高中物理必修1教学课件：第3章 第2节 弹力

1．物体形状或体积的变化叫形变，发生形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力。2．弹力产生的条件：(1)两物体相互接触；(2)接触面之间发生弹性形变。3．压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面；绳的拉力沿着绳而指向绳收缩的方向。4．弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。 1．形变物体在力的作用下或发生改变。2．弹性形变有些物体在形变后撤去作用力时能够，这种形变叫做弹性形变。3．弹力发生形变的物体由于要，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力。[自学教材]形状体积恢复原状恢复原状 4．弹性限度如果物体的形变过大，超过一定限度，撤去作用力后物体不能完全，这个限度叫做弹性限度。5．弹力产生的两个条件(1)物体间相互；(2)在接触面上发生。恢复原状接触形变 [重点诠释]1．弹力的成因相互接触的物体间不一定存在弹力，只有当两个物体相互挤压或拉伸产生弹性形变时，由于物体要恢复原状，才在接触位置对与它接触的物体产生弹力。所以弹力产生的直接原因是由施力物体发生形变引起的。2．弹力产生的过程 3．弹力有无的判断方法(1)直接法：对于形变比较明显的情况，可以根据弹力产生的条件判断：①物体间相互接触；②发生弹性形变。两个条件必须同时满足才有弹力产生。(2)利用假设法判断：要判断物体在某一接触位置是否受弹力作用，可假设将在此处与物体接触的物体去掉，看物体是否在该位置保持原来的状态，若能保持原来的状态，则说明物体间无弹力作用；否则有弹力作用。 (3)根据物体的运动状态判断：看除了要研究的弹力外，物体所受的其他作用力与物体的运动状态是否满足相应的规律(目前主要应用二力平衡的规律)，若满足，则无弹力存在；若不满足，则有弹力存在。(4)利用力的作用效果分析：如果相互接触的物体间存在弹力，则必有相应的作用效果，或平衡其他作用力或改变受力物体的运动状态，可利用作用效果确定弹力的有无。 1．关于弹力产生的条件，下列说法正确的是()A．相互接触的物体间一定有弹力B．发生形变的物体一定对与之接触的物体产生弹力作用C．先有弹性形变，后有弹力D．不接触的两物体之间不可能发生相互的弹力作用解析：相互接触是产生弹力的首要条件，但相互接触的物体间不一定存在弹力，只有两个物体接触并产生弹性形变时，两物体间才有弹力产生。综上所述，只有D项正确。答案：D 1．常见弹力平时所说的、和拉力等都是弹力。2．弹力的方向(1)压力和支持力的方向于物体的接触面。(2)绳的拉力沿着绳而指向绳的方向。[自学教材]压力支持力垂直收缩 [重点诠释]发生弹性形变的物体，由于恢复原状产生弹力，所以弹力的方向由施力物体的形变的方向决定，弹力的方向总与施力物体形变的方向相反。几种常见弹力的方向如下表：类型方向图示接触方式面与面垂直公共接触面指向被支持物体点与面过点垂直于面指向被支持物体 类型方向图示接触方式点与点垂直于公共切面指向受力物体轻绳沿绳收缩方向轻杆可沿杆 类型方向图示轻杆可不沿杆轻弹簧沿弹簧形变的反方向 [特别提醒](1)一个物体对另一物体的作用力不一定垂直于接触面，但一个物体对另一物体的支持力一定垂直于接触面。(2)轻杆的弹力方向较为复杂，一般根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向。 2．关于弹力的方向，下列说法中不正确的是()A．放在水平桌面上的物体所受弹力的方向是竖直向上的B．放在斜面上的物体所受斜面的弹力的方向是垂直斜面向上的C．将物体用绳吊在天花板上，绳所受物体的弹力方向是竖直向上的D．物体间相互挤压时，弹力的方向垂直接触面指向受力物体 解析：物体间相互挤压时，物体受到的弹力方向垂直于接触面而指向受力物体，D对；放在水平桌面上的物体受到弹力方向竖直向上，A对；放在斜面上的物体受到弹力方向垂直于斜面向上，B对；吊在天花板上的物体受到绳竖直向上的拉力，而绳受到拉力是竖直向下的，故C错。答案：C 1．内容弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成。2．公式F＝，其中k为弹簧的，单位：牛顿每米，符号N/m。[自学教材]正比kx劲度系数 [重点诠释]1．弹簧的弹力(1)应用胡克定律F＝kx求解。其中x为弹簧的形变量(可能为伸长量l－l0，也可能为缩短量l0－l)；k为弹簧的劲度系数，k只与弹簧本身有关，由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。它反映了弹簧的软硬程度，k越大，弹簧越硬，其长度越难改变。 (2)弹力与弹簧伸长量的关系可用F－x图像表示，如图3－2－1所示，图线的斜率即为弹簧的劲度系数。(3)由于F1＝kx1，F2＝kx2，故ΔF＝F2－F1＝kx2－kx1＝k(x2－x1)＝kΔx，因此，弹簧上弹力的变化量ΔF与形变量的变化量也成正比关系，即ΔF＝kΔx。图3－2－1 2．弹力的计算除弹簧这样的弹性体之外的弹力大小的计算，一般要借助物体的运动状态所遵循的物理规律求解。比如悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时，物体受绳向上的拉力和重力作用。根据二力平衡，可知绳的拉力大小等于物体重力的大小。 3．如图3－2－2所示，两只同样的弹簧秤每只自重0.1N，下端的挂钩重力忽略不计，甲“正挂”、乙“倒挂”，在乙的下方挂上重0.2N的砝码，则甲、乙弹簧秤的读数分别为()A．0.2N,0.3NB．0.3N,0.2NC．0.3N,0.3ND．0.4N,0.3N图3－2－2 解析：甲弹簧秤的读数应等于乙的重力和砝码的重力之和。乙弹簧秤的读数等于它自身的重力和砝码的重力之和，二者读数相等，都为0.3N。答案：C [例1]试分析如图3－2－3中球是否受弹力作用，若受弹力，试指出其施力物体。图3－2－3[思路点拨]判断弹力的有无可采用假设法：假设把与物体接触的面或点去掉，看物体还能否在原位置上保持原来的状态，从而判断该物体是否受弹力作用。 [解析]采用假设法可判定：(1)图中球受到绳的拉力、竖直墙壁的弹力；(2)图中球受到绳的拉力；(3)图中球受到绳的拉力；(4)图中球受到绳的拉力、斜面的支持力；(5)图中球受到水平面的支持力；(6)图中球受到斜面的支持力、竖直挡板的弹力。[答案]见解析 相互接触是产生弹力的首要条件，但相互接触的物体间不一定存在弹力，只有两个物体接触并产生弹性形变时，两物体间才有弹力产生。［借题发挥］ 1．如图3－2－4所示，一小球用两根轻绳挂于天花板上，球静止，绳1倾斜，绳2恰好竖直，则小球所受的作用力有()A．1个B．2个C．3个D．4个图3－2－4 解析：假设绳1对球有作用力，该作用力的方向斜向左上方，另外，球在竖直方向上受重力和绳2的拉力，在这三个力的作用下球不可能保持平衡而静止，所以绳1不可能对球施加拉力，则选项B正确。答案：B [例2]在半球形光滑容器内，放置一细杆，如图3－2－5所示，细杆与容器的接触点分别为A、B两点，则容器上A、B两点对细杆m的作用力的方向分别为()A．均竖直向上B．均指向球心C．A点处的弹力指向球心O，B点处的弹力竖直向上D．A点处的弹力指向球心O，B点处的弹力垂直于细杆向上图3－2－5 [思路点拨]判断弹力方向的方法是：先明确两物体之间弹力的作用类型，再根据各种类型的特点来判断弹力的方向。[解析]支持力、压力的方向垂直于接触面或其切面。在A点，杆的端点跟球面接触，弹力的方向垂直于该处球面的切面，指向球心，而在B点，容器的边缘跟杆的侧面接触，该处的支持力应垂直于杆向上，选项D正确。[答案]D 判断弹力方向的步骤(1)确定物体之间弹力作用的类型；(2)确定产生弹力的物体；(3)找出使物体发生形变的外力方向；(4)确定物体形变的方向；(5)确定物体产生的弹力方向。［借题发挥］ 2．画出图3－2－6中物体所受弹力的示意图，题图中各接触面均光滑，各物体均静止。图3－2－6 解析：绳的弹力沿着绳指向绳收缩的方向，图甲中物块与斜面之间是平面与平面接触，支持力垂直于接触面指向被支持的物体；图乙中球面与球面接触，支持力的方向沿两球心的连线指向小球。答案：见解析 [例3]一根轻弹簧在10.0N的拉力作用下，长度由原来的5.00cm伸长为6.00cm。那么(1)当这根弹簧长度为4.20cm时，受到的压力有多大？弹簧的劲度系数为多大？(2)当弹簧受到15N的拉力时，弹簧的长度是多少？[审题指导]解答此题应注意以下三点：(1)弹簧的形变量是指弹簧相对原长的变化量。(2)当弹簧相对原长伸长时有x＝l1－l0。(3)当弹簧相对原长缩短时有x＝l0－l2。 [答案](1)8.0N1.00×103N/m(2)6.5cm 在应用胡克定律时一定要分清弹簧的长度l，弹簧的原长l0以及弹簧的形变量x三个量之间的关系，正确地应用定律公式。［借题发挥］ 3．在水平桌面上一根弹簧在弹性限度内，对其施加30N的拉力时，其长度为20cm，对其施加30N压力时，其长为14cm，试求该弹簧的自然长度和它的劲度系数。解析：设弹簧的自然长度为l0，劲度系数为k。根据F＝kx，x为弹簧伸长(或缩短)的长度，由此得：30＝k(0.2－l0)①30＝k(l0－0.14)②由①②得：l0＝17cm，k＝1000N/m答案：17cm1000N/m