3.2科学探究弹力课件高一上学期物理

第3章相互作用第2节科学探究：弹力蹦极时，人由于自身所受的重力而下落，被拉伸的蹦极绳会对人产生向上的弹力，把人拉上去，如此上下振荡(图3-10)。在这个过程中，蹦极绳的弹力与形变发挥了重要作用。弹力与形变有何关系?本节将学习弹力与形变的相关内容。1.形变与弹力生活中形变无处不在。压扁的面包(图3-11)伸长的橡皮筋、凹陷的沙发、拨动的弦(图3-12)·····-些都是生活中的形变现象。我们把物体发生的伸长、缩短弯曲等形状的变化称为形变。有些物体的形变明显，容易观察，有些物体的形变却很难直接观察到。例如，一辆汽车行驶在大桥上，桥面会产生形变，用手压墙壁，墙壁也会产生形变。对于这些不易直接观察到的微小形变，可借助某些装置来验证其存在。实验与探究(1)观察桌面的微小形变如图3-13所示，激光器A射出的-束激光经平面镜B反射后在天花板上形成--个光点C。当用手压桌面时，能看到光点明显移到C位置。这说明手压桌面使桌面发生了形变。(2)观察玻璃瓶的微小形变在扁平玻璃瓶中装满水，瓶口用中间插有细披璃管的软木塞塞紧，这时瓶内的水就会上升到细彼璃管中。如图3-14所示，当用力挤压玻璃瓶的不同部位时，会发现细玻璃管中的水面会上升或下降。这说明玻璃瓶发生了形变。为便于观察，可给水加色，并将细玻璃管固定在白色纸板上、纸板上可画细刻度线作为参照。某些发生形变的物体在撒去外力后能恢复原状，这种物体称为弹性体，对应的形变称为弹性形变，如压缩的、拨动的等有些物体发生形变后不能恢复原状，这种形变称为范性形变，如压扁的面包和橡皮泥等。弹性体的形变不能无限增大，若超过一定的限度，撤去外力时物体就不能恢复原状这个限度称为弹性限度。用力把一个小球压在弹簧上，并使弹簧压缩。松开手时，小球会立刻被弹出(图3-15)。这类事例说明，相接触的物体发生弹性形变时，由于物体要恢复原状，物体会对与它接触的另一物体产生力的作用这种力称为弹力。通常所说的压力、支持力、拉力等都是弹力。弹力的方向总是与物体形变的方向相反。例如，一只竖直悬挂的桶将绳子拉伸，绳子要恢复原状，会对桶产生一个沿着绳子收缩方向(竖直向上)的拉力(图3-16)。这个与的重力平衡，从而使桶处于静止状态。再如，静止于水平桌面的书使桌面产生形变，桌面要恢复原状，会对书产生支持力。支持力大小与书所受重力相等，方向垂直于桌面竖直向上[图3-17(a)]若桌面是倾斜的，书受到的支持力方向仍垂直于桌面，但不再竖直向上，大小与书所受重力也不再相等[图3-17(b)]。2.探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系对于同一弹性材料，由于形变程度不同，弹力大小也不同。通常，弹力与形变的关系比较复杂，下面我们只探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系。实验目的(1)探究弹管弹力的大小与伸长量的关系(2)了解弹簧测力计的工作原理。实验器材铁架台、带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺。实验原理与设计将已知质量的钩码悬挂于弹簧上，由二力平衡可知单管对钩码的弹力大小等于钩码所受重力的大小。通过改变悬挂的钩码个数来改变弹簧弹力的大小，测出单黄未挂钩码时的长度(弹管原长)及挂钩码后的长度，可得出挂不同数量钩码情况下弹簧的伸长量。由此可进一步得出弹管弹力的大小与弹簧伸长量的关系。实验步骤(1)按照图3-18所安装实验装置(2)用刻度尺测量弹原长(3)在弹挂钩上依次挂不同数量的钩码，并分别记下实验所挂钩码的总质量及弹簧长度。数据分析(1)将数据及计算结果人表3-1中表3-1弹弹力的大小与伸长量的关系(2)在坐标纸上作出弹力大小随伸长量变化的图像，并进行分析讨论。实验结论(1)的弹力随伸长量的增大而___________________。(2)在误差允许范围内，弹的弹力小与__________成正比讨论(1)实验图像是否经过所有数据点?若不是，请分析误差来源(2)与其他实验小组交换实验数据、图像及结论，看看是否存在差异，并分析导致差异的原因(3)为什么弹簧测力计可测力的大小?为什么其刻度是均的?3.胡克定律大量实验研究表明:在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧伸长(或压缩)的长度X成正比，即F=kx式中的比例系数k称为弹簧的劲度系数。若力的单位用牛顿(N)长度单位用米(m)，则劲度系数的单位是牛顿每米（N/m）这个规律是英国物理学家胡克发现的，称为胡克定律。其实胡克定律还有更宽泛的含义，在高中物理中我们讨论的对象仅限于弹性限度内弹簧的形变。劲度系数与弹性体的材料、形状等因素有关，不同劲度系数的单簧用途也不同（图3-19）。生活中常说簧的“软”和“硬”，指的是弹簧劲度系数的不同，劲度系数越大则表明弹越“硬”例题如图3-20所示，一根轻弹簧长度由原来的5.00c伸长为6.00cm时，手受到的弹力为10.0N。那么，当这根弹簧伸长到6.20cm时(在单性限度内)手受到的弹力有多大?分析根据胡克定律，已知弹簧弹力F1和相应的伸长量L1-L0，可求出该弹的劲度系数由于同一弹簧的劲度系数不变，再由已知的弹簧伸长量L2-L0，就可求出手受到的弹力F2解：由题意可知，L0=5.00cm=5.00×10-2m,F1=10.0NL1=6.00cm=6.00×10-2m根据胡克定律，可得F1=kx1=k（L2-L0）当弹力为F时，弹簧伸长到L2=6.20cm=6.20×10-2m根据胡克定律，可得F2=kx2=k(L2-L0)=1.00×103N/m×(6.20-5.00)×10-2m=12.0N所以，当这根弹簧伸长到6.20cm时，手受到的弹力为12.0N讨论在题目中，弹簧的伸长量变大，弹力就会变大。那么将弹簧拉得很长甚至完全拉直，还能运用胡克定律计算吗?为什么?迁移弹簧弹力随其形变量变化的规律，还可用图像来表示一轻弹的弹力F大小与弹簧长度l的关系如图3-21所示(1)求该弹管的原长和劲度系数。根据胡克定律F=kx可知，当F=0时，弹簧处于原长，所以弹簧原长时l0=10cm，由图和胡克定律可得(2)图像中左边图线能否延长至与纵轴相交?请说明理由。图像左侧图线不能延长至与纵轴相交，因为弹簧不能被压缩到没有长度，那样就不符合实际。科学书屋尼龙扣尼龙扣(图3-22)被广泛用于生产生活中。人们的衣服、鞋子、挎包等都会用到尼龙扣。航天飞机上的物品如盘子、食品袋等的固定，也都需要使用尼龙扣尼龙扣依靠内部尼龙钩与尼龙绳的弹力，可以闭合、开启，以方便固定物品。节练习1.请参考教科书内容撰写“探究弹费弹力的大小与他长量的关系”的实验报告2.足球运动深受青少年喜爱，如图为四种与足球有关的情境。下列说法正确的是A.图(a)中，静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力B.图(b)中，静止在光滑水平地面上的两个足球相互间由于接触而产生弹力C.图(c)中，踩在脚下且静止在地上的足球可能受到三个力的作用D.图(d)中，打到球网上的足球受到弹力是因为足球发生了形变3.关于弹力的方向，下列说法正确的是()A.放在地面上的物体受到的弹力的方向总是竖直向下B,压力方向总是垂直于接触面并指向被压的物体C.细绳对物体的拉力的方向总是沿着绳并指向绳收缩的方向D.弹力的方向总是与形变的方向一致BC4.在“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”的实验中，得到如图所示的图像。试根据此图像求出该弹簧的原长及劲度系数。5.在一次蹦极中，质量为50kg的蹦极者运动到最低点时弹性绳绳长为42m，停止振荡时弹性绳绳长为24m，若该瑞极者所用弹性绳的原长为18m，劲度系数认为不变，取重力加速度g=10m/s2。求蹦极者运动到最低点时受到弹性绳的拉力。6.画