3.1.3 弹力(课件) （44张PPT）高中物理（人教版2019必修第一册）

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培养什么人/怎样培养人/为谁培养人 3.1.3 弹 力 01 形变 02 弹力 03 胡克定律 04 典例分析 目录/contents 知识回顾 2、力的作用效果有哪些？ ①改变物体的运动状态(动力效果) ②使物体发生形变（静力效果） 【产生加速度】 1、力的三要素？ 大小、方向、作用点。 Part.01 形变 1、接触力: 物体与物体直接接触才发生的力。例如：拉力、压力、支持力、弹力、摩擦力 2、非接触力：物体与物体不接触就可发生的力。例如：重力、电场力、磁场力。（所有场力都是非接触力、四类基本相互作用都是非接触力） 接触力与非接触力 形变：物体在力的作用下的形状或体积会发生改变。 形变 想一想：任何物体受到力，是否一定发生形变？ 一定发生形变，只是有的形变明显（明显形变），有的不明显（微小形变）。 一块剖面为三角形的有机玻璃压在另一块有机玻璃上，发生的形变肉眼不能看出。但是形变后，当特殊的光通过有机玻璃不同部位时，产生的花纹会发生变化，利用仪器可以看到这种差异。 （1）按形变的形式分类： 拉伸形变 压缩形变 弯曲形变 扭转形变 （2）按形变程度分

（3）按形变效果分 （可否恢复） 明显形变:肉眼可直接观察到 微小形变:肉眼不易直接观察到 塑性形变（非弹性形变）： 例如橡皮泥、保险丝 弹性形变： 例如弹簧 发生形变的物体在停止受力后，能恢复原状的形变称为弹性形变 弹性限度 如果形变过大，超过一定限度，即使撤去作用力，物体也不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹性限度 形变：物体在力作用下形状或体积发生改变 弹性形变：有些物体在力的作用下发生形变，力撤消后又能够恢复原状。 非弹性形变：生活中还有些物体发生形变并撤消力以后不能恢复原状，如橡皮泥、保险丝等。 【例题】如图所示，取一只扁玻璃瓶，里面盛满水，用穿有透明细管的橡皮塞封口，使水面位于细管中。用手捏玻璃瓶，可以看到透明细管中的水面变化，这一实验的目的是（　　） A．说明玻璃瓶中水的体积发生了变化 B．验证液体的流动性 C．验证弹力的大小跟形变量成正比 D．说明外力可以使玻璃瓶发生形变 D 小试牛刀 Part.02 弹力 1.定义 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，这种力称为弹力。 施力物体 受力物体 2.弹力产生条件 相互接触 发生弹性形变（相互挤压） 两者需同时满足 3、弹力产生过程 弹力产生过程： 力→形变→在恢复原状→对接触物体生作用 桌面发生弹性形变在恢复时 物体受到支持力 FN 物体发生弹性形变在恢复时 FN 物体受到支持力 桌面受到压力 桌面受到的压力 4.常见弹力（拉力、压力、支持力）的方向 压力和支持力的方向：总是垂直于接触面指向受力物体. （2）压力：由于被支持物体发生形变，而对支持物产生的弹力。压力的方向总是垂直于接触面，指向被压的物体。 （1）支持力：支持面发生形变，对被支持的物体产生的弹力。支持力的方向总是垂直支持面，指向被支持的物体。 没受到拉力时 绳子形变方向 拉力 受到拉力时绳子变长 绳被拉长而对所拉物体产生的弹力，通常称为拉力．拉力的方向总是沿绳而指向绳收缩的方向． Ａ 弹簧产生的弹力方向：沿弹簧的中心轴线指向弹簧恢复原状的方向。 弹力的方向指向物体恢复形变的方向 弹力的方向与物体的形变方向相反 轻杆弹力方向：不一定沿杆，要根据受力情况确定 注意 被跳水运动员压弯的跳板，要恢复原状，对上面的人产生弹力（支持力） 人的脚发生形变，对跳板，产生弹力（压力） 弹簧发生压缩形变，要恢复原状，对手有向上的弹力。 手发生挤压形变，要恢复原状，对弹簧有向下的弹力。 议一议 描述弹力产生的过程并指出弹力的方向？ 【例题】在下列各图中，a、b均处于静止状态，且接触面均光滑，a、b间一定有弹力的是( )? A.? B.? C.? D.? B 【例题】分析书放在桌面或倾斜木板上时,书和木板所受的弹力 书 木板 书 板 N1 N1 N2 N2 【例题】下列说法正确的是：( ) A、木块放在桌面上受到向上的支持力，这是木块 发生微小形变而产生的。 B、用一根细竹竿拨动水中的木头，木头受到竹竿的推力，这是由于木头发生形变而产生的。 C、绳对物体的拉力方向总是竖直向上。 D、挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是由于电线发生微小形变而产生的 。 D 【例题】已知物体甲和乙之间有弹力的作用，那么（ ） A、物体甲和乙必定直接接触，且都发生形变 B、物体甲和乙不一定直接接触，但必定都发生形变 C、物体甲和乙必定直接接触，但不一定都发生形变 D、物体中和乙不一定直接接触；也不一定都发生形变 A 【例题】关于弹力的下列说法中,正确的是：( ) A、只有发生弹性形变的物体，才会对它接触的物体产生弹力。 B、只有受弹簧作用的物体才受到弹力。 C、通常所说的压力、支持力和绳子的拉力都是弹力。 D、压力和支持力的方向总是垂直接触面。 CD Part.03 胡克定律 弹簧弹力和伸长量的关系怎样？ 想一想 弹簧的弹力大小与形变量有什么关系 两者在量的大小上有定量关系 由待测参量设计实验并组装仪器 测量并记录弹力F与形变量x大小 提出问题 大胆猜想 设计实验 进行实验 处理数据 得出结论 探究弹簧的弹力和形变量大小的关系 建立F-x坐标系，描点、连线 提出问题 大胆猜想 设计实验 进行实验 处理数据 得出结论 在弹簧的弹性限度内，弹力F与形变量x的大小 成正比关系。 即：F=kx （胡克定律） 提出问题 大胆猜想 设计实验 进行实验 处理数据 得出结论 比较胡克定律中不同弹簧的k值是否相同 ※不同弹簧的k值不同是因为弹簧的软硬不同。 ※ k为弹簧的劲度系数，由弹簧自身结构决定，单位是N/m。 提出问题 大胆猜想 设计实验 进行实验 处理数据 得出结论 交流合作 注意事项： （1）所挂钩码不要过重，以免弹簧超出它的弹性限度。 （2）标尺要竖直且靠近指针，每次改变钩码后要待系统稳定后读数。　　　　　　 （3）读指针刻度时，应估读到下一位. （4）每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点间距尽量大些，这样作出的图线更精确。 （5）记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。 （6）尽量选用轻质弹簧以便能忽略自身重力的影响。 平视 分布在线的两侧 轻质 胡克定律 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成正比。 2、公式： (弹性限度内) 弹簧的劲度系数（由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。 ） 单位：牛顿每米或者牛顿每厘米 符号：N/m或N/cm 弹簧的形变量（伸长量或压缩量） x=∣l-l0∣ △F=K△X F ＝ k x ΔF ——弹簧的弹力的变化量 Δx——为弹簧的形变量的变化量 公式中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，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． ★对公式F＝kx的理解 1．胡克定律的成立条件：弹簧的形变必须在弹性限度内． 2．弹簧的劲度系数k：它表示弹簧固有的力学性质，大小由弹簧本身的物理条件，如材料、长度、截面积等决定． 3．弹簧的形变量x：指弹簧的伸长量或缩短量，而不是弹簧的长度． 4.弹簧秤的示数不显示合力，只显示一端的拉力。 特别提醒 F-x图像: ?F ?x 斜率表示劲度系数k ?F＝k?x F-l(弹簧长度）图像: F

l

a b l1

l2

k1

k2

横截距l1表原长 斜率k1表劲度系数 F

x

两种图像 O O 【总结归纳】 (1)F-x(x为弹簧伸长量)图像和F-l(l为弹簧长度)图像中图线的斜率均表示弹簧的劲度系数。 (2)F-x图线理论上应是一条过原点的直线,但弹簧自重对实验造成的影响可引起F-x图线发生平移。 (3)F-l图线与l轴交点的横坐标表示弹簧原长。 课堂小结 重力与弹力 大小 重力 方向 弹力 胡克定律 公式：F=kx G=mg 竖直向下 重心 与物体的质量和形状有关 条件 方向 1.接触；2.发生弹性形变 与施力物体的形变方向相反 Part.04 典例分析 【判一判】 判断下列说法的正误. (1)发生形变后的物体撤去外力后都能够恢复原状.(　　) (2)海绵受挤压会发生形变，桌面受挤压不会发生形变.(　　) (3)静止在水平地面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变.(　　) (4)由F＝kx可知，在弹性限度内弹力F的大小与弹簧的长度成正比.(　　) × √ × × 【例题】有一根弹簧的长度是15 cm，在下面挂上0.3 kg的重物后长度变成了18 cm，求弹簧的劲度系数? L0 x=3 cm mg F=kx kx=mg 根据胡克定律：F=kx 单位 【例题】一根弹簧受到10N的拉力时，它的长度12cm，当它受到16N拉力时，它的长度是14cm，则： （1）该弹簧的原长和劲度系数分别是多少？ （2）弹簧受到20N的拉力时，仍在弹性限度内，则此时弹簧的长度为多少？ 【例题】如图所示，两根相同的轻弹簧S1、S2，劲度系数都为k＝4×102 N/m，悬挂重物的质量分别为m1＝2 kg，m2＝4 kg，取g＝10 m/s2，则静止时S1、S2的伸长量分别为(　　) A.5 cm，10 cm B.10 cm，5 cm C.15 cm，10 cm D.10 cm，15 cm 解析: 弹簧S1的伸长量． F1＝（m1＋m2）g＝60 N F1＝kx1 x1＝????????????＝15 cm ? 弹簧S2的伸长量． F2＝m2g＝40 N F2＝kx2 x2＝????????????＝10 cm ? 因为弹簧S1受到的拉力是下面整体对其的作用，而弹簧S2所受的拉力m2是对它的作用。本题首次体验整体法和隔离法。 C 【例题】如图所示，A、B两弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦力不计，物重G=1N，A、B劲度系数均为100N/m，则A和B的弹簧伸长量分别为（　　） A．1cm，0 B．0，1cm C．1cm，2cm D．1cm，1cm D 【例题】如图所示，两木块的质量分别为m1和m2，两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2，上面木块压在上面的弹簧上（但不拴接），整个系统处于平衡状态.现缓慢向上提上面的木块，直到它刚离开上面弹簧.在这过程中下面木块移动的距离为（　　） C 【例题】 一轻质弹簧的弹力大小F和长度l的关系图线如图所示,试由图线确定: (1)弹簧的原长; (2)弹簧的劲度系数; (3)弹簧的长度为15 cm时,弹力的大小; (4)由图像可知,弹力为10 N时,弹簧长度为5 cm 或15 cm,由此能得到什么结论 ? 解析:此题主要考查对胡克定律的理解与应用,培养同学们分析问题与解决问题的能力,提升自己的科学思维核心素养。 (1)由胡克定律知,当弹力F=0时,弹簧伸长量x=0,即弹簧处于原长,则由题图可得l0=10 cm。 (2)由F-l图像知,当弹簧长度为l=15 cm时,弹力F=10 N,弹簧的伸长量x=l-l0=(15-10) cm=0.05 m。 (3)当x=15 cm=0.15 m时,由F=kx得F=200×0.15 N=30 N。 再 见

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