2018-2019高中物理 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系學案 粵教版必修1.doc

第一節(jié)探究形變與彈力的關系學習目標 1.知道常見形變和彈性形變.2.知道彈力產生的原因和條件.3.知道壓力、支持力和拉力都是彈力，會分析彈力的方向，能正確畫出力的圖示及示意圖.4.掌握胡克定律，會用Fkx分析、解決有關問題.一、認識形變1.形變：物體形狀發(fā)生變化.2.分類：壓縮形變、拉伸形變、彎曲形變和扭曲形變等.3.任何物體都能發(fā)生形變.有時形變比較明顯，有時很微小，需要借助儀器才能觀察到.二、彈性與彈性限度1.彈性：彈簧具有恢復原狀的性質.2.彈性形變：任何物體受到外力作用后都會產生形變，撤去外力后，物體能完全恢復原狀的形變，稱為彈性形變.3.彈性限度：如果外力過大，撤去外力后，物體形狀不能完全恢復，我們稱這種現(xiàn)象為超過了物體的彈性限度.三、探究彈力1.彈力：產生形變的物體由于要恢復原狀，會對與它接觸的物體產生力的作用，這種力稱為彈力.2.彈力是由施力物體(填“受力物體”或“施力物體”)發(fā)生形變而產生的.3.幾種彈力的方向(1)壓力或支持力的方向：壓力的方向垂直于支持面指向被壓的物體；支持力的方向垂直于支持面指向被支持的物體.(2)繩子對物體的拉力方向：沿繩子指向繩子收縮的方向.4.胡克定律(1)內容：在彈性限度內，彈簧彈力F的大小與彈簧的伸長(或縮短)量x成正比.(2)公式：Fkx.k為彈簧的勁度系數(shù)，單位為N/m，不同的彈簧，其勁度系數(shù)不同.四、力的圖示1.力的示意圖：用一帶箭頭的線段表示.2.力的圖示：用線段的長度表示力的大小，線段的箭頭指向力的方向，箭尾(或箭頭)表示力的作用點.1.判斷下列說法的正誤.(1)只要兩物體接觸就一定產生彈力.()(2)發(fā)生形變后的物體撤去外力后都能夠恢復原狀.()(3)繩對物體的拉力方向總是沿著繩而指向繩收縮的方向.()(4)靜止在水平地面上的物體受到向上的彈力是因為地面發(fā)生了形變.()(5)由Fkx可知，在彈性限度內彈力F的大小與彈簧的長度成正比.()2.彈簧的原長為10 cm，它下面掛一個重為4 N的物體時，彈簧長為12 cm，則該彈簧的勁度系數(shù)為 N/m.若在它下面掛一個重為6 N的物體，則彈簧的伸長量為 cm.(彈簧始終處于彈性限度內)答案20033.小明用20 N的水平力推桌子(如圖1所示)，作出此力的圖示和力的示意圖.圖1答案一、形變和彈力1.如圖2所示，取一個玻璃瓶，里面盛滿水，用穿有透明細管的橡皮塞封口，使水面位于細管中，用手捏玻璃瓶，會看到什么現(xiàn)象？說明什么？圖2答案用手捏玻璃瓶，管中水面上升.說明受壓時玻璃瓶發(fā)生形變，體積變小了.2.用手壓橡皮泥，橡皮泥發(fā)生形變；腳踩在松軟的泥土上，留下了深深的腳印(形變)，這兩種形變與玻璃瓶的形變有什么不同？答案橡皮泥、泥土受力后發(fā)生的形變，在撤去外力后不能恢復原狀(非彈性形變)，玻璃瓶的形變在撤去外力后能恢復原狀(彈性形變).3.如圖3所示，被拉長的彈簧對手有一個拉力的作用，這個拉力是如何產生的？圖3答案彈簧受到拉力后發(fā)生形變(伸長)，發(fā)生形變的彈簧要恢復原狀，對手就產生了拉力.1.彈性形變和非彈性形變彈性形變：撤去外力后能恢復原狀的形變.非彈性形變：撤去外力后不能恢復原狀的形變.發(fā)生彈性形變的物體，外力過大，超過一定的限度(彈性限度)，會變成非彈性形變.2.彈力的產生必須同時具備兩個條件：(1)兩物體直接接觸；(2)兩物體接觸處發(fā)生彈性形變.例1關于彈力的產生，下列說法正確的是()A.木塊放在桌面上受到一個向上的彈力，這是由于木塊發(fā)生微小形變而產生的B.木塊放在桌面上，木塊沒有形變，所以對桌面沒有施加彈力C.拿一根細竹竿撥動水中的木頭，木頭受到細竹竿的彈力，這是由于木頭發(fā)生形變而產生的D.掛在電線下面的電燈受到向上的拉力，是因為電線發(fā)生微小的形變而產生的答案D解析木塊和桌面相互作用，都會發(fā)生微小的形變.桌面發(fā)生微小形變對木塊有向上的彈力即支持力；木塊由于發(fā)生微小形變對桌面有向下的彈力即壓力，A、B錯；木頭受到的彈力是由細竹竿發(fā)生形變而產生的，C錯；電燈受到的拉力是電線發(fā)生微小形變而產生的，D對.二、力的圖示如圖4所示是足球撞擊球網(wǎng)的瞬間.圖4若足球對球網(wǎng)的作用點為圖中的A點，且作用力F方向水平向右，大小為50 N，請畫出該力的圖示和力的示意圖.答案如圖所示力的圖示力的示意圖力的圖示和力的示意圖的區(qū)別力的圖示可以表示力的三個要素，即大小、方向和作用點.力的示意圖只能表示力的兩個要素，即方向和作用點.例2在圖5甲中木塊P點，用與水平方向成30角斜向右上方的150 N的力拉木塊；在圖乙中木塊的Q點，用與豎直方向成60角斜向左上方的20 N的力把木塊抵在墻壁上，試作出甲、乙兩圖中所給力的圖示.圖5答案如圖所示力的圖示與力的示意圖的畫法作圖步驟力的圖示力的示意圖選標度選定標度(用某一長度的線段表示一定大小的力)畫線段從作用點開始沿力的方向畫一線段，根據(jù)選定的標度和力的大小按比例確定線段長度從作用點開始沿力的方向畫一適當長度線段標方向在線段的末端標出箭頭，表示方向在線段的末端標出箭頭，表示方向三、彈力有無的判斷彈力方向的確定(1)試分析圖6中半圓柱體上A、B、C三點所受的彈力方向.圖6(2)如圖7所示，小球放于固定的兩個平滑的木板之間，且與兩木板接觸.圖7試畫出小球受到的作用力(重力和彈力)；兩相互接觸的物體間一定有彈力嗎？答案(1)如圖所示(2)如圖所示兩相互接觸的物體間不一定有彈力，例如A處無彈力.1.彈力的方向與施力物體形變方向相反，作用在迫使物體發(fā)生形變的那個物體上，幾種常見情況如下：(1)壓力、支持力的方向：總是垂直于接觸面，若接觸面是曲面，則垂直于接觸面的切面；若接觸面是球面，彈力方向的延長線或反向延長線過球心，如圖8所示.圖8(2)繩的拉力方向：總是沿著繩并指向繩收縮的方向.2.彈力有無的判斷(1)對于明顯形變的情況，可以根據(jù)彈力產生條件直接進行判斷.(2)對于不明顯形變的情況，可利用假設法進行判斷，具體有下列兩種方法：假設無彈力：假設撤去接觸面，看物體還能否在原位置保持原來的狀態(tài)，若能保持原來的狀態(tài)則說明物體間可能無彈力作用；否則，有彈力作用.假設有彈力：假設接觸物體間有彈力，畫出假設狀態(tài)下的受力分析圖，判斷受力情況與所處狀態(tài)是否矛盾，若矛盾，則不存在彈力；若不矛盾，則存在彈力.如圖9中，若A處有彈力，則無法使球處于靜止狀態(tài)，故A處無彈力.(接觸面均光滑)圖9例3在如圖10所示的各圖中畫出物體P受到的各接觸點或接觸面對它的彈力的示意圖，各圖中物體P均處于靜止狀態(tài).圖10答案見解析圖解析題圖甲中P與斜面的接觸面為平面，P受到的支持力垂直于斜面向上；題圖乙中A、B兩點都是球面與平面的接觸點，彈力應垂直于平面，且必過球心，所以A點彈力方向水平向右，B點彈力方向垂直于斜面指向左上方，且都過球心；題圖丙中繩的拉力應沿著繩指向繩收縮的方向，因此繩的彈力方向沿繩向上；假設斜面B對小球P有彈力作用，小球P則不能保持靜止，所以題圖丙中小球不受斜面彈力的作用.題圖丁中A點屬于桿與球面的接觸點，彈力應垂直于球面的切面斜向上，且必過球心O，B點屬于點與桿相接觸，彈力應垂直于桿向上.它們所受彈力的示意圖如圖所示.判斷彈力有無的兩個誤區(qū)1.誤認為兩物體只要接觸就一定存在彈力作用，而忽視了彈力產生的另一條件發(fā)生彈性形變.2.誤認為有形變一定有彈力，而忽視了彈性形變和非彈性形變的區(qū)別.針對訓練在圖11中畫出物體A所受彈力的示意圖.圖11答案見解析圖解析支持力、壓力的方向都要與接觸面垂直并指向被支持或被壓的物體，物體A所受彈力的示意圖如圖所示.【考點】彈力方向和彈力有無的判斷【題點】彈力方向的判斷四、胡克定律對于同一根彈簧，被拉得越長，彈簧的彈力越大，關于彈簧彈力的大小，甲說：彈簧彈力大小與其長度成正比；乙說：彈簧彈力的變化量F與彈簧形變的變化量x成正比.哪個同學說法正確？答案甲錯，乙對.彈簧的彈力與彈簧的形變量成正比，即Fkx，也有Fkx.胡克定律1.成立條件：在彈性限度內.2.對Fkx的理解(1)x是彈簧的形變量，而不是彈簧形變后的長度.(2)k為彈簧的勁度系數(shù)，反映彈簧本身的屬性，由彈簧自身的長度、粗細、材料等因素決定，與彈力F的大小和伸長(或縮短)量x無關.(3)Fx圖象是一條過原點的傾斜直線(如圖12所示)，直線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)k.圖12(4)彈簧彈力的變化量F與形變量的變化量x也成正比，即Fkx.例4一根輕質彈簧一端固定，用大小為50 N的力壓彈簧的另一端，平衡時長度為L120 cm；改用大小為25 N的力拉彈簧，平衡時長度為L235 cm；若彈簧的拉伸或壓縮均在彈性限度內，求彈簧的原長和勁度系數(shù).答案30 cm500 N/m解析設彈簧原長為L0，勁度系數(shù)為k.由胡克定律得：F1k(L0L1)F2k(L2L0)聯(lián)立兩式得：L00.3 m30 cm，k500 N/m.1.輕彈簧有壓縮和拉伸形變，既能產生壓力，又能產生拉力，方向沿彈簧的軸線方向.2.如果題目中只告訴彈簧的形變量，并沒有指出是伸長還是壓縮，或只告訴彈簧彈力的大小，并沒有指出彈簧處于拉伸狀態(tài)還是處于壓縮狀態(tài)，就要分別進行討論.3.輕彈簧的一端空載時彈力為零，不空載時兩端彈力必然相等.1.(對彈力概念的理解)(多選)在日常生活及各項體育運動中，有彈力出現(xiàn)的情況比較普遍，如圖13所示的跳水運動就是一個實例.請判斷下列說法正確的是()圖13A.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)生形變而產生的D.跳板受到的壓力，是跳板發(fā)生形變而產生的答案BC【考點】物體的形變和彈力【題點】對彈力概念的理解2.(彈力方向的判斷)在圖14中畫出物體A所受彈力的示意圖.圖14答案如圖所示【考點】彈力方向和彈力有無的判斷【題點】彈力方向的判斷3.(彈力有無的判斷)下列各圖中P、Q兩球之間不存在彈力的是(所有接觸面都是光滑的)()答案A解析A圖中兩球間若有彈力則小球Q將向右運動，所以P、Q間無彈力；B圖中兩球間若無彈力，則兩球將向大圓弧底部運動，所以P、Q間有彈力；C圖中兩球間若無彈力則小球P將向下運動，所以P、Q間有彈力；D圖中兩球間若無彈力則小球P將向右下運動，所以P、Q間有彈力.故選A.【考點】彈力方向和彈力有無的判斷【題點】彈力有無的判斷4.(胡克定律的應用)如圖15所示，鍛煉身體用的拉力器，并列裝有四根相同的彈簧，每根彈簧的自然長度都是40 cm，某人用600 N的力把它們拉長至1.6 m，則()圖15A.人的每只手受到拉力器的拉力為300 NB.每根彈簧產生的彈力為150 NC.每根彈簧的勁度系數(shù)為93.75 N/mD.每根彈簧的勁度系數(shù)為500 N/m答案B解析每只手的拉力均為600 N，故A錯誤；每根彈簧的彈力為 N150 N，故B正確；每根彈簧的勁度系數(shù)k125 N/m，故C、D錯誤.【考點】胡克定律【題點】胡克定律的應用5.(胡克定律的應用)由實驗測得某彈簧所受彈力F和彈簧的長度l的關系圖象如圖16所示，求：圖16(1)該彈簧的原長為多少？(2)該彈簧的勁度系數(shù)為多少？答案(1)15 cm(2)500 N/m解析(1)彈簧不產生彈力時的長度等于原長，由題圖可知該彈簧的原長為l015 cm.(2)據(jù)Fkx得勁度系數(shù)：k，由題圖可知，該彈簧伸長l25 cm15 cm10 cm時，彈力F50 N.所以k N/m500 N/m.【考點】胡克定律【題點】胡克定律的應用一、選擇題考點一物體的形變和彈力1.足球運動是目前全球體育界最具影響力的項目之一，深受青少年喜愛.如圖1所示為三種與足球有關的情景.下列說法正確的是()圖1A.甲圖中，靜止在草地上的足球受到的彈力就是它的重力B.乙圖中，靜止在光滑水平地面上的兩個足球由于接觸而受到相互作用的彈力C.丙圖中，落在球網(wǎng)中的足球受到彈力是由于足球發(fā)生了形變D.丙圖中，落在球網(wǎng)中的足球受到彈力是由于球網(wǎng)發(fā)生了形變答案D解析靜止在草地上的足球受到的彈力，與重力相平衡，但不是它的重力，故A錯誤；靜止在光滑水平地面上的兩個足球雖然接觸，但由于沒有彈性形變，所以沒有受到相互作用的彈力，B錯誤；足球撞到網(wǎng)上，球網(wǎng)被撐開，由于球網(wǎng)的形變，而使足球受到了彈力，故C錯誤，D正確.【考點】物體的形變和彈力【題點】對彈力概念的理解2.(多選)玩具汽車停在模型橋面上，如圖2所示，下列說法正確的是()圖2A.橋面受向下的彈力，是因為汽車發(fā)生了形變B.汽車沒有發(fā)生形變，所以汽車不受彈力C.汽車受向上的彈力，是因為橋梁發(fā)生了形變D.汽車受向上的彈力，是因為汽車發(fā)生了形變答案AC解析因為施力物體發(fā)生形變而產生彈力，故橋受向下的彈力是因為汽車發(fā)生了形變，汽車受到向上的彈力是因為橋梁發(fā)生了形變.【考點】物體的形變和彈力【題點】對彈力概念的理解考點二彈力的有無及其方向的判斷3.(多選)如圖3所示，圖中的物體A均處于靜止狀態(tài)，關于物體A受到彈力作用的說法正確的是()圖3A.圖甲中地面是光滑水平的，A與B間存在彈力B.圖乙中兩斜面與水平地面的夾角分別為、，A對兩斜面均有壓力的作用C.圖丙中斜面B對A無彈力的作用D.圖丁中斜面光滑，A不受B對它的彈力作用答案BD解析題圖甲中對B進行受力分析，B球受重力和地面的彈力的作用，二力平衡，B球靜止，不可能再受到A對它的彈力作用；B選項中采用假設法，若去掉左側的斜面，A將運動，若去掉右側的斜面，A也將運動，所以球A對兩斜面均有力的作用；C選項中假設斜面B不存在，則小球A無法在原位置保持靜止，故題圖丙中小球受到斜面的彈力.D選項中假設斜面B對小球A有彈力作用，則小球A不能保持靜止，所以題圖丁中小球不受斜面彈力的作用.4.一桿擱在矮墻上，關于桿受到的彈力的方向，圖中畫得正確的是()答案D解析彈力的方向總是垂直于接觸面指向受力物體，D對.5.如圖4所示，球A在斜面上，被豎直擋板擋住而處于靜止狀態(tài)，關于球A所受的彈力，以下說法正確的是()圖4A. 球A僅受一個彈力作用，彈力的方向垂直斜面向上B.球A受兩個彈力作用，一個水平向左，一個垂直斜面向下C.球A受兩個彈力作用，一個水平向右，一個垂直斜面向上D.球A受三個彈力作用，一個水平向右，一個垂直斜面向上，一個豎直向下答案C解析由于球A對擋板和斜面接觸擠壓，擋板和斜面都產生彈性形變，它們對球A產生彈力，而且彈力的方向垂直于接觸面，所以擋板對球A的彈力方向水平向右，斜面對球A的彈力方向垂直于斜面向上.故球A受兩個彈力作用，一個水平向右，一個垂直斜面向上.6.如圖5所示，是我國極地考察破冰船“雪龍?zhí)枴?為滿足破冰航行的要求，其船體結構經過特殊設計，船體下部與豎直方向成特殊角度.則船體對冰塊的彈力示意圖正確的是()圖5答案C解析船體對冰塊的彈力垂直于接觸面，指向受力物體，故C正確，A、B、D錯誤.【考點】彈力方向和彈力有無的判斷【題點】彈力方向的判斷考點三胡克定律7.(多選)關于胡克定律，下列說法正確的是()A.由Fkx可知，在彈性限度內彈力F的大小與彈簧形變量x成正比B.由k可知，勁度系數(shù)k與彈力F成正比，與彈簧的形變量成反比C.彈簧的勁度系數(shù)k是由彈簧本身的性質決定的，與彈力F的大小和彈簧形變量x的大小無關D.彈簧的勁度系數(shù)在數(shù)值上等于彈簧伸長(或縮短)單位長度時彈力的大小答案ACD解析在彈性限度內，彈簧的彈力與形變量遵守胡克定律Fkx，A正確；彈簧的勁度系數(shù)是由彈簧本身的性質決定，與彈力F及形變量x無關，B錯誤，C正確；由胡克定律得k，可理解為彈簧伸長(或縮短)單位長度時受到的彈力的值與k相等，D正確.【考點】胡克定律【題點】胡克定律的理解8.(多選)彈簧原長為10 cm，當掛上一個50 g的鉤碼時，彈簧的長度變?yōu)?2 cm，當在原鉤碼下再掛一個同樣的鉤碼時，彈簧仍處于彈性限度內，下列說法中正確的是(取g10 m/s2)()A.彈簧長度變?yōu)?4 cmB.彈簧勁度系數(shù)為25 N/mC.彈簧伸長了4 cmD.彈簧伸長了2 cm答案BC解析由題可知，F(xiàn)1mg0.5 N，x12 cm，根據(jù)胡克定律Fkx，得k N/m25 N/m.當拉力F21 N時，由胡克定律得x2102 cm4 cm，所以彈簧的長度Lx2L04 cm10 cm14 cm，選項B、C正確，A、D錯誤.二、非選擇題9.(力的圖示和力的示意圖)如圖6所示，疊放的物體A、B靜止在水平地面上，物體A對物體B的壓力是10 N，試畫出這個力的圖示和示意圖.圖6答案見解析圖解析畫力的圖示：選定標度：此題用2 mm長的線段表示2 N的力.從作用點沿力的方向畫一線段，線段長短根據(jù)選定的標度和力的大小畫出，線段上加刻度，如圖甲所示，也可以如圖乙所示，從O點(用O點代替B物體)豎直向下畫一段五倍于標度(即10 mm)的線段；在線段上加箭頭表示力的方向.畫力的示意圖：從作用點或從B的中心處沿力的方向畫一線段，并加上箭頭，表示方向，然后標明FN10 N即可，如圖丙所示.10.(胡克定律)如圖7所示為一輕質彈簧的彈力F大小和長度L的關系圖象，試由圖線求：圖7(1)彈簧的原長；(2)彈簧的勁度系數(shù)；(3)彈簧伸長0.10 m時，彈力的大小.(彈簧在彈性限度內)答案(1)10 cm(2)200 N/m(3)20 N解析(1)由題圖知，當彈簧的彈力F0時，彈簧的長度L10 cm，這就是彈簧的原長.(2)由題圖知，當彈簧的長度L115 cm，即伸長量x1L1L5 cm時，彈簧的彈力F110 N.由胡克定律得F1kx1，則k200 N/m.(3)當彈簧伸長0.10 m時，F(xiàn)kx2200 N/m0.10 m20 N.【考點】胡克定律【題點】胡克定律的應用