指的就是它们的劲度系数不同指的就是它们的劲度系数不同.弹簧的劲度系数跟弹簧丝的粗弹簧的劲度系数跟弹簧丝的粗细细 材料材料 弹簧的直径弹簧的直径 绕法

10、绕法 弹簧的长度等量有关弹簧的长度等量有关,这个量反映了这个量反映了弹簧本身的一种物理性质弹簧本身的一种物理性质,与外力无关与外力无关.在国际单位制中在国际单位制中k的单位为的单位为“N/m”.(4)由于弹簧的形变量通常以由于弹簧的形变量通常以“cm”为单位为单位,而劲度系数而劲度系数k又往往又往往以以“N/m”为单位为单位,因而在应用上式时要注意将各物理量的单因而在应用上式时要注意将各物理量的单位统一到国际单位制中位统一到国际单位制中.4.弹力弹力F与形变量与形变量x的关系图象的关系图象.提示提示:图象中的斜率表示弹簧的劲度系数图象中的斜率表示弹簧的劲度系数,由图象可知由图象可知,对对同一弹

11、簧来说同一弹簧来说,劲度系数是不变的劲度系数是不变的.四、力的图示四、力的图示力的三要素：大小、方向、作用点力的三要素：大小、方向、作用点画力的方法画力的方法力的图示力的图示力的示意力的示意力的图示能更准确的表示出力；力的图示能更准确的表示出力；用一根带箭头的线段来表示力的大小、方向和作用点，用一根带箭头的线段来表示力的大小、方向和作用点，这种表示力的方法叫力的图示这种表示力的方法叫力的图示线段的长度表示力的大小线段的长度表示力的大小（标度：用多长的线段表示多大的力）（标度：用多长的线段表示多大的力）线段的箭头指向力的方向线段的箭头指向力的方向箭头或箭尾表示力的作用点箭头或箭尾表示力的作用点注

12、意：注意：1、标度：用多长的线段表示多大的力、标度：用多长的线段表示多大的力2、力的作用线：力的方向所沿的直线、力的作用线：力的方向所沿的直线3、线段上加上刻度、线段上加上刻度力的示意图力的示意图 只画出力的作用点和方向，表示物体在这个方向只画出力的作用点和方向，表示物体在这个方向上受到了力不需要选定标度，严格画出线段的长度上受到了力不需要选定标度，严格画出线段的长度例例1:关于弹力关于弹力,下列说法正确的是下列说法正确的是( )A.形变微小时形变微小时,弹力很小弹力很小B.形变量越大形变量越大,弹力就越大弹力就越大,弹力大小总是与形变量成正比弹力大小总是与形变量成正比C.通常所说的压力通常所

13、说的压力 支持力和拉力都是弹力支持力和拉力都是弹力D.放在水平桌面上的书对桌面的压力就是书所受到的重力放在水平桌面上的书对桌面的压力就是书所受到的重力答案答案:C变式训练变式训练1:一辆拖拉机停在水平地面上一辆拖拉机停在水平地面上,则下列说法正确的是则下列说法正确的是( )A.地面受到了向下的弹力地面受到了向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变是因为地面发生了弹性形变;拖拉机没有拖拉机没有发生形变发生形变,所以拖拉机不受弹力所以拖拉机不受弹力B.地面受到了向下的弹力地面受到了向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变是因为地面发生了弹性形变;拖拉机受到拖拉机受到了向上的弹力了向上的弹力,是因为拖拉机也

14、发生了形变是因为拖拉机也发生了形变C.拖拉机受到向上的弹力拖拉机受到向上的弹力,是因为地面发生了形变是因为地面发生了形变;地面受到向下的地面受到向下的弹力弹力,是因为拖拉机发生了形变是因为拖拉机发生了形变D.以上说法都不正确以上说法都不正确答案答案:C题型二题型二 弹力有无的判断弹力有无的判断例例2:如图所示如图所示,一小球放在两块固定的光滑夹板之间一小球放在两块固定的光滑夹板之间,板板1倾斜倾斜,板板2恰好水平恰好水平,球静止球静止.试分析小球的受力情况试分析小球的受力情况. 答案答案:见解析见解析 解析解析:解法一解法一:撤物法撤物法:将夹板将夹板2撤离撤离,小球必会下落小球必会下落,说明

15、小球与板说明小球与板2间间相互挤压相互挤压,即板即板2对小球有弹力作用对小球有弹力作用. 假想撤去板假想撤去板1,因为板因为板2是水平的是水平的,小球不会发生滚动小球不会发生滚动,可见板可见板1与小球间没有弹力作用与小球间没有弹力作用.故小球受到重力故小球受到重力G和板和板2的支持力的支持力N的作用的作用,如下图如下图(左左)所示所示.解法二解法二:假设法假设法.假设板假设板1对小球有弹力作用对小球有弹力作用,则小球的受力图则小球的受力图如上图如上图(右右)所示所示,这样小球不可能静止这样小球不可能静止,故假设不成立故假设不成立.即即F不存不存在在,小球的受力图如上图小球的受力图如上图(左左)

16、所示所示.变式训练变式训练2:如图所示如图所示,球与接触面是否存在弹力球与接触面是否存在弹力?解析解析:把甲图中的斜面去掉把甲图中的斜面去掉,小球仍静止小球仍静止,故甲球不受斜面的弹故甲球不受斜面的弹力力;把乙图中的斜面去掉把乙图中的斜面去掉,小球无法在原位置保持静止小球无法在原位置保持静止,故乙球故乙球受斜面的弹力受斜面的弹力.答案答案:甲球不受斜面的弹力甲球不受斜面的弹力,乙球受斜面的弹力乙球受斜面的弹力.题型三题型三 弹力方向的判定弹力方向的判定例例3:按下列要求画出弹力的方向按下列要求画出弹力的方向:(1)搁在光滑竖直墙与粗糙水平地面间的棒在搁在光滑竖直墙与粗糙水平地面间的棒在A B两

17、处受到两处受到的弹力的弹力(下图下图a);(2)搁在光滑半球形槽内的棒在搁在光滑半球形槽内的棒在C D两处受到的弹力两处受到的弹力(下图下图b);(3)用细绳悬挂用细绳悬挂 靠在光滑竖直墙上的小球受到的弹力靠在光滑竖直墙上的小球受到的弹力答案答案:(1)A,B两处弹力方向如图两处弹力方向如图d所示所示;(2)C,D两处弹力方向如图两处弹力方向如图e所示所示;(3)小球受到的弹力方向如图小球受到的弹力方向如图f所示所示.变式训练变式训练3:在下图中画出在下图中画出A物体受到的弹力的示意图物体受到的弹力的示意图.答案答案:A物体受到的弹力如下图所示物体受到的弹力如下图所示题型四题型四 胡克定律的理

18、解和应用胡克定律的理解和应用例例4:如右图所示如右图所示,a、b为两根相连的轻质弹簧为两根相连的轻质弹簧,它们的劲度系它们的劲度系数分别为数分别为ka=1103 N/m,kb=2103 N/m,原长分别为原长分别为La=6 cm,Lb=4 cm.在下端挂一物体在下端挂一物体G,物体受到的重力为物体受到的重力为10 N,平衡时平衡时( )A.弹簧弹簧a下端受到的拉力为下端受到的拉力为4 N,b下端受到的拉力为下端受到的拉力为6 NB.弹簧弹簧a下端受到的拉力为下端受到的拉力为10 N,b下端受到的拉力为下端受到的拉力为10 NC.弹簧弹簧a的长度变为的长度变为7 cm,b的长度变为的长度变为4.

19、5 cmD.弹簧弹簧a的长度变为的长度变为6.4 cm,b的长度变为的长度变为4.3 cm答案答案:BC解析解析:由于物体平衡由于物体平衡,弹簧弹簧b对物体的拉力和重力是一对平衡力对物体的拉力和重力是一对平衡力,又又b下端受的拉力与弹簧下端受的拉力与弹簧b对物体的拉力是一对相互作用力对物体的拉力是一对相互作用力,即大小都即大小都等于等于10 N,将弹簧将弹簧b和物体看成整体和物体看成整体,又因为是轻质弹簧又因为是轻质弹簧,所以所以a下端下端受的拉力大小为受的拉力大小为10 N,故故B正确正确.题目中两弹簧都属伸长性形变题目中两弹簧都属伸长性形变,由胡由胡克定律得克定律得Fa=(L1-La)ka

20、,Fb=(L2-lb)kb即即10=(L1-610-2)5(1103),L1=7 cm,10=(L2-410-2)2103,L2=4.5 cm.题型五题型五 杆的弹力方向的判定杆的弹力方向的判定例例5:如图所示如图所示,一根弹性杆的一端固定在倾角为一根弹性杆的一端固定在倾角为30的斜面上的斜面上,杆的另一端固定一个重为杆的另一端固定一个重为2 N的小球的小球,小球处于静止状态时小球处于静止状态时,弹弹性杆对小球的弹力性杆对小球的弹力( )A.大小为大小为2 N,方向平行于斜面向上方向平行于斜面向上B.大小为大小为1 N,方向平行于斜面向上方向平行于斜面向上C.大小为大小为2 N,方向垂直于斜面

21、向上方向垂直于斜面向上D.大小为大小为2 N,方向竖直向上方向竖直向上解析解析:小球受重力和杆的弹力作用小球受重力和杆的弹力作用,因小球静止因小球静止,故重力和弹力故重力和弹力必定大小相等必定大小相等,方向相反方向相反,所以弹力大小为所以弹力大小为2 N.答案答案:D点评点评:绳的拉力方向一定沿绳绳的拉力方向一定沿绳,而杆的弹力方向不一定沿杆而杆的弹力方向不一定沿杆,因此判断杆的弹力方向时一定要结合物体的运动状态因此判断杆的弹力方向时一定要结合物体的运动状态.变式训练变式训练5:如图所示如图所示,小车上固定着一根弯成小车上固定着一根弯成角的轻杆角的轻杆,杆的另一杆的另一端固定一个质量为端固定一

22、个质量为m的球的球,试分析当小车静止时杆对球的弹力大小试分析当小车静止时杆对球的弹力大小和方向和方向.解析解析:因为小球静止因为小球静止,故弹力与重力等大反向故弹力与重力等大反向答案答案:mg 竖直向上竖直向上1.关于弹力的产生关于弹力的产生,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( )A.只要两物体接触就一定产生弹力只要两物体接触就一定产生弹力B.只要两物体相互吸引就一定产生弹力只要两物体相互吸引就一定产生弹力C.只要物体发生形变就一定有弹力产生只要物体发生形变就一定有弹力产生D.只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物体产生弹力只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物体产生弹力作用作用答案答

23、案:D2.关于胡克定律关于胡克定律F=kx中的中的x,下述说法正确的是下述说法正确的是( )A.x是弹簧伸长后或压缩后的长度是弹簧伸长后或压缩后的长度B.x是弹簧变化是弹簧变化(伸长或压缩伸长或压缩)的长度的长度C.x是弹簧原来的长度是弹簧原来的长度D.x是弹簧原长加后来的长度是弹簧原长加后来的长度解析解析:F=kx中的中的x是指弹簧的形变量是指弹簧的形变量.答案答案:B3.关于物体对水平面的压力关于物体对水平面的压力F,下列说法正确的是下列说法正确的是( )A.F就是物体的重力就是物体的重力B.F是由于支持面发生微小形变而产生的是由于支持面发生微小形变而产生的C.F的作用点在物体上的作用点在

24、物体上D.F的作用点在支持面上的作用点在支持面上答案答案:D4.一个铁球放在水平地面上一个铁球放在水平地面上,下列关于铁球和地球受力情况的下列关于铁球和地球受力情况的叙述中叙述中,正确的是正确的是( )A.地面受到向下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地面发生了形变B.地面受到向下的弹力是因为铁球发生了形变地面受到向下的弹力是因为铁球发生了形变C.铁球受到向上的弹力是因为地面发生了形变铁球受到向上的弹力是因为地面发生了形变D.铁球受到向上的弹力是因为铁球发生了形变铁球受到向上的弹力是因为铁球发生了形变答案答案:BC5.两匹马各用两匹马各用1000 N的力的力(如下图所示如下图所示),向两边拉一只质量不计的弹向两边拉一只质量不计的弹簧秤簧秤,在没超过弹性限度的情况下在没超过弹性限度的情况下,秤的指针应该指示秤的指针应该指示( )A.2000 N B.500 NC.1000 ND.无法确定无法确定答案答案:C解析解析:弹簧秤的读数应为弹簧秤的读数应为1000 N.6.如右图所示如右图所示,某球用某球用A B两根绳悬挂起来两根绳悬挂起来,若若A绳竖直绳竖直,且且A B两绳两绳的延长线都通过球心的延长线