探究形变与弹力的关系

1、第一节探究形变与弹力的关系学 习 目 标知 识 脉 络1.了解常见的形变和弹性形变2知道弹力产生的原因和条件3知道压力、支持力和拉力都是弹力，会分析弹力的方向，能正确画出力的图示及示意图(重点)4理解胡克定律，会用Fkx分析、解决有关问题(难点) 认 识 形 变 、 弹 性 与 弹 性 限 度1认识形变(1)形变：物体形状发生变化(2)形变的种类：压缩形变、拉伸形变、弯曲形变和扭曲形变等2弹性与弹性限度(1)弹性：弹簧具有恢复原状的性质(2)弹性形变：撤去外力后，物体能完全恢复原状的形变，称为弹性形变(3)弹性限度：如果外力过大，撤去外力后物体形状不能完全恢复，我们称这种现象为超过了物体的弹性

2、限度1所有形变在撤去外力后都能恢复原来的形状(×)错误原因：发生弹性形变的物体可恢复原状非弹性形变不能恢复原状2一根铁丝用力弯折后的形变不是弹性形变()3物体在外力停止作用后，能够恢复原状的形变叫弹性形变()弹簧测力计测量时，弹簧发生的是弹性形变吗？面团发生的形变是弹性形变吗？【提示】弹簧发生的是弹性形变，面团发生的不是弹性形变探讨1：用手拉伸和压缩弹簧，弹簧的形状发生怎样的变化？【提示】弹簧会伸长或缩短探讨2：有的形变很微小，很难观察，可采用什么样的方法？【提示】显示微小形变的方法是：力学放大法1形变：物体在外力作用下形状或体积的变化叫做形变如果外力撤去后物体能够完全恢复原状，这种

3、形变叫做弹性形变，不能完全恢复原状的形变叫做非弹性形变一般情况下，若无特别说明，形变通常指的是弹性形变2产生弹力的条件：(1)两个物体直接接触；(2)接触面上发生弹性形变1如图3­1­1中两个实验中体现出的共同的物理思想方法是()图3­1­1A极限法B放大法C控制变量法 D等效替代法【解析】图甲是利用光的多次反射将微小形变放大；图乙是利用细管中液面的变化观察玻璃瓶的微小形变，故为放大法，B正确【答案】B2(多选)下列各种情况中，属于弹性形变的有()A撑竿跳高运动员起跳中，撑竿的形变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

4、析】通过下表对各项逐一分析选项透析过程结论A项当运动员对竿的作用力消失后，竿仍能恢复原来的形状B项当人站起时，椅面发生的微小形变会立即消失C项细钢丝被绕制成弹簧后，形状无法恢复×D项铝桶被砸扁后，形状同样无法恢复×【答案】AB观测物体形变的方法1形变明显的，如弹簧伸长或缩短，橡皮条被拉长等，可以直接观察和测量2有的形变量非常少，我们很难观察到，可以通过放大来观察微小的形变探 究 弹 力1弹力：产生形变的物体由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生的力的作用，这种力称为弹力2弹力的方向：(1)压力方向垂直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

5、)绳子对物体的拉力方向指向绳子收缩的方向3胡克定律(1)内容：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或缩短)量x成正比(2)公式：Fkx，其中k为弹簧的劲度系数，单位：N/m，读作牛顿每米不同的弹簧，其劲度系数不同1两个接触的物体，若它们间有弹性形变，则一定有弹力的作用()2弹簧只有发生形变时，k数值才不为0.(×)3弹簧的劲度系数与弹力的大小无关()对于同一根弹簧，被拉得越长，弹簧的弹力就越大，那么弹簧的弹力大小是否与其长度成正比？【提示】不是，弹簧的弹力在其弹性限度内与形变量成正比，不是与长度成正比探讨1：弹力的方向是否与物体形变的方向相同？【提示】弹力的方向与物体形变方向

6、相反探讨2：据胡克定律Fkx得k，能否说劲度系数k与F成正比，与x成反比？【提示】不能，劲度系数k由弹簧本身决定，与F、x无关1弹力方向的确定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，弹力的方向总与施力物体形变的方向相反，作用在迫使物体发生形变的物体上几种常见弹力的方向如下表：类型方向图示平面产生的弹力垂直于平面指向受力物体点产生的弹力过点垂直于和点接触的平面(或曲面的切面)曲面产生的弹力垂直于曲面的切面轻绳产生的弹力沿绳指向绳收缩的方向轻弹簧产生的弹力沿弹簧与形变方向相反轻杆产生的弹力可沿杆可不沿杆2.对胡克定律的理解(1)胡克定律成立的条件是：弹

7、簧发生弹性形变，即必须在弹性限度内(2)Fkx中的x是弹簧的形变量，是弹簧伸长或缩短的长度，而不是弹簧的总长度(3)Fkx中的k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和伸长量x无关(4)由Fkx可知，弹簧上弹力的变化量F与形变量的变化量x也成正比关系，即Fkx.3在如图3­1­2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均处于静止状态甲 乙丙丁图3­1­2【解析】甲属于绳的拉力，应沿绳指向绳收缩的方向，因此弹力方向沿绳向上；乙中P与斜面接触面为平面，P受到的支持力垂直

8、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处弹力方向水平向右，B处弹力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甲乙丙丁【答案】见解析4一轻质弹簧原长为8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为()【导学号：60042108】A40 m/NB40 N/mC200 m/N D200 N/m【解析】由Fkx知，弹簧的劲度系数k N/m200 N/m，选项D正确【答案】D5一轻弹簧在1

9、0.0 N的拉力作用下，长度由原长5.00 cm伸长为6.00 cm.则(1)弹簧的劲度系数为多大？(2)当该弹簧长度为4.20 cm时，弹簧的弹力有多大？【解析】(1)由Fkx得F1k(l1l0)即k1×103 N/m.(2)当该弹簧长度为4.20 cm时，弹簧处于压缩状态，此时弹簧的弹力F2k(l0l2)1×103×(5.004.20)×102 N8 N.【答案】(1)1×103 N/m(2)8 N弹力大小的计算1公式法：利用公式Fkx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

10、，可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小(目前主要分析二力平衡的情况)力 的 图 示1力的示意图：用一带箭头的线段表示力的方向和作用点的线段2力的图示：线段按一定比例(标度)画出，线段的长度表示力的大小，线段的箭头指向力的方向，箭尾(或箭头)表示力的作用点1力的图示只能表示力的大小和方向(×)2力的图示和力的示意图没有区别(×)3力的作用点只能用箭尾表示(×)1要完整的表示某一力需要表示出哪些方面？【提示】需表示出力的大小、方向、作用点这三个方面，这种表示方法叫力的图示2要用作图法准确地表示一个力，是作力的图示呢，还是作力的示意图？【提示】由于力的图示可以同

11、时表示出力的三要素，而力的示意图只能表示出力的作用点和方向，不能准确表示出力的大小，故采用力的图示法表示力较为准确探讨1：影响力的作用效果有哪些？【提示】有三个：力的大小、方向、作用点探讨2：一个物体受多个力的作用，在作多个力的图示时，选取的标度是否相同？【提示】一般为了解题方便，同一个图中的标度是相同的1力的图示：用一条带箭头的线段(有向线段)来表示力的三要素(1)线段的长短(严格按标度画)表示力的大小；(2)箭头指向表示力的方向；(3)箭尾(或箭头)常画在力的作用点上(在有些问题中为了方便，常把一个物体用一个点表示)注意：(1)标度的选取应根据力的大小合理设计一般情况下，线段应取25个整数

12、段标度的长度(2)画同一物体受到的不同力时要用同一标度2力的示意图：用一条带箭头的线段来表示力方向和作用点(1)从作用点开始沿力的方向画一适当长度的线段；(2)在线段的末端标出箭头，表示力的方向注意：对于几何形状规则的物体，在画力的图示和示意图的时候，有向线段的起点可画在几何中心为简化，也可以把物体用质点代替6如图3­1­3所示，一物体A受到一个大小为10 N的拉力作用，该拉力方向与水平方向成30°角斜向上，画出这个拉力的图示图3­1­3【解析】题图仅是拉力的示意图，而不是拉力的图示，画力的图示时，应按以下步骤进行：(1)选定标度，本题我们可以选取1 cm长的线段表示5 N的力(2)沿力的方向并且从力的作用点开始，按比例画出一线段，图中有向线段的长度为2 cm.(3)在线段末端标出箭头，如图甲所示，为了简便，还可以将受力物体用一个点来代替，将力画成如图乙所示甲 乙【答案】见解析7如图3­1­4所示，压缩弹簧对拇指的弹力15 N，作出拇指受力的图