新教材魯科版必修第一冊第3章第2節(jié)科學探究彈力課件（49張）

第2節(jié)科學探究:彈力第3章2021內(nèi)容索引0102課前篇自主預習課堂篇探究學習學習目標思維導圖1.知道彈力的定義及產(chǎn)生的條件,會判斷兩個物體間彈力的有無和方向。(物理觀念)2.掌握胡克定律并能解決有關問題。(科學思維)課前篇自主預習必備知識一、形變與彈力1.形變和彈性形變(1)形變:物體在力的作用下發(fā)生形狀或體積的改變。(2)彈性形變:物體形變后能恢復原狀的形變是彈性形變,反之稱為范性形變。(3)彈性限度:如果形變過大超過一定的限度,撤去作用力后物體就不能恢復原來的形狀,這個限度叫作彈性限度。(4)閱讀課本P73實驗與探究,這個實驗現(xiàn)象說明了桌面發(fā)生了形變。這個實驗應用了微小量放大法。2.彈力(1)定義:相互接觸的物體發(fā)生彈性形變時,由于物體要恢復原狀,對與它接觸的物體產(chǎn)生的力。(2)產(chǎn)生條件:一是兩物體直接接觸;二是發(fā)生彈性形變。3.幾種彈力(1)常見彈力:平時所說的壓力、支持力和拉力都是彈力。(2)彈力的方向①壓力和支持力的方向:垂直于物體的接觸面。②繩的拉力方向:沿著繩而指向繩收縮的方向,繩中的彈力常常叫作張力。二、胡克定律1.內(nèi)容:彈簧發(fā)生彈性形變時,彈力的大小F跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比。2.公式:F=kx,其中k為彈簧的勁度系數(shù),單位是牛頓每米,單位的符號是N/m,它的大小反映了彈簧的軟硬程度。自我檢測1.正誤辨析(1)兩個接觸的物體間一定存在彈力。(

)解析

兩個接觸的物體間,可能不存在彈力。答案

×(2)若兩物體間存在彈力,則它們一定接觸。(

)解析

由彈力的產(chǎn)生條件可知,物體接觸且發(fā)生彈性形變是產(chǎn)生彈力的前提,故物體間存在彈力,則它們一定接觸。答案

√(3)彈簧的長度越長,彈力越大。(

)解析

彈簧被拉長時,它的長度越長,彈力越大;壓縮時,彈簧越短彈力越大。答案

×(4)只有在一定條件下,胡克定律才成立。(

)解析

胡克定律只適用于彈性限度以內(nèi)的情況。答案

√(5)勁度系數(shù)和彈簧的長度沒有關系。(

)解析

勁度系數(shù)和彈簧的長短、粗細、材料有關。答案

×(6)硬度很大的物體受到較小的力,不會發(fā)生形變。(

)答案

×2.(多選)下列各種情況中,屬于彈性形變的有(

)A.撐竿跳高運動員起跳中,撐竿的形變B.當你坐在椅子上時,椅面發(fā)生的微小形變C.細鋼絲被繞制成彈簧D.鋁桶被砸扁解析

“撐竿的形變”“椅面發(fā)生的微小形變”均能恢復原狀,是彈性形變;“細鋼絲被繞制成彈簧”不能恢復原狀,“鋁桶被砸扁”不能恢復原狀,是非彈性形變。故選項A、B正確,C、D錯誤。答案

AB3.如圖所示,輕彈簧的兩端各受F為5N的拉力作用,彈簧平衡時伸長了5cm(在彈性限度內(nèi)),則(

)A.彈簧所受的合力為10NB.該彈簧的勁度系數(shù)k=100N/mC.該彈簧的勁度系數(shù)k=200N/m解析

輕彈簧的兩端各受5

N的拉力作用,所以彈簧所受的合力為零,故A錯誤;彈簧彈力為5

N,彈簧的形變量為x=5

cm=0.05

m,根據(jù)胡克定律F=kx得彈簧的勁度系數(shù)k=

N/m=100

N/m,故B正確,C錯誤;彈簧的勁度系數(shù)k由彈簧本身的性質(zhì)決定,與彈力F以及形變量無關,故D錯誤。答案

B課堂篇探究學習問題一物體間彈力有無的判斷方法情境探究如圖所示,將一個鋼球分別放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角燒杯中,鋼球在各容器的底部與側(cè)壁相接觸,處于靜止狀態(tài)。若鋼球和各容器都是光滑的,各容器的底部均處于水平面內(nèi),各容器的側(cè)壁對鋼球有沒有彈力作用?要點提示

在將容器的側(cè)壁去掉時,鋼球仍處于靜止,故各容器的側(cè)壁對鋼球沒有彈力作用。知識點撥1.彈力的產(chǎn)生外力作用等原因→相互擠壓或拉伸等→發(fā)生彈性形變→產(chǎn)生彈力2.彈力有無的判斷方法方法思

路例

證假設法假設將與研究對象接觸的物體解除接觸,若運動狀態(tài)不變,則此處不存在彈力;若運動狀態(tài)改變,則此處一定存在彈力圖中細線豎直、斜面光滑,因去掉斜面體,小球的狀態(tài)不變,故小球只受細線的拉力,不受斜面的支持力方法思

路例

證替換法用細繩替換裝置中的桿,看能不能維持原來的力學狀態(tài),如果能維持,則說明這個桿提供的是拉力;否則,提供的是支持力圖中輕桿AB、AC。用繩替換AB,原裝置狀態(tài)不變,說明AB對A施加的是拉力;用繩替換AC,原狀態(tài)不能維持,說明AC對A施加的是支持力方法思

路例

證狀態(tài)法物體的受力必須與物體的運動狀態(tài)相符合,依據(jù)物體的運動狀態(tài),由力的平衡條件(或牛頓第二定律,第四章學到)列方程,求解物體間的彈力圖中各接觸面均光滑,小球處于靜止狀態(tài),由二力平衡可知,地面對小球的支持力和重力就可使小球處于平衡狀態(tài),因此豎直墻面對小球不產(chǎn)生彈力作用實例引導例1下圖中,A、B均處于靜止狀態(tài),則A、B之間一定有彈力的是(

)解析

在具體判斷有沒有彈力時,我們用假設法進行判斷。在A圖中,若拿去A球,則B球仍靜止不動,故A、B間沒有擠壓,即A、B間沒有彈力。在B圖中,若拿去A球,則B球?qū)⑾蜃筮\動,故A、B間存在相互擠壓,故A、B間存在彈力。在C圖中,若拿去A球,則B球仍靜止,即A、B間沒有擠壓,即A、B間沒有彈力。在D圖中若拿去A球,則B球可能靜止,即A、B間可能沒有擠壓,即A、B間可能沒有彈力。答案

B規(guī)律方法

判斷彈力有無的兩大誤區(qū)(1)誤認為只要有接觸就一定存在彈力作用,而忽略了彈力產(chǎn)生的另一個條件——發(fā)生彈性形變。(2)誤認為有形變一定有彈力,忽略了彈性形變與非彈性形變(撤去外力后不能恢復原狀的形變)的區(qū)別。變式訓練1如圖所示,一個小球用兩根輕繩掛于天花板上,球靜止,繩1傾斜,繩2恰好豎直。則小球所受的作用力個數(shù)(

)A.一定是兩個

B.一定是三個C.可能是四個

D.可能是兩個,也可能是三個解析

假設去掉繩1,小球仍處于原來的狀態(tài)靜止不動,所以繩1對小球不產(chǎn)生拉力作用;若去掉繩2,小球不會靜止于原來的位置,所以繩2對小球產(chǎn)生拉力。所以小球受到重力和繩2對其拉力兩個力的作用。答案

A問題二彈力方向的確定情境探究體育課上一同學將足球踢向斜臺,如圖所示。足球與斜臺作用時斜臺給足球的彈力方向如何?要點提示

足球與斜臺的作用是球面與斜面的相互作用,足球所受彈力方向垂直于斜臺指向足球,即斜向左上方。知識點撥1.彈力的方向總與引起物體形變的外力方向相反,與施力物體恢復原狀的方向相同。2.常見彈力的方向類型方

向圖

示接觸方式面與面與接觸面垂直類型方

向圖

示接觸方式點與面與接觸面垂直且過“點”點與點與公共切面垂直類型方

向圖

示輕繩沿繩指向繩收縮的方向輕桿可沿桿類型方

向圖

示輕桿可不沿桿輕彈簧沿彈簧形變的反方向要點筆記繩子只能產(chǎn)生沿繩的拉力作用,桿可以產(chǎn)生沿桿的拉力、支持力和不沿桿的“挑”的作用力。實例引導例2請在圖中畫出物體P受到的各接觸點或面對它的彈力的示意圖,其中甲、乙中的物體P處于靜止狀態(tài),丙中物體P在水平面上勻速滾動。點撥彈力方向垂直于接觸面,與重心位置、物體的運動狀態(tài)無關;輕繩的拉力沿著繩指向繩收縮的方向。解析

物體P受到的各接觸點或面對它的彈力的示意圖如圖所示。

答案

見解析

規(guī)律方法

判斷彈力方向的一般步驟(1)確定物體之間彈力作用的類型。(2)確定產(chǎn)生彈力的物體。(3)找出使物體發(fā)生形變的外力方向。(4)確定物體形變的方向。(5)確定物體產(chǎn)生的彈力方向。變式訓練2如圖所示,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(

)A.球A僅受一個彈力作用,彈力的方向垂直于斜面向上B.球A受兩個彈力作用,一個水平向左,一個垂直于斜面向下C.球A受兩個彈力作用,一個水平向右,一個垂直于斜面向上D.球A受三個彈力作用,一個水平向右,一個垂直于斜面向上,一個豎直向下解析

球A所受重力豎直向下,與豎直擋板和斜面都有擠壓,斜面給它一個支持力,垂直斜面向上,擋板給它一個壓力,水平向右,C正確。答案

C問題三彈力的大小情境探究如圖所示,圖甲表示彈簧處于原長狀態(tài),圖乙表示彈簧處于拉伸狀態(tài),圖丙表示彈簧處于壓縮狀態(tài)。試討論:在公式F=kx中,x表示的是彈簧的長度嗎?若不是,它表示什么意思?圖甲中彈簧的原長為l0;圖乙中在拉力F的作用下彈簧的長度為l1;圖丙中在壓力F'的作用下,彈簧的長度為l2,則F和F'分別等于多少?要點提示

x表示的是彈簧伸長的長度或縮短的長度,而不是彈簧的長度,圖乙中彈簧伸長量為(l1-l0),圖丙中彈簧壓縮量為(l0-l2),所以F=k(l1-l0),F'=k(l0-l2)。知識點撥1.對胡克定律的理解

內(nèi)容在彈性限度內(nèi),彈力的大小跟彈簧伸長(或縮短)的長度成正比公式F=kx,勁度系數(shù)k是由彈簧本身的性質(zhì)(材料、長度、粗細等)決定,反映彈簧的“軟”“硬”程度F-x圖像

形狀:過原點的直線

斜率:勁度系數(shù)適用條件彈簧發(fā)生彈性形變且在彈性限度內(nèi)2.彈力大小的計算方法(1)彈簧的彈力應用胡克定律F=kx求解。(2)非彈簧彈力:一般要借助物體的運動狀態(tài)所遵循的物理規(guī)律求解。實例引導例3由實驗測得某彈簧所受彈力F和彈簧的長度l的關系圖像如圖所示,求:(1)該彈簧的原長為多少?(2)該彈簧的勁度系數(shù)為多少?解析

解法一:(1)彈簧不產(chǎn)生彈力時的長度等于原長,由題圖可知該彈簧的原長為l0=15

cm。解法二:根據(jù)胡克定律得F=k(l-l0),代入圖像中的兩點(0.25,50)和(0.05,-50)。解得l0=0.15

m=15

cm,k=500

N/m。答案

(1)15cm

(2)500N/m規(guī)律方法

計算彈簧彈力時應注意的問題(1)胡克定律只能計算彈力的大小,而彈力的方向要根據(jù)彈簧的伸縮來確定,其方向總是與彈簧恢復原狀的方向相同。(2)彈簧彈力的大小(在彈性限度內(nèi))任何時候都可以用胡克定律求解,但只有在物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)時,才能用二力平衡求解與物體相連的彈簧彈力。變式訓練3探究彈力和彈簧伸長的關系時,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=0.02m

k=500N/mB.l0=0.10m

k=500N/mC.l0=0.02m

k=250N/mD.l0=0.10m

k=250N/m解析

由胡克定律可知15

N=k(0.16

m-l0),20

N=k(0.18

m-l0),解得k=250

N/m,l0=0.10

m,故選項D正確。解析

D隨堂檢測1.關于彈力,下列說法正確的是(

)A.物體只要相互接觸就有彈力作用B.彈力的大小與物體受到的重力成正比C.壓力或支持力的方向總是平行于支持面D.彈力產(chǎn)生在直接接觸且發(fā)生彈性形變的兩物體之間解析

彈力產(chǎn)生的條件是直接接觸且發(fā)生彈性形變,只相互接觸不一定有彈力,故A錯誤,D正確;彈力的大小與物體受到的重力無關,故B錯誤;壓力或支持力都是彈力,彈力的方向總是垂直于支持面并指向被壓或被支持的物體,故C錯誤。答案

D2.(多選)關于彈力的方向,下列說法正確的是(

)A.彈力方向一定垂直于接觸面B.彈力方向不一定垂直于接觸面C.輕質(zhì)繩對物體的彈力方向一定沿著繩子且指向繩子收縮的方向,因為繩子只會發(fā)生拉伸形變D.輕質(zhì)繩對物體產(chǎn)生的彈力一定垂直于與繩相連的接觸面解析

壓力或支持力的方向一定垂直于接觸面,但是繩的拉力方向一定沿繩而且指向繩收縮的方向,它不一定垂直于與繩相連的接觸面,選項A