高一物理 第3節(jié) 彈 力

1、第3節(jié)彈力自主學(xué)習(xí)探索獲新知目標(biāo)導(dǎo)航重點(diǎn): (1)彈力產(chǎn)生的條件(2)彈力的大小計(jì)算難點(diǎn): 彈力有無(wú)及方向的判斷教材提煉一、物體的形變1.形變:物體 或體積的變化叫做形變.2.彈性形變:當(dāng)撤去外力作用后物體能恢復(fù) 的,這類(lèi)形變稱(chēng)為彈性形變.3.彈性限度:作用在物體上的外力不能過(guò)大,如果外力過(guò)大,超出了一定的限度,那么撤去外力后,物體就不能恢復(fù) ,這個(gè)限度叫做彈性限度.4.范性形變:當(dāng)撤去外力作用后物體的形變或多或少仍有保留而不能 的,這類(lèi)形變稱(chēng)為范性形變.形狀形狀原狀原狀原狀原狀復(fù)原復(fù)原二、彈力1.定義:發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復(fù) ,對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用,這種力稱(chēng)為彈力.2.方向:總

2、是與引起形變的作用力的方向 .三、常見(jiàn)的彈力1.常見(jiàn)彈力:平時(shí)所說(shuō)的 力、壓力和 力都是彈力,繩子的拉力通常稱(chēng)為張力.2.方向: (1)壓力和支持力的方向 于支持面而指向被壓或被支持的物體.(2)繩的拉力沿著繩而指向繩 的方向.原狀原狀相反相反拉拉支持支持垂直垂直收縮收縮教材P51由圖2-3-4中書(shū)與桌面之間產(chǎn)生的彈力方向垂直于支持面而指向被壓或被支持的物體.若將書(shū)放于如圖所示的曲面上,它與曲面之間產(chǎn)生的彈力沿什么方向?教材探究答案答案: :放于曲面上時(shí)放于曲面上時(shí), ,書(shū)所受的支持力垂直于接觸點(diǎn)的書(shū)所受的支持力垂直于接觸點(diǎn)的曲面切線向上曲面切線向上, ,曲面所受壓力垂直于接觸點(diǎn)的曲面切曲面所

3、受壓力垂直于接觸點(diǎn)的曲面切線向下線向下. .如圖所示如圖所示. .課堂探究解惑析規(guī)律要點(diǎn)一 彈力的產(chǎn)生及其有無(wú)的判斷【問(wèn)題導(dǎo)引】相互接觸的物體間一定產(chǎn)生彈力嗎?如圖所示,水平地面OA和傾斜墻壁OB均光滑,球C與OA、OB均接觸,接觸點(diǎn)分別為a、b,試問(wèn)接觸點(diǎn)處是否有彈力產(chǎn)生?答案答案: :接觸點(diǎn)接觸點(diǎn)a a處處, ,假設(shè)無(wú)彈力產(chǎn)生假設(shè)無(wú)彈力產(chǎn)生, ,球球C C將在重力將在重力作用下下落作用下下落, ,而實(shí)際上球并沒(méi)有下落而實(shí)際上球并沒(méi)有下落, ,說(shuō)明說(shuō)明a a處有處有擠壓擠壓, ,有彈力產(chǎn)生有彈力產(chǎn)生; ;接觸點(diǎn)接觸點(diǎn)b b處處, ,假設(shè)有彈力假設(shè)有彈力, ,球球C C將將在斜向右下方的彈力作

4、用下向右運(yùn)動(dòng)在斜向右下方的彈力作用下向右運(yùn)動(dòng), ,而實(shí)際上而實(shí)際上球靜止球靜止, ,說(shuō)明說(shuō)明b b處無(wú)彈力產(chǎn)生處無(wú)彈力產(chǎn)生. .因此因此, ,相互接觸的物體間不一定產(chǎn)生彈力相互接觸的物體間不一定產(chǎn)生彈力. .【要點(diǎn)透析】1.彈力產(chǎn)生的過(guò)程2.彈力產(chǎn)生的條件及彈力有無(wú)的判斷(1)彈力產(chǎn)生的條件兩物體直接接觸.接觸面發(fā)生彈性形變.(2)彈力有無(wú)的判斷條件直接判斷法根據(jù)物體是否直接接觸并發(fā)生彈性形變來(lái)判斷是否存在彈力.此方法多用來(lái)判斷較明顯的情況.假設(shè)移除法要判斷物體在某一接觸處是否受到彈力作用,可假設(shè)在該處將與物體接觸的另一物體去掉,看物體是否在該位置保持原來(lái)的狀態(tài),從而判斷物體在該處是否受到彈力

5、作用.例如,如圖所示,一球放在光滑水平面AC上,并和光滑斜面AB接觸,球靜止,分析球所受的彈力.假設(shè)去掉AB面,球仍保持原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài),可判斷出在球與AB面的接觸處沒(méi)有彈力;假設(shè)去掉AC面,球?qū)⑾蛳逻\(yùn)動(dòng),故在與AC面的接觸處球受到彈力,其方向垂直于AC面向上.作用效果分析法如圖所示,光滑水平面上的球靠著豎直面靜止,豎直面是否對(duì)球產(chǎn)生力的作用?假設(shè)豎直面對(duì)球產(chǎn)生了力的作用,由力的作用效果可知,球不會(huì)靜止,故可判定豎直面沒(méi)有對(duì)球產(chǎn)生力的作用.【典例1】 (2014天津和平區(qū)期末)如圖所示,A、B兩物體并排放在光滑的水平面上,C物體疊放在A、B上,D物體是光滑小球,懸掛在豎直線下端,且與斜面接觸,若

6、所有的接觸面均光滑且都處于靜止?fàn)顟B(tài),下列說(shuō)法中正確的是()A.B對(duì)A有彈力,且彈力方向水平向左B.D與斜面接觸時(shí),斜面未發(fā)生形變C.B對(duì)地面的壓力大小等于B的重力D.A、B物體對(duì)C在豎直方向上沒(méi)有彈力思路探究思路探究 (1)(1)用哪一種方法判斷用哪一種方法判斷A A、B B間是否有彈力最間是否有彈力最合適合適? ?答案答案: :由于由于A A、B B間無(wú)擠壓間無(wú)擠壓, ,應(yīng)用條件直接判斷法最快捷應(yīng)用條件直接判斷法最快捷. .(2)(2)用哪一種方法判斷用哪一種方法判斷D D與斜面間是否有彈力最合適與斜面間是否有彈力最合適? ?答案答案: :小球與斜面接觸小球與斜面接觸, ,而形變又不明顯而形

7、變又不明顯, ,應(yīng)用假設(shè)移除法來(lái)判應(yīng)用假設(shè)移除法來(lái)判斷更合適斷更合適. .解析解析: : A A與與B B之間沒(méi)有擠壓之間沒(méi)有擠壓, ,沒(méi)有彈力沒(méi)有彈力, ,選項(xiàng)選項(xiàng)A A錯(cuò)誤錯(cuò)誤;D;D物體受到豎物體受到豎直向下的重力和豎直向上的線的拉力處于靜止?fàn)顟B(tài)直向下的重力和豎直向上的線的拉力處于靜止?fàn)顟B(tài), ,沒(méi)有受到?jīng)]有受到斜面的支持力作用斜面的支持力作用, ,所以斜面未發(fā)生形變所以斜面未發(fā)生形變, ,選項(xiàng)選項(xiàng)B B正確正確; ;因?yàn)橐驗(yàn)镃 C物物體壓在體壓在A A、B B物體上物體上, ,所以所以A A、B B物體對(duì)物體對(duì)C C物體在豎直方向上有彈物體在豎直方向上有彈力力,B,B對(duì)地面的壓力大小大于

8、對(duì)地面的壓力大小大于B B的重力的重力, ,選項(xiàng)選項(xiàng)C C、D D錯(cuò)誤錯(cuò)誤. .答案答案: :B B針對(duì)訓(xùn)練1-1 下列關(guān)于彈力的幾種說(shuō)法,其中正確的是()A.只要兩物體接觸就一定產(chǎn)生彈力B.靜止在水平面上的物體所受重力就是它對(duì)水平面的壓力C.靜止在水平面上的物體受到向上的彈力是因?yàn)樗矫姘l(fā)生了形變D.只要物體發(fā)生形變就一定有彈力產(chǎn)生解析解析: :兩物體接觸并發(fā)生彈性形變才產(chǎn)生彈力兩物體接觸并發(fā)生彈性形變才產(chǎn)生彈力, ,故選項(xiàng)故選項(xiàng)A A、D D均錯(cuò)誤均錯(cuò)誤; ;靜止在水平面上的物體所受重力的施力物體是地球靜止在水平面上的物體所受重力的施力物體是地球, ,而壓力的施力物體是該物體而壓力的施力物

9、體是該物體, ,物體所受支持力是因?yàn)樗矫嫖矬w所受支持力是因?yàn)樗矫姘l(fā)生了形變發(fā)生了形變, ,故選項(xiàng)故選項(xiàng)B B錯(cuò)誤錯(cuò)誤,C,C正確正確. .答案答案: :C C要點(diǎn)二 彈力方向的判斷【問(wèn)題導(dǎo)引】輕桿產(chǎn)生的彈力一定沿著桿的方向嗎?舉例說(shuō)明.答案答案: :不一定不一定. .如圖所示如圖所示, ,輕桿發(fā)生彎曲后對(duì)其一端輕桿發(fā)生彎曲后對(duì)其一端的物體產(chǎn)生豎直向上的支持力的物體產(chǎn)生豎直向上的支持力. .【要點(diǎn)透析】彈力的方向總是與引起形變的作用力的方向相反.幾種常見(jiàn)彈力的方向見(jiàn)下:見(jiàn)附表【典例2】 在如圖所示圖中畫(huà)出物體P受到的各接觸點(diǎn)或面對(duì)它的彈力的示意圖,其中(甲)、(乙)、(丙)中物體P處于靜止?fàn)?/p>

10、態(tài),(丁)中物體P(即球)在水平面上勻速滾動(dòng).解析解析: : ( (甲甲) )屬于繩的拉力屬于繩的拉力, ,應(yīng)沿繩指向繩收縮的方向應(yīng)沿繩指向繩收縮的方向, ,因此彈力因此彈力方向沿繩向上方向沿繩向上;(;(乙乙) )中中A A點(diǎn)屬于點(diǎn)與球面相接觸點(diǎn)屬于點(diǎn)與球面相接觸, ,彈力應(yīng)垂直于曲彈力應(yīng)垂直于曲面的切面斜向上面的切面斜向上, ,必過(guò)曲面對(duì)應(yīng)的中心必過(guò)曲面對(duì)應(yīng)的中心O,BO,B點(diǎn)屬于點(diǎn)與桿相接觸點(diǎn)屬于點(diǎn)與桿相接觸, ,彈力應(yīng)垂直于曲面的切面斜向上彈力應(yīng)垂直于曲面的切面斜向上;(;(丙丙) )中中A A、B B兩點(diǎn)都是球面與平兩點(diǎn)都是球面與平面相接觸面相接觸, ,彈力應(yīng)垂直于平面彈力應(yīng)垂直于平

11、面, ,且必過(guò)球心且必過(guò)球心, ,所以所以A A處彈力方向水處彈力方向水平向右平向右,B,B處彈力垂直于斜面向左上方處彈力垂直于斜面向左上方, ,且都過(guò)球心且都過(guò)球心;(;(丁丁) )中小球中小球P P不管運(yùn)動(dòng)與否不管運(yùn)動(dòng)與否, ,都是屬于平面與球面相接觸都是屬于平面與球面相接觸, ,彈力應(yīng)垂直于平面彈力應(yīng)垂直于平面, ,且過(guò)球心且過(guò)球心, ,即向上即向上. .它們所受彈力的示意圖如圖所示它們所受彈力的示意圖如圖所示. .答案答案: :見(jiàn)解析見(jiàn)解析針對(duì)訓(xùn)練2-1 按下列要求畫(huà)出圖中物體所受彈力的示意圖.(1)斜面對(duì)物塊的支持力.(2)墻壁對(duì)球的支持力.(3)大球球面對(duì)小球的支持力.解析解析:

12、:彈力的方向總是與接觸面垂直彈力的方向總是與接觸面垂直, ,圖圖(1)(1)中中, ,物物塊與斜面之間是平面與平面接觸塊與斜面之間是平面與平面接觸, ,支持力垂直于接支持力垂直于接觸面指向被支持物體觸面指向被支持物體; ;圖圖(2)(2)中中, ,墻壁和球之間是平墻壁和球之間是平面與球面接觸面與球面接觸, ,支持力的方向垂直于墻面過(guò)球心而支持力的方向垂直于墻面過(guò)球心而指向球體指向球體; ;圖圖(3)(3)中中, ,球面與球面接觸球面與球面接觸, ,支持力的方支持力的方向沿兩球心的連線指向小球向沿兩球心的連線指向小球. .答案答案: :如圖所示如圖所示要點(diǎn)三 胡克定律及其應(yīng)用【問(wèn)題導(dǎo)引】蹦極是一

13、項(xiàng)戶(hù)外休閑活動(dòng).跳躍者站在約40米以上高度的位置,用橡皮繩固定住后跳下,落地前反彈.反復(fù)彈起落下,重復(fù)多次直至運(yùn)動(dòng)停止.試問(wèn):上述橡皮繩在彈性限度內(nèi)是否滿(mǎn)足胡克定律?答案答案: :實(shí)踐證明實(shí)踐證明, ,彈簧、橡皮條彈簧、橡皮條( (繩繩) )等一些固體材料等一些固體材料, ,在其彈性限度內(nèi)在其彈性限度內(nèi), ,所產(chǎn)生的彈力與自身形變量均滿(mǎn)足所產(chǎn)生的彈力與自身形變量均滿(mǎn)足胡克定律胡克定律, ,即即F=kxF=kx. .【要點(diǎn)透析】1.實(shí)驗(yàn):探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?(1)探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系.(2)學(xué)會(huì)利用列表法、圖像法、函數(shù)法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).(3)驗(yàn)證胡克定律,會(huì)求彈簧的勁度

14、系數(shù).【實(shí)驗(yàn)原理】 (1)用懸掛法測(cè)量彈簧的彈力F彈簧下端懸掛的鉤碼靜止時(shí),彈力大小與掛在彈簧下面的鉤碼的重力相等,在彈簧下端懸掛不同的鉤碼個(gè)數(shù),并分別求出重力,從而得到彈簧彈力.【實(shí)驗(yàn)器材】 鐵架臺(tái)、彈簧、毫米刻度尺、鉤碼若干、坐標(biāo)紙【實(shí)驗(yàn)步驟】 (1)按如圖安裝實(shí)驗(yàn)裝置,記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度l0. (2)在彈簧下懸掛一個(gè)鉤碼,平衡時(shí)記下彈簧的總長(zhǎng)度并記下鉤碼的重力.【注意事項(xiàng)】 (1)所掛鉤碼不要過(guò)重,以免彈簧超出它的彈性限度.(2)每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些,從而使坐標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀疏一些,這樣作出的圖線較為精確.(3)測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí),一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)

15、時(shí)測(cè)量,刻度尺要保持豎直并靠近彈簧,以免增大誤差.(4)描點(diǎn)畫(huà)線時(shí),所描的點(diǎn)不一定都落在圖線上,但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在圖線的兩側(cè).(5)記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧伸長(zhǎng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位.【典例3】 (2013陜西師大附中高一上學(xué)期期中)某同學(xué)用如圖(甲)所示的裝置做“探究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí),先測(cè)量出不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,然后在彈簧下端掛上鉤碼,并逐個(gè)增加鉤碼,分別測(cè)量出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度,所得數(shù)據(jù)列表如下:(g取10 m/s2)鉤碼質(zhì)量m/(102g)01.002.003.004.005.006.007.00標(biāo)尺刻度x/(10-2 m)15.0018.942

16、2.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù),在圖(乙)所示的坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系曲線;(2)根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷,力在范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系滿(mǎn)足胡克定律.這種規(guī)格彈簧的勁度系數(shù)為k=N/m.思路探究思路探究 (1)(1)彈簧下端不掛鉤碼時(shí)彈簧下端不掛鉤碼時(shí), ,彈簧下彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)度刻度是何物理量端指針?biāo)傅臉?biāo)度刻度是何物理量? ?答案答案: :彈簧的原長(zhǎng)彈簧的原長(zhǎng). .(2)(2)題中的題中的x x是指彈簧的總長(zhǎng)度是指彈簧的總長(zhǎng)度, ,它與彈簧的彈力它與彈簧的彈力F F之間存在怎樣的關(guān)系之間存在怎樣

17、的關(guān)系? ?答案答案:F=k(x-x:F=k(x-x0 0),),其中其中x x0 0為彈簧原長(zhǎng)為彈簧原長(zhǎng). .解析解析: : (1)(1)如圖所示如圖所示. .針對(duì)訓(xùn)練3-1 (2014北京西城期末)某同學(xué)探究彈簧彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示,刻度尺(最小刻度為毫米)的0刻度線與彈簧上端對(duì)齊.實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)改變彈簧下端所懸掛鉤碼的質(zhì)量,改變彈簧彈力,并記錄下此時(shí)彈簧長(zhǎng)度,進(jìn)而求得彈簧的勁度系數(shù)k.重力加速度g取10 m/s2.課堂達(dá)標(biāo)速練固雙基1.下列各種情況中,屬于彈性形變的是( )A.撐桿跳高運(yùn)動(dòng)員起跳過(guò)程中,撐桿的形變B.人坐椅子時(shí),椅子面的形變C.細(xì)直鋼絲繞成彈簧的形變D.鋁

18、制易拉罐被壓扁的形變解析解析: :撐桿的形變和椅子面的形變均能夠恢復(fù)原狀撐桿的形變和椅子面的形變均能夠恢復(fù)原狀, ,屬屬于彈性形變于彈性形變, ,選項(xiàng)選項(xiàng)A A、B B正確正確; ;細(xì)直鋼絲繞成彈簧、鋁制細(xì)直鋼絲繞成彈簧、鋁制易拉罐被壓扁的形變不能恢復(fù)原狀易拉罐被壓扁的形變不能恢復(fù)原狀, ,屬于范性形變屬于范性形變. .如如果審題不仔細(xì)果審題不仔細(xì), ,誤將誤將“細(xì)直鋼絲繞成彈簧的形變細(xì)直鋼絲繞成彈簧的形變”理解理解為為“細(xì)直鋼絲繞成的彈簧的形變細(xì)直鋼絲繞成的彈簧的形變”, ,就會(huì)錯(cuò)選就會(huì)錯(cuò)選C.C.ABAB2.(2013臨夏高一檢測(cè))關(guān)于彈力,下列說(shuō)法中正確的是( )A.彈力是按效果命名的力

19、B.支持力方向一定垂直于接觸面C.同胡克定律F=kx知,F越大,k越大D.彈力產(chǎn)生在直接接觸且發(fā)生彈性形變的兩物體之間解析解析: :彈力是按力的性質(zhì)命名的彈力是按力的性質(zhì)命名的, ,不是按效果命名不是按效果命名的的, ,故故A A錯(cuò)錯(cuò); ;支持力方向一定垂直于接觸面支持力方向一定垂直于接觸面, ,故故B B對(duì)對(duì); ;彈簧的勁度系數(shù)彈簧的勁度系數(shù)k k由彈簧本身決定由彈簧本身決定, ,與與F F無(wú)關(guān)無(wú)關(guān), ,故故C C錯(cuò)錯(cuò); ;由彈力的產(chǎn)生條件知由彈力的產(chǎn)生條件知D D對(duì)對(duì). .BDBD3.(2013宜昌高一檢測(cè))關(guān)于彈力的方向,下列說(shuō)法正確的是( )A.物體靜止在水平桌面上,桌面對(duì)物體的支持力方向是豎直向下的B.物體沿斜面下滑時(shí),斜面對(duì)物體的支持力方向是沿斜面向上的C.用繩懸掛物體時(shí),繩對(duì)物體的拉力方向是沿繩收縮的方向D.用水平直桿固定路燈時(shí),直桿對(duì)路燈的