还剩51页未读，
继续阅读
所属成套资源：鲁科版物理必修第一册PPT课件整册
成套系列资料，整套一键下载
高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究：弹力评课ppt课件
展开
这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究：弹力评课ppt课件，共59页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，弹性限度，关键能力·合作学习，常见弹力的方向，情境·模型·素养等内容，欢迎下载使用。
一、形变【情境思考】如图所示,取一个扁玻璃瓶,里面盛满水,用穿有透明细管的橡皮塞封口,用手捏玻璃瓶,会看到什么现象?说明什么?提示:用手捏玻璃瓶,管中水面会上升(或下降)。说明受压时玻璃瓶发生形变,体积变小(或变大)了。
1.形变:物体发生的_____、_____、_____等变化称为形变。2.分类:判断下列情景中,形变的类型。
(1)甲图中的弹簧发生的是_____形变。(2)乙图中的跳板发生的是_____形变。(3)丙图中的橡皮泥发生的是_____形变。(4)___________中发生形变的物体,可以称为弹性体。
二、弹力【情境思考】如图所示,被拉长的弹簧对手有一个拉力的作用,这个拉力是如何产生的?提示: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。
1.产生:发生_____的物体,由于要恢复原状,对与它_____的物体产生的力。2.方向:(1)压力和支持力的方向_____于物体的接触面。(2)绳的拉力沿着绳而指向绳_____的方向。
三、胡克定律1.内容:在弹性限度内,弹性体(如弹簧)弹力的大小与弹性体伸长(或缩短)的长度成__(A.正比 B.反比)。2.公式: 3.适用条件:在弹性体的_________内。
【易错辨析】(1)发生形变的物体一定产生弹力。( )(2)若两物体间存在弹力,则它们一定接触。( )(3)弹簧的长度越长,弹力越大。( )(4)弹力的方向总与相应的形变的方向相反。( )(5)只有在一定条件下,胡克定律才成立。( )
知识点一 弹力和弹力的产生1.产生弹力的两个必备条件:(1)两物体相互接触。(2)发生弹性形变。2.判断弹力有无的方法:(1)条件法:根据弹力产生的条件判断。(2)假设法:假设在接触位置将与物体接触的另一个物体去掉,看物体能否保持原来的状态。若能保持原来的状态,则物体间无弹力作用;若不能保持原来的状态,则物体间有弹力作用。
(3)运动状态判断法:①分析受力物体的运动状态;②分析要研究的弹力;③根据物体受到的其他力与物体的运动状态是否对应,确定该弹力是否存在。(4)作用效果法:如果相互接触的物体间存在弹力,则必有相应的作用效果,或平衡其他作用力,或改变物体的运动状态。我们可以根据弹力效果的有无,判断弹力的有无。
【问题探究】如图的运动员正在开弓射箭,为了使箭射得更远,应如何操作呢?由此我们看出弹力的大小与形变的大小有什么样的关系?提示:为使箭射得更远,运动员应使劲往外拉弓弦。在弹性限度内,弹力的大小跟形变的大小有关,形变越大,弹力也越大。
【典例示范】【典例】 (多选)足球运动是最具影响力的体育项目,深受青少年喜爱。如图所示足球静止在草地上,则足球( )A.对草地的压力就是足球受到的重力B.受到的支持力和草地受到的压力都是弹力C.受到的支持力是草地发生形变产生的D.受到的支持力是足球发生形变产生的
【解析】选B、C。压力不是重力,它们的施力物体、受力物体、作用点都不相同,故A错误;足球受到的支持力和草地受到的压力都是弹力,故B正确;草地发生了形变,从而对足球产生了支持力,故C正确,D错误。
【素养训练】1.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【解析】选C。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,无法恢复到原来形状,不属于弹性形变,B错误。
2.(教材二次开发·教材P74图3-16,3-17变式)关于弹力的产生,下列说法正确的是( )A.木块放在桌面上受到一个向上的弹力,这是由于木块发生微小形变而产生的B.木块放在桌面上,木块没有形变,所以对桌面没有施加弹力C.拿一根细竹竿拨动水中的木头,木头受到竹竿的弹力,这是由于木头发生形变而产生的D.挂在电线下面的电灯受到向上的拉力,是因为电线发生微小的形变而产生的
【解析】选D。木块和桌面相互作用,都会发生微小的形变。桌面发生微小形变对木块有向上的弹力即支持力;木块由于发生微小形变对桌面有向下的弹力即压力,A、B都错;木头受到的弹力是由细竹竿发生形变而产生的,C错;电灯受到的拉力是电线发生微小形变而产生的,D对。
【加固训练】1.关于力的概念,下列说法正确的是( )A.一个力必定联系着两个物体,其中每个物体既是受力物体,又是施力物体B.放在桌面上的木块受到桌面对它向上的弹力,这是由于木块发生微小形变而产生的C.压缩弹簧时,手先给弹簧一个压力,等弹簧被压缩后才反过来给手一个弹力D.两物体只要接触,就一定会产生弹力
【解析】选A。力是物体间的相互作用,受力物体同时也是施力物体,施力物体同时也是受力物体,它们同时产生、同时消失,所以A正确,C错误;放在桌面上的木块受到桌面给它向上的弹力,这是由于桌面发生微小形变而产生的,故B错误;两物体如果只是接触而没有发生弹性形变,也不会产生弹力,D错误。
2.如图所示,将一个钢球分别放在直壁容器、口大底小的容器和口小底大的容器中,钢球与各容器的底部和侧壁相接触,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,则以下说法中正确的是( )
A.各容器的侧壁对钢球均无弹力作用B.各容器的侧壁对钢球均有弹力作用C.直壁容器的侧壁对钢球无弹力作用,其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用D.口大底小的容器的侧壁对钢球有弹力作用,其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用
【解析】选A。假设各容器侧壁对钢球均有弹力作用,作出各容器中钢球的受力分析图分别如图a、b、c所示,可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾,所以原假设不成立,各容器的侧壁对钢球均无弹力作用。因此,本题正确选项为A。
知识点二 弹力的方向1.弹力方向的特点:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状而产生弹力,所以弹力的方向由施力物体形变的方向决定,弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反。
提醒:与球面接触的弹力方向延长线或反向延长线过球心。
【问题探究】 如图所示,放在桌面上的书和桌面之间有没有弹力?简述书对桌面的弹力和桌面对书的弹力是怎样产生的?其方向有何特点?
提示:发生形变的书要恢复原状,对跟它接触的桌面产生向下的弹力, 这个力的作用效果是压桌面,也叫压力;发生形变的桌面要恢复原状,对跟它接触的书产生向上的弹力,这个力的作用效果是支持书,也叫支持力。
【典例示范】【典例】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
【解析】选C。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,则C正确,A、B、D错误。
【规律方法】 三种情况下弹力的方向(1)平面与平面接触时,弹力的方向与接触平面垂直。(2)点与平面接触时,弹力的方向与接触平面垂直。(3)点与曲面接触时,弹力与曲面的切面垂直。
【素养训练】1.杂技演员有高超的技术,能用头轻松地顶住坛子,如图所示。关于他顶坛子时头顶受到的压力产生的直接原因是( )A.坛子的形变 B.头的形变C.坛子受到的重力D.人受到的重力
【解析】选A。头顶和坛子相互挤压,都发生弹性形变,坛子要恢复形变,对头顶产生了弹力,这就是头顶受到的压力。则A正确,B、C、D错误。
2.(教材二次开发·教材P78T6变式)在如图所示的各图中画出物体P受到的各接触点或接触面对它的弹力的示意图,各图中物体P均处于静止状态。
【解析】甲中属于绳的拉力,应沿绳指向绳收缩的方向,因此弹力方向沿绳向上;乙中P与斜面的接触面为平面,P受到的支持力垂直于斜面向上;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点弹力方向水平向右,B点弹力方向垂直于斜面指向左上方,且都过球心;丁中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,且必过球心O,B点属于点与杆相接触,弹力应垂直于杆向上。
它们所受弹力的示意图如图所示。答案:见解析
【加固训练】 在图中画出物体A所受弹力的示意图。
【解析】如图所示 答案:见解析
知识点三 胡克定律的理解与应用1.适用条件:胡克定律仅适用于在弹性限度内,计算像弹簧、橡皮条等弹性体的弹力。2.x的含义:x是弹性体的形变量,即发生弹性形变后弹性体的长度跟本身的自然长度比较后伸长(或缩短)的长度,不是弹性体的长度。3.k的含义:k是弹性体的劲度系数,由弹性体本身的性质(如材料、粗细、长度等)决定,与弹力大小无关。k反映了弹簧的“软”“硬”程度,k越大,弹簧越硬,反之越软。
4.推论式:ΔF=kΔx,式中的ΔF、Δx分别表示弹力的变化量和弹性体形变量的变化量。5.测量值:弹簧测力计(不计质量)的示数表示的是弹簧挂钩端所受的拉力大小。当轻质弹簧处于静止时,弹簧测力计两端的两个力的大小相等,都等于弹簧测力计的示数。6.F-x图像:弹簧弹力与弹簧伸长量的关系可用F-x图像表示,斜率表示弹簧的劲度系数。
【问题探究】如图所示,小车向右运动,遇到弹簧后,发生缓冲做减速运动,在小车减速运动过程中:
(1)弹簧的弹力、弹簧的劲度系数如何变化?提示:弹簧的弹力越来越大,弹簧的劲度系数不变。(2)弹簧对小车的弹力大小是否与弹簧的长度成正比?提示:弹簧对小车的弹力大小不是与弹簧的长度成正比,而是与弹簧的形变量成正比。
【典例示范】【典例】一根轻质弹簧一端固定,用大小为50 N的力压弹簧的另一端,平衡时长度为L1=20 cm;改用大小为25 N的力拉弹簧,平衡时长度为L2=35 cm;若弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,求弹簧的原长和劲度系数。【解题探究】(1)弹簧压缩量为L0-20 cm时弹力为___ N。(2)弹簧伸长量为35 cm-L0时弹力为___ N。
【解析】设弹簧原长为L0,劲度系数为k。由胡克定律得:F1=k(L0-L1) ①F2=k(L2-L0) ②联立①②两式得:L0=0.3 m=30 cm,k=500 N/m。答案:30 cm 500 N/m
【规律方法】胡克定律的应用技巧 (1)胡克定律只能计算弹力的大小,而弹力的方向要借助弹簧是拉伸还是压缩来确定,其方向总是与弹簧恢复原状的方向相同。 (2)弹簧弹力的大小(在弹性限度内)任何时候都可以用胡克定律求解,但只有在物体处于静止或匀速直线运动状态时,才能用二力平衡求解与物体相连的弹簧弹力。
【素养训练】1.如图所示是一劲度系数为k的弹簧,右上方为其对应的F-x图像。O点对应弹簧自然伸展状态,弹簧拉伸至x1时弹力为F1,拉伸至x2时弹力为F2。则 ( )A.F1=kx1B.F1=kx2C.F1=k(x2-x1)D.F2=k(x2-x1)【解析】选A。横坐标即为弹簧相应状态的形变量,由胡克定律可知A正确,B、C、D错误。
2.(多选)一轻质弹簧的长度L和弹力F大小的关系如图所示,根据图像判断,下列结论正确的是( )A.弹簧的原长为20 cmB.弹簧的劲度系数为2 N/mC.弹簧的劲度系数为200 N/mD.弹簧伸长0.05 m时,弹力的大小为10 N
【解析】选C、D。由题图知,当F=0时,弹簧原长L0=10 cm,A错;弹簧长度L=15 cm时,F=10 N,由胡克定律得,劲度系数k= N/m=200 N/m,B错,C对;弹簧伸长0.05 m时,即弹簧长度为15 cm时,弹力的大小为10 N,D对。
【加固训练】1.如图所示,两根相同的轻弹簧S1、S2,劲度系数皆为k=4×102 N/m,悬挂的重物的质量分别为m1=2 kg和m2=4 kg。g取10 N/kg,则平衡时弹簧S1、S2的伸长量分别为( )A.5 cm,10 cm B.10 cm,5 cmC.15 cm,10 cmD.10 cm,15 cm
【解析】选C。设S1的伸长量为x1,S2的伸长量为x2,由胡克定律F=kx,对弹簧S1得(m1+m2)g=kx1,解得x1= m=0.15 m=15 cm;对弹簧S2得,m2g=kx2,解得x2= m=0.10 m=10 cm。故C正确。
2.一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( )
【解析】选C。设弹簧的劲度系数为k,原长为l0,当用大小为F1的力压弹簧时,由胡克定律得F1=k(l0-l1)①当用大小为F2的力拉弹簧时,由胡克定律得F2=k(l2-l0)②由①②解得k= ,故C正确。
【拓展例题】考查内容:弹簧的弹力分析【典例】如图所示,弹簧测力计和细绳重力不计,不计一切摩擦,物体重G=5 N,当装置稳定时弹簧测力计A和B的读数分别为( ) A.5 N,0 B.5 N,10 NC.5 N,5 ND.10 N,5 N
【解析】选C。弹簧测力计的示数即为弹簧测力计所承受的力的大小,图中无论弹簧测力计的右端是固定在支架上还是挂上物体,其作用效果是相同的,弹簧测力计承受的力都等于物体的重力。
【生活情境】 室内攀岩是在一个高而大的房间内设置不同角度、不同难度的人工岩壁,在上面装有许多大小不一的岩石点,供人用四肢借助岩点的位置,手攀脚登,来完成攀岩的体验。图中男孩正在保险绳的保护下,借助攀岩绳完成攀岩。
探究:(1)男孩的双脚受到的弹力作用是由于谁的形变产生的?(2)图中男孩正在一只手用力拉绳,则男孩可能受到几个弹力的作用?【解析】(1)是由于所踩岩点的形变产生的。(2)可能受到四个弹力作用:岩点对两只脚的两个弹力,保险绳对男孩的弹力,攀岩绳对男孩的手的弹力。答案:见解析
【实验情境】 如图所示为三根轻质硬杆A、B、C,物体均静止。探究:三杆对物体有没有弹力?弹力的方向如何?轻杆中的弹力一定沿杆吗?
一、形变【情境思考】如图所示,取一个扁玻璃瓶,里面盛满水,用穿有透明细管的橡皮塞封口,用手捏玻璃瓶,会看到什么现象?说明什么?提示:用手捏玻璃瓶,管中水面会上升(或下降)。说明受压时玻璃瓶发生形变,体积变小(或变大)了。
1.形变:物体发生的_____、_____、_____等变化称为形变。2.分类:判断下列情景中,形变的类型。
(1)甲图中的弹簧发生的是_____形变。(2)乙图中的跳板发生的是_____形变。(3)丙图中的橡皮泥发生的是_____形变。(4)___________中发生形变的物体,可以称为弹性体。
二、弹力【情境思考】如图所示,被拉长的弹簧对手有一个拉力的作用,这个拉力是如何产生的?提示: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。
1.产生:发生_____的物体,由于要恢复原状,对与它_____的物体产生的力。2.方向:(1)压力和支持力的方向_____于物体的接触面。(2)绳的拉力沿着绳而指向绳_____的方向。
三、胡克定律1.内容:在弹性限度内,弹性体(如弹簧)弹力的大小与弹性体伸长(或缩短)的长度成__(A.正比 B.反比)。2.公式: 3.适用条件:在弹性体的_________内。
【易错辨析】(1)发生形变的物体一定产生弹力。( )(2)若两物体间存在弹力,则它们一定接触。( )(3)弹簧的长度越长,弹力越大。( )(4)弹力的方向总与相应的形变的方向相反。( )(5)只有在一定条件下,胡克定律才成立。( )
知识点一 弹力和弹力的产生1.产生弹力的两个必备条件:(1)两物体相互接触。(2)发生弹性形变。2.判断弹力有无的方法:(1)条件法:根据弹力产生的条件判断。(2)假设法:假设在接触位置将与物体接触的另一个物体去掉,看物体能否保持原来的状态。若能保持原来的状态,则物体间无弹力作用;若不能保持原来的状态,则物体间有弹力作用。
(3)运动状态判断法:①分析受力物体的运动状态;②分析要研究的弹力;③根据物体受到的其他力与物体的运动状态是否对应,确定该弹力是否存在。(4)作用效果法:如果相互接触的物体间存在弹力,则必有相应的作用效果,或平衡其他作用力,或改变物体的运动状态。我们可以根据弹力效果的有无,判断弹力的有无。
【问题探究】如图的运动员正在开弓射箭,为了使箭射得更远,应如何操作呢?由此我们看出弹力的大小与形变的大小有什么样的关系?提示:为使箭射得更远,运动员应使劲往外拉弓弦。在弹性限度内,弹力的大小跟形变的大小有关,形变越大,弹力也越大。
【典例示范】【典例】 (多选)足球运动是最具影响力的体育项目,深受青少年喜爱。如图所示足球静止在草地上,则足球( )A.对草地的压力就是足球受到的重力B.受到的支持力和草地受到的压力都是弹力C.受到的支持力是草地发生形变产生的D.受到的支持力是足球发生形变产生的
【解析】选B、C。压力不是重力,它们的施力物体、受力物体、作用点都不相同,故A错误;足球受到的支持力和草地受到的压力都是弹力,故B正确;草地发生了形变,从而对足球产生了支持力,故C正确,D错误。
【素养训练】1.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【解析】选C。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,无法恢复到原来形状,不属于弹性形变,B错误。
2.(教材二次开发·教材P74图3-16,3-17变式)关于弹力的产生,下列说法正确的是( )A.木块放在桌面上受到一个向上的弹力,这是由于木块发生微小形变而产生的B.木块放在桌面上,木块没有形变,所以对桌面没有施加弹力C.拿一根细竹竿拨动水中的木头,木头受到竹竿的弹力,这是由于木头发生形变而产生的D.挂在电线下面的电灯受到向上的拉力,是因为电线发生微小的形变而产生的
【解析】选D。木块和桌面相互作用,都会发生微小的形变。桌面发生微小形变对木块有向上的弹力即支持力;木块由于发生微小形变对桌面有向下的弹力即压力,A、B都错;木头受到的弹力是由细竹竿发生形变而产生的,C错;电灯受到的拉力是电线发生微小形变而产生的,D对。
【加固训练】1.关于力的概念,下列说法正确的是( )A.一个力必定联系着两个物体,其中每个物体既是受力物体,又是施力物体B.放在桌面上的木块受到桌面对它向上的弹力,这是由于木块发生微小形变而产生的C.压缩弹簧时,手先给弹簧一个压力,等弹簧被压缩后才反过来给手一个弹力D.两物体只要接触,就一定会产生弹力
【解析】选A。力是物体间的相互作用,受力物体同时也是施力物体,施力物体同时也是受力物体,它们同时产生、同时消失,所以A正确,C错误;放在桌面上的木块受到桌面给它向上的弹力,这是由于桌面发生微小形变而产生的,故B错误;两物体如果只是接触而没有发生弹性形变,也不会产生弹力,D错误。
2.如图所示,将一个钢球分别放在直壁容器、口大底小的容器和口小底大的容器中,钢球与各容器的底部和侧壁相接触,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,则以下说法中正确的是( )
A.各容器的侧壁对钢球均无弹力作用B.各容器的侧壁对钢球均有弹力作用C.直壁容器的侧壁对钢球无弹力作用,其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用D.口大底小的容器的侧壁对钢球有弹力作用,其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用
【解析】选A。假设各容器侧壁对钢球均有弹力作用,作出各容器中钢球的受力分析图分别如图a、b、c所示,可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾,所以原假设不成立,各容器的侧壁对钢球均无弹力作用。因此,本题正确选项为A。
知识点二 弹力的方向1.弹力方向的特点:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状而产生弹力,所以弹力的方向由施力物体形变的方向决定,弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反。
提醒:与球面接触的弹力方向延长线或反向延长线过球心。
【问题探究】 如图所示,放在桌面上的书和桌面之间有没有弹力?简述书对桌面的弹力和桌面对书的弹力是怎样产生的?其方向有何特点?
提示:发生形变的书要恢复原状,对跟它接触的桌面产生向下的弹力, 这个力的作用效果是压桌面,也叫压力;发生形变的桌面要恢复原状,对跟它接触的书产生向上的弹力,这个力的作用效果是支持书,也叫支持力。
【典例示范】【典例】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
【解析】选C。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,则C正确,A、B、D错误。
【规律方法】 三种情况下弹力的方向(1)平面与平面接触时,弹力的方向与接触平面垂直。(2)点与平面接触时,弹力的方向与接触平面垂直。(3)点与曲面接触时,弹力与曲面的切面垂直。
【素养训练】1.杂技演员有高超的技术,能用头轻松地顶住坛子,如图所示。关于他顶坛子时头顶受到的压力产生的直接原因是( )A.坛子的形变 B.头的形变C.坛子受到的重力D.人受到的重力
【解析】选A。头顶和坛子相互挤压,都发生弹性形变,坛子要恢复形变,对头顶产生了弹力,这就是头顶受到的压力。则A正确,B、C、D错误。
2.(教材二次开发·教材P78T6变式)在如图所示的各图中画出物体P受到的各接触点或接触面对它的弹力的示意图,各图中物体P均处于静止状态。
【解析】甲中属于绳的拉力,应沿绳指向绳收缩的方向,因此弹力方向沿绳向上;乙中P与斜面的接触面为平面,P受到的支持力垂直于斜面向上;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点弹力方向水平向右,B点弹力方向垂直于斜面指向左上方,且都过球心;丁中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,且必过球心O,B点属于点与杆相接触,弹力应垂直于杆向上。
它们所受弹力的示意图如图所示。答案:见解析
【加固训练】 在图中画出物体A所受弹力的示意图。
【解析】如图所示 答案:见解析
知识点三 胡克定律的理解与应用1.适用条件:胡克定律仅适用于在弹性限度内,计算像弹簧、橡皮条等弹性体的弹力。2.x的含义:x是弹性体的形变量,即发生弹性形变后弹性体的长度跟本身的自然长度比较后伸长(或缩短)的长度,不是弹性体的长度。3.k的含义:k是弹性体的劲度系数,由弹性体本身的性质(如材料、粗细、长度等)决定,与弹力大小无关。k反映了弹簧的“软”“硬”程度,k越大,弹簧越硬,反之越软。
4.推论式:ΔF=kΔx,式中的ΔF、Δx分别表示弹力的变化量和弹性体形变量的变化量。5.测量值:弹簧测力计(不计质量)的示数表示的是弹簧挂钩端所受的拉力大小。当轻质弹簧处于静止时,弹簧测力计两端的两个力的大小相等,都等于弹簧测力计的示数。6.F-x图像:弹簧弹力与弹簧伸长量的关系可用F-x图像表示,斜率表示弹簧的劲度系数。
【问题探究】如图所示,小车向右运动,遇到弹簧后,发生缓冲做减速运动,在小车减速运动过程中:
(1)弹簧的弹力、弹簧的劲度系数如何变化?提示:弹簧的弹力越来越大,弹簧的劲度系数不变。(2)弹簧对小车的弹力大小是否与弹簧的长度成正比?提示:弹簧对小车的弹力大小不是与弹簧的长度成正比,而是与弹簧的形变量成正比。
【典例示范】【典例】一根轻质弹簧一端固定,用大小为50 N的力压弹簧的另一端,平衡时长度为L1=20 cm;改用大小为25 N的力拉弹簧,平衡时长度为L2=35 cm;若弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,求弹簧的原长和劲度系数。【解题探究】(1)弹簧压缩量为L0-20 cm时弹力为___ N。(2)弹簧伸长量为35 cm-L0时弹力为___ N。
【解析】设弹簧原长为L0,劲度系数为k。由胡克定律得:F1=k(L0-L1) ①F2=k(L2-L0) ②联立①②两式得:L0=0.3 m=30 cm,k=500 N/m。答案:30 cm 500 N/m
【规律方法】胡克定律的应用技巧 (1)胡克定律只能计算弹力的大小,而弹力的方向要借助弹簧是拉伸还是压缩来确定,其方向总是与弹簧恢复原状的方向相同。 (2)弹簧弹力的大小(在弹性限度内)任何时候都可以用胡克定律求解,但只有在物体处于静止或匀速直线运动状态时,才能用二力平衡求解与物体相连的弹簧弹力。
【素养训练】1.如图所示是一劲度系数为k的弹簧,右上方为其对应的F-x图像。O点对应弹簧自然伸展状态,弹簧拉伸至x1时弹力为F1,拉伸至x2时弹力为F2。则 ( )A.F1=kx1B.F1=kx2C.F1=k(x2-x1)D.F2=k(x2-x1)【解析】选A。横坐标即为弹簧相应状态的形变量,由胡克定律可知A正确,B、C、D错误。
2.(多选)一轻质弹簧的长度L和弹力F大小的关系如图所示,根据图像判断,下列结论正确的是( )A.弹簧的原长为20 cmB.弹簧的劲度系数为2 N/mC.弹簧的劲度系数为200 N/mD.弹簧伸长0.05 m时,弹力的大小为10 N
【解析】选C、D。由题图知,当F=0时,弹簧原长L0=10 cm,A错;弹簧长度L=15 cm时,F=10 N,由胡克定律得,劲度系数k= N/m=200 N/m,B错,C对;弹簧伸长0.05 m时,即弹簧长度为15 cm时,弹力的大小为10 N,D对。
【加固训练】1.如图所示,两根相同的轻弹簧S1、S2,劲度系数皆为k=4×102 N/m,悬挂的重物的质量分别为m1=2 kg和m2=4 kg。g取10 N/kg,则平衡时弹簧S1、S2的伸长量分别为( )A.5 cm,10 cm B.10 cm,5 cmC.15 cm,10 cmD.10 cm,15 cm
【解析】选C。设S1的伸长量为x1,S2的伸长量为x2,由胡克定律F=kx,对弹簧S1得(m1+m2)g=kx1,解得x1= m=0.15 m=15 cm;对弹簧S2得,m2g=kx2,解得x2= m=0.10 m=10 cm。故C正确。
2.一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( )
【解析】选C。设弹簧的劲度系数为k,原长为l0,当用大小为F1的力压弹簧时,由胡克定律得F1=k(l0-l1)①当用大小为F2的力拉弹簧时,由胡克定律得F2=k(l2-l0)②由①②解得k= ,故C正确。
【拓展例题】考查内容:弹簧的弹力分析【典例】如图所示,弹簧测力计和细绳重力不计,不计一切摩擦,物体重G=5 N,当装置稳定时弹簧测力计A和B的读数分别为( ) A.5 N,0 B.5 N,10 NC.5 N,5 ND.10 N,5 N
【解析】选C。弹簧测力计的示数即为弹簧测力计所承受的力的大小,图中无论弹簧测力计的右端是固定在支架上还是挂上物体,其作用效果是相同的,弹簧测力计承受的力都等于物体的重力。
【生活情境】 室内攀岩是在一个高而大的房间内设置不同角度、不同难度的人工岩壁,在上面装有许多大小不一的岩石点,供人用四肢借助岩点的位置,手攀脚登,来完成攀岩的体验。图中男孩正在保险绳的保护下,借助攀岩绳完成攀岩。
探究:(1)男孩的双脚受到的弹力作用是由于谁的形变产生的?(2)图中男孩正在一只手用力拉绳,则男孩可能受到几个弹力的作用?【解析】(1)是由于所踩岩点的形变产生的。(2)可能受到四个弹力作用:岩点对两只脚的两个弹力,保险绳对男孩的弹力,攀岩绳对男孩的手的弹力。答案:见解析
【实验情境】 如图所示为三根轻质硬杆A、B、C,物体均静止。探究:三杆对物体有没有弹力?弹力的方向如何?轻杆中的弹力一定沿杆吗?
相关课件
高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究：弹力课文配套课件ppt： 这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究：弹力课文配套课件ppt，共51页。PPT课件主要包含了技能储备·明原理，NO1，弹性限度，自身重力，实验强化·提素养，NO2，类型一类型二类型三，实验达标·固双基，NO3等内容，欢迎下载使用。
高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究：弹力课堂教学课件ppt： 这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究：弹力课堂教学课件ppt，共13页。PPT课件主要包含了实验必备·自主学习，伸长量，函数法，轻弹簧，钩码所受重力的大小，改变悬挂的钩码个数，弹簧未挂钩码时的长度，L-L0，实验过程·探究学习等内容，欢迎下载使用。
鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究：弹力评课ppt课件： 这是一份鲁科版 (2019)必修 第一册第2节 科学探究：弹力评课ppt课件，共59页。PPT课件主要包含了知识点一知识点二，自主预习·探新知，NO1，弹性体，弹性形变，×√×，弹性限度，×××，合作探究·提素养，NO2等内容，欢迎下载使用。
