2024-2025學(xué)年高中物理第4章相互作用第2節(jié)形變與彈力教案魯科版必修1

PAGE9-第2節(jié)形變與彈力[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．[物理觀念]知道形變的概念及常見的形變．2．[科學(xué)方法]會推斷彈力的有無及彈力的方向．3．[科學(xué)思維]理解勁度系數(shù)的概念及影響勁度系數(shù)的因素．4．[科學(xué)思維]會用胡克定律計算彈簧的彈力．一、形變1．形變：物體發(fā)生的伸長、縮短、彎曲等變更．2．彈性體及彈性形變(1)彈性體是撤去外力后能復(fù)原原來形態(tài)的物體．(2)彈性形變指彈性體發(fā)生的形變．3．范性形變：物體發(fā)生形變后不能復(fù)原原來的形態(tài)，這種形變叫范性形變．4．彈性限度：當(dāng)彈性體形變達(dá)到某一值時，即使撤去外力，物體也不能復(fù)原原狀，這個值叫彈性限度．二、彈力及彈力的應(yīng)用1．彈力：物體發(fā)生彈性形變時，由于要復(fù)原原狀，會對與它接觸的物體產(chǎn)生的力．2．方向：彈力的方向總是與物體形變的趨向相反．3．彈力的應(yīng)用(1)拉伸或壓縮彈簧，必需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．(2)彈簧具有彈性，不但可以緩沖減震，而且有自動復(fù)位的作用．三、彈簧的形變量與彈力的關(guān)系1．胡克定律(1)內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈性體(如彈簧)彈力的大小與彈性體伸長(或縮短)的長度成正比．(2)公式：F＝kx，其中k叫彈簧的勁度系數(shù)．(3)適用條件：在彈簧的彈性限度內(nèi)．2．勁度系數(shù)：是一個有單位的物理量，單位為N/m．彈簧的勁度系數(shù)為1N/m的物理意義：彈簧伸長或縮短1m時產(chǎn)生的彈力大小為1N．1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)使物體發(fā)生形變的外力撤去后，物體肯定能夠復(fù)原原來狀態(tài)． (×)(2)只要兩個物體相互接觸，兩個物體之間肯定能產(chǎn)生彈力． (×)(3)只要兩個物體發(fā)生了形變，兩個物體之間肯定能產(chǎn)生彈力． (×)(4)彈力的大小總是與其形變量成正比． (×)(5)兩物體之間有彈力作用時，兩物體肯定接觸． (√)(6)由F＝kx可知k＝eq\f(F,x)，故勁度系數(shù)k與外力F成正比，與形變量x成反比． (×)2．關(guān)于彈性形變，下列說法正確的是()A．物體形態(tài)的變更叫作彈性形變B．一根鐵絲被用力折彎后的形變就是彈性形變C．物體在外力停止作用后，能夠復(fù)原原狀的形變叫作彈性形變D．物體在外力作用下的形變叫作彈性形變C[外力停止作用后，能夠復(fù)原原狀的形變叫作彈性形變，C正確．]3．一輛汽車停在水平地面上，下列說法中正確的是()A．地面受到了向下的彈力，是因為地面發(fā)生了彈性形變；汽車沒有發(fā)生形變，所以汽車不受彈力B．地面受到了向下的彈力，是因為地面發(fā)生了彈性形變；汽車受到了向上的彈力，是因為汽車也發(fā)生了形變C．汽車受到向上的彈力，是因為地面發(fā)生了形變；地面受到向下的彈力，是因為汽車發(fā)生了形變D．以上說法都不正確C[汽車停在水平地面上，因為地面發(fā)生了向下的形變，所以地面為復(fù)原原狀對與之接觸的汽車產(chǎn)生一個向上的彈力作用；因為汽車的車輪發(fā)生了向上的形變，所以車輪為復(fù)原原狀對與之接觸的地面產(chǎn)生向下的彈力作用，故只有C項正確．]4．將原長為10cm的輕質(zhì)彈簧豎直懸掛，當(dāng)下端掛200g的鉤碼時，彈簧的長度為12cm，則此彈簧的勁度系數(shù)為(取g＝10N/kg)()A．1N/mB．10N/mC．100N/mD．1000N/mC[彈簧的伸長量為2cm＝0.02m，彈簧彈力大小等于鉤碼重力的大小，F(xiàn)＝2N，由胡可定律F＝kx可知，k＝100N/m，C正確．]形變1．形變的兩種狀況(1)形態(tài)的變更：指受力時物體的外觀發(fā)生變更，如橡皮條拉伸時由短變長；撐竿跳高時，運動員手中的撐竿由直變曲等．(2)體積的變更：指受力時物體的體積發(fā)生變更，如用力壓排球，排球的體積變?。挥昧汉＞d，海綿的體積變?。?．顯示微小形變的方法(1)光學(xué)放大法：如圖所示，在一張大桌子上放兩個平面鏡M和N，讓一束光依次被兩面鏡子反射，最終射到墻上，形成一個光點P．用力壓桌面時，桌面發(fā)生了形變，雖然形變量很小，但鏡子要向桌面中間傾斜，由于兩個鏡子間距較大，光點在墻上有明顯移動，把桌面的形變顯示出來．(2)力學(xué)放大法：如圖所示，把一個圓玻璃瓶瓶口用中間插有細(xì)管的瓶塞堵上，用手輕壓玻璃瓶，玻璃瓶發(fā)生形變，容積減小，水受擠壓上升，松開手后，形變復(fù)原，水面落回原處．[跟進(jìn)訓(xùn)練]1．(多選)在日常生活及各項體育運動中，有彈力存在的狀況比較普遍，如圖所示的跳水運動就是一個實例．下列說法正確的是()A．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(chǎn)生的D．跳板受到的壓力，是跳板發(fā)生形變而產(chǎn)生的BC[發(fā)生形變的物體，為了復(fù)原原狀，會對與它接觸的物體產(chǎn)生彈力的作用，發(fā)生形變的物體是施力物體，故B、C正確．]2．如圖所示，在一張大桌子上放兩個平面鏡M和N，讓一束光依次被兩面鏡子反射，最終射到墻上，形成一個光點P．用力壓桌面，視察墻上光點位置的變更．下列說法中正確的是()A．F增大，P不動 B．F增大，P上移C．F減小，P下移 D．F減小，P上移D[當(dāng)力F增大時，兩鏡面均向里傾斜，使入射角減小，經(jīng)兩次累積，使反射光線的反射角更小，光點P下移；反之，若力F減小，光點P上移．所以，選項D正確．]物體的形變(1)一切物體都可以發(fā)生形變，只不過有的明顯，有的不明顯．(2)顯示微小形變的方法：光學(xué)放大法、力學(xué)放大法等．彈力1．產(chǎn)生彈力的兩個必備條件(1)兩物體接觸．(2)兩物體擠壓發(fā)生彈性形變．2．彈力有無的推斷(1)對于發(fā)生明顯形變的物體(如彈簧、橡皮筋等)，可依據(jù)彈力產(chǎn)生的條件：物體干脆接觸和發(fā)生彈性形變干脆推斷．(2)當(dāng)形變不明顯難以干脆推斷時，通常依據(jù)彈力的效果由物體的運動狀態(tài)來推斷；有時也用假設(shè)法、替換法等方法來推斷．假設(shè)法思路假設(shè)將與探討對象接觸的物體解除接觸，推斷探討對象的運動狀態(tài)是否發(fā)生變更，若運動狀態(tài)不變，則此處不存在彈力，若運動狀態(tài)變更，則此處肯定存在彈力例證圖中細(xì)線豎直、斜面光滑，假設(shè)去掉斜面，小球的運動狀態(tài)不變，故小球只受到細(xì)線的拉力，不受斜面的彈力替換法思路用細(xì)繩替換裝置中的桿，看能不能維持原來的力學(xué)狀態(tài)，假如能維持，則說明這個桿供應(yīng)的是拉力；否則，供應(yīng)的是支持力例證圖中AB、AC是輕桿，用細(xì)繩替換AB，原裝置狀態(tài)不變，說明AB對A施加的是拉力；用細(xì)繩替換AC，原狀態(tài)不能維持，說明AC對A施加的是支持力狀態(tài)法思路若接觸處存在彈力時與物體所處的狀態(tài)相吻合，說明接觸處有彈力存在，否則接觸處無彈力例證光滑球靜止在水平面AC上且和AB面接觸，由于離開AC面的彈力，球?qū)o法靜止，故AC面對球有彈力．假如AB面對球有彈力，球?qū)⒉荒鼙３朱o止?fàn)顟B(tài)，故AB面對球無彈力3．彈力的方向(1)彈力方向推斷的依據(jù)發(fā)生彈性形變的物體，由于復(fù)原原狀產(chǎn)生彈力，所以彈力的方向總與物體形變的方向相反．(2)幾種常見彈力的方向①幾種不同的接觸方式面與面點與面點與點彈力方向垂直于公共接觸面指向受力物體過點垂直于面指向受力物體垂直于公切面指向受力物體圖示②輕繩、輕桿、輕彈簧的彈力方向輕繩輕桿輕彈簧彈力方向沿繩子指向繩子收縮的方向可沿桿的方向可不沿桿的方向沿彈簧形變的反方向圖示4．彈力大小的計算(1)公式法：利用公式F＝kx計算，適用于彈簧這樣的彈性體彈力的計算．(2)平衡法：假如懸掛在豎直細(xì)繩上的物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，求解細(xì)繩的拉力時，可用二力平衡得到拉力的大小等于物體重力的大小，目前主要適用于二力平衡的狀況．【例1】如圖所示，一小球用兩繩掛于天花板上，球靜止，繩1傾斜，繩2恰好豎直，則關(guān)于小球受彈力個數(shù)正確的是()A．1個B．2個C．3個D．4個思路點撥：解答本題可用假設(shè)法．A[假設(shè)繩1對球有彈力，則該作用力的方向沿繩斜向左上方，另外，球在豎直方向上還受重力和繩2的拉力，在這三個力的作用下球不行能保持平衡而靜止，所以繩1不行能對球有拉力作用．故A正確．]推斷彈力方向的步驟eq\x(\a\al(明確產(chǎn)生彈,力的物體))→eq\x(\a\al(找出該物體發(fā),生形變的方向))→eq\x(\a\al(確定該物體產(chǎn),生彈力的方向))[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．如圖所示，一根彈性桿的一端固定在傾角為30°的斜面上，桿的另一端固定一個重為2N的小球，小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，則彈性桿對小球的彈力()A．大小為2N，方向平行于斜面對上B．大小為1N，方向平行于斜面對上C．大小為2N，方向垂直于斜面對上D．大小為2N，方向豎直向上D[小球受重力和桿的支持力(彈力)作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，由平衡學(xué)問可知，桿對小球的彈力與重力等大、反向．]4．圖中物體a、b均處于靜止?fàn)顟B(tài)，a、b間肯定有彈力的是()ABCDB[A圖中對物體a而言受重力、豎直向上的拉力，假如b對a有彈力，方向水平向左，那么a受到的三力不能平衡，與a、b均處于靜止?fàn)顟B(tài)沖突，故A錯誤；B圖中對物體a而言受重力、斜向上的拉力，假如b對a沒有彈力，那么a受到的二力不能平衡，與a、b均處于靜止?fàn)顟B(tài)沖突，故B正確；C圖中若水平地面光滑，對b而言受重力、豎直向上的支持力，假如a對b有彈力，方向水平向右，那么b受到的三力不能平衡，與a、b均處于靜止?fàn)顟B(tài)沖突，故C錯誤；D圖中對b而言受重力、豎直向上的拉力，假如a對b有彈力，方向垂直斜面對下，那么b受到的三力不能平衡，與a、b均處于靜止?fàn)顟B(tài)沖突，故D錯誤．]胡克定律1．定律的成立是有條件的，這就是彈簧要發(fā)生“彈性形變”，即在彈性限度內(nèi)．2．表達(dá)式中x是彈簧的形變量，是彈簧伸長(或縮短)的長度，而不是彈簧的原長，也不是彈簧形變后的長度．3．表達(dá)式中的勁度系數(shù)k，反映了彈簧的“軟”“硬”程度，是由彈簧本身的性質(zhì)(如材料、形態(tài)、長度等)確定的．不同型號、不同規(guī)格的彈簧，其勁度系數(shù)不同．4．依據(jù)F＝kx作出彈力F與形變量x的關(guān)系圖象，如圖所示，這是一條過原點的直線，其斜率k＝eq\f(F,x)＝eq\f(ΔF,Δx)．【例2】如圖所示，一根彈簧的自由端B在未懸掛重物時，正對著刻度尺的零刻度，掛上100N重物時正對著刻度20．(1)當(dāng)彈簧分別掛上50N和150N重物時，自由端所對刻度應(yīng)是多少？(2)若自由端所對刻度是18，則彈簧下端懸掛了多重的重物？解析：(1)設(shè)掛50N和150N重物時，自由端所對刻度分別為x1、x2，由胡克定律得eq\f(x1,20)＝eq\f(50,100)，eq\f(x2,20)＝eq\f(150,100)解得x1＝10，x2＝30．(2)設(shè)自由端所對刻度為18時，所掛重物的重力為G．由胡克定律得eq\f(18,20)＝eq\f(G,100N)，解得G＝90N．答案：(1)1030(2)90N應(yīng)用胡克定律的易錯提示只有彈簧及橡皮筋類的彈力遵循胡克定律，在彈簧處于伸長狀態(tài)或壓縮狀態(tài)時均有彈力作用，所以計算彈簧的彈力時，應(yīng)留意區(qū)分這兩種狀態(tài)下彈簧的長度、彈簧的原長、彈簧的形變量等物理量．[跟進(jìn)訓(xùn)練]5．如圖所示的裝置中，小球的質(zhì)量均相同，彈簧和細(xì)線的質(zhì)量均不計，一切摩擦忽視不計，平衡時各彈簧的彈力分別為F1、F2、F3，其大小關(guān)系是()A．F1＝F2＝F3 B．F1＝F2＜F3C．F1＝F3＞F2 D．F3＞F1＞F2A[第一個圖中，以彈簧下面的小球為探討對象，其次個圖中，以懸掛的小球為探討對象，第三個圖中，以隨意一小球為探討對象．第一個圖中，小球受豎直向下的重力mg和彈簧向上的彈力，二力平衡，F(xiàn)1＝mg；后面的兩個圖中，小球受豎直向下的重力和細(xì)線的拉力，二力平衡，彈簧的彈力大小均等于細(xì)線拉力的大小，則F2＝F3＝mg，故三圖中平衡時彈簧的彈力相等．]6．一根彈簧在50N力的作用下，長度為10cm，若所受的力再增加4N，則長度變成10.4cm．設(shè)彈簧的形變均在彈性限度內(nèi)，求彈簧的原長l0和彈簧的勁度系數(shù)k．解析：由胡克定律可知F1＝k(l1－l0)①F2＝k(l2－l0)②將F1＝50N，l1＝10cm，F(xiàn)2＝54N，l2＝10.4cm代入①②式可得k＝1000N/m，l0＝5cm．答案：l0＝5cmk＝1000N/m1．[物理觀念]形變、彈力、胡克定律．2．[科學(xué)思維]彈力的大小和方向，胡克定律的應(yīng)用．3．[科學(xué)方法]“假設(shè)法”“替代法”等．1．如圖為P物體對Q物體的壓力的示意圖，其中正確的是()ABCDA[P物體對Q物體的壓力應(yīng)作用在Q物體上，且力的方向應(yīng)垂直于接觸面并指向Q物體，故B、C、D均是錯誤的．]2．書靜止放在水平桌面上時，下列說法錯誤的是()A．書對桌面的壓力就是書受的重力B．書對桌面的壓力是彈力，是由于書的形變而產(chǎn)生的C．桌面對書的支持力是彈力，是由于桌面的形變而產(chǎn)生的D．書和桌面都發(fā)生了微小形變A[壓力屬于彈力，重力屬于萬有引力，性質(zhì)不同，不能說壓力就是書受的重力，故A錯誤；書靜止于水平桌面上，桌面受到豎直向下的彈力是由于書發(fā)生向上的形變，要復(fù)原原狀產(chǎn)生向下的彈力，B正確；書受到向上的彈力，是因為桌面對下形變，要復(fù)原原狀產(chǎn)生向上的彈力，故C正確；書和桌面都發(fā)生了微小形變，故D正確．]3．探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系時，在彈性限度內(nèi)，懸掛15N重物時，彈簧長度為0.16m，懸掛20N重物時，彈簧長度為0.18m，則彈簧的原長L0和勁度系數(shù)k分別為()A．L0＝0.10m，k＝500N/mB．L0＝0.10m，k＝250N/mC．L0＝0.20m，k＝500N/mD．L0＝0.20m，k＝250N/mB[設(shè)彈簧的勁度系數(shù)為k，彈簧的原長為L0，依據(jù)胡克定律得F1＝k(L1－L0)