高一物理第3节弹力

1、第3节弹力自主学习探索获新知目标导航重点: (1)弹力产生的条件(2)弹力的大小计算难点: 弹力有无及方向的判断教材提炼一、物体的形变1.形变:物体 或体积的变化叫做形变.2.弹性形变:当撤去外力作用后物体能恢复 的,这类形变称为弹性形变.3.弹性限度:作用在物体上的外力不能过大,如果外力过大,超出了一定的限度,那么撤去外力后,物体就不能恢复 ,这个限度叫做弹性限度.4.范性形变:当撤去外力作用后物体的形变或多或少仍有保留而不能 的,这类形变称为范性形变.形状形状原状原状原状原状复原复原二、弹力1.定义:发生弹性形变的物体由于要恢复 ,对与它接触的物体产生力的作用,这种力称为弹力.2.方向:总

2、是与引起形变的作用力的方向 .三、常见的弹力1.常见弹力:平时所说的 力、压力和 力都是弹力,绳子的拉力通常称为张力.2.方向: (1)压力和支持力的方向 于支持面而指向被压或被支持的物体.(2)绳的拉力沿着绳而指向绳 的方向.原状原状相反相反拉拉支持支持垂直垂直收缩收缩教材P51由图2-3-4中书与桌面之间产生的弹力方向垂直于支持面而指向被压或被支持的物体.若将书放于如图所示的曲面上,它与曲面之间产生的弹力沿什么方向?教材探究答案答案: :放于曲面上时放于曲面上时, ,书所受的支持力垂直于接触点的书所受的支持力垂直于接触点的曲面切线向上曲面切线向上, ,曲面所受压力垂直于接触点的曲面切曲面所

3、受压力垂直于接触点的曲面切线向下线向下. .如图所示如图所示. .课堂探究解惑析规律要点一 弹力的产生及其有无的判断【问题导引】相互接触的物体间一定产生弹力吗?如图所示,水平地面OA和倾斜墙壁OB均光滑,球C与OA、OB均接触,接触点分别为a、b,试问接触点处是否有弹力产生?答案答案: :接触点接触点a a处处, ,假设无弹力产生假设无弹力产生, ,球球C C将在重力将在重力作用下下落作用下下落, ,而实际上球并没有下落而实际上球并没有下落, ,说明说明a a处有处有挤压挤压, ,有弹力产生有弹力产生; ;接触点接触点b b处处, ,假设有弹力假设有弹力, ,球球C C将将在斜向右下方的弹力作

4、用下向右运动在斜向右下方的弹力作用下向右运动, ,而实际上而实际上球静止球静止, ,说明说明b b处无弹力产生处无弹力产生. .因此因此, ,相互接触的物体间不一定产生弹力相互接触的物体间不一定产生弹力. .【要点透析】1.弹力产生的过程2.弹力产生的条件及弹力有无的判断(1)弹力产生的条件两物体直接接触.接触面发生弹性形变.(2)弹力有无的判断条件直接判断法根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力.此方法多用来判断较明显的情况.假设移除法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体接触的另一物体去掉,看物体是否在该位置保持原来的状态,从而判断物体在该处是否受到弹力

5、作用.例如,如图所示,一球放在光滑水平面AC上,并和光滑斜面AB接触,球静止,分析球所受的弹力.假设去掉AB面,球仍保持原来的静止状态,可判断出在球与AB面的接触处没有弹力;假设去掉AC面,球将向下运动,故在与AC面的接触处球受到弹力,其方向垂直于AC面向上.作用效果分析法如图所示,光滑水平面上的球靠着竖直面静止,竖直面是否对球产生力的作用?假设竖直面对球产生了力的作用,由力的作用效果可知,球不会静止,故可判定竖直面没有对球产生力的作用.【典例1】 (2014天津和平区期末)如图所示,A、B两物体并排放在光滑的水平面上,C物体叠放在A、B上,D物体是光滑小球,悬挂在竖直线下端,且与斜面接触,若

6、所有的接触面均光滑且都处于静止状态,下列说法中正确的是()A.B对A有弹力,且弹力方向水平向左B.D与斜面接触时,斜面未发生形变C.B对地面的压力大小等于B的重力D.A、B物体对C在竖直方向上没有弹力思路探究思路探究 (1)(1)用哪一种方法判断用哪一种方法判断A A、B B间是否有弹力最间是否有弹力最合适合适? ?答案答案: :由于由于A A、B B间无挤压间无挤压, ,应用条件直接判断法最快捷应用条件直接判断法最快捷. .(2)(2)用哪一种方法判断用哪一种方法判断D D与斜面间是否有弹力最合适与斜面间是否有弹力最合适? ?答案答案: :小球与斜面接触小球与斜面接触, ,而形变又不明显而形

7、变又不明显, ,应用假设移除法来判应用假设移除法来判断更合适断更合适. .解析解析: : A A与与B B之间没有挤压之间没有挤压, ,没有弹力没有弹力, ,选项选项A A错误错误;D;D物体受到竖物体受到竖直向下的重力和竖直向上的线的拉力处于静止状态直向下的重力和竖直向上的线的拉力处于静止状态, ,没有受到没有受到斜面的支持力作用斜面的支持力作用, ,所以斜面未发生形变所以斜面未发生形变, ,选项选项B B正确正确; ;因为因为C C物物体压在体压在A A、B B物体上物体上, ,所以所以A A、B B物体对物体对C C物体在竖直方向上有弹物体在竖直方向上有弹力力,B,B对地面的压力大小大于

8、对地面的压力大小大于B B的重力的重力, ,选项选项C C、D D错误错误. .答案答案: :B B针对训练1-1 下列关于弹力的几种说法,其中正确的是()A.只要两物体接触就一定产生弹力B.静止在水平面上的物体所受重力就是它对水平面的压力C.静止在水平面上的物体受到向上的弹力是因为水平面发生了形变D.只要物体发生形变就一定有弹力产生解析解析: :两物体接触并发生弹性形变才产生弹力两物体接触并发生弹性形变才产生弹力, ,故选项故选项A A、D D均错误均错误; ;静止在水平面上的物体所受重力的施力物体是地球静止在水平面上的物体所受重力的施力物体是地球, ,而压力的施力物体是该物体而压力的施力物

9、体是该物体, ,物体所受支持力是因为水平面物体所受支持力是因为水平面发生了形变发生了形变, ,故选项故选项B B错误错误,C,C正确正确. .答案答案: :C C要点二 弹力方向的判断【问题导引】轻杆产生的弹力一定沿着杆的方向吗?举例说明.答案答案: :不一定不一定. .如图所示如图所示, ,轻杆发生弯曲后对其一端轻杆发生弯曲后对其一端的物体产生竖直向上的支持力的物体产生竖直向上的支持力. .【要点透析】弹力的方向总是与引起形变的作用力的方向相反.几种常见弹力的方向见下:见附表【典例2】 在如图所示图中画出物体P受到的各接触点或面对它的弹力的示意图,其中(甲)、(乙)、(丙)中物体P处于静止状

10、态,(丁)中物体P(即球)在水平面上匀速滚动.解析解析: : ( (甲甲) )属于绳的拉力属于绳的拉力, ,应沿绳指向绳收缩的方向应沿绳指向绳收缩的方向, ,因此弹力因此弹力方向沿绳向上方向沿绳向上;(;(乙乙) )中中A A点属于点与球面相接触点属于点与球面相接触, ,弹力应垂直于曲弹力应垂直于曲面的切面斜向上面的切面斜向上, ,必过曲面对应的中心必过曲面对应的中心O,BO,B点属于点与杆相接触点属于点与杆相接触, ,弹力应垂直于曲面的切面斜向上弹力应垂直于曲面的切面斜向上;(;(丙丙) )中中A A、B B两点都是球面与平两点都是球面与平面相接触面相接触, ,弹力应垂直于平面弹力应垂直于平

11、面, ,且必过球心且必过球心, ,所以所以A A处弹力方向水处弹力方向水平向右平向右,B,B处弹力垂直于斜面向左上方处弹力垂直于斜面向左上方, ,且都过球心且都过球心;(;(丁丁) )中小球中小球P P不管运动与否不管运动与否, ,都是属于平面与球面相接触都是属于平面与球面相接触, ,弹力应垂直于平面弹力应垂直于平面, ,且过球心且过球心, ,即向上即向上. .它们所受弹力的示意图如图所示它们所受弹力的示意图如图所示. .答案答案: :见解析见解析针对训练2-1 按下列要求画出图中物体所受弹力的示意图.(1)斜面对物块的支持力.(2)墙壁对球的支持力.(3)大球球面对小球的支持力.解析解析:

12、:弹力的方向总是与接触面垂直弹力的方向总是与接触面垂直, ,图图(1)(1)中中, ,物物块与斜面之间是平面与平面接触块与斜面之间是平面与平面接触, ,支持力垂直于接支持力垂直于接触面指向被支持物体触面指向被支持物体; ;图图(2)(2)中中, ,墙壁和球之间是平墙壁和球之间是平面与球面接触面与球面接触, ,支持力的方向垂直于墙面过球心而支持力的方向垂直于墙面过球心而指向球体指向球体; ;图图(3)(3)中中, ,球面与球面接触球面与球面接触, ,支持力的方支持力的方向沿两球心的连线指向小球向沿两球心的连线指向小球. .答案答案: :如图所示如图所示要点三 胡克定律及其应用【问题导引】蹦极是一

13、项户外休闲活动.跳跃者站在约40米以上高度的位置,用橡皮绳固定住后跳下,落地前反弹.反复弹起落下,重复多次直至运动停止.试问:上述橡皮绳在弹性限度内是否满足胡克定律?答案答案: :实践证明实践证明, ,弹簧、橡皮条弹簧、橡皮条( (绳绳) )等一些固体材料等一些固体材料, ,在其弹性限度内在其弹性限度内, ,所产生的弹力与自身形变量均满足所产生的弹力与自身形变量均满足胡克定律胡克定律, ,即即F=kx.F=kx.【要点透析】1.实验:探究弹力与弹簧伸长的关系【实验目的】 (1)探究弹力与弹簧伸长量之间的关系.(2)学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据.(3)验证胡克定律,会求弹簧的劲度系

14、数.【实验原理】 (1)用悬挂法测量弹簧的弹力F弹簧下端悬挂的钩码静止时,弹力大小与挂在弹簧下面的钩码的重力相等,在弹簧下端悬挂不同的钩码个数,并分别求出重力,从而得到弹簧弹力.【实验器材】 铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸【实验步骤】 (1)按如图安装实验装置,记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0. (2)在弹簧下悬挂一个钩码,平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力.【注意事项】 (1)所挂钩码不要过重,以免弹簧超出它的弹性限度.(2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使坐标上描的点尽可能稀疏一些,这样作出的图线较为精确.(3)测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时

15、测量,刻度尺要保持竖直并靠近弹簧,以免增大误差.(4)描点画线时,所描的点不一定都落在图线上,但应注意一定要使各点均匀分布在图线的两侧.(5)记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位.【典例3】 (2013陕西师大附中高一上学期期中)某同学用如图(甲)所示的装置做“探究弹力与弹簧伸长量的关系”实验时,先测量出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,分别测量出指针所指的标尺刻度,所得数据列表如下:(g取10 m/s2)钩码质量m/(102g)01.002.003.004.005.006.007.00标尺刻度x/(10-2 m)15.0018.9422

16、.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根据所测数据,在图(乙)所示的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线;(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断,力在范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律.这种规格弹簧的劲度系数为k=N/m.思路探究思路探究 (1)(1)弹簧下端不挂钩码时弹簧下端不挂钩码时, ,弹簧下弹簧下端指针所指的标度刻度是何物理量端指针所指的标度刻度是何物理量? ?答案答案: :弹簧的原长弹簧的原长. .(2)(2)题中的题中的x x是指弹簧的总长度是指弹簧的总长度, ,它与弹簧的弹力它与弹簧的弹力F F之间存在怎样的关系之间存在怎样的

17、关系? ?答案答案:F=k(x-x:F=k(x-x0 0),),其中其中x x0 0为弹簧原长为弹簧原长. .解析解析: : (1)(1)如图所示如图所示. .针对训练3-1 (2014北京西城期末)某同学探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系.实验装置如图所示,刻度尺(最小刻度为毫米)的0刻度线与弹簧上端对齐.实验中,通过改变弹簧下端所悬挂钩码的质量,改变弹簧弹力,并记录下此时弹簧长度,进而求得弹簧的劲度系数k.重力加速度g取10 m/s2.课堂达标速练固双基1.下列各种情况中,属于弹性形变的是( )A.撑杆跳高运动员起跳过程中,撑杆的形变B.人坐椅子时,椅子面的形变C.细直钢丝绕成弹簧的形变D.铝制

18、易拉罐被压扁的形变解析解析: :撑杆的形变和椅子面的形变均能够恢复原状撑杆的形变和椅子面的形变均能够恢复原状, ,属属于弹性形变于弹性形变, ,选项选项A A、B B正确正确; ;细直钢丝绕成弹簧、铝制细直钢丝绕成弹簧、铝制易拉罐被压扁的形变不能恢复原状易拉罐被压扁的形变不能恢复原状, ,属于范性形变属于范性形变. .如如果审题不仔细果审题不仔细, ,误将误将“细直钢丝绕成弹簧的形变细直钢丝绕成弹簧的形变”理解理解为为“细直钢丝绕成的弹簧的形变细直钢丝绕成的弹簧的形变”, ,就会错选就会错选C.C.ABAB2.(2013临夏高一检测)关于弹力,下列说法中正确的是( )A.弹力是按效果命名的力B

19、.支持力方向一定垂直于接触面C.同胡克定律F=kx知,F越大,k越大D.弹力产生在直接接触且发生弹性形变的两物体之间解析解析: :弹力是按力的性质命名的弹力是按力的性质命名的, ,不是按效果命名不是按效果命名的的, ,故故A A错错; ;支持力方向一定垂直于接触面支持力方向一定垂直于接触面, ,故故B B对对; ;弹簧的劲度系数弹簧的劲度系数k k由弹簧本身决定由弹簧本身决定, ,与与F F无关无关, ,故故C C错错; ;由弹力的产生条件知由弹力的产生条件知D D对对. .BDBD3.(2013宜昌高一检测)关于弹力的方向,下列说法正确的是( )A.物体静止在水平桌面上,桌面对物体的支持力方向是竖直向下的B.物体沿斜面下滑时,斜面对物体的支持力方向是沿斜面向上的C.用绳悬挂物体时,绳对物体的拉力方向是沿绳收缩的方向D.用水平直杆固定路灯时,直杆对路灯的