高中物理備課資料 彈力的應(yīng)用

【知識(shí)點(diǎn)名稱(chēng)】【課標(biāo)內(nèi)容對(duì)照（滬科J）課程標(biāo)準(zhǔn)的要求（滬科J）*通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)滑動(dòng)摩擦、靜摩擦的規(guī)律，能用動(dòng)摩擦因數(shù)計(jì)算摩擦力。（滬科J）*知道常見(jiàn)的形變，通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解物體的彈性，知道胡克定律。（滬科J）*理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律，用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋生活中的有關(guān)問(wèn)題。(注：對(duì)于(課程標(biāo)準(zhǔn))中這一條，在本章中僅涉及牛頓第三定律。)【三維目標(biāo)】(魯科J)5了解彈力在生活、生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用?！窘虒W(xué)建議】(魯科J)2本節(jié)主要內(nèi)容是形變和彈力，形變和彈力在生活、生產(chǎn)中廣泛存在，因此本節(jié)廣泛聯(lián)系實(shí)際，如尼龍扣、人體內(nèi)的“彈簧”等，著力體現(xiàn)課程內(nèi)容的時(shí)代性；還盡力創(chuàng)造條件，通過(guò)觀察微小形變、探究銅絲的彈性限度、探究彈力和形變的關(guān)系等實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生自主獲取知識(shí)，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲。 (魯科J)8對(duì)于材料的勁度，應(yīng)使學(xué)生明確認(rèn)識(shí)，不僅不同材料的勁度不一樣，同一材料在形狀和長(zhǎng)度變化時(shí)勁度也會(huì)不一樣。另外，通過(guò)淬火等手段也可改變材料的勁度。不同勁度的材料在工程技術(shù)中有不同的用途，這方面的實(shí)例很多(詳見(jiàn)課程資源)，若條件允許，可鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)走訪調(diào)查或網(wǎng)上查找有關(guān)資料，然后在班上介紹。(魯科J)9對(duì)于彈力的應(yīng)用，教材呈現(xiàn)了豐富多彩的實(shí)例，著力貼近生活，聯(lián)系社會(huì)，滲透科學(xué)技術(shù)，體現(xiàn)了學(xué)科滲透的理念。教學(xué)時(shí)不必一一講到，可重點(diǎn)講透一兩個(gè)，其余的讓學(xué)生閱讀、討論。彈力的應(yīng)用 (魯科K)拉伸或壓縮彈簧，必須克服彈簧的彈力做功，所做的功以彈性勢(shì)能的形式儲(chǔ)存在彈簧中。 (魯科K)自動(dòng)傘在收攏的時(shí)候，彈簧被拉伸，儲(chǔ)存了勢(shì)能。撐傘時(shí)，只要按一下手柄上的按鈕，被拉伸的彈簧就會(huì)恢復(fù)原狀，釋放出能量，使傘“自動(dòng)”撐開(kāi)。機(jī)械鐘表中上緊的發(fā)條儲(chǔ)存的勢(shì)能，能推動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)。拉緊的弓儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能，一旦釋放便將箭飛速射出(圖4-32)。 (魯科K)彈簧具有彈性，可以緩沖減震。人體內(nèi)也有“彈簧”，在各種關(guān)節(jié)中都可以找到。當(dāng)關(guān)節(jié)受壓或受沖擊時(shí)，關(guān)節(jié)處的軟骨改變形狀，使震動(dòng)得到緩沖。 (魯科K)汽車(chē)和火車(chē)底部不僅有螺旋彈簧，還有彎曲的彈性鋼板。當(dāng)車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，利用彈簧形變產(chǎn)生緩沖作用，能夠減小車(chē)身的震動(dòng)(圖4-33)。其他如跳高墊子、沙發(fā)及床墊中的彈簧、自行車(chē)車(chē)座下的彈簧等也都可以起到有效的減震作用。 另外，彈簧還有自動(dòng)復(fù)位的作用。 (魯科K)自行車(chē)的左右把下面各有一根閘把，分別用來(lái)控制前閘和后閘。閘把和閘皮支架上都裝有扭轉(zhuǎn)彈簧，分別使閘把和閘皮在剎車(chē)結(jié)束時(shí)能回到原來(lái)位置。(魯科K)彈簧在各種安全閥超壓保護(hù)裝置中也是不可缺少的。當(dāng)設(shè)備或管路內(nèi)壓力超過(guò)允許值時(shí)，閥門(mén)被沖開(kāi)，繼而排氣減壓；當(dāng)壓力降到規(guī)定值時(shí)，在彈簧作用下，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，從而保證設(shè)備和管路的正常運(yùn)行。(魯科K)不同材料的勁度是不一樣的。當(dāng)同一材料的形狀和長(zhǎng)度不相同時(shí)，其勁度也是不一樣的(圖4-29)。 選擇適當(dāng)勁度的材料很重要。例如，機(jī)床主軸很小的形變就會(huì)影響加工精度，因此必須選擇勁度較大的材料，保證主軸具備足夠抵抗形變的能力。 不同勁度的材料各有用處?；炷翀?jiān)硬，但缺乏彈性，容易在拉伸時(shí)斷裂，而鋼筋耐拉伸，所以常把它們結(jié)合起來(lái)使用。在混凝土發(fā)生拉伸的地方敷設(shè)鋼筋，制成鋼筋混凝土材料，既抗壓又抗拉(圖4-30)?！旧顟?yīng)用】【課本習(xí)題】1. (魯科K)舉例說(shuō)明生活中哪些物體的形變是彈性形變，哪些物體的形變是范性形變。解答：略 2. (魯科K)如右圖所示，兩個(gè)鉤碼均重2N，彈簧測(cè)力計(jì)自重不計(jì)，則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為(A)0 (B)2N (C)4N 解答：B。2. (魯科K)一彈簧測(cè)力計(jì)的量程是15N，刻度的總長(zhǎng)是10cm，該彈簧測(cè)力計(jì)上彈簧的勁度是多大?彈簧測(cè)力計(jì)不稱(chēng)重物時(shí)，彈簧的勁度是多大? 解答：彈簧的彈力為15 N時(shí)，伸長(zhǎng)量是10 cm。(A) (魯科J)彈簧的勁度由彈簧自身決定，與是否稱(chēng)重?zé)o關(guān)，彈簧測(cè)力計(jì)不稱(chēng)重物時(shí)，彈簧的勁度仍是150 Nm。4. (魯科K)一根勁度為400N/m的輕質(zhì)彈簧，原長(zhǎng)為12cm，當(dāng)受到一個(gè)大小為16N的壓力作用時(shí)，該彈簧將縮短到多少厘米? 5. (魯科K)一彈簧測(cè)力計(jì)原來(lái)讀數(shù)準(zhǔn)確，由于更換內(nèi)部彈簧，外殼上的讀數(shù)便不能直接使用，某同學(xué)進(jìn)行了如下測(cè)試，不掛重物時(shí)，示數(shù)為2N，掛100N重物時(shí)，示數(shù)92N，那么當(dāng)讀數(shù)20N時(shí)，所掛物體的實(shí)際重量是多少?(魯科J)解答：設(shè)原彈簧的勁度系數(shù)為k1，因?yàn)镕=kl，則當(dāng)示數(shù)分別為F1=2 N、F2=92 N和F3=20 N時(shí)，伸長(zhǎng)量l1、z2和l3分別為則新彈簧的勁度系數(shù)k2為所以當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)為20N時(shí)，物體的實(shí)重量G為G=k2（L3L1）=20N另解：掛100N重物時(shí)，彈簧變化的格數(shù)為92-2=90格，所以每格代表的力N/格。讀數(shù)為20N時(shí)，彈簧變化的格數(shù)為20-2=18格，所掛物重【其他習(xí)題】(魯科J)1關(guān)于彈力，下列說(shuō)法中正確的是(A)只要兩物體相互吸引就有彈力作用(B)只要兩物體相互接觸就有彈力作用(C)只有受彈簧作用的物體才受彈力作用(D)只有發(fā)生形變的物體，才會(huì)對(duì)跟它接觸的物體產(chǎn)生彈力作用答案：D(魯科J)2書(shū)放在水平桌面上，桌面會(huì)受到彈力的作用，產(chǎn)生這個(gè)彈力的直接原因是 (A)書(shū)的形變 (B)桌面的形變 (C)書(shū)和桌面的形變 (D)書(shū)受到的重力答案：A(魯科J)3一個(gè)彈簧原長(zhǎng)8 cm，下端懸掛4 N的重物，靜止時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度為10 cm，此彈簧的勁度系數(shù)多大?若在下端再加1 N的重物，靜止時(shí)的彈簧長(zhǎng)度是多少?答案：k=200 Nm；10.5 cmc(魯科J)4一根輕質(zhì)彈簧，當(dāng)它在100 N的拉力作用下，總長(zhǎng)度為0.55 m，當(dāng)它在300 N的力作用下，總長(zhǎng)度為0.65 m，則彈簧不受外力作用時(shí)自然長(zhǎng)度為多少?答案：0.5 m。(魯科J)5原長(zhǎng)為16 cm的輕質(zhì)彈簧，當(dāng)A、B兩人同時(shí)用100 N的力由兩端反向拉時(shí)，彈簧長(zhǎng)度變?yōu)?8 cm；若將彈簧一端固定在墻上，另一端由A一人用200 N的力拉，這時(shí)彈簧的長(zhǎng)度為多少?此時(shí)彈簧的勁度系數(shù)為多少?答案：20 cm；5 000 Nm。4（滬科K）彈簧原長(zhǎng)10cm，在它下面掛一個(gè)重4 N的物體時(shí)，彈簧長(zhǎng)12 cm；在它下面掛重3 N的物體時(shí)，彈簧長(zhǎng)多少?（滬科J）已知F1=G1=4N，x1=l1-l0=(12-10)cm=2cm，F(xiàn)2=G2=3N由，得所以彈簧長(zhǎng) l2=l 0+x2=11.5cm 5（滬科K）體育室里的拉力器，并列裝有四根相同的彈簧，每報(bào)彈簧的自然長(zhǎng)度都是40cm。某人用600N的力把它拉至16 m則每根彈簧產(chǎn)生的強(qiáng)力多大?每根彈簧的勁度系數(shù)多大?（滬科J）每根彈簧產(chǎn)生的彈力大小等于每根彈簧受到的拉力，即每根彈簧的伸長(zhǎng)量 x=(1.6-0.4)m=1.2m所以每根彈簧的勁度系數(shù)10（滬科K）把一根彈簧截成等長(zhǎng)的兩段，每一段彈簧的勁度系數(shù)與原來(lái)相比，結(jié)論是A相同 B比原來(lái)大C比原來(lái)小 D條件不足，無(wú)法判斷 （滬科J）B。提示：根據(jù)勁度系數(shù)的物理意義，它在數(shù)值上等于使彈簧伸長(zhǎng)1m時(shí)產(chǎn)生的彈力。彈簧截短后，使它伸長(zhǎng)1m比原來(lái)困難，因此使它伸長(zhǎng)1m時(shí)產(chǎn)生的彈力比原來(lái)的大，所以勁度系數(shù)變大。*11（滬科K）S1和S2表示勁度系數(shù)分別為k1、k2的兩根彈簧(k1k2)，a和b分別表示質(zhì)量為ma和mb(mamb)的兩個(gè)小物塊?，F(xiàn)它們按圖3-57所示方式懸掛，為使得兩根彈簧的總長(zhǎng)度最長(zhǎng)，應(yīng)該AS1在上，a在上 BS1在上，b在上CS2在上，a在上 DS2在上，b在上（滬科J）D。提示：平衡時(shí)，上面彈簧中的彈力總是等于兩塊小物塊的重力，跟兩塊小物塊的上下次序無(wú)關(guān)。要求兩彈簧的總長(zhǎng)最大，下面彈簧所掛的物塊應(yīng)重些，即物塊b應(yīng)在上面，a在下面。 兩根彈簧的位置選擇只能有兩種情況：當(dāng)S1在上面時(shí)，兩根彈簧的總長(zhǎng)度當(dāng)S2在上面時(shí)，兩根彈簧的總長(zhǎng)度 由于,得ll,所以S2應(yīng)在上面。(魯科K)迷你實(shí)驗(yàn)室圓珠筆中的彈簧按一下可伸縮的圓珠筆的頂桿，筆尖就能伸出(或縮進(jìn))。把筆拆開(kāi)，研究這種筆究竟有什么奧秘(圖4-34)。(魯科J)本節(jié)第二個(gè)“迷你實(shí)驗(yàn)室”中，圓珠筆尖能伸出(或縮進(jìn))，利用的是彈簧的復(fù)位功能，可讓學(xué)生實(shí)際動(dòng)手拆開(kāi)看一看它是如何工作的。很多工具和設(shè)備都是利用彈簧這一性質(zhì)來(lái)復(fù)位的。例如，許多建筑物大門(mén)的合頁(yè)上都裝了復(fù)位彈簧，自動(dòng)傘、各種按鈕、按鍵也少不了復(fù)位彈簧。【高考選題】【開(kāi)放題】(魯科K)討論與交流 在跳板跳水和撐竿跳高運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員是利用跳板或撐竿來(lái)儲(chǔ)存能量的。運(yùn)動(dòng)員應(yīng)把握時(shí)機(jī)，調(diào)整動(dòng)作，巧妙地應(yīng)用能量轉(zhuǎn)換的道理，取得最佳成績(jī)。跳水運(yùn)動(dòng)員的成績(jī)與起跳蹬板的時(shí)機(jī)很有關(guān)系。，什么時(shí)候起跳最合適?是在跳板運(yùn)動(dòng)到最上端、中間位置，還是最下端(圖4-35)?(魯科J)“討論與交流”中應(yīng)注意，影響跳水運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的因素很多，其中一個(gè)因素是跳板的能量是否能轉(zhuǎn)化成運(yùn)動(dòng)員的能量。(魯科J)在跳板振動(dòng)到最上端時(shí)，若運(yùn)動(dòng)員開(kāi)始起跳，此時(shí)跳板就要向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)員再向下蹬板，不僅腳使不上勁，而且跳板的動(dòng)能無(wú)法轉(zhuǎn)化成運(yùn)動(dòng)員所需的能量；在跳板振動(dòng)到最下端時(shí)，若運(yùn)動(dòng)員開(kāi)始起跳，此時(shí)跳板的瞬時(shí)速度為零，運(yùn)動(dòng)員蹬板會(huì)使自己損失一部分能量去推跳板向下運(yùn)動(dòng)；跳板從下方回到中間位置時(shí)，若運(yùn)動(dòng)員開(kāi)始起跳，這時(shí)跳板的能量幾乎全部用來(lái)幫助運(yùn)動(dòng)員起跳?！举Y料鏈接】材料與彈性(魯科J)如果到工地上看看，就會(huì)發(fā)現(xiàn)有空心電線桿和空心水泥樓板等。為什么這些物體要做成中空呢?可以用一塊橡皮來(lái)說(shuō)明。在橡皮側(cè)面畫(huà)一條線，然后彎曲橡皮，橡皮的長(zhǎng)方形側(cè)面變成了扇形。從圖411可以看出，橡皮的中間那層變化不太，既不伸長(zhǎng)也不縮短。根據(jù)胡克定律，中層產(chǎn)生的彈力也很小，取去或減少這部分材料對(duì)抗彎能力不會(huì)有顯著影響。這就是說(shuō)，中間這一層對(duì)抵抗彎曲沒(méi)有作用，只是白白地增加了重力，還不如把它去掉更好。因此，一些樓板、電線桿做成空心的。工字梁是空心管的變形，它的中間層做得特別薄，可以減輕重力、節(jié)約原材料。(魯科J)如果建筑房屋的時(shí)候需要一根很粗的房梁，用一根粗大的工字梁就又會(huì)顯得十分笨重。所以人們用槽鋼或角鐵焊成一個(gè)空心的鐵架子，在建筑中叫桁架，是節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)。架子的上面承受拉力，下面承受壓力，中間用一些短的材料支撐，省去了大量的材料，結(jié)構(gòu)輕，然而能承載的力量卻很大。鐵路大橋和鐵塔都是由桁架組成的。(魯科J)即使是實(shí)心的樓板，鋼筋也并不敷設(shè)在樓板的中間，這是為什么呢?從圖413可看出，樓板中的不同位性拉、壓情況是小一樣的。當(dāng)陽(yáng)臺(tái)承載重物時(shí)，上表面拉伸，下表面擠壓，而水泥缺乏彈性，容易在拉伸時(shí)斷裂，因此就把耐拉伸的鋼筋敷設(shè)在接近上表面的地方。房間里的樓板承載重物時(shí)，則是上表面擠壓，下表面受拉伸，所以鋼筋敷設(shè)在接近下表面的地方。(魯科J)大自