粤教版高中物理 必修1 第三章 第一节 探究形变与弹力的关系

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1、第三章研究物体间的相互作用 第一节探究形变与弹力的关系 1 形变 物体在外力的作用下 或 发生变 化称为形变 形状 体积 拉伸 1 形变的种类有 形变 形变 形变和 形变 扭曲 放大 2 任何物体都会发生形变 微小的形变常采用 法显示 压缩 弯曲 2 弹性形变 发生形变的物体 当外力撤除后 物体能够 原状的形变 完全恢复 3 非弹性形变 发生形变的物体 当外力撤除后 物体不 能够 原状的形变 完全恢复 最大 4 弹性限度 发生弹性形变的物体 外力撤除后能够完全恢复原状的 形变 5 关于弹性形变的概念 下列说法中正确的是 A 物体形状的改变叫弹性形变B 物体在外力停止作用后的形变 叫弹性形变C

2、一根铁杆用力弯折后的形变就是弹性形变D 物体在外力停止作用后 能够完全恢复原来形状的形变 叫弹性形变解析 根据弹性形变的定义 能够完全恢复原状的形变叫弹性形变可知A B C错误 D正确 答案 D 6 双选 关于弹力的产生 下列说法正确的是 A 木块在桌面上受到的向上的弹力 是由于木块发生微小形变而产生的B 木块在桌面上受到的向上的弹力 是由于桌面发生微小形变而产生的C 挂在悬线下的物体受到的向上的拉力 是由于悬线发生微小形变而产生的D 挂在悬线下的物体受到的向上的拉力 是由于物体发生微小形变而产生的 解析 木块受到的弹力是因为桌面发生了微小的形变而要恢复原状 从而对木块产生向上的弹力 A错误

3、B正确 挂在悬线下的物体受到的弹力是因为线受力而发生伸长的形变 悬线要恢复原状 从而对物体产生向上的弹力 C正确 D错误 答案 BC 知识点1弹力的产生 弹力 接触 弹性 如图3 1 1所示 圆木被弯曲的细木棍推开 圆木被推开的原因是它受到细木棍的 作用 细木棍对圆木产生弹力需要两个条件 一是细木棍与圆木相互 二是细木棍与圆木相互挤压产生 形变 图3 1 1 1 发生形变的物体由于要恢复原状 对与它接触的 并使 它发生形变的另一个物体产生的作用力叫弹力 2 产生弹力的条件 两物体既要接触 又要发生形变 3 形变和物体间弹力是同时产生 同时变化 同时消失的 4 通常所说的压力 推力 拉力 张力

4、浮力 支持力等 本质上都是弹力 5 形变不明显时弹力是否存在的判断方法 假设法 假设在该处将与物体接触的另一物体去掉 看物体还能否在原位置保持原来的状态 从而判断该物体是否受弹力作用 例1 分析图3 1 2中甲 乙 丙中接触面对小球 物块 是否有弹力作用 甲 乙 丙三图的物体均处于静止状态 图3 1 2 解析 甲图 如果物块与斜面体间不存在弹力 则物块所受合力不能为零 物块不能处于静止状态 乙图 如果水平面与小球间没有弹力 则小球将竖直向下掉 挡板与小球间如果没有存在弹力 挡板将不能处于静止状态 丙图 水平面如果没有弹力则小球将在重力作用下向下运动 斜面若有弹力则小球运动状态将改变 故斜面与小

5、球间没有弹力 点评 掌握产生弹力的条件是理解弹力概念的前提 采用撤力法是分析弹力是否存在最常用的方法 特别是分析微小形变产生的弹力 触类旁通 1 在下图中 a b两个小球相互间一定有弹力作用的是 其 中A B两图中a b两球均用轻绳悬挂 A B C D 解析 由弹力产生的条件可知 物体之间有接触但不一定互相挤压 是否挤压可以用假设法进行判断 撤去其中一物体 看另一物体是否运动 故A C D错误 B正确 答案 B 知识点2弹力的方向 左 右 相反 情景一 2012年3月27日 中国射箭队奥运选拔赛第二阶段比赛在广州黄村训练基地全部结束 男女队共6名出征伦敦奥运会的运动员名单揭晓 运动员刘招武将与

6、邢宇 戴小祥组成新的男子 三箭客 代表中国队参加比赛 如图3 1 3所示 弦的形状向 发生了形变 对箭有一个向 的弹力 形变的方向 与弹力的方向 图3 1 3 情景二 北京时间3月11日 2012年国际田联室内世锦赛在土耳其伊斯坦布尔展开最后一日的争夺 在女子撑杆跳高决赛中 俄罗斯撑杆跳女皇伊辛巴耶娃尽管三次冲击5米02世界纪录失败 但仍以4米80轻松夺冠 如图3 1 4所示 杆向 发生了形变 对人有一个向 的弹力 形变的方向 与弹力的方向 下 上 相反 图3 1 4 1 弹力的方向 总是和作用在物体上 使物体发生形变的 外力的方向相反 或者说和形变方向相反 2 支持力的方向 1 面面接触 垂

7、直于支持面 2 点面接触 垂直于支持面 指向被支持的物体 3 点点接触 垂直于接触点处的切面 3 绳子产生的弹力 通常称为拉力 方向总沿着绳子而指向 绳子收缩的方向 4 杆子产生的弹力 1 方向可能是沿杆子方向 起拉力或支持力作用 2 方向也可能不沿杆子方向 起支持力或拉力作用 拓展 分析弹力的方向是个难点 要想准确地分析出弹力的方向 必须从以下几个方面着手 首先判断那些接触点或接触面处是否有弹力存在 其次分析弹力的种类是绳子产生的弹力 杆子产生的弹力还是支持面产生的弹力 最后按各种弹力方向的特点画出弹力的方向 例2 如图3 1 5所示 物体A静止 画出A所受弹力 的示意图 图3 1 5 答案

8、 如图3 1 6所示 图3 1 6 触类旁通 2 如图3 1 7所示 杆的A端被绳子拉住 B端放在一个球 形容器内 试分析画出杆AB受到的弹力的方向 图3 1 7 解 如图D2所示 A端受到的是绳子产生的弹力TA 其方向沿绳子收缩方向 B端和容器的接触方式是 点点接触 所以B端受到的弹力NB 垂直于接触点处的切面指向球心 而不沿杆子方向 图D2 知识点3胡克定律 越远 形变 弹力 情景一 2012年3月27日 为期一年的射箭奥运资格赛终于结束 广东女子射箭新秀方玉婷以总积分第二名的身份 获得2012年伦敦奥运会射箭女子个人 团体赛参赛资格 如图3 1 8所示 方玉婷把弓拉得越满则箭射得 因为弓

9、拉得越满 越大 越大 图3 1 8 情景二 英国力学家胡克经过多年研究总结出弹性定律 胡克的弹性定律指出 在弹性限度内 弹簧的弹力F和弹簧的长度变化量x成 即F kx k是弹簧的劲度系数 它由弹簧的 决定 负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长 或压 缩 的方向 正比 材料 相反 1 在弹性限度内 弹力和弹簧的形变量x大小成正比 即F kx k成为劲度系数 其单位为N m 2 劲度系数k的物理意义 数值上等于弹簧发生单位长度 形变时产生的弹力大小 3 决定劲度系数k的因素 由弹簧的材料 粗细 长度 单位长度内弹簧的匝数等决定 与弹力的大小 形变量无关 4 胡克定律的另一种表述 因为在弹性限度内弹簧的

10、弹力F和x成正比 故胡克定律又可以变形为 F k x 其中 F为弹力的变化量 x为形变量的变化量 例3 如图3 1 9所示为一轻质弹簧的长度L和弹力F 大小的关系 试由图线确定 1 弹簧的原长 2 弹簧的劲度系数k 3 弹簧伸长0 05m时 弹力的大小 图3 1 9 解析 1 由胡克定律得 当F 0时 弹簧处于原长L0 10cm 2 由图可知当弹簧伸长或压缩5cm时 F 10N 根据 F k x可知k 200N m 3 弹簧伸长0 05m时 根据 F k x可知F 10N 答案 1 10cm 2 200N m 3 10N 触类旁通 3 2014年广州天河区期末 一个弹簧挂3N的重物时 弹簧总长

11、为15cm 若改挂8N的重物时 弹簧总长为20cm 则弹 簧的劲度系数为 A 100N m B 200N m C 300N m D 400N m 100N m 故选A 答案 A 探究弹力和弹簧伸长的关系 实验目的 1 探究弹力和弹簧伸长量之间的关系 2 学会利用图象法处理实验数据 实验原理 1 在弹簧下端悬挂钩码时弹簧会伸长 平衡时弹簧产生的 弹力与所挂钩码的重力大小相等 2 弹簧的长度可用刻度尺直接测出 伸长量可以由拉长后的长度减去弹簧原来的长度进行计算 这样就可以研究弹簧的弹力和弹簧伸长量之间的定量关系了 实验器材 铁架台 坐标纸 弹簧 铅笔 钩码若干 重锤线 三角 板 毫米刻度尺 实验步

12、骤 1 按图3 1 10安装实验装置 记下弹簧下端不挂钩码时 所对应的刻度L0 图3 1 10 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 3 增加钩码的个数 重复上述实验过程 将数据填入表格 以F表示弹力 L表示弹簧的总长度 x L L0表示弹簧的伸长量 4 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 如图3 1 11所示 用描点法作图 连接各点 得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图象 图3 1 11 5 以弹簧伸长量为自变量 写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系 函数表达式中的常数即为弹簧的劲度系数 这个常 实验结论 弹簧发生弹性形变时 弹力大小

13、跟弹簧伸长 或缩短 的长 度x成正比 F kx 其中 k为弹簧的劲度系数 x为弹簧伸长 或缩短 的长度 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 例4 下列关于 探究弹力与弹簧伸长的关系 实验的 说法中正确的是 A 实验中k的具体数值必须计算

14、出来B 如果没有测出弹簧原长 用弹簧长度L代替x F L图线也是过原点的一条直线C 利用F x直线可求出k值D 实验时要把所有点连到线上 才能探索得到真实规律 解析 本实验是探究弹力F和弹簧伸长量x之间的关系 若画出F x图象 则斜率为k值 若用弹簧长度L代替x 则图线不过原点 会与横轴L有一截距L0 L0为弹簧原长 所以A B错 C对 把描出的各点连线时 不一定把所有的点都连在线上 只要使不在线上的各点均匀分布在线的两侧即可 D错 答案 C 例5 某同学做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验 他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长 用直尺测出弹簧的原长L0 再把弹簧竖直悬挂起来 挂上砝码后测出弹

15、簧伸长后的长度L 把 L L0 作为弹簧的伸长量x 这样操作 由于弹 簧自身重力的影响 最后画出的图线可能是图象中的 解析 本题主要考查用图象法来描述弹簧的弹力与其伸长量间的关系 由于考虑弹簧自身重力的影响 当不挂钩码时 弹簧的伸长量x 0 答案 C 触类旁通 4 某同学在研究学习中 利用所学的知识解决了如下问题 一轻弹簧竖直悬挂在某一深度为h 25 0cm 且开口向下的小筒中 没有外力作用时弹簧的下部分位于筒内 但测力计可以与弹簧的下端接触 如图3 1 12甲所示 如果本实验的长度测量工具只能测出筒的下端弹簧的长度L 现要测出弹簧的原长L0和弹簧的劲度系数 该同学通过改变L而测出对应的弹力F 作出F L变化的图线如图乙所示 则弹簧的劲度系数为 N m 弹簧的原长L0 cm 图3 1 12 答案 10015 0 解析 根据胡克定律F k h L L0 kL k h L0 从图中知道当L 0时F 10N 当L 10cm时 F 20N 代入方程联立得k 100N m L0 15 0cm 5 2013年佛山质检 小翔利用如图3 1 13甲所示的装置 探究弹簧弹力F与伸长量 l的关系 由实验绘出F与 l的关图线如图乙所示 该弹簧劲度系数为 N m 图3 1 13 解析 在F l的图线中 图线的斜率表示弹簧的劲度系数 答案 125