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2 弹力,填一填,练一练,一、弹性形变和弹力(见课本第54、55页) 1.形变和弹性形变 (1)形变:物体在力的作用下发生体积和形状的改变。 (2)弹性形变:物体形变后能恢复原状的形变。 (3)微小形变:任何物体受力都能发生形变,受力而不发生形变的物体是不存在的,只不过有的形变比较明显,可以直接看见;有的形变极其微小,要用仪器才能显示出来。 2.弹力 (1)定义:发生弹性形变的物体要恢复原状对与它接触的物体产生的力。 (2)产生条件:一是两物体直接接触;二是发生弹性形变。 (3)弹性限度:如果形变过大超过一定的限度,撤去作用力后物体就不能完全恢复原来的形状,这个限度叫作弹性限度。,填一填,练一练,二、几种弹力(见课本第55页) 1.常见弹力:平时所说的压力、支持力和拉力都是弹力。 2.弹力的方向 (1)压力和支持力的方向垂直于物体的接触面。 (2)绳的拉力沿着绳而指向绳收缩的方向。 三、胡克定律(见课本第56页) 1.内容:弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。 2.公式:F=kx,其中k为弹簧的劲度系数,单位是牛顿每米,单位的符号是N/m,它的大小反映了弹簧的软硬程度。,填一填,练一练,一只松鼠站在倾斜的树枝上,则树枝对松鼠的弹力的方向为( ) A.竖直向上 B.竖直向下 C.垂直于树枝斜向上 D.沿树枝方向 解析:支持力的方向总是垂直于接触面指向被支持的物体,选项C正确。 答案:C,探究一,探究二,探究三,探究四,问题导引,名师精讲,典例剖析,当堂检测,物体间弹力有无的判断方法 如图所示,将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角烧杯中,钢球在各容器的底部与侧壁相接触,处于静止状态。若钢球和各容器都是光滑的,各容器的底部均处于水平面内,各容器的侧壁对钢球有没有弹力作用?,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,1.弹力的产生 外力作用等原因相互挤压或拉伸等发生弹性形变产生弹力 2.弹力有无的判断方法,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,【例题1】 下图中,A、B均处于静止状态,则A、B之间一定有弹力的是( ),解析:在具体判断有没有弹力时,我们用假设法进行判断。在A图中,若拿去A球,则B球仍静止不动,故A、B间没有挤压,即A、B间没有弹力。在B图中,若拿去A球,则B球将向左运动,故A、B间存在相互挤压,故A、B间存在弹力。在C图中,若拿去A球,则B球静止,即A、B间没有挤压,即A、B间没有弹力。在D图中若拿去A球,则B球可能静止,即A、B间可能没有挤压,即A、B间可能没有弹力。 答案:B,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,变式训练1 如图所示,一个小球用两根轻绳挂于天花板上,球静止,绳1倾斜,绳2恰好竖直。则小球所受的作用力个数( ) A.一定是两个 B.一定是三个 C.可能是四个 D.可能是两个,也可能是三个 解析:假设去掉绳1,小球仍处于原来的状态静止不动,所以绳1对小球不产生拉力作用;若去掉绳2,小球不会静止于原来的位置,所以绳2对小球产生拉力。所以小球受到重力和绳2对其拉力两个力的作用。 答案:A,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,弹力方向的确定 体育课上一同学将足球踢向斜台,如图所示。足球与斜台作用时斜台给足球的弹力方向如何?,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,1.弹力的方向总与引起物体形变的外力方向相反,与施力物体恢复原状的方向相同。 2.常见弹力的方向,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,【例题2】 请在图中画出物体P受到的各接触点或面对它的弹力的示意图,其中甲、乙中的物体P处于静止状态,丙中物体P在水平面上匀速滚动。,点拨:弹力方向垂直于接触面,与重心位置、物体的运动状态无关;轻绳的拉力沿着绳指向绳收缩的方向。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,解析:物体P受到的各接触点或面对它的弹力的示意图如图所示。,答案:见解析,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,变式训练2 如图所示,球A在斜面上,被竖直挡板挡住而处于静止状态。关于球A所受的弹力,以下说法正确的是 ( ) A.球A仅受一个弹力作用,弹力的方向垂直于斜面向上 B.球A受两个弹力作用,一个水平向左,一个垂直于斜面向下 C.球A受两个弹力作用,一个水平向右,一个垂直于斜面向上 D.球A受三个弹力作用,一个水平向右,一个垂直于斜面向上,一个竖直向下,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,解析:球A所受重力竖直向下,与竖直挡板和斜面都有挤压,斜面给它一个支持力,垂直斜面向上,挡板给它一个压力,水平向右,C正确。 答案:C,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,弹力的大小 如图所示,图甲表示弹簧处于原长状态,图乙表示弹簧处于拉伸状态,图丙表示弹簧处于压缩状态。 试讨论: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?,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,1.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。在国际单位制中k的单位为“N/m”。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,(4)F-x图象:根据胡克定律,可作出弹力F与形变量x的图象,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,即弹力的变化量F跟弹簧形变量的变化量x成正比。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,2.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。,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,【例题3】 一轻弹簧在10.0 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,弹簧的弹力大小有多大?,解析:(1)由F=kx得F1=k(l1-l0) (2)当该弹簧长度为4.20 cm时,弹簧处于压缩状态, 此时弹簧的弹力大小 F2=k(l0-l2)=1103(5.00-4.20)10-2 N=8 N。 答案:(1)1103 N/m (2)8 N,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,探究一,探究二,探究三,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究四,当堂检测,变式训练3 探究弹力和弹簧伸长的关系时,在弹性限度内,悬挂15 N重物时,弹簧长度为0.16 m;悬挂20 N重物时,弹簧长度为0.18 m,则弹簧的原长l0和劲度系数k分别为( ) A.l0=0.02 m k=500 N/m B.l0=0.10 m k=500 N/m C.l0=0.02 m k=250 N/m D.l0=0.10 m k=250 N/m 解析:由胡克定律可知15 N=k(0.16 m-l0),20 N=k(0.18 m-l0),解得k=250 N/m,l0=0.10 m,故选项D正确。 答案:D,探究一,探究二,探究三,典例剖析,探究四,当堂检测,探究弹力与弹簧伸长的关系 1.实验目的 (1)探究弹簧弹力与弹簧伸长的关系。 (2)学会用列表法、图象法、函数法处理实验数据。 2.实验原理 弹簧上的弹力与使它发生形变的外力在数值上是相等的,用悬挂法测量弹簧的弹力时,当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;弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度可以用刻度尺测出,其伸长量可以用弹簧的长度减去原长来求得,这样就可以定量研究弹力与弹簧伸长量之间的关系了。 3.实验器材 铁架台、弹簧、刻度尺、钩码若干、坐标纸。,名师精讲,探究一,探究二,探究三,探究四,当堂检测,名师精讲,典例剖析,4.实验步骤 (1)将弹簧的一端挂在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0,即原长。 (2)如图所示,将已知质量的钩码挂在弹簧的下端,在平衡时测出弹簧的总长并计算钩码的重力,填写在记录表格里。,(3)改变所挂钩码的质量,重复上步的实验过程多次。,探究一,探究二,探究三,探究四,当堂检测,名师精讲,典例剖析,5.数据处理 (1)用公式x=l-l0计算出弹簧各次的伸长量,填入上表。 (2)以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,用描点法作图。连接各点,得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。 (3)以弹簧伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数。首先尝试一次函数,如果不行,则考虑二次函数。 (4)得出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系,研究并解释函数表达式中常数的物理意义。,探究一,探究二,探究三,探究四,当堂检测,名师精讲,典例剖析,6.注意事项 (1)所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度。 (2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些,从而使描的点尽可能稀一些,这样作出的图线精确。 (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一条直线上,但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。 (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。,探究一,探究二,探究三,探究四,当堂检测,名师精讲,典例剖析,7.误差分析 (1)由于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作,故存在较大的测量误差。 (2)由于弹簧自身的重力的影响造成误差。 (3)当未放重物时,弹簧在自身重力的作用下,已经有一个伸长量,这样在作图线时,图线与x轴有一截距。,探究一,探究二,探究三,探究四,当堂检测,名师精讲,典例剖析,【例题4】某同学在做“探究弹力和弹簧伸长的关系”的实验中,所用实验装置如图甲所示,所用的钩码每只质量都是30 g。他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,再将5个钩码逐个挂在弹簧的下端,每次都测出相应的弹簧总长度,并将数据填在下表中。实验中弹簧始终未超过弹性限度,g取10 m/s2。试根据这些实验数据在如图乙所示的坐标系中作出弹簧所受弹力大小与弹簧总长度之间的函数关系的图线。则:,探究一,探究二,探究三,探究四,当堂检测,名师精讲,典例剖析,(1)写出该图线的数学表达式F= N。 (2)图线与横轴的交点的物理意义是 。 (3)该弹簧的劲度系数k= N/m。 (4)图线延长后与纵轴的交点的物理意义是 。,探究一,探究二,探究三,探究四,当堂检测,名师精讲,典例剖析,解析:描点作图,图象如图所示。 (1)由图象可以得出图线的数学表达式为F=(30l-1.8) N。 (2)图线与横轴的交点表示弹簧所受弹力F=0时弹簧的长度,即弹簧的原长。 (3)图线的斜率即为弹簧的劲度系数k=30 N/m。 (4)图线延长后与纵轴的交点表示弹簧长度为5 cm时的弹力,此时弹簧被压缩了1 cm,即表示弹簧被压缩1 cm时的弹力。 答案:(1)(30l-1.8) (2)弹簧原长 (3)30 (4)弹簧被压缩1 cm时的弹力,探究一,探究二,探究三,探究四,当堂检测,名师精讲,典例剖析,探究三,探究一,探究二,1,2,3,4,5,探究四,当堂检测,1.下列两个实验中体现出的共同的物理思想方法是( ) A.极限法 B.放大法 C.控制变量法 D.等效替代法 解析:题图甲是利用光的多次反射将微小形变放大;题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,选项B正确。 答案:B,1,2,3,4,5,2.(多选)关于弹力的方向,下列说法正确的是( ) A.弹力方向一定垂直于接触面 B.弹力方向不一定垂直于接触面 C.轻质绳对物体的弹力方向一定沿着绳子离开物体的方向,因为绳子只会发生拉伸形变 D.轻质绳对物体产生的弹力一定垂直于与绳相连的接触面 解析:压力或支持力的方向一定垂直于接触面,但是绳的拉力方向一定沿绳而且指向绳收缩的方向,它不一定垂直于与绳相连的接触面,选项A、D错误,B、C正确。 答案:BC,探究三,探究一,探究二,探究四,当堂检测,1,2,3,4,5,3.书放在桌面上,会受到桌面对它的弹力的作用,产生这个弹力的直接原因是( ) A.书的形变 B.桌面的形变 C.书所受到的重力 D.桌面所受到的重力 解析:书受到的向上的弹力,是由桌面形变产生的;而桌面受到向下的压力是由书形变产生的。 答案:B,探究三,探究一,探究二,探究四,当堂检测,1,2,3,4,5,4.一个球形物体O静止放在光滑的水平地面上,并与竖直墙壁相接触,A、B两点是球与墙和球与地面的接触点,则下列说法正确的是( ) A.物体受三个力,重力、地面对物体的支持力、墙壁对物体的弹力 B.物体受两个力,重力、地面对物体的支持力 C.物体受两个力,重力、物体对地面的压力 D.物体受三个力,重力、物体对地球的引力、物体对地面的压力 解析:球形物体虽与墙接触,但它们之间无弹力作用,故物体只受重力和地面对物体的支持力两个力,B对。 答案:B,探究三,探究一,探究二,探究四,当堂检测,1,2,3,4,5,5.一根轻质弹簧,当它受到10 N的拉力时 长度为12 cm,当它受到25 N的拉力时长度为15 cm,问弹簧不受力时的自然长度为多少?该弹簧的劲度系数为多少? 解析:同一弹簧劲度系数k是不变的,作用力不同,弹簧的形变量不同,但都遵从胡克定律。设弹簧的自然长度为l0,由胡克定律有 当F1=10 N,l1=12 cm时,F1=k(l1-l0) 当F2=25 N,l2=15 cm时,F2=k(l2-l0),答案:10 cm 500 N/m,探究三,探究一,探究二,探究四,当堂检测,
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