高中物理第3章彈力學案2滬科版必修1

.PAGE.彈力[學習目標定位]1.知道形變的概念,并會區(qū)分某種形變是彈性形變還是非彈性形變.2.知道彈力的定義及產生的條件,會判斷兩個物體間是否存在彈力,并會判斷彈力的方向.3.掌握胡克定律并能用此定律解決有關問題．一、形變和彈力1．彈力：發(fā)生彈性形變的物體,由于要恢復原狀,就會對跟它接觸使它發(fā)生形變的物體產生力的作用,這種力叫做彈力．2．彈性形變：作用在物體上的外力撤去后,物體能恢復原狀的形變．3．范性形變：外力撤去后,物體不能恢復原狀的形變．二、胡克定律1．內容：在彈性限度內,彈力的大小F跟彈簧伸長<或縮短>的長度x成正比．2．公式：F＝kx其中k為彈簧的勁度系數,單位是牛頓每米,符號是N/m,它反映了彈簧的一種力學性質．三、彈力的方向1．平板狀物體受壓彎曲后產生的彈力,方向一定垂直于平板,指向壓它的物體．2．繩索的彈力方向一定沿著繩索,指向繩索收縮的方向.一、彈性形變和彈力[問題設計]<1>如圖1所示,取一個圓玻璃瓶,里面盛滿水,用穿有透明細管的橡皮塞封口,使水面位于細管中,用手捏玻璃瓶,會看到什么現象？說明什么？圖1<2>用手壓橡皮泥,橡皮泥發(fā)生形變；腳踩在松軟的土地上,留下了深深的腳印<形變>,這兩種形變與玻璃瓶的形變有什么不同？<3>用手拉彈簧,彈簧會對手產生一個拉力<如圖2所示>,這個拉力是如何產生的？圖2答案<1>手捏玻璃瓶,管中水面上升．說明受壓時玻璃瓶發(fā)生形變,體積變小了．<2>橡皮泥、泥土受力后發(fā)生的形變,在撤去外力后不能恢復原狀<非彈性形變>,玻璃瓶的形變在撤去外力后能恢復原狀<彈性形變>．<3>彈簧受到拉力后發(fā)生形變<伸長>,發(fā)生形變的彈簧要恢復原狀,對手就產生了拉力．[要點提煉]1．彈力的成因：當兩個物體相互擠壓或拉伸產生彈性形變時,由于物體要恢復原狀,才在接觸位置對與它接觸的物體產生彈力,所以彈力產生的直接原因是由受力物體發(fā)生形變引起的．2．彈力產生的條件：<1>兩物體相互接觸；<2>發(fā)生彈性形變．二、胡克定律[問題設計]如圖3所示,為一彈簧測力計．彈簧測力計的刻度是否均勻？這說明什么？答案均勻．說明彈簧測力計的彈力與彈簧的形變量成正比．圖3[要點提煉]1．內容：在彈性限度內,彈簧彈力的大小F跟彈簧伸長<或縮短>的長度x成正比．2．公式：F＝kx.3．說明<1>應用條件：彈簧發(fā)生形變時必須在彈性限度內．<2>x是彈簧的形變量,而不是彈簧形變后的長度．<3>F－x圖像是一條過原點的傾斜直線<如圖4所示>,直線的斜率表示彈簧的勁度系數k.圖4<4>彈簧彈力的變化量ΔF與形變量的變化量Δx也成正比,即ΔF＝kΔx.三、彈力的方向[問題設計]1.一鐵塊放在海綿上,鐵塊和海綿都發(fā)生了形變,從而在它們之間產生了彈力,如圖5所示．海綿對鐵塊的支持力是如何產生的？方向怎樣？鐵塊對海綿的壓力是怎樣產生的？方向怎樣？圖5答案<1>海綿對鐵塊的支持力：海綿發(fā)生彈性形變,對與它接觸的鐵塊產生力的作用,方向垂直于接觸面向上<如圖甲>．甲乙<2>鐵塊對海綿的壓力：鐵塊發(fā)生彈性形變,對與它接觸的海綿產生力的作用,方向垂直接觸面向下<如圖乙>．2.如圖6所示,用橡皮繩斜向右上拉放在水平面上的物塊．橡皮繩對物塊的拉力是怎樣產生的？方向怎樣？圖6答案由于橡皮繩發(fā)生形變,對與它接觸的物塊產生力的作用,方向沿繩指向繩收縮的方向<沿繩斜向右上>．[要點提煉]1．壓力、支持力的方向：總是垂直于接觸面,若接觸面是曲面,則垂直于接觸面的切線；若接觸面是球面,彈力方向延長線或反向延長線過球心．2．繩的拉力方向：總是沿著繩并指向繩收縮的方向．[延伸思考]如圖7所示,把一個球形物體A放在半球形容器B內,在圖中畫出A受到的彈力．圖7答案A受到的彈力垂直于兩接觸面的切線<彈力方向的延長線過球心>,如圖所示．一、彈力的產生例1下列關于彈力的幾種說法,其中正確的是<>A．只要兩物體接觸就一定產生彈力B．靜止在水平面上的物體所受重力就是它對水平面的壓力C．靜止在水平面上的物體受到向上的彈力是因為地面發(fā)生了形變D．只要物體發(fā)生形變就一定有彈力產生解析兩物體接觸并發(fā)生彈性形變才會產生彈力,A、D錯誤．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,受力物體是水平面,兩力不同,B錯誤,C正確．答案C二、彈力的方向例2畫出圖8中靜止物體A所受彈力的示意圖．圖8解析支持力、壓力的方向都要與接觸面垂直并指向被支持或被壓的物體,A物體所受彈力的示意圖如圖所示．答案見解析圖針對訓練分別畫出圖9甲、乙中小球、丙中桿的受力示意圖．<甲中小球用細繩掛在光滑的墻壁上,乙中小球用細繩拴著靜止在桌角上,丙中桿一端放在光滑的半球形碗中,另一端靠在墻壁上>圖9答案受力示意圖如圖所示三、胡克定律例3由實驗測得某彈簧所受彈力F和彈簧的長度L的關系圖像如圖10所示,求：圖10<1>該彈簧的原長為多少？<2>該彈簧的勁度系數為多少？解析解法一：<1>彈簧不產生彈力時的長度等于原長,由題圖可知該彈簧的原長為L0＝15cm.<2>據F＝kx得勁度系數：k＝eq\f<F,x>＝eq\f<ΔF,ΔL>,由圖線可知,該彈簧伸長ΔL＝<25cm－15cm>＝10cm時,彈力ΔF＝50N．所以k＝eq\f<ΔF,ΔL>＝eq\f<50,10×10－2>N/m＝500N/m.解法二：根據胡克定律得F＝k<L－L0>,代入圖像中的兩點<0.25,50>和<0.05,－50>．可得50＝k<0.25－L0>－50＝k<0.05－L0>解得L0＝0.15m＝15cm,k＝500N/m.答案<1>15cm<2>500N/m彈力eq\b\lc\{\rc\<\a\vs4\al\co1<彈性形變：撤去外力后能夠恢復原狀的形變,范性形變：撤去外力后不能恢復原狀的形變,彈力\b\lc\{\rc\<\a\vs4\al\co1<定義,產生條件\b\lc\{\rc\<\a\vs4\al\co1<1兩物體相互接觸,2發(fā)生彈性形變>>>>,胡克定律\b\lc\{\rc\<\a\vs4\al\co1<內容,公式：F＝kx,其中k為勁度系數>>,彈力的方向\b\lc\{\rc\<\a\vs4\al\co1<支持力：垂直于接觸面指向被支持的物體,壓力：垂直于接觸面指向被壓的物體,拉力：沿著繩指向繩收縮的方向>>>>1.<彈力的產生>下列有關物體所受的彈力及形變的說法正確的是<>A．有彈力作用在物體上,物體一定發(fā)生形變,撤去此力后,形變完全消失B．有彈力作用在物體上,物體不一定發(fā)生形變C．彈力作用在硬物體上,物體不發(fā)生形變；彈力作用在軟物體上,物體才發(fā)生形變D．一切物體受到彈力都要發(fā)生形變,撤去彈力后,形變不一定完全消失答案D解析力是物體間的相互作用,彈力的施力物體和受力物體都會發(fā)生形變,故B項錯誤；發(fā)生形變后的物體,當撤去外力后,有些能完全恢復原狀,有些不能完全恢復原狀,A項錯誤,D項正確；不管是硬物體還是軟物體,只要有彈力作用,都會發(fā)生形變,C項錯誤．2．<彈力的產生>雜技演員具有高超的技術,如圖11所示,他能輕松地頂住從高處落下的缸,關于他頂缸時頭頂受到的壓力產生的直接原因是<>圖11A．缸的形變B．頭的形變C．缸受到重力D．人受到重力答案A解析頭頂受到的壓力的施力物體是缸,受力物體是頭頂,頭頂受到的壓力產生的直接原因是缸的形變,間接原因是缸受到重力,A項正確．3．<彈力的方向>三個相同的支座上分別放著三個質量和直徑均相同的光滑圓球a、b、c,支點P、Q在同一水平面上．a的重心位于球心,b、c的重心分別位于球心的正上方和正下方,如圖12所示,三球皆靜止,試分析三種情況下支點P、Q對球的彈力方向是怎樣的？圖12答案見解析解析三種情況都是點與點接觸,圓球所受彈力的方向都是垂直于接觸面指向球心,即沿半徑指向球心,如圖所示,彈力的方向與重心的位置無關．題組一形變及彈力的產生1．下列各種情況中,屬于彈性形變的有<>A．撐竿跳高運動員起跳中,撐竿的形變B．當你坐在椅子上時,椅面發(fā)生的微小形變C．細鋼絲被繞制成彈簧D．鋁桶被砸扁答案AB解析"撐竿的形變"、"椅面發(fā)生的微小形變"均能恢復原狀,是彈性形變；"細鋼絲被繞制成彈簧"不能恢復原狀,"鋁桶被砸扁"不能恢復原狀,是范性形變．故選項A、B正確,C、D錯誤．2．關于彈性形變,下列說法正確的是<>A．物體形狀的改變叫彈性形變B．一根鋼筋用力彎折后的形變就是彈性形變C．物體在外力停止作用后,能夠恢復原來形狀的形變,叫彈性形變D．物體在外力停止作用后的形變,叫彈性形變答案C解析彈性形變指物體在外力停止作用后,能夠恢復原狀的形變,C正確,A、D錯誤；鋼筋用力彎折后,無法恢復到原來的形狀,不屬于彈性形變,B錯誤．3.在日常生活及各項體育運動中,有彈力出現的情況比較普遍,如圖1所示的跳水運動就是一個實例．請判斷下列說法正確的是<>圖1A．跳板發(fā)生形變,運動員的腳沒有發(fā)生形變B．跳板和運動員的腳都發(fā)生了形變C．運動員受到的支持力,是跳板發(fā)生形變而產生的D．跳板受到的壓力,是跳板發(fā)生形變而產生的答案BC解析發(fā)生形變的物體,為了恢復原狀,會對與它接觸的物體產生彈力的作用,發(fā)生形變的物體是施力物體．B、C正確．題組二彈力方向的判斷4．下列關于彈力的敘述中錯誤的是<>A．壓力、拉力、支持力都是彈力B．壓力和支持力的方向總是垂直于接觸面C．輕繩、輕桿上產生的彈力的方向總是在沿繩、桿的直線上D．輕桿不同于輕繩,彈力的方向可以不沿桿答案C解析彈力包括壓力、拉力、支持力,其中繩的拉力總沿繩收縮的方向,壓力、支持力的方向總與接觸面垂直,故A、B正確；桿不同于繩,桿可以發(fā)生拉伸形變、壓縮形變和彎曲形變,所以桿的彈力方向不一定沿桿,要具體問題具體分析,C錯誤,D正確．5．體育課上一學生將足球踢向斜臺,如圖2所示,下列關于足球和斜臺作用時斜臺給足球的彈力方向的說法正確的是<>圖2A．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．沿垂直于斜臺斜向左上方的方向答案D解析足球與斜臺的作用是球面與平面的相互作用,足球所受彈力的方向垂直于斜臺指向足球,即斜向左上方,故D正確．6．一只松鼠站在傾斜的樹枝上,則樹枝對松鼠的彈力的方向為<>A．豎直向上B．豎直向下C．垂直樹枝斜向上D．沿樹枝方向答案C解析支持力的方向總是垂直于接觸面指向被支持的物體,選項C正確．7．在圖3中畫出物體A所受彈力的示意圖．圖3答案如圖所示題組三胡克定律8．關于彈簧的勁度系數k,下列說法中正確的是<>A．與彈簧所受的拉力大小有關,拉力越大,k值也越大B．由彈簧本身決定,與彈簧所受的拉力大小及形變程度無關C．與彈簧發(fā)生的形變的大小有關,形變越大,k值越小D．與彈簧本身特性、所受拉力的大小、形變程度都無關答案B9．如圖4甲、乙所示,彈簧測力計和細線的重力及一切摩擦不計,物重G＝1N,則彈簧測力計A和B的示數分別為<>圖4A．1N,0B．0,1NC．2N,1ND．1N,1N答案D解析題圖中彈簧測力計A、B的受力情況是一樣的,都是左右兩端各受1N的拉力,此時彈簧測力計的讀數都是1N．