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3.2(第1课时)弹力 胡克定律ppt课件

1、第二节 第1课时弹力 胡克定律 第三章 相互作用 学习目标 1.知道弹性形变、弹性限度、范性形变及弹力的概念,理解胡克定律, 能解释有关弹力的问题 2.掌握对弹力的分析和计算,会分析弹力的方向,能用胡克定律计算 3.通过探究微小形变、胡克定律,学会与他人交流,分析数据,得出结论. 4.学会在探究中尊重事实,认真分析原始数据,培养科学探索的学习态 度,激发学习兴趣 一、形变 1.定义:物理学中,把物体发生形状或体积的变化称为形变。 2.分类:(1)弹性形变:能恢复原状的形变。 (2)范性形变:不能恢复原状的形变。 思考:取一根弹簧和一块橡皮泥,分别用力压弹簧和橡皮泥,松手后, 它们的形变有什么不

2、同? 弹簧能恢复原状,橡皮泥不能恢复原状。 思考:弯弓能够把箭射出去,箭受到什么力的作用? 箭受到弹力的作用 二、认识弹力 定义:发生弹性形变的物体,要恢复原状,对与它接触的物体会产生 力的作用,这种力叫作弹力。 (一)弹力的产生和有无的判断 1.弹力的产生 (1)弹性形变是产生弹力的必要条件,弹力产生的直接原因是施力物体 的形变。 (2)发生弹力作用的一对物体都存在形变,形变是成对出现的。 (3)两物体之间,若存在弹力,彼此对对方都产生弹力,弹力也是成对 出现的。 产生条件:(1)两物体直接接触;(2)两物体接触处发生弹性形变。 思考:如图所示,杂技演员顶坛子时,头顶受到的压力的施力物体是

3、哪个物体?压力是怎样产生的? (物理观念) 坛子发生弹性形变 典例分析 1.据凤凰网报道:2019年10月10日晚间,江苏无锡312国道K135米处,高 约5米的桥梁,发生桥面侧翻事故。经初步分析,桥面侧翻是运输车辆超 载所致。事故造成严重后果,再次提醒人们“珍爱生命,拒绝超载”。下列 关于行驶在桥面上的汽车受力说法正确的是 () A.桥面受向下的弹力,是因为桥梁发生了弹性形变 B.汽车没有发生形变,所以汽车不受弹力 C.汽车受向上的弹力,是因为桥梁发生了弹性形变 D.汽车受向上的弹力,是因为汽车发生了弹性形变 解析:选C。弹性形变指物体形变之后撤去外力能完全恢复原来形状的 形变。桥受到向下的

4、弹力,是因为汽车发生了弹性形变,故A、B错误。 汽车受到向上的弹力,是因为桥梁发生了弹性形变,故C正确,D错误。 故选C。 2.弹力有无的判断方法 条件法:根据弹力产生的条件进行判断,一般适用于形变比较明显的 情况。 状态法: (1)分析物体受力的情况,利用物体受力平衡的条件判断。 (2)根据物体的运动状态,分析物体受力,(学习了牛顿第二定律以后还 可用此定律)判断弹力的有无和弹力的方向。 3.假设法:对于形变不明显的情况,可用假设法进行判断。常见以下两 种情形: 两种情形具体方法结果结论 假设与研究对象 接触的物体解除 接触 判断研究对象 的状态是否发 生变化 状态不变不存在弹力 状态变化存

5、在弹力 假设研究对象受 到弹力的作用 判断研究对象 还能否保持平 衡或者原来的 运动状态 能保持假设正确 不能保持假设错误 典例分析 2.(多选)如图甲、乙、丙、丁所示,各物体均处于静止状态,不计一切摩 擦,则下列说法正确的是 () A.在图甲中,如果AC面水平, 则AB面对球没弹力 B.在图乙中,杆受两个弹力 C.在图丙中,两条细绳对球都 有拉力(AB绳竖直) D.在图丁中,一共有四对弹力 解析:选A、B、D。在图甲中,若AC面水平,撤除AB面,球仍能保持静 止,故AB面对球没有弹力,选项A正确;在图乙中,若撤除细绳AC,杆 AB不能静止,可知细绳AC对杆有弹力;若撤除平面,杆AB也不能静止

6、, 可知平面对杆也有弹力,选项B正确; 在图丙中,若撤除细绳AC,球仍能静止,可知细绳AC对球没有弹力;若 撤除细绳AB,球不能静止,故AB绳对球有弹力。选项C错误;在图丁中, 若撤除三块挡板中的任意一块,球都不能静止,故三块挡板对球都有弹 力。若撤除下面的球,上面的球不能静止,故两球接触处有弹力。此图 中一共有四对弹力,选项D正确。 跟踪训练 1.足球运动是深受青少年喜爱的项目之一,如图所示为四种与足球有关 的情景。下列说法正确的是 () A.甲图中,静止在草地上的足球对 草地的压力是地面发生形变产生的 B.乙图中,静止在地上的两个足球由于接触而一定受到相互作用的弹力 C.丙图中,落在球网中

7、的足球会受到弹力是由于球网发生了形变 D.丁图中,被踢出的瞬间足球受到重力、脚对球的弹力 解析:选C。静止在草地上的足球对草地的压力是足球发生形变产生 的,故选项A错误;静止在光滑水平地面上的两个足球尽管接触,但 由于没有弹性形变,所以没有受到相互作用的弹力,故选项B错误; 进球时,足球撞到网上,球网被撑开,由于网的形变,而使球受到了 弹力,故选项C正确;被踢出的足球,脚不再对足球有力的作用,故 选项D错误。 2.下列各图中,所有接触面都是光滑的,P、Q两球都处于静止状态。P、 Q两球之间不存在弹力的是 () 解析:由图可以看出,A项中P球受到Q球的支持力作用,B、C选项中 ,把Q拿走之后P的

8、状态都会发生变化,所以P、Q之间都有弹力存在, D选项中,P、Q之间没有弹力。 D 3.下列关于弹力产生条件的说法正确的是() A.只要两个物体接触就一定有弹力产生 B.只要两个物体相互吸引就一定有弹力产生 C.只要物体发生形变就一定受到弹力作用 D.只有发生弹性形变的物体才会产生弹力 解析:弹力产生的条件:接触并产生弹性形变,二者缺一不可。A、C 中都只有弹力产生的一个条件,故A、C都不一定能产生弹力。B中只说 “相互吸引”,只能证明有力存在,不一定能产生弹力。D项同时具备两 个条件,故选D。 D 4.在下列四个图中,物体a、b均处于静止状态,a、b间一定有弹力的是( ) 解析:选B。A图中

9、物体a受重力和竖直向上的拉力,如果b对a有弹力, 方向水平向左,那么a受到的三力不能平衡,与a、b均处于静止状态矛盾 ,故A错误。B图中物体a受重力、斜向上的拉力,如果b对a没有弹力, 那么a受到的二力不能平衡,与a、b均处于静止状态矛盾,故B正确。 C图中若水平地面光滑,b受重力、竖直向上的支持力,如果a对b有弹力 ,方向水平向右,那么b受到的三力不能平衡,与a、b均处于静止状态矛 盾,故C错误;D图中b受重力、竖直向上的拉力,如果a对b有弹力,方 向垂直斜面向上,那么b受到的三力不能平衡,与a、b均处于静止状态矛 盾,故D错误。 弹力的方向 (1)压力和支持力的方向跟接触面垂直,并且指向受

10、力物体。 (2)绳子的拉力方向沿着绳子而指向绳子收缩的方向。 (3)弹力的方向总是与施力物体的形变方向相反。 (二)弹力的方向 类型方向图示 接 触 方 式 面与面 垂直于公共接触面指向被 支持物体 点与面过点垂直于面 点与点垂直于切面 轻绳沿绳并指向绳收缩的方向 提醒:与球面接触的弹力方向延长线或反向延长线过圆心 类型方向图示 轻杆 可沿杆 可不沿杆 轻弹簧沿弹簧形变的反方向 新能源路灯所受的弹力方向如何? 竖直向上。 典例分析 3.图中,P物体对Q物体的压力的示意图,正确的是() 解析:首先P对Q物体的压力一定作用在Q物体上,故选项B、D错误;压 力的方向应垂直于接触面指向Q物体,故选项A

11、正确,C错误。 A 规律方法: 判断弹力方向的一般步骤 (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。 跟踪训练 1.关于弹力的方向,下列说法正确的是 () 弹力的方向一定垂直于接触面 弹力的方向不一定垂直于接触面 绳子类软物体产生的弹力一定垂直于被拉物体的平面 绳子类软物体产生的弹力一定沿绳子的方向 A.B.C.D. 解析:弹力的方向一定与接触面垂直,如压力、支持力都与接触面垂直 ,故正确,错误;绳子类软物体产生的弹力一定沿绳子的方向,但 是不一定垂直于被拉物体的平面,故错误,正

12、确。 B 2.关于弹力的方向,下列说法正确的是 () A.物体静止在水平桌面上,桌面对物体的支持力方向是竖直向下的 B.物体沿斜面下滑时,斜面对物体的支持力方向是沿斜面向上的 C.用绳悬挂物体时,绳对物体的拉力方向是沿绳收缩的方向 D.用水平直杆固定路灯时,直杆对路灯的弹力方向一定在直杆所在直线上 C 解析:桌面(斜面)对物体的支持力方向垂直于桌面(斜面)指向物体,A、 B错;绳对物体的拉力方向总是沿绳收缩的方向,C对;根据二力平衡 ,水平直杆对路灯的弹力方向竖直向上,D错。 三、胡克定律 1.弹性限度:如果形变过大,超过一定的限度,撤去作用力后物体不 能完全恢复原来的形状,这个限度叫作弹性限

13、度。 2.胡克定律: (1)内容:在弹性限度内,弹簧弹力F的大小与弹簧伸长量(或压缩量)x 成正比。 (2)公式:F=kx,式中k叫作弹簧的劲度系数,单位是牛顿每米,符号 是N/m。 提醒:应用胡克定律时,要注意弹簧是伸长还是压缩。 3.F=kx的推导 4.F-x图像 F1=kx1、F2=kx2,则F=F2-F1=kx2-kx1=kx (1)意义:弹力F与弹簧形变量x的关系 (2)形状:过原点的直线 (3)斜率:劲度系数k= 5.劲度系数: (1)意义:弹簧的劲度系数大小反映了不同弹簧的品质。 (2)弹簧劲度系数与弹簧软硬的关系:劲度系数越大,弹簧越硬;劲度系 数越小,弹簧越软。 (3)弹簧的

14、劲度系数跟弹簧的粗细、材料、孔径、绕法等有关。 四、弹力的应用 1.弹簧的弹性具有缓冲减震的作用。 2.弹簧可以起到自动复位的作用。 3.弹簧在各种安全阀超压保护装置中不可缺少。 问题探究 图甲表示弹簧处于原长状态;图乙表示弹簧 处于拉伸状态;图丙表示弹簧处于压缩状态。 试结合上述情景,讨论下列问题: (1)在公式F=kx中,x表示的是什么意义? (2)图乙中在拉力F的作用下弹簧的长度为l1,则F等于多少? (3)图丙中在压力F的作用下弹簧的长度为l2,则F等于多少? 提示:(1)x表示的是弹簧伸长的长度或缩短的长度。 (2)F=k (l1-l0)。 (3)F=k(l0 -l2)。 典例分析

15、4.一根轻质弹簧一端固定,用大小为F1的力压弹簧的另一端,平衡时长 度为l1;改用大小为F2的力拉弹簧,平衡时长度为l2。弹簧的拉伸或压缩 均在弹性限度内,求该弹簧的劲度系数和弹簧的原长。 解析:设弹簧的劲度系数为k,原长为l0。 根据胡克定律有:F1=k(l0-l1)F2=k(l2-l0) 解得k= 、l0= 跟踪训练 1.如图所示的弹簧,其劲度系数为k。当弹簧伸长量为x时(在弹性限度范 围内),弹簧对小球的弹力大小为 () A. B. C. D.kx D 解析:根据胡克定律得:当弹簧伸长量为x时( 在弹性限度范围内),弹簧对小球的弹力大小 为F=kx,故选项D正确。 2.蹦极(Bungee

16、 Jumping),也叫机索跳,白话叫笨猪跳,是近些年来新兴的一 项非常刺激的户外休闲活动。跳跃者站在约40米以上(相当于10层楼)高度的 桥梁、塔顶、高楼、吊车甚至热气球上,把一端固定的一根长长的橡皮绳 绑在踝关节处然后两臂伸开,双腿并拢,头朝下跳下去。 设一次蹦极中所用的橡皮绳原长为15 m。质量为50 kg的人在下落到最低点 时所受的向上的最大拉力为3 000 N,已知此人停在空中时,蹦极的橡皮绳 长度为17.5 m,橡皮绳的弹力与伸长的关系符合胡克定律,(g取10 m/s2) 探究:(1)如何求得橡皮绳的劲度系数。 (2)橡皮绳的上端悬点离下方的水面至少为多高? 解析:(1)人静止于空中时,橡皮绳的拉力F1=mg=500 N。 而F1=k(l-l0), 所以橡皮绳的劲度系数k= =200 N/m。 (2)设橡皮绳拉力最大时,绳长为l。 据胡克定律F2=k(l-l0)得l= +l0=15 m+15 m=30 m。 答案:(1)200 N/m(2)30 m 谢谢 大家