新教材魯科版必修第一冊(cè)第3章第2節(jié)科學(xué)探究彈力課件（49張）

第2節(jié)科學(xué)探究:彈力第3章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預(yù)習(xí)課堂篇探究學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)目標(biāo)思維導(dǎo)圖1.知道彈力的定義及產(chǎn)生的條件,會(huì)判斷兩個(gè)物體間彈力的有無和方向。(物理觀念)2.掌握胡克定律并能解決有關(guān)問題。(科學(xué)思維)課前篇自主預(yù)習(xí)必備知識(shí)一、形變與彈力1.形變和彈性形變(1)形變:物體在力的作用下發(fā)生形狀或體積的改變。(2)彈性形變:物體形變后能恢復(fù)原狀的形變是彈性形變,反之稱為范性形變。(3)彈性限度:如果形變過大超過一定的限度,撤去作用力后物體就不能恢復(fù)原來的形狀,這個(gè)限度叫作彈性限度。(4)閱讀課本P73實(shí)驗(yàn)與探究,這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了桌面發(fā)生了形變。這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了微小量放大法。2.彈力(1)定義:相互接觸的物體發(fā)生彈性形變時(shí),由于物體要恢復(fù)原狀,對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生的力。(2)產(chǎn)生條件:一是兩物體直接接觸;二是發(fā)生彈性形變。3.幾種彈力(1)常見彈力:平時(shí)所說的壓力、支持力和拉力都是彈力。(2)彈力的方向①壓力和支持力的方向:垂直于物體的接觸面。②繩的拉力方向:沿著繩而指向繩收縮的方向,繩中的彈力常常叫作張力。二、胡克定律1.內(nèi)容:彈簧發(fā)生彈性形變時(shí),彈力的大小F跟彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度x成正比。2.公式:F=kx,其中k為彈簧的勁度系數(shù),單位是牛頓每米,單位的符號(hào)是N/m,它的大小反映了彈簧的軟硬程度。自我檢測(cè)1.正誤辨析(1)兩個(gè)接觸的物體間一定存在彈力。(

)解析

兩個(gè)接觸的物體間,可能不存在彈力。答案

×(2)若兩物體間存在彈力,則它們一定接觸。(

)解析

由彈力的產(chǎn)生條件可知,物體接觸且發(fā)生彈性形變是產(chǎn)生彈力的前提,故物體間存在彈力,則它們一定接觸。答案

√(3)彈簧的長(zhǎng)度越長(zhǎng),彈力越大。(

)解析

彈簧被拉長(zhǎng)時(shí),它的長(zhǎng)度越長(zhǎng),彈力越大;壓縮時(shí),彈簧越短彈力越大。答案

×(4)只有在一定條件下,胡克定律才成立。(

)解析

胡克定律只適用于彈性限度以內(nèi)的情況。答案

√(5)勁度系數(shù)和彈簧的長(zhǎng)度沒有關(guān)系。(

)解析

勁度系數(shù)和彈簧的長(zhǎng)短、粗細(xì)、材料有關(guān)。答案

×(6)硬度很大的物體受到較小的力,不會(huì)發(fā)生形變。(

)答案

×2.(多選)下列各種情況中,屬于彈性形變的有(

)A.撐竿跳高運(yùn)動(dòng)員起跳中,撐竿的形變B.當(dāng)你坐在椅子上時(shí),椅面發(fā)生的微小形變C.細(xì)鋼絲被繞制成彈簧D.鋁桶被砸扁解析

“撐竿的形變”“椅面發(fā)生的微小形變”均能恢復(fù)原狀,是彈性形變;“細(xì)鋼絲被繞制成彈簧”不能恢復(fù)原狀,“鋁桶被砸扁”不能恢復(fù)原狀,是非彈性形變。故選項(xiàng)A、B正確,C、D錯(cuò)誤。答案

AB3.如圖所示,輕彈簧的兩端各受F為5N的拉力作用,彈簧平衡時(shí)伸長(zhǎng)了5cm(在彈性限度內(nèi)),則(

)A.彈簧所受的合力為10NB.該彈簧的勁度系數(shù)k=100N/mC.該彈簧的勁度系數(shù)k=200N/m解析

輕彈簧的兩端各受5

N的拉力作用,所以彈簧所受的合力為零,故A錯(cuò)誤;彈簧彈力為5

N,彈簧的形變量為x=5

cm=0.05

m,根據(jù)胡克定律F=kx得彈簧的勁度系數(shù)k=

N/m=100

N/m,故B正確,C錯(cuò)誤;彈簧的勁度系數(shù)k由彈簧本身的性質(zhì)決定,與彈力F以及形變量無關(guān),故D錯(cuò)誤。答案

B課堂篇探究學(xué)習(xí)問題一物體間彈力有無的判斷方法情境探究如圖所示,將一個(gè)鋼球分別放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角燒杯中,鋼球在各容器的底部與側(cè)壁相接觸,處于靜止?fàn)顟B(tài)。若鋼球和各容器都是光滑的,各容器的底部均處于水平面內(nèi),各容器的側(cè)壁對(duì)鋼球有沒有彈力作用?要點(diǎn)提示

在將容器的側(cè)壁去掉時(shí),鋼球仍處于靜止,故各容器的側(cè)壁對(duì)鋼球沒有彈力作用。知識(shí)點(diǎn)撥1.彈力的產(chǎn)生外力作用等原因→相互擠壓或拉伸等→發(fā)生彈性形變→產(chǎn)生彈力2.彈力有無的判斷方法方法思

路例

證假設(shè)法假設(shè)將與研究對(duì)象接觸的物體解除接觸,若運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變,則此處不存在彈力;若運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變,則此處一定存在彈力圖中細(xì)線豎直、斜面光滑,因去掉斜面體,小球的狀態(tài)不變,故小球只受細(xì)線的拉力,不受斜面的支持力方法思

路例

證替換法用細(xì)繩替換裝置中的桿,看能不能維持原來的力學(xué)狀態(tài),如果能維持,則說明這個(gè)桿提供的是拉力;否則,提供的是支持力圖中輕桿AB、AC。用繩替換AB,原裝置狀態(tài)不變,說明AB對(duì)A施加的是拉力;用繩替換AC,原狀態(tài)不能維持,說明AC對(duì)A施加的是支持力方法思

路例

證狀態(tài)法物體的受力必須與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相符合,依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),由力的平衡條件(或牛頓第二定律,第四章學(xué)到)列方程,求解物體間的彈力圖中各接觸面均光滑,小球處于靜止?fàn)顟B(tài),由二力平衡可知,地面對(duì)小球的支持力和重力就可使小球處于平衡狀態(tài),因此豎直墻面對(duì)小球不產(chǎn)生彈力作用實(shí)例引導(dǎo)例1下圖中,A、B均處于靜止?fàn)顟B(tài),則A、B之間一定有彈力的是(

)解析

在具體判斷有沒有彈力時(shí),我們用假設(shè)法進(jìn)行判斷。在A圖中,若拿去A球,則B球仍靜止不動(dòng),故A、B間沒有擠壓,即A、B間沒有彈力。在B圖中,若拿去A球,則B球?qū)⑾蜃筮\(yùn)動(dòng),故A、B間存在相互擠壓,故A、B間存在彈力。在C圖中,若拿去A球,則B球仍靜止,即A、B間沒有擠壓,即A、B間沒有彈力。在D圖中若拿去A球,則B球可能靜止,即A、B間可能沒有擠壓,即A、B間可能沒有彈力。答案

B規(guī)律方法

判斷彈力有無的兩大誤區(qū)(1)誤認(rèn)為只要有接觸就一定存在彈力作用,而忽略了彈力產(chǎn)生的另一個(gè)條件——發(fā)生彈性形變。(2)誤認(rèn)為有形變一定有彈力,忽略了彈性形變與非彈性形變(撤去外力后不能恢復(fù)原狀的形變)的區(qū)別。變式訓(xùn)練1如圖所示,一個(gè)小球用兩根輕繩掛于天花板上,球靜止,繩1傾斜,繩2恰好豎直。則小球所受的作用力個(gè)數(shù)(

)A.一定是兩個(gè)

B.一定是三個(gè)C.可能是四個(gè)

D.可能是兩個(gè),也可能是三個(gè)解析

假設(shè)去掉繩1,小球仍處于原來的狀態(tài)靜止不動(dòng),所以繩1對(duì)小球不產(chǎn)生拉力作用;若去掉繩2,小球不會(huì)靜止于原來的位置,所以繩2對(duì)小球產(chǎn)生拉力。所以小球受到重力和繩2對(duì)其拉力兩個(gè)力的作用。答案

A問題二彈力方向的確定情境探究體育課上一同學(xué)將足球踢向斜臺(tái),如圖所示。足球與斜臺(tái)作用時(shí)斜臺(tái)給足球的彈力方向如何?要點(diǎn)提示

足球與斜臺(tái)的作用是球面與斜面的相互作用,足球所受彈力方向垂直于斜臺(tái)指向足球,即斜向左上方。知識(shí)點(diǎn)撥1.彈力的方向總與引起物體形變的外力方向相反,與施力物體恢復(fù)原狀的方向相同。2.常見彈力的方向類型方

向圖

示接觸方式面與面與接觸面垂直類型方

向圖

示接觸方式點(diǎn)與面與接觸面垂直且過“點(diǎn)”點(diǎn)與點(diǎn)與公共切面垂直類型方

向圖

示輕繩沿繩指向繩收縮的方向輕桿可沿桿類型方

向圖

示輕桿可不沿桿輕彈簧沿彈簧形變的反方向要點(diǎn)筆記繩子只能產(chǎn)生沿繩的拉力作用,桿可以產(chǎn)生沿桿的拉力、支持力和不沿桿的“挑”的作用力。實(shí)例引導(dǎo)例2請(qǐng)?jiān)趫D中畫出物體P受到的各接觸點(diǎn)或面對(duì)它的彈力的示意圖,其中甲、乙中的物體P處于靜止?fàn)顟B(tài),丙中物體P在水平面上勻速滾動(dòng)。點(diǎn)撥彈力方向垂直于接觸面,與重心位置、物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān);輕繩的拉力沿著繩指向繩收縮的方向。解析

物體P受到的各接觸點(diǎn)或面對(duì)它的彈力的示意圖如圖所示。

答案

見解析

規(guī)律方法

判斷彈力方向的一般步驟(1)確定物體之間彈力作用的類型。(2)確定產(chǎn)生彈力的物體。(3)找出使物體發(fā)生形變的外力方向。(4)確定物體形變的方向。(5)確定物體產(chǎn)生的彈力方向。變式訓(xùn)練2如圖所示,球A在斜面上,被豎直擋板擋住而處于靜止?fàn)顟B(tài)。關(guān)于球A所受的彈力,以下說法正確的是(

)A.球A僅受一個(gè)彈力作用,彈力的方向垂直于斜面向上B.球A受兩個(gè)彈力作用,一個(gè)水平向左,一個(gè)垂直于斜面向下C.球A受兩個(gè)彈力作用,一個(gè)水平向右,一個(gè)垂直于斜面向上D.球A受三個(gè)彈力作用,一個(gè)水平向右,一個(gè)垂直于斜面向上,一個(gè)豎直向下解析

球A所受重力豎直向下,與豎直擋板和斜面都有擠壓,斜面給它一個(gè)支持力,垂直斜面向上,擋板給它一個(gè)壓力,水平向右,C正確。答案

C問題三彈力的大小情境探究如圖所示,圖甲表示彈簧處于原長(zhǎng)狀態(tài),圖乙表示彈簧處于拉伸狀態(tài),圖丙表示彈簧處于壓縮狀態(tài)。試討論:在公式F=kx中,x表示的是彈簧的長(zhǎng)度嗎?若不是,它表示什么意思?圖甲中彈簧的原長(zhǎng)為l0;圖乙中在拉力F的作用下彈簧的長(zhǎng)度為l1;圖丙中在壓力F'的作用下,彈簧的長(zhǎng)度為l2,則F和F'分別等于多少?要點(diǎn)提示

x表示的是彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度或縮短的長(zhǎng)度,而不是彈簧的長(zhǎng)度,圖乙中彈簧伸長(zhǎng)量為(l1-l0),圖丙中彈簧壓縮量為(l0-l2),所以F=k(l1-l0),F'=k(l0-l2)。知識(shí)點(diǎn)撥1.對(duì)胡克定律的理解

內(nèi)容在彈性限度內(nèi),彈力的大小跟彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度成正比公式F=kx,勁度系數(shù)k是由彈簧本身的性質(zhì)(材料、長(zhǎng)度、粗細(xì)等)決定,反映彈簧的“軟”“硬”程度F-x圖像

形狀:過原點(diǎn)的直線

斜率:勁度系數(shù)適用條件彈簧發(fā)生彈性形變且在彈性限度內(nèi)2.彈力大小的計(jì)算方法(1)彈簧的彈力應(yīng)用胡克定律F=kx求解。(2)非彈簧彈力:一般要借助物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所遵循的物理規(guī)律求解。實(shí)例引導(dǎo)例3由實(shí)驗(yàn)測(cè)得某彈簧所受彈力F和彈簧的長(zhǎng)度l的關(guān)系圖像如圖所示,求:(1)該彈簧的原長(zhǎng)為多少?(2)該彈簧的勁度系數(shù)為多少?解析

解法一:(1)彈簧不產(chǎn)生彈力時(shí)的長(zhǎng)度等于原長(zhǎng),由題圖可知該彈簧的原長(zhǎng)為l0=15

cm。解法二:根據(jù)胡克定律得F=k(l-l0),代入圖像中的兩點(diǎn)(0.25,50)和(0.05,-50)。解得l0=0.15

m=15

cm,k=500

N/m。答案

(1)15cm

(2)500N/m規(guī)律方法

計(jì)算彈簧彈力時(shí)應(yīng)注意的問題(1)胡克定律只能計(jì)算彈力的大小,而彈力的方向要根據(jù)彈簧的伸縮來確定,其方向總是與彈簧恢復(fù)原狀的方向相同。(2)彈簧彈力的大小(在彈性限度內(nèi))任何時(shí)候都可以用胡克定律求解,但只有在物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),才能用二力平衡求解與物體相連的彈簧彈力。變式訓(xùn)練3探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系時(shí),在彈性限度內(nèi),懸掛15N重物時(shí),彈簧長(zhǎng)度為0.16m;懸掛20N重物時(shí),彈簧長(zhǎng)度為0.18m,則彈簧的原長(zhǎng)l0和勁度系數(shù)k分別為(

)A.l0=0.02m

k=500N/mB.l0=0.10m

k=500N/mC.l0=0.02m

k=250N/mD.l0=0.10m

k=250N/m解析

由胡克定律可知15

N=k(0.16

m-l0),20

N=k(0.18

m-l0),解得k=250

N/m,l0=0.10

m,故選項(xiàng)D正確。解析

D隨堂檢測(cè)1.關(guān)于彈力,下列說法正確的是(

)A.物體只要相互接觸就有彈力作用B.彈力的大小與物體受到的重力成正比C.壓力或支持力的方向總是平行于支持面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

彈力產(chǎn)生的條件是直接接觸且發(fā)生彈性形變,只相互接觸不一定有彈力,故A錯(cuò)誤,D正確;彈力的大小與物體受到的重力無關(guān),故B錯(cuò)誤;壓力或支持力都是彈力,彈力的方向總是垂直于支持面并指向被壓或被支持的物體,故C錯(cuò)誤。答案

D2.(多選)關(guān)于彈力的方向,下列說法正確的是(

)A.彈力方向一定垂直于接觸面B.彈力方向不一定垂直于接觸面C.輕質(zhì)繩對(duì)物體的彈力方向一定沿著繩子且指向繩子收縮的方向,因?yàn)槔K子只會(huì)發(fā)生拉伸形變D.輕質(zhì)繩對(duì)物體產(chǎn)生的彈力一定垂直于與繩相連的接觸面解析

壓力或支持力的方向一定垂直于接觸面,但是繩的拉力方向一定沿繩而且指向繩收縮的方向,它不一定垂直于與繩相連的接觸面,選項(xiàng)A