探究形變與彈力的關(guān)系課件

第三章研究物體間的相互作用第一節(jié)探究形變與彈力的關(guān)系1.形變：物體在外力的作用下________或________發(fā)生變化稱為形變.形狀體積拉伸(1)形變的種類有：________形變、________形變、________形變和________形變.扭曲放大

(2)任何物體都會發(fā)生形變.微小的形變常采用________法顯示.壓縮彎曲2.彈性形變：發(fā)生形變的物體，當(dāng)外力撤除后，物體能夠__________原狀的形變.完全恢復(fù)3.非彈性形變：發(fā)生形變的物體，當(dāng)外力撤除后，物體不能夠__________原狀的形變.完全恢復(fù)最大

4.彈性限度：發(fā)生彈性形變的物體，外力撤除后能夠完全恢復(fù)原狀的________形變.5.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

B.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

D.物體在外力停止作用后，能夠完全恢復(fù)原來形狀的形變，叫彈性形變

解析：根據(jù)彈性形變的定義，能夠完全恢復(fù)原狀的形變叫彈性形變可知A、B、C錯誤，D正確.

答案：D6.(雙選)關(guān)于彈力的產(chǎn)生，下列說法正確的是()

A.木塊在桌面上受到的向上的彈力，是由于木塊發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的

B.木塊在桌面上受到的向上的彈力，是由于桌面發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的

C.掛在懸線下的物體受到的向上的拉力，是由于懸線發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的

D.掛在懸線下的物體受到的向上的拉力，是由于物體發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的

解析：木塊受到的彈力是因?yàn)樽烂姘l(fā)生了微小的形變而要恢復(fù)原狀，從而對木塊產(chǎn)生向上的彈力，A錯誤，B正確；掛在懸線下的物體受到的彈力是因?yàn)榫€受力而發(fā)生伸長的形變，懸線要恢復(fù)原狀，從而對物體產(chǎn)生向上的彈力，C正確，D錯誤.答案：BC知識點(diǎn)1彈力的產(chǎn)生彈力接觸彈性

如圖3-1-1所示，圓木被彎曲的細(xì)木棍推開，圓木被推開的原因是它受到細(xì)木棍的____________作用.細(xì)木棍對圓木產(chǎn)生彈力需要兩個條件：一是細(xì)木棍與圓木相互________；二是細(xì)木棍與圓木相互擠壓產(chǎn)生________形變.

圖3-1-11.發(fā)生形變的物體由于要恢復(fù)原狀，對與它接觸的、并使它發(fā)生形變的另一個物體產(chǎn)生的作用力叫彈力.2.產(chǎn)生彈力的條件：兩物體既要接觸，又要發(fā)生形變.3.形變和物體間彈力是同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失的.4.通常所說的壓力、推力、拉力、張力、浮力、支持力等，本質(zhì)上都是彈力.

5.形變不明顯時彈力是否存在的判斷方法(假設(shè)法)：假設(shè)在該處將與物體接觸的另一物體去掉，看物體還能否在原位置保持原來的狀態(tài)，從而判斷該物體是否受彈力作用.

【例1】分析圖

3-1-2中甲、乙、丙中接觸面對小球(物塊)是否有彈力作用？(甲、乙、丙三圖的物體均處于靜止?fàn)顟B(tài))圖3-1-2

解析：甲圖：如果物塊與斜面體間不存在彈力，則物塊所受合力不能為零，物塊不能處于靜止?fàn)顟B(tài)；乙圖：如果水平面與小球間沒有彈力，則小球?qū)⒇Q直向下掉，擋板與小球間如果沒有存在彈力，擋板將不能處于靜止?fàn)顟B(tài)；丙圖：水平面如果沒有彈力則小球?qū)⒃谥亓ψ饔孟孪蛳逻\(yùn)動，斜面若有彈力則小球運(yùn)動狀態(tài)將改變，故斜面與小球間沒有彈力.

點(diǎn)評：掌握產(chǎn)生彈力的條件是理解彈力概念的前提，采用撤力法是分析彈力是否存在最常用的方法，特別是分析微小形變產(chǎn)生的彈力.【觸類旁通】1.在下圖中，a、b兩個小球相互間一定有彈力作用的是(其中A、B兩圖中a、b兩球均用輕繩懸掛)()ABCD

解析：由彈力產(chǎn)生的條件可知，物體之間有接觸但不一定互相擠壓，是否擠壓可以用假設(shè)法進(jìn)行判斷：撤去其中一物體，看另一物體是否運(yùn)動，故A、C、D錯誤，B正確.

答案：B知識點(diǎn)2彈力的方向左右相反

情景一：2012年3月27日，中國射箭隊奧運(yùn)選拔賽第二階段比賽在廣州黃村訓(xùn)練基地全部結(jié)束，男女隊共6名出征倫敦奧運(yùn)會的運(yùn)動員名單揭曉，運(yùn)動員劉招武將與邢宇、戴小祥組成新的男子“三箭客”，代表中國隊參加比賽.如圖3-1-3所示，弦的形狀向______發(fā)生了形變，對箭有一個向______的彈力.形變的方向與彈力的方向__________.圖3-1-3

情景二：北京時間3月11日，2012年國際田聯(lián)室內(nèi)世錦賽在土耳其伊斯坦布爾展開最后一日的爭奪，在女子撐桿跳高決賽中，俄羅斯撐桿跳女皇伊辛巴耶娃盡管三次沖擊5米02世界紀(jì)錄失敗，但仍以4米80輕松奪冠.如圖3-1-4所示，桿向______發(fā)生了形變，對人有一個向______的彈力，形變的方向與彈力的方向________.下上相反圖3-1-41.彈力的方向：總是和作用在物體上、使物體發(fā)生形變的外力的方向相反，或者說和形變方向相反.2.支持力的方向(1)面面接觸：垂直于支持面.(2)點(diǎn)面接觸：垂直于支持面，指向被支持的物體.(3)點(diǎn)點(diǎn)接觸：垂直于接觸點(diǎn)處的切面.3.繩子產(chǎn)生的彈力(通常稱為拉力)：方向總沿著繩子而指向繩子收縮的方向.4.桿子產(chǎn)生的彈力(1)方向可能是沿桿子方向，起拉力或支持力作用.(2)方向也可能不沿桿子方向，起支持力或拉力作用.

拓展：分析彈力的方向是個難點(diǎn)，要想準(zhǔn)確地分析出彈力的方向，必須從以下幾個方面著手：首先判斷那些接觸點(diǎn)或接觸面處是否有彈力存在.其次分析彈力的種類是繩子產(chǎn)生的彈力，桿子產(chǎn)生的彈力還是支持面產(chǎn)生的彈力.最后按各種彈力方向的特點(diǎn)畫出彈力的方向.【例2】如圖

3-1-5所示，物體A靜止，畫出A所受彈力的示意圖.圖3-1-5答案：如圖3-1-6所示.圖3-1-6【觸類旁通】2.如圖3-1-7所示，桿的A端被繩子拉住，B端放在一個球形容器內(nèi).試分析畫出桿AB受到的彈力的方向.圖3-1-7

解：如圖D2

所示，A端受到的是繩子產(chǎn)生的彈力TA，其方向沿繩子收縮方向；B端和容器的接觸方式是“點(diǎn)點(diǎn)接觸”，所以B端受到的彈力NB，垂直于接觸點(diǎn)處的切面指向球心，而不沿桿子方向.圖D2知識點(diǎn)3胡克定律越遠(yuǎn)形變彈力

情景一：2012年3月27日，為期一年的射箭奧運(yùn)資格賽終于結(jié)束，廣東女子射箭新秀方玉婷以總積分第二名的身份，獲得2012年倫敦奧運(yùn)會射箭女子個人/團(tuán)體賽參賽資格.如圖3-1-8所示，方玉婷把弓拉得越滿則箭射得______；因?yàn)楣迷綕M，________越大，________越大.

圖3-1-8

情景二：英國力學(xué)家胡克經(jīng)過多年研究總結(jié)出彈性定律.胡克的彈性定律指出：在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力F和彈簧的長度變化量x成________，即F＝－kx.k是彈簧的勁度系數(shù)，它由彈簧的______決定，負(fù)號表示彈簧所產(chǎn)生的彈力與其伸長(或壓縮)的方向______.正比材料相反1.在彈性限度內(nèi)，彈力和彈簧的形變量x大小成正比，即F＝－kx.k成為勁度系數(shù)，其單位為N/m.2.勁度系數(shù)k的物理意義：數(shù)值上等于彈簧發(fā)生單位長度形變時產(chǎn)生的彈力大小.

3.決定勁度系數(shù)k的因素：由彈簧的材料、粗細(xì)、長度、單位長度內(nèi)彈簧的匝數(shù)等決定，與彈力的大小、形變量無關(guān). 4.胡克定律的另一種表述：因?yàn)樵趶椥韵薅葍?nèi)彈簧的彈力F和x成正比，故胡克定律又可以變形為ΔF＝kΔx，其中ΔF為彈力的變化量，Δx為形變量的變化量.【例3】如圖

3-1-9所示為一輕質(zhì)彈簧的長度L和彈力F大小的關(guān)系，試由圖線確定：(1)彈簧的原長________；(2)彈簧的勁度系數(shù)k＝________；(3)彈簧伸長0.05m時，彈力的大小________.圖3-1-9解析：(1)由胡克定律得：當(dāng)F＝0時，彈簧處于原長L0＝10cm；(2)由圖可知當(dāng)彈簧伸長或壓縮5cm時，F(xiàn)＝10N，根據(jù)ΔF＝kΔx可知k＝200N/m；(3)彈簧伸長0.05m時，根據(jù)ΔF＝kΔx可知F＝10N.答案：(1)10cm(2)200N/m(3)10N

【觸類旁通】

3.(2014年廣州天河區(qū)期末)一個彈簧掛3N的重物時，彈簧總長為15cm，若改掛8N的重物時，彈簧總長為20cm，則彈簧的勁度系數(shù)為()A.100N/mB.200N/mC.300N/mD.400N/m＝100N/m，故選A.答案：A探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1)探究彈力和彈簧伸長量之間的關(guān)系.(2)學(xué)會利用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).【實(shí)驗(yàn)原理】(1)在彈簧下端懸掛鉤碼時彈簧會伸長，平衡時彈簧產(chǎn)生的彈力與所掛鉤碼的重力大小相等.

(2)彈簧的長度可用刻度尺直接測出，伸長量可以由拉長后的長度減去彈簧原來的長度進(jìn)行計算.這樣就可以研究彈簧的彈力和彈簧伸長量之間的定量關(guān)系了.【實(shí)驗(yàn)器材】鐵架臺、坐標(biāo)紙、彈簧、鉛筆、鉤碼若干、重錘線、三角板、毫米刻度尺.【實(shí)驗(yàn)步驟】(1)按圖3-1-10安裝實(shí)驗(yàn)裝置，記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應(yīng)的刻度L0.圖3-1-10實(shí)驗(yàn)次數(shù)1234567F/NL/cmx/cm(2)在彈簧下懸掛一個鉤碼，平衡時記下彈簧的總長度并記下鉤碼的重力.

(3)增加鉤碼的個數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程，將數(shù)據(jù)填入表格，以F表示彈力，L表示彈簧的總長度，x＝L－L0

表示彈簧的伸長量.

(4)以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長量x為橫坐標(biāo)(如圖3-1-11所示)，用描點(diǎn)法作圖，連接各點(diǎn)，得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖象.圖3-1-11

(5)以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力和彈簧伸長量之間的函數(shù)關(guān)系，函數(shù)表達(dá)式中的常數(shù)即為彈簧的勁度系數(shù)，這個?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力大小跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比：F＝－kx.其中：k為彈簧的勁度系數(shù)；x為彈簧伸長(或縮短)的長度.【注意事項(xiàng)】(1)所掛鉤碼不要過重，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)測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛且處于平衡狀態(tài)時測量，刻度尺要保持豎直并靠近彈簧，以免增大誤差. (4)描點(diǎn)畫線時，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)時要注意彈力及彈簧伸長量的對應(yīng)關(guān)系及單位.【例4】下列關(guān)于“探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的說法中正確的是()

A.實(shí)驗(yàn)中k的具體數(shù)值必須計算出來

B.如果沒有測出彈簧原長，用彈簧長度L代替x，F(xiàn)－L圖線也是過原點(diǎn)的一條直線

C.利用F－x直線可求出k值

D.實(shí)驗(yàn)時要把所有點(diǎn)連到線上，才能探索得到真實(shí)規(guī)律

解析：本實(shí)驗(yàn)是探究彈力F和彈簧伸長量x之間的關(guān)系，若畫出F－x圖象，則斜率為k值，若用彈簧長度L代替x，則圖線不過原點(diǎn)，會與橫軸L有一截距L0，L0為彈簧原長，所以A、B錯，C對.把描出的各點(diǎn)連線時，不一定把所有的點(diǎn)都連在線上，只要使不在線上的各點(diǎn)均勻分布在線的兩側(cè)即可，D錯.答案：C

【例5】某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，他先把彈簧平放在桌面上使其自然伸長，用直尺測出彈簧的原長L0，再把彈簧豎直懸掛起來，掛上砝碼后測出彈簧伸長后的長度L，把(L－L0)作為彈簧的伸長量x，這樣操作，由于彈簧自身重力的影響，最后畫出的圖線可能是圖象中的()

解析：本題主要考查用圖象法來描述彈簧的彈力與其伸長量間的關(guān)系.由于考慮彈簧自身重力的影響，當(dāng)不掛鉤碼時，彈簧的伸長量x≠0.