2013-2014学年高中物理人教版必修一配套课件 第3章 2 弹力.ppt

1、2 弹 力一、弹性形变和弹力1.形变：物体在力的作用下_发生的改变。2.弹性形变：发生形变的受力物体在外力撤除后能够_的形变。3.弹性限度：超过一定的限度，撤去外力后形变物体不能完全_。4.弹力：由于要_，发生_的物体间的作用力。体积或形状恢复原状恢复原状恢复原状弹性形变二、几种弹力1.常见的三种弹力图甲中F1表示书对桌面的_，F2表示桌面对书的_；图乙表示绳的拉力，又叫绳的_。压力支持力张力2.常见弹力的方向(1)压力和支持力的方向都_(选填“垂直”或“不垂直”)于物体的接触面。(2)绳的张力沿着绳指向_的方向。垂直绳收缩三、胡克定律1.内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧_(或_)

2、的长度x成正比。2.公式：F=_，其中k为弹簧的_，单位：_，符号_。伸长缩短kx劲度系数牛顿/米N/m一、判一判1.教师站在讲台上，讲台发生了形变。()2.将铅笔折断，这时铅笔发生弹性形变。()3.所有发生形变的物体在撤去外力后都能恢复原状。()4.公式F=kx中的x是指弹簧的长度。()提示：1.。物体在力的作用下都会发生形变，教师由于受到重力的作用，双脚压紧讲台，讲台将发生形变，只不过形变量很小，不易被观察到。2.。受力物体在外力撤除后能够恢复原状的形变是弹性形变，铅笔被折断，撤去外力，铅笔不能复原，故此形变不是弹性形变。3.。只有发生弹性形变的物体在撤去外力后才能恢复原状。4.。弹簧的弹

3、力与弹簧形变量成正比，公式F=kx中的x是指弹簧的形变量，不是弹簧的长度。二、选一选关于弹力，下列说法中正确的是()A.发生形变的物体才能有弹力，也一定有弹力B.物体的形变越大，弹力也越大C.弹力的方向一定与产生弹力的物体发生形变的方向相反D.弹力的大小与物体大小有关，体积越大的物体产生的弹力也越大提示：选C。只有发生弹性形变的物体，才能产生弹力作用，A错误；弹力的大小是由形变量和劲度系数共同决定的，物体的形变量越大，弹力不一定越大，B错误；弹力的大小与物体的大小无关，D错误；弹力的方向指向物体形变恢复的方向，一定与物体发生形变的方向相反，C正确。三、想一想放在水平桌面上的书与桌面相互挤压，书

4、对桌面产生的压力和桌面对书产生的支持力，分别是由哪一个物体发生形变产生的？提示：书对桌面的压力是由于书发生了形变而产生的；桌面对书的支持力是由于桌面发生了形变而产生的。主题一弹性形变和弹力的产生【实验探究1】(1)做甲图实验，思考细管中水面的变化说明了什么？(2)做乙图实验，思考光点位置的变化说明了什么？提示：(1)甲图中细管中水面的变化说明了玻璃瓶发生了形变。(2)乙图中光点位置的变化说明了桌面发生了形变。任何物体在力的作用下，都会产生形变，只是有的现象明显，有的现象不明显。【实验探究2】(1)如图甲所示：物体A、B并排静止在光滑水平面上，A、B之间有弹力吗？提示：若移走物体A，物体B仍然静

5、止，或者移走物体B，物体A仍然静止，说明虽然A、B接触，但相互之间没有弹力的作用。(2)如图乙所示：光滑物体A、B叠放在光滑水平面上，处于静止状态，A、B之间有弹力吗？提示：如果将物体A快速撤出，物体B会立即下落，这说明A阻止了B的下落，说明A、B之间有弹力的作用。(3)如图丙所示：在光滑水平面上，用力推动小车向左压弹簧，弹簧对小车有弹力作用吗？用力推动小车向左压橡皮泥，松手后橡皮泥对小车还有弹力作用吗？弹簧和橡皮泥分别发生的是何种形变？提示：松手后，压缩弹簧的小车被弹出，这说明弹簧对小车有弹力作用；压缩橡皮泥的小车不被弹出，这说明橡皮泥对小车没有弹力作用。弹簧变形后撤去外力能恢复原状，属于弹

6、性形变；橡皮泥形变后撤去外力不能恢复原状，属于非弹性形变。从这个实验说明只有发生弹性形变的物体才能产生弹力。【知识点睛】1.对形变的理解(1)形变有两个方面：形状的改变：指受力时物体的外观发生变化，如橡皮条拉紧时，由短变长；跳水馆中的跳板本来是水平伸直的，当运动员在上面起跳时，平直的板变得弯曲；撑杆跳高时，运动员手中的撑杆由直变曲。体积的改变：指受力时物体的体积发生变化。如用力压排球，排球的体积变小；用力压海绵，海绵的体积变小。(2)形变的分类：弹性形变：物体在力的作用下发生形变，当力撤去后，物体又恢复原状的形变，如弹簧、橡皮条的形变。非弹性形变：一些物体在发生形变后，不能恢复原状的形变，如一

7、块橡皮泥，用笔杆插一个洞或用手一压，橡皮泥不会恢复原状。2.弹力产生的条件(1)物体间直接接触；(2)接触处发生弹性形变。这两个条件必须同时具备，缺一不可。【规律方法】弹力是否存在的判断方法(1)根据弹力产生的条件来判断，即物体间直接接触并且发生弹性形变。(2)对于形变不明显的情况，可选用以下三种方法来判断。利用假设法判断：可假设在该处把与物体接触的另一物体去掉，看此物体还能否在原位置保持原来的状态，若能保持原来的状态，则说明物体间无弹力作用；否则，有弹力作用。利用力的作用效果分析：如果相互接触的物体间存在弹力，则必有相应的作用效果，使受力物体发生形变或改变受力物体的运动状态，看物体的受力是否

8、与物体的运动状态相符合，从而确定物体所受弹力的有无。替代法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能不能继续保持原来的力学状态。如将侧壁斜面用海绵来替换，将硬杆用轻弹簧或细绳来替换。如图所示，如果用线替代杆BC，很显然达不到这种效果，B点会移动，因此在B点，杆有支持力的作用。【误区警示】判断弹力有无的两大误区(1)误认为只要有接触一定存在弹力作用，而忽略了弹力产生的另一个条件发生弹性形变。(2)误认为有形变一定有弹力，忽略了弹性形变与非弹性形变(撤去外力后不能恢复原状的形变)的区别。【典例1】如图所示，水平地面OA和倾斜墙OB均光滑，球C与OA、OB均接触，试分

9、析接触点a、b处有无弹力。【解题指南】a、b处形变不明显，可用假设法判断是否存在弹力。【解析】对a处，假设弹力不存在，球将在重力作用下下落，而实际并未下落，说明a处有挤压，有弹力；对b处，假设有弹力，球将受到一个斜向右下方的弹力作用，在这个力的作用下，球将向右运动，而实际上球却没有向右运动，说明b处无挤压，没有弹力。答案：a处有弹力，b处没有弹力【变式训练】(2013桂林高一检测)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

10、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.汽车和地面均没有受弹力【解析】选C。汽车停在水平地面上，因为地面发生了向下的形变，所以地面在恢复原状时对与之接触的汽车产生一个向上的弹力作用；因为汽车的车轮发生了向上的形变，所以车轮在恢复原状时对与之接触的地面产生一个向下的弹力作用，故只有C正确。主题二弹力的方向【情境探究】(1)把装有水的瓶子放在桌面上，如图甲所示。(2)如图乙、丙所示，在弹簧下端和弹簧上端分别固定物块m，都处于静止状态。(3)如图丁所示，三个重物均静止。试结合上述现象讨论：(1)图甲中的瓶子受到的弹力是由哪个物体发生形变而

11、产生的？方向如何？桌面受到的弹力是由哪个物体发生形变而产生的？方向如何？试在图中分别画出。提示：瓶子受到的弹力是桌面发生形变而产生的，方向竖直向上；桌面受到的弹力是瓶子发生形变而产生的，方向竖直向下，力的示意图如图所示。(2)乙图中弹簧对物块的弹力沿什么方向？丙图中弹簧对物块的弹力沿什么方向？由此能得到弹簧弹力方向与形变方向有何关系？提示：乙图中弹簧被拉伸，所以弹簧弹力方向竖直向上，指向弹簧收缩的方向；丙图中弹簧被压缩，所以弹簧弹力方向竖直向上，指向弹簧伸长的方向。由此可知弹簧弹力方向与形变方向相反。提示：丁图中A杆给重物的弹力F类同于绳子的作用，为拉力，方向沿杆向上，如图a所示；丁图中B杆给

12、重物的弹力F类同于支持力，方向沿杆向上，如图b所示；丁图中C杆给重物的弹力F并不沿着杆，根据二力平衡判断出F的方向应竖直向上，如图c所示。(3)丁图中杆A、B、C的弹力方向如何？请分析并画出弹力的示意图。【知识点睛】1.三种弹力的方向(1)绳中的弹力一定沿着绳且指向绳收缩的方向。(2)弹簧中的弹力一定沿着弹簧，弹力方向与形变方向相反。(3)轻杆可以拉物体也可以支撑物体，轻杆的弹力方向可能沿着杆也可能不沿杆。2.弹力方向的特点弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。【规律方法】1.判断弹力方向的步骤(1)确定物体之间弹力作用的类型；(2)确定产生弹力的物体；(3)确定物体形变的

13、方向；(4)确定物体产生的弹力方向。2.常见弹力方向的判定方法(1)点与面接触时的弹力方向：过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)而指向受力物体。如图所示。(2)面与面接触时弹力的方向：垂直于接触面而指向受力物体。如图所示。(3)球与面接触时弹力的方向：在接触点与球心的连线上而指向受力物体。如图所示。(4)球与球相接触时弹力的方向：垂直于过接触点的切面，通过两球球心而指向受力物体。如图所示。(5)绳的弹力方向：沿绳的方向且指向绳收缩的方向。如图所示。(6)轻杆的弹力方向：轻杆的弹力可以是拉力也可以是支持力，方向可沿杆也可不沿杆，弹力的方向应视题意而定，常利用平衡条件或动力学规律来判断。如图所示

14、。(7)弹簧的弹力方向：与弹簧中心轴线重合，指向弹簧恢复原状的方向，可以是拉力或支持力。如图所示。【典例2】(2013温州高一检测)按下列要求画出图中所示物体所受的弹力的示意图。(1)图甲中斜面对物块的支持力；(2)图乙中用细绳悬挂靠在光滑竖直墙上的小球受到的弹力；(3)图丙中大半球面对小球的支持力；(4)图丁中光滑但质量分布不均的小球的球心在O，重心在P，静止在竖直墙和桌边之间，试画出小球所受弹力；(5)图戊中均匀杆被细绳拉住而静止，画出杆所受的弹力。【解题指南】解答本题时要明确以下三点：(1)当点与面(或曲面)接触时，弹力方向与面之间的关系。(2)绳上弹力方向的特点。(3)接触面为球面时，

15、弹力方向的延长线或反向延长线的特点。【解析】各物体所受弹力如图所示答案：见解析【变式训练】如图所示，在图中画出物体P所受到的弹力的示意图，其中甲、乙、丙中物体P处于静止状态，丁中物体P(即球)在水平面上匀速滚动。【解析】甲受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，必过球心O，B点属于点与杆相接触，弹力应垂直于杆向上；丙中A、B两点都是球面与平面相接触，弹力应垂直于接触面或接触面的切面，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；丁中小球P不管运动与否，都属于平面与球面相接触，弹力应垂直于水平面，且过球

16、心，即向上。它们所受弹力的示意图如图所示。主题三胡克定律【情境探究】如图所示，图甲表示弹簧处于原长状态，图乙表示处于拉伸状态，图丙表示处于压缩状态。试结合上述现象讨论：(1)在公式F=kx中，x表示的是弹簧的长度吗？若不是，它表示什么意思？图甲中弹簧的原长为l0；图乙中在拉力F的作用下弹簧的长度为l1；图丙中在压力F的作用下，弹簧的长度为l2，则F和F分别等于多少？提示：x表示的是弹簧伸长的长度或缩短的长度，而不是弹簧的长度，图乙中弹簧伸长量为(l1-l0)，图丙中弹簧压缩量为(l0-l2)，所以F=k(l1-l0)，F=k(l0-l2)。(2)弹簧弹力的变化量F与形变量的变化量x是否也成正比

17、关系？试证明。提示：成正比。由于F1=kx1，F2=kx2，故F=F2-F1=kx2-kx1=k(x2-x1)=kx，所以弹簧的弹力的变化量F与形变量的变化量x也成正比。(3)若以弹力和弹簧形变量分别作为纵轴和横轴建立F-x图像，图像的斜率表示什么物理意义？如果弹簧1、2的F-x图像如图所示，哪根弹簧的劲度系数较大？提示：由胡克定律F=kx可得k=，所以F-x图像的斜率表示弹簧的劲度系数，斜率越大，劲度系数越大，弹簧越硬。由图可知：图像1的斜率较大，所以弹簧1的劲度系数较大。【知识点睛】对胡克定律的理解(1)定律的适用条件：弹簧发生弹性形变且必须在弹性限度内。(2)表达式中的x的意义：弹簧的形

18、变量，即弹簧伸长或缩短的长度，而不是弹簧的原长，也不是弹簧形变后的实际长度，同一弹簧伸长或压缩相同长度时，弹力大小相等，但方向不同。(3)表达式中的k的意义：弹簧的劲度系数，它反映了弹簧的“软”“硬”程度，是由弹簧本身的性质(材料、长度、粗细等)决定的。在国际单位制中k的单位为“N/m”。(4)单位应用：由于弹簧的形变量x通常以“cm”为单位，而劲度系数k又往往以“N/m”为单位，因而在应用上式时要注意将各物理量的单位统一为国际单位制。(5)F-x图像：根据胡克定律，可作出弹力F与形变量x的图像，如图所示，这是一条通过原点的倾斜直线，其斜率()反映了k的大小，故胡克定律还可写成：F=kx，即弹

19、力的变化量F跟弹簧形变量的变化量x成正比。【规律方法】弹力大小的计算方法(1)弹簧的弹力应用胡克定律F=kx求解。(2)除弹簧之外的其他弹力大小的计算，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，物体受绳向上的拉力和重力作用。根据二力平衡，可知绳的拉力大小等于物体重力的大小。【典例3】(2013德阳高一检测)如图所示为一轻质弹簧的长度l和弹力F大小的关系图像，试由图像确定：(1)弹簧的原长。(2)弹簧的劲度系数。(3)弹簧伸长10 cm时，其弹力的大小。【解题指南】解答本题时应明确以下两点：(1)F-l图像中l的意义。(2)图线的斜率在数值上等于弹簧

20、的劲度系数。【解析】(1)由图知，当弹簧长度为10 cm时，弹力F=0，故弹簧的原长l0=10 cm。(2)由图可知，当弹力的变化量F=10 N时，弹簧长度的变化量x=5 cm=0.05 m，由F=kx得k=(3)当x=10 cm=0.1 m时，由F=kx得F=2000.1 N=20 N。答案：(1)10 cm (2)200 N/m (3)20 N【变式训练】一根轻弹簧在10.0 N的拉力作用下，长度由原来的5.00 cm伸长为6.00 cm。那么(1)当这根弹簧长度为4.20 cm时，受到的压力有多大？弹簧的劲度系数为多大？(2)当弹簧受到15 N的拉力时，弹簧的长度是多少？【解析】(1)已

21、知弹簧原长l0=5.00 cm=5.0010-2 m在拉力F1=10.0 N的作用下伸长到l1=6.00 cm=6.0010-2 m根据胡克定律F1=kx1=k(l1-l0)可得k=1.00103 N/m即弹簧的劲度系数为1.00103 N/m。当压力为F2时，弹簧被压缩到l2=4.20 cm=4.2010-2 m根据胡克定律F2=kx2=k(l0-l2)=1.00103(5.00-4.20)10-2 N=8.0 N，即压力为8.0 N(2)此时弹簧的弹力F=15 N，弹簧的伸长量为x。由胡克定律得此时弹簧的长度为l=l0+x=6.5 cm。答案：(1)8.0 N 1.00103 N/m (2

22、)6.5 cm1.(基础理论辨析题)下列说法正确的是()A.相互接触的两个物体间一定有弹力作用B.静止在地面上的物体对地面的压力就是物体的重力C.物体用绳竖直悬挂，物体对绳的拉力是由于绳的形变而产生的D.轻杆的弹力方向可以沿着杆，可以垂直于杆，也可以与杆成任意夹角E.弹簧的弹力大小与弹簧的长度成正比F.弹簧的劲度系数的大小与弹力大小无关，由弹簧自身决定【解析】选D、F。两个物体相互接触且有挤压作用时，才有弹力产生，故A错；由二力平衡知识得，静止在水平地面上的物体对地面的压力大小可以等于物体的重力，但压力不是重力，二者的施力物体和受力物体都不同，故B错；物体对竖直悬绳的拉力是由于物体形变而产生的

23、，故C错；轻杆的弹力方向可以与杆成任意夹角，故D对；弹簧的弹力大小与伸长(或压缩)的长度成正比，故E错；弹簧的劲度系数与弹簧的长度、粗细、材料等有关，与弹力大小无关，故F对。2.下列关于弹力的说法正确的是()A.木块放在桌面上受到一个向上的弹力，这是由于木块发生了形变而产生的B.拿一根细竹竿拨动水中的木头，木头受到竹竿的弹力，这是由于木头发生了形变而产生的C.绳对物体的拉力方向不一定沿着绳收缩的方向D.挂在电线下的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小形变而产生的【解析】选D。发生弹性形变的物体对与之接触且使之发生形变的物体产生弹力作用，而不是对自身，故A、B错误，D正确；绳对物体的拉力方向总

24、是沿着绳且指向绳收缩的方向，C错误。3.下列叙述中错误的是()A.压力、支持力和拉力都是弹力B.压力和支持力的方向总垂直于接触面C.轻绳、轻杆上产生的弹力总是在绳、杆的直线上D.两个物体间存在弹力，这两个物体一定接触【解析】选C。压力、支持力和拉力都是根据效果命名的，其性质都是弹力，压力和支持力的方向总是垂直于接触面，故A、B正确。对细绳来说，形变只能是拉伸形变，因此弹力方向只能沿绳的方向。但对杆来说，形变不只是拉伸形变，它还可以是弯曲形变，故轻杆上的弹力方向可以不在杆的直线上，故C错误。根据弹力的产生条件，D正确。4.(2013南安高一检测)如图所示，一根原长为10 cm的弹簧，劲度系数是k=103 N/m，在弹簧两端有两人各用F=20 N的水平力拉弹簧，静止时弹簧的长度为()A.12 cm B.10 cmC.14 cm D.6 cm【解析】选A。弹簧上弹力为20 N，根据胡克定律可知F=kx，x=0.02 m=2 cm，弹簧的长度为12 cm，选项A正确。5.画出图中物体A和B所受重力、弹力的示意图。(各接触面均光滑，各物体均静止)【解析】各图中A、B受力如图所示答案：见解析