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1、第三章 2弹力 课前预习 1 形变与弹性形变 1 形变 物体在力的作用下 发生改变 叫做形变 2 弹性形变 有些物体在形变后能够 这种形变叫做弹性形变 2 弹力 1 概念 发生 的物体 由于要恢复 对与它 物体产生力的作用 这种力叫做弹力 弹性形变与弹力 形状或体积 恢复原状 弹性形变 原状 接触的 2 弹性限度 当形变超过一定限度时 撤去作用力后 物体 这个限度叫弹性限度 3 弹力产生的条件 两物体 有 形变 接触处有挤压或拉伸 不能完全恢复原来的形状 接触 弹性 1 常见弹力 平时所说的压力 支持力和拉力都是弹力 绳中的弹力通常称为 2 弹力的方向 1 压力和支持力的方向 于物体的接触面
2、指向被压或被 的物体 2 绳的拉力沿着绳而指向绳 的方向 常见的几种弹力 张力 垂直 支持 收缩 1 内容 弹簧发生弹性形变时 弹力的大小F跟 成正比 2 表达式 F 其中k为弹簧的 单位 牛顿每米 符号 它的大小反映了弹簧的软硬程度 胡克定律 弹簧伸长 或缩短 的长度x kx 劲度系数 N m 判一判 1 所有形变在撤去外力后都能够恢复原来的形状 2 两个接触的物体间一定存在弹力 3 若两物体间存在弹力 则它们一定接触 4 支持力的方向垂直于物体的接触面 5 弹簧的弹力总是与其形变量成正比 解析 头顶受到的压力的施力物体是坛子 受力物体是头顶 它产生的直接原因是坛的形变 间接原因是物体受到的
3、重力 A项正确 A 答案 30N解析 由胡可定律可知 80N能使弹簧伸长40个刻度 伸长一个刻度对应的拉力是2N 若要指针正对刻度20 需要弹簧伸长15个刻度 此时的弹力应为30N 课内探究 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 探究一弹力有无的判断 提示 在将容器的侧壁去掉时 钢球仍处于静止 故各容器的侧壁对钢球没有弹力作用 1 产生弹力必备的两个条件 1 两物体间相互接触 2 发生弹性形变 2 判断弹力有无的常见方法 1 直接判定
4、 对于发生明显形变的物体 如弹簧 橡皮条等 可根据弹力产生的条件由形变直接判断 2 对于形变不明显的情况 通常用以下方法来判定 a 假设法 假设将与研究对象接触的物体撤去 判断研究对象的运动状态是否发生改变 若运动状态不变 则此处不存在弹力 若运动状态改变 则此处一定存在弹力 b 替换法 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 看能不能维持原来的力学状态 如将侧壁 斜面用海绵来替换 将硬杆用轻弹簧 橡皮条 或细绳来替换 c 状态法 因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合 所以可以依据物体的运动状态由相应的规律 如二力平衡知识等 来判断物体间的弹力 特别提醒 接触的
5、物体间不一定存在弹力 但两物体间若有弹力 则它们一定接触 B 解析 判断a b两球间有无弹力 要依据弹力产生的两个条件 一是相互接触 二是发生弹性形变 四个选项中都满足了接触这一条件 但是否发生了形变难于观察 这时可以利用 假设法 来判断 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图中若拿去斜面a 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 故a b间一定有弹力的是B图 解析
6、撤掉绳1 小球仍静止 说明绳1对小球没有拉力 则小球只受重力和绳2的拉力作用 故选项A正确 A 体育课上一学生将足球踢向斜台 如图所示 足球与斜台作用时斜台给足球的弹力方向如何 提示 足球所受弹力方向垂直于斜台指向足球 探究二弹力方向的判定 1 常见的三种接触方式 2 常见三类弹力的方向 特别提醒 1 压力 支持力的方向都垂直于接触面 确定它们方向的关键是找准它们的接触面或接触点的切面 2 轻杆的弹力方向具有不确定性 一般要根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向 解题指导 判断弹力方向应把握以下三种情况 1 当面 或曲面 接触 弹力垂直于面 2 绳上弹力沿绳并指向绳收缩方向 3 与球
7、面接触的弹力方向延长线或反向延长线过球心 解析 甲属于绳的拉力 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 弹力应垂直于杆斜向上 丙中A B两点都是球面与平面相接触 弹力应垂直于平面 且必过球心 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 都是属于平面与球面相接触 弹力应垂直于平面 且过球心 即向上 它们所受弹力的示意图如图所示 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 C 提示 1 否 2 越大 探究三弹力大小的计算 1 弹簧的弹力
8、 1 应用胡克定律F kx求解 其中x为弹簧的形变量 可能为伸长量l l0 也可能为缩短量l0 l k为弹簧的劲度系数 k只与弹簧本身有关 由弹簧本身的材料 长度 粗细 匝数等因素决定 它反映了弹簧的软硬程度 k越大 弹簧越硬 其长度越难改变 2 弹力与弹簧伸长量的关系可用F x图象表示 如图 图线的斜率即为弹簧的劲度系数 3 由于F1 kx1 F2 kx2 故 F F2 F1 kx2 kx1 k x2 x1 k x 因此 弹簧上弹力的变化量 F与形变量的变化量也成正比关系 即 F k x 2 非弹簧的弹力大小的计算弹力的大小与物体的形变程度有关 一般要借助物体的运动状态所遵循的物理规律求解
9、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 特别提醒 1 无论是应用胡克定律计算弹簧弹力大小还是判断弹簧弹力方向 都要注意弹簧是被拉伸 还是被压缩 2 物体不处于平衡状态时 物体所受的拉力或支持力不等于物体所受的重力 B 解题指导 求解此题应特别注意 球在A处时弹簧已经缩短了一定长度 解析 设球在A处时弹簧已压缩了 x 球平衡时弹力FA G k x 球在B处时 弹簧又压缩x 球再达平衡时弹力FB k x x G kx 故选项B是正确的 此题易错选A项 原因是x并非球在B处时弹簧的变化量 即非弹簧压缩后与原长的差值 A
10、 解析 弹簧拉伸或压缩必然两端同时受力才可 只有一端有力时弹簧不会被拉伸或压缩 因弹簧均是拉住一相同质量小球 则弹力一样大 A正确 1 实验原理 1 弹簧受力会发生形变 形变的大小与受到的外力有关 沿着弹簧的方向拉弹簧 当形变稳定时 弹簧的弹力与使它发生形变的拉力在数值上是相等的 用悬挂法测量弹簧的弹力 利用的是弹簧静止时弹簧的弹力与挂在弹簧下面的钩码的重力相等 2 弹簧的长度可用刻度尺直接测出 伸长量可由弹簧拉长后的长度减去弹簧的原长来计算 3 建立坐标系 以纵坐标表示弹力大小F 以横坐标表示弹簧的伸长量x 在坐标系中描出实验所测得的各组 x F 对应的点 用平滑的曲线连接起来 根据实验所得
11、的图线 就可探究弹力大小与伸长量间的关系 探究四实验 探究弹力和弹簧伸长的关系 2 实验器材轻弹簧 钩码 一盒 刻度尺 铁架台 三角板 重垂线 坐标纸 3 实验步骤 1 按图安装实验装置 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 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 5 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 从而使坐标上描的点尽可能稀一些 这样作出的图线更精确 3 测弹簧长度时 一定要
12、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曲线上 但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧 5 记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位 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 30L 1 8 弹簧原长 30 弹簧被压缩1cm时的弹力为0 3N 1 在安装刻度尺时 必须使刻度尺保持 状态 2 他通过实验得到如图 b 所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线 由此图线可得该弹簧的原长x0 cm 劲度系数k N m 3 他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤 当弹簧秤上的示数如图 c 所示时 该弹簧的长度x cm 竖直 4 50 10 素养提升 分析求解三步走 1 找截距 图象在横轴的截距表示弹簧的原长 2 求斜率 图象的斜率表示弹簧的劲度系数 3 列方程 恰当选取图象上的点列方程或方程组 同时注意坐标轴对应物理量的单位 弹簧F x图象问题的解题技巧 1 弹簧的劲度系数为 N m 2 当弹簧被压缩 弹力大小为5N时 弹簧的长度为 cm 200 7 5 课堂达标 课时作业
