4.2形變與彈力解析

1、第4章相互作用學(xué)案學(xué)案2 2 形變與彈力形變與彈力名師伴你行 蹦極時，人自身所受重力讓其下蹦極時，人自身所受重力讓其下落，被拉伸的蹦極繩又會產(chǎn)生向上的落，被拉伸的蹦極繩又會產(chǎn)生向上的力，把人拉上去。正是在這上上下下力，把人拉上去。正是在這上上下下的振蕩中蹦極者才體驗到了前所未有的振蕩中蹦極者才體驗到了前所未有的刺激。的刺激。 當用手提拉彈簧時，手會感到彈當用手提拉彈簧時，手會感到彈簧產(chǎn)生的向下簧產(chǎn)生的向下“拉拉”的作用力；在壓的作用力；在壓縮彈簧時也會感受到彈簧產(chǎn)生的向上縮彈簧時也會感受到彈簧產(chǎn)生的向上“頂頂”的作用力。的作用力。 吉他、古箏等弦樂器演奏者在演吉他、古箏等弦樂器演奏者在演奏時，

2、手都要撥弄琴弦，才能發(fā)出動奏時，手都要撥弄琴弦，才能發(fā)出動聽的樂音。聽的樂音。 上緊的鐘表發(fā)條，束在頭上的橡上緊的鐘表發(fā)條，束在頭上的橡皮筋，凹陷的沙發(fā)皮筋，凹陷的沙發(fā)形變和彈力在形變和彈力在我們的生活中無處不在。我們的生活中無處不在。學(xué)點學(xué)點1 1 形變形變 形變形變 ： 物體的形狀或體積的改變叫做形變。物體的形狀或體積的改變叫做形變。形變種類：形變種類： 形變的兩個方面形變的兩個方面: : 形狀的改變形狀的改變：指受力時物體的外觀發(fā)生變化，如橡皮條拉緊時，：指受力時物體的外觀發(fā)生變化，如橡皮條拉緊時，由短變長；跳水館中的跳板本來是水平伸直的，當運動員在上面起跳由短變長；跳水館中的跳板本來是

3、水平伸直的，當運動員在上面起跳時，平直的板變得彎曲；撐桿跳高時，運動員手中的撐桿由直變曲。時，平直的板變得彎曲；撐桿跳高時，運動員手中的撐桿由直變曲。 體積的改變體積的改變：指受力時物體的體積發(fā)生變化。如用力壓排球，：指受力時物體的體積發(fā)生變化。如用力壓排球，排球的體積變?。挥昧汉＞d，海綿的體積變??；用力壓玻璃瓶，玻排球的體積變??；用力壓海綿，海綿的體積變??；用力壓玻璃瓶，玻璃瓶體積減小。璃瓶體積減小。 彈性形變和范性形變彈性形變和范性形變 彈性形變彈性形變：把撤去外力后能恢復(fù)到原來形狀的物體稱為彈性體，：把撤去外力后能恢復(fù)到原來形狀的物體稱為彈性體，彈性體發(fā)生的形變叫彈性形變，如：橡皮筋、

4、彈簧等。彈性體發(fā)生的形變叫彈性形變，如：橡皮筋、彈簧等。 范性形變范性形變：有些物體發(fā)生形變后不能恢復(fù)原來的形狀，這種形：有些物體發(fā)生形變后不能恢復(fù)原來的形狀，這種形變叫做范性形變，如：橡皮泥、彎曲的鐵絲等。這種形變，中學(xué)階段變叫做范性形變，如：橡皮泥、彎曲的鐵絲等。這種形變，中學(xué)階段不過多研究。不過多研究。 若物體形變過大，超過一定限度，撤去作用力后，物體不若物體形變過大，超過一定限度，撤去作用力后，物體不能完全恢復(fù)原來的形狀，這個限度叫彈性限度。例如：橡皮能完全恢復(fù)原來的形狀，這個限度叫彈性限度。例如：橡皮筋拉力過大，超過橡皮筋的彈性限度，橡皮筋被拉斷，彈簧筋拉力過大，超過橡皮筋的彈性限度

5、，橡皮筋被拉斷，彈簧的形變過大，超過其彈性限度，撤去力后彈簧不能恢復(fù)原長。的形變過大，超過其彈性限度，撤去力后彈簧不能恢復(fù)原長。 彈性限度：彈性限度：圖圖4-2-24-2-2圖圖4-2-14-2-1 如圖如圖4-2-1，在一張大桌子上放兩個平面鏡，在一張大桌子上放兩個平面鏡M和和N，讓一，讓一束光束依次被這兩面鏡子反射，最后射到墻上，形成一個光點。束光束依次被這兩面鏡子反射，最后射到墻上，形成一個光點。用力壓桌面，觀察墻上光點位置的變化。這個現(xiàn)象說明了什么？用力壓桌面，觀察墻上光點位置的變化。這個現(xiàn)象說明了什么？ 用力壓桌面時，桌面發(fā)生了形變，雖然形變量很小，但鏡子用力壓桌面時，桌面發(fā)生了形變

6、，雖然形變量很小，但鏡子要向箭頭所示的方向傾斜，由于兩面鏡子間距較大，光點在墻上要向箭頭所示的方向傾斜，由于兩面鏡子間距較大，光點在墻上有明顯移動，把桌面的形變顯示出來。有明顯移動，把桌面的形變顯示出來。 如圖如圖4-2-2所示，把一個圓玻璃瓶瓶口用中間插有細管的瓶所示，把一個圓玻璃瓶瓶口用中間插有細管的瓶塞塞上，用手輕壓玻璃瓶，細管中的水就會上升，松開手后，水塞塞上，用手輕壓玻璃瓶，細管中的水就會上升，松開手后，水面又降回原處，這說明了什么？如果換成扁玻璃瓶，當你按壓不面又降回原處，這說明了什么？如果換成扁玻璃瓶，當你按壓不同位置時又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？同位置時又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ 按壓玻璃時，玻

7、璃瓶發(fā)生形變，容積減小，水受擠壓上升，按壓玻璃時，玻璃瓶發(fā)生形變，容積減小，水受擠壓上升，松開手后，形變恢復(fù)，水面落回原處；若換成扁玻璃瓶，按松開手后，形變恢復(fù)，水面落回原處；若換成扁玻璃瓶，按“凸凸”面時，細管中水面下降；若按壓面時，細管中水面下降；若按壓“扁扁”面時，細管中水面上升。面時，細管中水面上升。（請思考為什么）（請思考為什么）（4）“放大放大”微小形變的兩種常用方法。微小形變的兩種常用方法?！纠纠?】如圖】如圖4-2-3所示，在用橫截面為橢圓形的墨水瓶演示堅硬所示，在用橫截面為橢圓形的墨水瓶演示堅硬 物體微物體微 小彈性形變的實驗中，能觀察到的現(xiàn)象是（小彈性形變的實驗中，能觀察

8、到的現(xiàn)象是（ ） .沿橢圓長軸方向壓瓶壁，管中水面上升；沿橢圓短軸方向沿橢圓長軸方向壓瓶壁，管中水面上升；沿橢圓短軸方向 壓瓶壁，管中水面下降壓瓶壁，管中水面下降 .沿橢圓長軸方向壓瓶壁，管中水面下降；沿橢圓短軸方向沿橢圓長軸方向壓瓶壁，管中水面下降；沿橢圓短軸方向 壓瓶壁，管中水面上升壓瓶壁，管中水面上升 C.無論沿橢圓長軸還是短軸方向壓瓶壁，管中水面均上升無論沿橢圓長軸還是短軸方向壓瓶壁，管中水面均上升 D.無論沿橢圓長軸還是短軸方向壓瓶壁，管中水面均下降無論沿橢圓長軸還是短軸方向壓瓶壁，管中水面均下降 【解析】當沿橢圓長軸方向壓瓶壁時，由于墨水當沿橢圓長軸方向壓瓶壁時，由于墨水瓶的形變而

9、導(dǎo)致其體積增大，故管中水面下降；當瓶的形變而導(dǎo)致其體積增大，故管中水面下降；當沿橢圓短軸方向壓瓶壁時，由于墨水瓶的形變而導(dǎo)沿橢圓短軸方向壓瓶壁時，由于墨水瓶的形變而導(dǎo)致其體積減小，故管中水面上升。致其體積減小，故管中水面上升。B 【評析】掌握彈力的產(chǎn)生條件，知道彈力的施力物體必定掌握彈力的產(chǎn)生條件，知道彈力的施力物體必定發(fā)生彈性形變，即發(fā)生彈性形變，即A給給B彈力，彈力，A是施力者并發(fā)生彈性形變，是施力者并發(fā)生彈性形變，但由于力的作用是相互的，但由于力的作用是相互的，B也給也給A彈力作用，彈力作用，B也是施力也是施力物體，也發(fā)生彈性形變，所以若物體，也發(fā)生彈性形變，所以若A、B間產(chǎn)生彈力，則間

10、產(chǎn)生彈力，則A、B同時發(fā)生彈性形變。同時發(fā)生彈性形變。圖圖4-2-34-2-3 1關(guān)于彈性形變的概念，下列說法中正確的是關(guān)于彈性形變的概念，下列說法中正確的是( )A.物體形狀的改變叫彈性形變物體形狀的改變叫彈性形變B.物體在外力停止作用后的形變，叫彈性形變物體在外力停止作用后的形變，叫彈性形變C.一根鐵桿用力彎折后的形變就是彈性形變一根鐵桿用力彎折后的形變就是彈性形變D.物體在外力停止作用后，能夠恢復(fù)到原來形狀的形物體在外力停止作用后，能夠恢復(fù)到原來形狀的形 變，叫彈性形變變，叫彈性形變D 發(fā)生形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，對跟它接觸的物體產(chǎn)發(fā)生形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，對跟它接觸的物體產(chǎn)生

11、力的作用，這種力叫彈力。生力的作用，這種力叫彈力。學(xué)點學(xué)點2 2 彈力彈力定義：定義：(2)產(chǎn)生的條件：產(chǎn)生的條件： 兩物體直接接觸兩物體直接接觸 兩物體間存在彈性形變兩物體間存在彈性形變 兩者同時具備，缺一不可兩者同時具備，缺一不可 （3）彈力的方向）彈力的方向 彈力的方向總是與作用在物體上使物體發(fā)生形變的外力的方向相反。彈力的方向總是與作用在物體上使物體發(fā)生形變的外力的方向相反。 彈力方向的判定步驟：彈力方向的判定步驟：明確產(chǎn)生彈力的物體明確產(chǎn)生彈力的物體找出使該物體發(fā)生形變的外力方向找出使該物體發(fā)生形變的外力方向確定該物確定該物體產(chǎn)生的彈力的方向。體產(chǎn)生的彈力的方向。常見彈力的方向：常見

12、彈力的方向： (4)胡克定律胡克定律 內(nèi)容內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈性體的彈力和彈性體伸長（或縮短）的長度成正比。：在彈性限度內(nèi)，彈性體的彈力和彈性體伸長（或縮短）的長度成正比。 公式公式：kx。 式中式中k稱為彈簧的勁度系數(shù)，其單位為牛頓每米，符號為稱為彈簧的勁度系數(shù)，其單位為牛頓每米，符號為N/m，比較而言，比較而言，k越大，越大，彈簧越彈簧越“硬硬”，k越小，彈簧越越小，彈簧越“軟軟”。 五個五個注意點注意點透析胡克定律透析胡克定律 a.定律的成立是有條件的，這就是彈簧發(fā)生定律的成立是有條件的，這就是彈簧發(fā)生“彈性形變彈性形變”，且必須在彈性限度內(nèi)。，且必須在彈性限度內(nèi)。 b.表達式中的表達

13、式中的x是彈簧的形變量，是彈簧伸長（或縮短）的長度，而不是彈簧的是彈簧的形變量，是彈簧伸長（或縮短）的長度，而不是彈簧的原長，也不是彈簧形變后的實際長度，彈簧伸長或壓縮相同長度，彈力大小相等，原長，也不是彈簧形變后的實際長度，彈簧伸長或壓縮相同長度，彈力大小相等，但方向不同。但方向不同。 c.表達式中的表達式中的k是彈簧的勁度系數(shù)，它反映了彈簧的是彈簧的勁度系數(shù)，它反映了彈簧的“軟軟”“”“硬硬”程度，是由彈簧程度，是由彈簧本身的性質(zhì)決定的。在國際單位制中本身的性質(zhì)決定的。在國際單位制中k的單位為的單位為“N/m”。 d.由于彈簧的形變量由于彈簧的形變量x通常以通常以“cm”為單位，而勁度系數(shù)

14、為單位，而勁度系數(shù)k又往又往往以往以“N/m”為單位，因而在應(yīng)用上式時要注意將各物理量的單位為單位，因而在應(yīng)用上式時要注意將各物理量的單位統(tǒng)一到國際單位制中。統(tǒng)一到國際單位制中。 e.根據(jù)胡克定律，可作出彈力根據(jù)胡克定律，可作出彈力F與形變量與形變量x的圖象，如圖的圖象，如圖4-2-4所示，這是一條通過原點的傾斜直線，其斜率所示，這是一條通過原點的傾斜直線，其斜率(F/x=F/x)反映反映了了k的大小，故胡克定律還可寫成：的大小，故胡克定律還可寫成：F=kx，即彈力的變化量，即彈力的變化量F跟彈簧長度的變化量成正比。跟彈簧長度的變化量成正比。圖圖4-2-44-2-4【例【例2】關(guān)于彈力的產(chǎn)生】

15、關(guān)于彈力的產(chǎn)生,下列說法中正確的是下列說法中正確的是( ) A.只要兩物體相接觸就一定產(chǎn)生彈力只要兩物體相接觸就一定產(chǎn)生彈力 B.只要兩物體相互吸引就一定產(chǎn)生彈力只要兩物體相互吸引就一定產(chǎn)生彈力 C.只要兩物體發(fā)生形變就一定有彈力產(chǎn)生只要兩物體發(fā)生形變就一定有彈力產(chǎn)生 D.只有發(fā)生彈性形變的物體才會對與它接觸的物體產(chǎn)只有發(fā)生彈性形變的物體才會對與它接觸的物體產(chǎn) 生彈力作用生彈力作用【解析【解析】此題根據(jù)彈力的產(chǎn)生條件此題根據(jù)彈力的產(chǎn)生條件: :接觸并產(chǎn)生彈性形變接觸并產(chǎn)生彈性形變, ,二者二者缺一不可缺一不可,A,A、都只有彈力產(chǎn)生條件的一個方面、都只有彈力產(chǎn)生條件的一個方面, ,而而B B說

16、明有說明有“互相吸引互相吸引”, ,只能證明有力存在只能證明有力存在, ,不一定是彈力不一定是彈力, ,故正確答案選故正確答案選D D。D【評析】【評析】掌握彈力的產(chǎn)生條件，知道彈力的施力物體也發(fā)生彈掌握彈力的產(chǎn)生條件，知道彈力的施力物體也發(fā)生彈性形變，即性形變，即給給彈力，彈力，是施力者，發(fā)生彈性形變，但由于是施力者，發(fā)生彈性形變，但由于力的作用是相互的，力的作用是相互的，也給也給彈力作用，彈力作用，也是施力物體，也也是施力物體，也發(fā)生彈性形變，所以若發(fā)生彈性形變，所以若、間產(chǎn)生彈力，則間產(chǎn)生彈力，則、同時發(fā)生同時發(fā)生彈性形變。彈性形變。 2請在圖請在圖4-2-54-2-5中畫出桿和球所受的

17、彈力。中畫出桿和球所受的彈力。（1 1）桿靠在墻上；）桿靠在墻上；（2 2）桿放在半球形的槽中；）桿放在半球形的槽中；（3 3）球用細線懸掛在豎直墻上。）球用細線懸掛在豎直墻上。圖圖4-2-54-2-5【例【例3】如圖】如圖4-2-6所示為一輕質(zhì)彈簧的彈力所示為一輕質(zhì)彈簧的彈力的大小的大小 和長度和長度的關(guān)系圖線，試由圖線確定：的關(guān)系圖線，試由圖線確定： （）彈簧的原長；（）彈簧的原長； （）彈簧的勁度系數(shù)；（）彈簧的勁度系數(shù)； （）彈簧伸長（）彈簧伸長0.10 m時，彈力的大小。時，彈力的大小。【解析】【解析】(1)由圖象知，當彈簧的彈力由圖象知，當彈簧的彈力時，彈簧的長度時，彈簧的長度 c

18、m，這就是彈簧的原長。，這就是彈簧的原長。 （）由圖象知，當彈簧的長度為（）由圖象知，當彈簧的長度為 cm，即伸長，即伸長x1=L1-L=5 cm時，彈簧的彈力時，彈簧的彈力 。 由胡克定律知：由胡克定律知：kx1，則，則k=10 N/0.05 m=200 N/m。 (3)當彈簧伸長當彈簧伸長0.10 m時，時，kx2=200 N/m0.10 m=20 N?！驹u析】【評析】本題考查了胡克定律及彈簧的彈力本題考查了胡克定律及彈簧的彈力的大小與長度的大小與長度的關(guān)的關(guān)系。值得注意的是系。值得注意的是 cm為彈簧原長，為彈簧原長， cm表示彈簧表示彈簧在縮短；在縮短； cm表示彈簧在伸長。表示彈簧在

19、伸長。圖圖4-2-64-2-63量得一只彈簧測力計量得一只彈簧測力計 和和 兩刻度兩刻度線之間的距離為線之間的距離為2.5 cm。求：。求：（）此彈簧測力計（）此彈簧測力計 、 刻度線刻度線與零刻度線之間的距離；與零刻度線之間的距離；（）此彈簧測力計所用彈簧的勁度系（）此彈簧測力計所用彈簧的勁度系數(shù)。數(shù)。（）（）3.75 cm；6.25 cm（）（）80 N/m學(xué)點學(xué)點3 3 彈力的應(yīng)用彈力的應(yīng)用 彈簧能夠儲存能量彈簧能夠儲存能量拉伸或壓縮彈簧，必須克服彈簧的彈力做功，所做的功以彈性勢能的形式儲存在彈簧中，拉伸或壓縮彈簧，必須克服彈簧的彈力做功，所做的功以彈性勢能的形式儲存在彈簧中，因此彈簧具

20、有儲存能量的能力。例如，機械鐘表中上緊的發(fā)條儲存的勢能，能推動指針轉(zhuǎn)動。因此彈簧具有儲存能量的能力。例如，機械鐘表中上緊的發(fā)條儲存的勢能，能推動指針轉(zhuǎn)動。 彈簧具有彈性，可以緩沖減震。彈簧具有彈性，可以緩沖減震。例如，汽車、火車、自行車上都安有彈簧用來減震例如，汽車、火車、自行車上都安有彈簧用來減震 。 彈簧具有自動復(fù)位的作用。彈簧具有自動復(fù)位的作用。例如，自動圓珠筆、安全閥等。例如，自動圓珠筆、安全閥等?！纠筷P(guān)于彈力，下列說法中正確的是【例】關(guān)于彈力，下列說法中正確的是( ) A.形變微小時，彈力很小形變微小時，彈力很小 B.形變量越大，彈力就越大，彈力大小總與形變量成正比形變量越大，彈力

21、就越大，彈力大小總與形變量成正比 C.放在水平桌面上的書對桌面的壓力就是物體所受的重力放在水平桌面上的書對桌面的壓力就是物體所受的重力 D.通常所說的壓力、支持力和繩的拉力都是彈力通常所說的壓力、支持力和繩的拉力都是彈力【解析【解析】彈力的大小與形變量有關(guān)，形變量越大，彈力就越大，但彈力與形變量的定量彈力的大小與形變量有關(guān)，形變量越大，彈力就越大，但彈力與形變量的定量關(guān)系一般都很復(fù)雜，不一定是簡單的正比關(guān)系，故選項錯誤。彈力的大小是相對而言關(guān)系一般都很復(fù)雜，不一定是簡單的正比關(guān)系，故選項錯誤。彈力的大小是相對而言的，有的物體容易發(fā)生形變，雖形變量大，但產(chǎn)生的彈力可能很小，而有的物體不容易的，有

22、的物體容易發(fā)生形變，雖形變量大，但產(chǎn)生的彈力可能很小，而有的物體不容易發(fā)生形變，雖形變量微小，但產(chǎn)生的彈力可能很大，故選項錯誤。通常所說的壓力、發(fā)生形變，雖形變量微小，但產(chǎn)生的彈力可能很大，故選項錯誤。通常所說的壓力、支持力和繩的拉力都是由彈性形變而產(chǎn)生的，因此都是彈力，故選項正確。書對桌面支持力和繩的拉力都是由彈性形變而產(chǎn)生的，因此都是彈力，故選項正確。書對桌面的壓力在大小和方向上都與重力相同，但它們不是同一性質(zhì)的力，壓力是彈力。而且，的壓力在大小和方向上都與重力相同，但它們不是同一性質(zhì)的力，壓力是彈力。而且，它們的產(chǎn)生也不相同，壓力是書發(fā)生形變而對桌面產(chǎn)生的力，它發(fā)生在書與桌面之間；它們的

23、產(chǎn)生也不相同，壓力是書發(fā)生形變而對桌面產(chǎn)生的力，它發(fā)生在書與桌面之間；而重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而使物體所受的力，它發(fā)生在書與地球之間，故這兩個而重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而使物體所受的力，它發(fā)生在書與地球之間，故這兩個力不是同一個力，即選項錯誤。力不是同一個力，即選項錯誤。D 4在半球形光滑容器內(nèi)，放置一細桿，如圖在半球形光滑容器內(nèi)，放置一細桿，如圖4-2-7所示，所示，細桿與容器的接觸點分別為細桿與容器的接觸點分別為、兩點，則容器上兩點，則容器上、兩點對細桿兩點對細桿m的作用力的方向分別為的作用力的方向分別為( )A.均豎直向上均豎直向上B.均指向球心均指向球心C.點處的彈力指向球心點處的彈力指向球心，點處的彈力豎直向上點處的彈力豎直向上D.點處的彈力指向球心點處的彈力指向球心，點處的彈力垂直于細點處的彈力垂直于細 桿向上桿向上圖圖4-2-74-2-7D彈力產(chǎn)生的判斷方法有哪幾種，分別是怎樣的？彈力產(chǎn)生的判斷方法有哪幾種，分別是怎樣的？ （1）彈力產(chǎn)生的判斷方法有：假設(shè)法和根據(jù)）彈力產(chǎn)生的判斷方法有：假設(shè)法和根據(jù)“物體的運動物體的運動狀態(tài)狀態(tài)”分析彈力。所謂分析彈力。所謂“假設(shè)法假設(shè)法”，就是假