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第三章 相互作用
第2节 第1课时 弹力
1.知道形变的概念及常见的形变，知道观察桌面和玻璃瓶的微小形变的方法。
2.知道弹力的概念，知道弹力产生的条件。
3.知道弹力的方向，会判断弹力的有无。
在“蹦极”运动中，人在自身所受的重力作用下下落，被拉伸的“蹦极”绳又会产生向上的力，把人拉上去。这种急剧下坠又快速上升的感觉，让人倍感新鲜刺激。在这个过程中，蹦极绳的弹力与形变发挥了作用。弹力与形变有何关系？
1.定义：我们把物体发生的伸长、缩短、弯曲等形状的变化称为形变。
压扁的面包
伸长的橡皮筋
拨动的琴弦
凹陷的沙发
微小形变：不易直接观察到的形变，可借助某些装置来验证其存在。
知识点一：形变
（1）观察桌面的微小形变
如图所示，激光器A射出的一束激光经平面镜B反射后在天花板上形成一光电C。当用手压桌面时，能看到光电明显移到C’位置。说明手压桌面使桌面发生了形变。
（2）观察玻璃瓶的微小形变
在扁平玻璃瓶中装满水，瓶口用中间插有细玻璃管的软木塞塞紧，这时瓶内的水就会上升到细玻璃管中。如图所示，当用力挤压玻璃瓶的不同部位时，会发现细玻璃管中的水面会上升或下降。这说明玻璃瓶发生了形变。为了便于观察，可给水加色，并将细玻璃管固定在白色纸板上，纸板上可画细刻度线作为参考。
压缩的弹簧
拉开的弓箭
2.形变的种类：
①弹性形变：某些发生形变的物体在撤去外力后能恢复原状，这种物体称为弹性体，对应的形变称为弹性形变。
②塑性形变：
有些物体发生形变后不能恢复原状，这种形变称为塑性形变。
压扁的面包
压扁的橡皮泥
思考：弹簧、橡皮筋一定发生的是弹性形变吗？
（1）使弹性体发生形变的力不能无限大。
（2）弹性形变可以转变为塑性形变。
3.弹性限度：
弹性体的形变不能无限增大，若超过一定的限度，撤去外力时物体就不能恢复原状，这个限度称为弹性限度。
知识点二：认识弹力
1.弹力：相互接触的物体发生弹性形变时，由于物体要恢复原状，物体会对与它接触的另一物体产生力的作用，这种力称为弹力
观察思考：在下图中，人、箭、小车都受到了弹力的作用，这些弹力是怎么产生的？弹力的方向有什么特点？
（a）中压弯的跳板为恢复原状对运动员产生向上的弹力，将运动员弹起。
（b）中张紧的弦为恢复原状对箭施加向右的弹力，把箭射出。
（c）中伸长的弹簧为恢复原状对小车施加了向右的弹力。
（d）中压缩的弹簧为恢复原状对小车施加了向左的弹力。
弹力方向都沿着使形变物体恢复原状的方向。
2.弹力的产生条件：
(2)发生弹性形变
(1)相互接触（互相挤压拉伸或扭曲）
3.弹力的施力物体
F
F
思考：手受到弹簧的作用力中，谁是施力物体？
弹簧的形变使得弹簧对手有弹力的作用。弹力都是由施力物体发生形变而产生的。
4.几种弹力及其方向
（1）两物体接触面上的弹力，包括压力和支持力。
①平面与平面接触，弹力垂直平面。( “面面”接触)
②点与平面接触，弹力通过接触点而垂直平面。(“点面”接触)
③曲面和曲面接触，弹力通过接触点垂直于切面而指向圆心。
(“点点”接触)
（2）轻绳的拉力:细绳的拉力沿绳子,指向绳子收缩的方向。
T
（3）轻弹簧：沿弹簧形变的反方向
（4）轻杆可受拉力也可受压力作用，可沿杆也可不沿杆，弹力的方向应视题意而定，常利用平衡条件或动力学规律来判断。
弹力的方向总是与物体形变的方向相反
(1)假设法
判断物体在某一接触处是否受弹力作用，可假设把与物体接触的面去掉，看物体还能否在原位置保持原来的运动状态，从而判断该物体是否受弹力作用。
弹力产生需要的条件不是唯一的，相互接触的物体也不一定真正存在弹力。判断有无弹力一般有以下两种方法：
5.弹力是否存在的判定方法
例如：将甲图中与小球接触的斜面去掉，小球无法在原位置保持静止，而把乙图中的斜面去掉，小球仍静止，故甲球受斜面的弹力，乙球不受斜面的弹力。
甲
乙
(2)根据物体的运动状态判断
例如：如右图所示，光滑球静止在水平面AC上且和AB面接触，静止的物体都处于受力平衡状态，这可以作为判断某个接触面上弹力是否存在的依据。
由于离开AC面上的弹力球将无法静止，故AC面上弹力是存在的；但是如果AB面上有弹力，球就不能保持静止状态，与实际情况不符，故AB面对球的弹力是不存在的。
.
A
B
C
1.关于弹性形变，下列说法正确的是（ ）
A.物体形状的改变叫弹性形变
B.一根钢筋用力弯折后的形变就是弹性形变
C.物体在外力停止作用后，能够恢复原来形状的形变
D.物体在外力停止作用后的形变，叫做弹性形变
C
2.关于弹力的产生，下列说法正确的是（ ）
A.木块放在桌面上受到一个向上的弹力，这是由于木块发生微小形变而产生的
B.木块放在桌面上，木块没有形变，所以对桌面没有施加弹力
C.拿一根细竹竿拨动水中的木头，木头受到 竹竿的弹力，这是由于木头发生形变而产生的
D.挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小的形变而产生的
D
F
N
A
B
N
NB对A
3.画出弹力的示意图
4.如图所示，书架上斜放着一些书籍，关于书与书架间的弹力，请思考：
（1）每一摞书的底部书棱和下侧面是否受到书架对它的弹力的作用？
（2）每一摞书是否受到书架里面竖直板对它的弹力？每一摞书受到几个力的作用？
（1）书架对两个位置都有弹力作用。这是因为，每一摞书对下面两个支撑面都有压力，使得两个支撑面发生形变，从而产生了对书的弹力。
（2）竖直板对书没有弹力作用，每一摞书受到重力和下面两个支撑面给它的弹力，共受3个力的作用。
形变
弹力
定义：我们把物体发生的伸长、缩短、弯曲等形状的变化称为形变。
形变的种类：弹性形变、范性形变
弹性限度
定义：发生弹性形变的物体由于要恢复原来的形状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。
产生条件： ① 直接接触且挤压 ② 接触面发生弹性形变
几种弹力及其方向
弹力
弹力是否存在的判定方法
第三章 相互作用
第2节 弹力 第2课时
1.能通过实验探究弹力的大小与伸长量的关系。
2.掌握胡克定律，并能用胡克定律进行简单的计算。
如图所示的运动员正在开弓射箭，为了使箭射得更远，应如何操作呢？由此我们看出弹力的大小与形变的大小有什么样的关系？
知识点一：探究弹簧弹力与形变的关系
1.实验目的：
2.实验器材：
（1）探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系。
（2）了解弹簧测力计的工作原理。
铁架台、带挂钩的弹簧、钩码、刻度尺
①测量弹簧的弹力F：弹簧下端悬挂钩码静止时，弹力大小与所挂钩码的重力大小相等，即F=mg。
②确定弹簧的伸长量x：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长量x = l l0 。
③作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像，根据图像分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系。
3.实验原理：
4.实验步骤
①按图所示安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时弹簧的长度l0 。
②在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度，并记下钩码的重力。
③增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格中。以F表示弹力，l表示弹簧的长度，x = l l0表示弹簧的伸长量。
5.数据分析：
（1）将数据及计算结果填入表中。
次数 1 2 3 4 5
弹簧弹力F/N
弹簧长度l/cm
弹簧的伸长量x/cm
弹簧原长l0= cm
①以弹力F为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，建立坐标系。
(2)作出F-x图像
②参照表格中数据在坐标系中描出对应的点。
③连接各点，得出弹力F 随弹簧伸长量x变化的图线。
F/ N
x/cm
F-x 图像
思考：（1）测量弹簧长度时，有什么要求？
（2）作图描点画线时，对所描的点应注意什么？
（1）一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，以免增大误差。
（2）所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。
点击画面播放视频
6.实验结论：
（1）弹簧的弹力随伸长量的增大而增大。
（2）在误差允许范围内，弹簧的弹力大小与弹簧的伸长量成正比。
（1）偶然误差：
由于读数和作图不准产生的误差，为了减小偶然误差要尽量多测几组数据。
（2）系统误差：
弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差，为减小系统误差，应使用较轻的弹簧。
7.误差分析
（1）所挂钩码不要过重，以免弹簧被过度拉伸，超出它的弹性限度。
（2）测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差。
（3）描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，连线时应让尽量多的点落在所画图线上，个别严重偏离的点应舍弃，不在所画图线上的点应大致均匀分布在曲线（包括直线）的两侧。
（4）记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位。
注意事项
知识点二：胡克定律
思考：弹簧测力计的刻度为什么可以设计成均匀的？
1.胡克定律：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比
2.公式：
F=kx
k 叫作弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，符号是N/m; k 是表示弹簧特性的物理量，由弹簧自身决定。
4.适用条件：
3.F-x图像：
形状：过原点的直线
斜率：劲度系数k=
弹簧发生弹性形变且在弹性限度内
5.弹力的计算
（a）
（b）
（c）
例题：如图所示，一根轻弹簧长度由原来的5.00 cm伸长为6.00cm时，手受到的弹力为10.0N。那么，当这根弹簧伸长到6.20 cm时（在弹性限度内），手受到的弹力有多大？
分析：根据胡克定律，已知弹簧弹力F1和相应的伸长量l1-l0，可求出该弹簧的劲度系数。由于同一弹簧的劲度系数不变，再由已知的弹簧伸长量l2-l0 ，就可求出手受到的弹力F2。
解：由题意可知，l0= 5.00 cm = 5.00 × 10-2 m，F1= 10.0 N，
l1= 6.00 cm = 6.00 × 10-2 m.
根据胡克定律，可得
F1=kx1= k（ l1-l0 ）
当弹力为F2时，弹簧伸长到l2=6.20 cm =6.20× 10-2 m。
根据胡克定律，可得
F2=kx2=k（ l2-l0 ）
= 1.00 103 N/m （6.20-5.00）x 10-2 m=12.0 N
所以，当这根弹簧伸长到6.20 cm时，手受到的弹力为12.0 N。
只有弹簧及橡皮筋类的弹力遵循胡克定律，在弹簧处于伸长状态或压缩状态时均有弹力作用，所以计算弹簧的弹力时，应注意区别这两种状态下弹簧的长度、弹簧的原长、弹簧的形变量等物理量．
应用胡克定律的易错提醒
(1)胡克定律只能计算弹力的大小，而弹力的方向要借助弹簧是拉伸还是压缩来确定，其方向总是与弹簧恢复原状的方向相同。
(2)弹簧弹力的大小(在弹性限度内)任何时候都可以用胡克定律求解，但只有在物体处于静止或匀速直线运动状态时，才能用二力平衡求解与物体相连的弹簧弹力。
弹簧弹力计算中应注意的问题
1.竖直悬挂的弹簧下端，挂一重为4 N的物体时弹簧长度为12 cm,挂重为6 N的物体时，弹簧的伸长长度为13 cm,则弹簧原长为 cm,劲度系数是 N/cm 。
10
2
2.某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。
(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧。弹簧轴线和刻度尺都应在________方向(选填“水平”或“竖直”)。
(2)弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6。数据如表：
代表符号 L0 Lx L1 L2 L3 L4 L5 L6
数值(cm) 25.35 27.35 29.35 31.30 33.4 35.35 37.40 39.30
表中有一个数值记录不规范，代表符号为________，由表可知所用刻度尺的最小分度为________。
竖直
静止
L3
1 mm　
(3)如图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________的差值(选填“L0”或“Lx”)。
(4)由图可知弹簧的劲度系数为________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为________g。(结果保留2位有效数字，g取9.8 m/s2)
Lx
4.9
10
3.由实验测得某弹簧所受弹力F和弹簧的长度l的关系图像如图所示,求:
（1）该弹簧的原长为多少
（2）该弹簧的劲度系数为多少
解:(1)弹簧不产生弹力时的长度等于原长,由题图可知该弹簧的原长为l0=15 cm。
（2）据F=kx得劲度系数：k==，由图像可知，改弹簧伸长Δl=（25 cm-15 cm）=10 cm时，弹力ΔF=50 N.
所以k== N/m=500 N/m
实验：探究弹簧弹力与形变的关系
胡克定律
定义：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。
公式： F = k x (x为弹簧的形变量)
弹力的计算
弹力

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