- 2021-05-26 发布 |
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文档介绍
高中物理第3章弹力学案2沪科版必修1
弹力 [学习目标定位] 1.知道形变的概念,并会区分某种形变是弹性形变还是非弹性形变.2.知道 弹力的定义及产生的条件,会判断两个物体间是否存在弹力,并会判断弹力的方向.3.掌握胡 克定律并能用此定律解决有关问题. 一、形变和弹力 1.弹力:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,就会对跟它接触使它发生形变的物体产生 力的作用,这种力叫做弹力. 2.弹性形变:作用在物体上的外力撤去后,物体能恢复原状的形变. 3.范性形变:外力撤去后,物体不能恢复原状的形变. 二、胡克定律 1.内容:在弹性限度内,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,符号是 N/m,它反映了弹簧的 一种力学性质. 三、弹力的方向 1.平板状物体受压弯曲后产生的弹力,方向一定垂直于平板,指向压它的物体. 2.绳索的弹力方向一定沿着绳索,指向绳索收缩的方向. 一、弹性形变和弹力 [问题设计] (1)如图 1 所示,取一个圆玻璃瓶,里面盛满水,用穿有透明细管的橡皮塞封口,使水面位于 细管中,用手捏玻璃瓶,会看到什么现象?说明什么? 图 1 (2)用手压橡皮泥,橡皮泥发生形变;脚踩在松软的土地上,留下了深深的脚印(形变),这两 种形变与玻璃瓶的形变有什么不同? (3)用手拉弹簧,弹簧会对手产生一个拉力(如图 2 所示),这个拉力是如何产生的? 图 2 答案 (1)手捏玻璃瓶,管中水面上升.说明受压时玻璃瓶发生形变,体积变小了. (2)橡皮泥、泥土受力后发生的形变,在撤去外力后不能恢复原状(非弹性形变),玻璃瓶的形 变在撤去外力后能恢复原状(弹性形变). (3)弹簧受到拉力后发生形变(伸长),发生形变的弹簧要恢复原状,对手就产生了拉力. [要点提炼] 1.弹力的成因:当两个物体相互挤压或拉伸产生弹性形变时,由于物体要恢复原状,才在接 触位置对与它接触的物体产生弹力,所以弹力产生的直接原因是由受力物体发生形变引起的. 2.弹力产生的条件:(1)两物体相互接触;(2)发生弹性形变. 二、胡克定律 [问题设计] 如图 3 所示,为一弹簧测力计.弹簧测力计的刻度是否均匀?这说明什么? 答案 均匀.说明弹簧测力计的弹力与弹簧的形变量成正比. 图 3 [要点提炼] 1.内容:在弹性限度内,弹簧弹力的大小 F 跟弹簧伸长(或缩短)的长度 x 成正比. 2.公式:F=kx. 3.说明 (1)应用条件:弹簧发生形变时必须在弹性限度内. (2)x 是弹簧的形变量,而不是弹簧形变后的长度. (3)F-x 图像是一条过原点的倾斜直线(如图 4 所示),直线的斜率表示弹簧的劲度系数 k. 图 4 (4)弹簧弹力的变化量ΔF 与形变量的变化量Δx 也成正比,即ΔF=kΔx. 三、弹力的方向 [问题设计] 1.一铁块放在海绵上,铁块和海绵都发生了形变,从而在它们之间产生了弹力,如图 5 所示.海 绵对铁块的支持力是如何产生的?方向怎样?铁块对海绵的压力是怎样产生的?方向怎样? 图 5 答案 (1)海绵对铁块的支持力:海绵发生弹性形变,对与它接触的铁块产生力的作用,方向 垂直于接触面向上(如图甲). 甲 乙 (2)铁块对海绵的压力:铁块发生弹性形变,对与它接触的海绵产生力的作用,方向垂直接触 面向下(如图乙). 2.如图 6 所示,用橡皮绳斜向右上拉放在水平面上的物块.橡皮绳对物块的拉力是怎样产生 的?方向怎样? 图 6 答案 由于橡皮绳发生形变,对与它接触的物块产生力的作用,方向沿绳指向绳收缩的方向 (沿绳斜向右上). [要点提炼] 1.压力、支持力的方向:总是垂直于接触面,若接触面是曲面,则垂直于接触面的切线;若 接触面是球面,弹力方向延长线或反向延长线过球心. 2.绳的拉力方向:总是沿着绳并指向绳收缩的方向. [延伸思考] 如图 7 所示,把一个球形物体 A 放在半球形容器 B 内,在图中画出 A 受到的弹力. 图 7 答案 A 受到的弹力垂直于两接触面的切线(弹力方向的延长线过球心),如图所示. 一、弹力的产生 例 1 下列关于弹力的几种说法,其中正确的是( ) A.只要两物体接触就一定产生弹力 B.静止在水平面上的物体所受重力就是它对水平面的压力 C.静止在水平面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变 D.只要物体发生形变就一定有弹力产生 解析 两物体接触并发生弹性形变才会产生弹力,A、D 错误.静止在水平面上的物体所受重 力的施力物体是地球,而压力的施力物体是该物体,受力物体是水平面,两力不同,B 错误, C 正确. 答案 C 二、弹力的方向 例 2 画出图 8 中静止物体 A 所受弹力的示意图. 图 8 解析 支持力、压力的方向都要与接触面垂直并指向被支持或被压的物体,A 物体所受弹力 的示意图如图所示. 答案 见解析图 针对训练 分别画出图 9 甲、乙中小球、丙中杆的受力示意图.(甲中小球用细绳挂在光滑的 墙壁上,乙中小球用细绳拴着静止在桌角上,丙中杆一端放在光滑的半球形碗中,另一端靠 在墙壁上) 图 9 答案 受力示意图如图所示 三、胡克定律 例 3 由实验测得某弹簧所受弹力 F 和弹簧的长度 L 的关系图像如图 10 所示,求: 图 10 (1)该弹簧的原长为多少? (2)该弹簧的劲度系数为多少? 解析 解法一:(1)弹簧不产生弹力时的长度等于原长,由题图可知该弹簧的原长为 L0=15 cm. (2)据 F=kx 得劲度系数:k=F x =ΔF ΔL ,由图线可知,该弹簧伸长ΔL=(25 cm-15 cm)=10 cm 时,弹力ΔF=50 N.所以 k=ΔF ΔL = 50 10×10-2 N/m=500 N/m. 解法二:根据胡克定律得 F=k(L-L0),代入图像中的两点(0.25,50)和(0.05,-50). 可得 50=k(0.25-L0) -50=k(0.05-L0) 解得 L0=0.15 m=15 cm,k=500 N/m. 答案 (1)15 cm (2)500 N/m 弹力 弹性形变:撤去外力后能够恢复原状的形变 范性形变:撤去外力后不能恢复原状的形变 弹力 定义 产生条件 1 两物体相互接触 2 发生弹性形变 胡克定律 内容 公式:F=kx,其中 k 为劲度系数 弹力的方向 支持力:垂直于接触面指向被支持的物体 压力:垂直于接触面指向被压的物体 拉力:沿着绳指向绳收缩的方向 1.(弹力的产生)下列有关物体所受的弹力及形变的说法正确的是( ) A.有弹力作用在物体上,物体一定发生形变,撤去此力后,形变完全消失 B.有弹力作用在物体上,物体不一定发生形变 C.弹力作用在硬物体上,物体不发生形变;弹力作用在软物体上,物体才发生形变 D.一切物体受到弹力都要发生形变,撤去弹力后,形变不一定完全消失 答案 D 解析 力是物体间的相互作用,弹力的施力物体和受力物体都会发生形变,故 B 项错误;发 生形变后的物体,当撤去外力后,有些能完全恢复原状,有些不能完全恢复原状,A 项错误, D 项正确;不管是硬物体还是软物体,只要有弹力作用,都会发生形变,C 项错误. 2.(弹力的产生)杂技演员具有高超的技术,如图 11 所示,他能轻松地顶住从高处落下的缸, 关于他顶缸时头顶受到的压力产生的直接原因是( ) 图 11 A.缸的形变 B.头的形变 C.缸受到重力 D.人受到重力 答案 A 解析 头顶受到的压力的施力物体是缸,受力物体是头顶,头顶受到的压力产生的直接原因 是缸的形变,间接原因是缸受到重力,A 项正确. 3.(弹力的方向)三个相同的支座上分别放着三个质量和直径均相同的光滑圆球 a、b、c,支 点 P、Q 在同一水平面上.a 的重心位于球心,b、c 的重心分别位于球心的正上方和正下方, 如图 12 所示,三球皆静止,试分析三种情况下支点 P、Q 对球的弹力方向是怎样的? 图 12 答案 见解析 解析 三种情况都是点与点接触,圆球所受弹力的方向都是垂直于接触面指向球心,即沿半 径指向球心,如图所示,弹力的方向与重心的位置无关. 题组一 形变及弹力的产生 1.下列各种情况中,属于弹性形变的有( ) A.撑竿跳高运动员起跳中,撑竿的形变 B.当你坐在椅子上时,椅面发生的微小形变 C.细钢丝被绕制成弹簧 D.铝桶被砸扁 答案 AB 解析 “撑竿的形变”、“椅面发生的微小形变”均能恢复原状,是弹性形变;“细钢丝被 绕制成弹簧”不能恢复原状,“铝桶被砸扁”不能恢复原状,是范性形变.故选项 A、B 正确, C、D 错误. 2.关于弹性形变,下列说法正确的是( ) A.物体形状的改变叫弹性形变 B.一根钢筋用力弯折后的形变就是弹性形变 C.物体在外力停止作用后,能够恢复原来形状的形变,叫弹性形变 D.物体在外力停止作用后的形变,叫弹性形变 答案 C 解析 弹性形变指物体在外力停止作用后,能够恢复原状的形变,C 正确,A、D 错误;钢筋 用力弯折后,无法恢复到原来的形状,不属于弹性形变,B 错误. 3.在日常生活及各项体育运动中,有弹力出现的情况比较普遍,如图 1 所示的跳水运动就是 一个实例.请判断下列说法正确的是( ) 图 1 A.跳板发生形变,运动员的脚没有发生形变 B.跳板和运动员的脚都发生了形变 C.运动员受到的支持力,是跳板发生形变而产生的 D.跳板受到的压力,是跳板发生形变而产生的 答案 BC 解析 发生形变的物体,为了恢复原状,会对与它接触的物体产生弹力的作用,发生形变的 物体是施力物体.B、C 正确. 题组二 弹力方向的判断 4.下列关于弹力的叙述中错误..的是( ) A.压力、拉力、支持力都是弹力 B.压力和支持力的方向总是垂直于接触面 C.轻绳、轻杆上产生的弹力的方向总是在沿绳、杆的直线上 D.轻杆不同于轻绳,弹力的方向可以不沿杆 答案 C 解析 弹力包括压力、拉力、支持力,其中绳的拉力总沿绳收缩的方向,压力、支持力的方 向总与接触面垂直,故 A、B 正确;杆不同于绳,杆可以发生拉伸形变、压缩形变和弯曲形变, 所以杆的弹力方向不一定沿杆,要具体问题具体分析,C 错误,D 正确. 5.体育课上一学生将足球踢向斜台,如图 2 所示,下列关于足球和斜台作用时斜台给足球的 弹力方向的说法正确的是( ) 图 2 A.沿 v1 的方向 B.沿 v2 的方向 C.先沿 v1 的方向后沿 v2 的方向 D.沿垂直于斜台斜向左上方的方向 答案 D 解析 足球与斜台的作用是球面与平面的相互作用,足球所受弹力的方向垂直于斜台指向足 球,即斜向左上方,故 D 正确. 6.一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.垂直树枝斜向上 D.沿树枝方向 答案 C 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. 7.在图 3 中画出物体 A 所受弹力的示意图. 图 3 答案 如图所示 题组三 胡克定律 8.关于弹簧的劲度系数 k,下列说法中正确的是( ) A.与弹簧所受的拉力大小有关,拉力越大,k 值也越大 B.由弹簧本身决定,与弹簧所受的拉力大小及形变程度无关 C.与弹簧发生的形变的大小有关,形变越大,k 值越小 D.与弹簧本身特性、所受拉力的大小、形变程度都无关 答案 B 9.如图 4 甲、乙所示,弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计,物重 G=1 N,则弹簧测 力计 A 和 B 的示数分别为( ) 图 4 A.1 N,0 B.0,1 N C.2 N,1 N D.1 N,1 N 答案 D 解析 题图中弹簧测力计 A、B 的受力情况是一样的,都是左右两端各受 1 N 的拉力,此时弹 簧测力计的读数都是 1 N.D 正确. 10.一根轻质弹簧一端固定,用大小为 F1 的力压弹簧的另一端,平衡时长度为 l1;改用大小 为 F2 的力拉弹簧,平衡时长度为 l2.弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,该弹簧的劲度系数 为( ) A.F2-F1 l2-l1 B.F2+F1 l2+l1 C.F2+F1 l2-l1 D.F2-F1 l2+l1 答案 C 解析 根据胡克定律有:F1=k(l0-l1),F2=k(l2-l0),由两式可解得:k=F2+F1 l2-l1 ,故 C 正确.查看更多