粤教版高中物理必修1课件 探究形变与弹力的关系课件1

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[自学教材] 1．力的示意图 用一带箭头的线段表示力，线段的箭头指向 力的方向 ， 箭尾(或箭头)表示力的 作用点 。 2．力的图示 用线段的长度表示力的 大小 ，线段的箭头指向力的方 向，箭尾(或箭头)表示力的作用点。
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[重点诠释] (1)画力的图示应遵循以下步骤： ①选定标度：画出某一长度的线段表示一定大小的力， 并把该线段所表示的力的大小写在该线段的上方。 ②画一个方块或一个点表示受力物体，并确定力的作 用点。 ③从力的作用点开始，沿力的作用方向画一线段(根 据所选标度和力的大小确定线段的长度)，并在线段上加 上刻度(垂直于力线段的小短线)。
点与面 接触面指向被支 方
持物体 式
垂直于公共切面 点与点
指向受力物体
图示 返回
类型
方向
轻绳 沿绳收缩方向
轻杆
可沿杆 可不沿杆
图示
返回
类型
方向
轻弹 沿弹簧形变的
簧
反方向
图示
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(3)判断弹力方向应把握以下三种情况： ①当与面(或曲面)接触时，弹力垂直于接触面或 接触面的切面。 ②绳上的弹力沿绳并指向绳收缩的方向。 ③与球面接触的弹力方向的延长线或反向延长线 过球心。
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④在表示力的线段的末端画上箭头表示力的方向。 在箭头的旁边标出表示这个力的字母或数值。
(2)力的图示体现了力的三要素——力的大小、方 向和作用点。
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3.如图3－1－2所示，物体A对物体B的
压力是8 N，试画出这个力的图示，
并说明施力物体和受力物体。
图3－1－2
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解析：(1)选定标度：此题选5 mm长的 线段表示2 N的力； (2)从作用点向力的方向画一线段，线 段长短根据选定的标度和力的大小画出，线段上加刻度，如 图所示，从O点竖直向下画一段四倍于标度的线段(20 mm)。 (3)在线段末端加箭头表示力的方向。压力的施力物体是A， 受力物体是B。 答案：见解析
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2．弹性与弹性限度 (1)弹簧具有 恢复原状 的性质称为弹性。 (2)任何物体受到 外力作用 后都会产生形变，撤去 外力后，物体能 完全恢复原状 的形变，称为 弹性形变 。 (3)物体发生弹性形变的最大形变量叫做 弹性限度 。
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1．关于弹性形变的概念，下面理解正确的是 ( ) A．物体形状的改变叫做弹性形变 B．一根铁丝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，能够恢复原状的形变叫 做弹性形变 D．物体在外力的作用下发生的形变叫做弹性形变 返回
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[特别提醒] 相互接触是产生弹力的首要条件，但相互接触 的物体间不一定存在弹力，只有两个物体接触并产 生弹性形变时，两物体间才有弹力产生。
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2．弹力的方向 (1)弹力的方向总与引起物体形变的外力方向相反。
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(2)常见弹力的方向：
类型
方向
垂直接触面指向 面与面
被支持物体 接
过接触点垂直于 触
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[借题发挥] 应用胡克定律解题时，一定要弄清F＝kx中的x是
弹簧的形变量。弹簧弹力的方向可以根据弹簧是处于 压缩状态还是处于伸长状态来确定。反之，如果知道 弹力的方向，也可确定弹簧是处于压缩状态还是伸长 状态。
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上例中，当弹簧受到的弹力为4 N时，弹簧为多长？ 解析：弹簧受到 4 N 弹力时，形变量 x＝Fk＝540 m＝0.08 m ＝8 cm。 故弹簧的长度可能为 L1＝L0＋x＝20 cm L2＝L0－x＝4 cm 答案：20 cm或4 cm
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3．弹力的大小 (1)弹簧的弹力： ①应用胡克定律F＝kx求解。 其中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。
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②弹力与弹簧伸长量的关系可用F－x图像表示，如 图3－1－1所示，图线的斜率即为弹簧的劲度系数。
图3－1－1
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(2)除弹簧这样的弹性体之外的弹力大小的计算， 一般要借助物体的运动状态所遵循的物理规律求解。 平衡类问题可用力的平衡方程求解。
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[例1] 如图3－1－3所示，用细绳悬挂的小球与 光滑斜面相接触，并保持静止，甲中细绳倾斜，乙 中细绳呈竖直方向。判断图甲、乙中小球是否受到 斜面的弹力作用？
图3－1－3
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[审题指导] 解决此题的关键有两点： (1)理解弹力产生的条件：接触、形变。 (2)可根据假设法或状态法分析。
(1)挂1 N的物体时弹簧多长？ (2)弹簧的长度为22 cm时，弹簧悬挂的物体重多少？ [思路点拨] 首先弄清弹簧伸长的长度与弹簧的长度、 原长的关系；其次要先求出弹簧的劲度系数，再求弹簧的 伸长量和悬挂物的重力大小。
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[解析] (1)弹簧的原长 L0＝12 cm＝0.12 m 挂 2 N 的物体时弹簧长 L1＝16 cm＝0.16 m 弹簧的伸长量 x＝L1－L0＝0.04 m 由二力平衡得 F 弹＝G＝2 N 由胡克定律 F 弹＝kx 得 k＝Fx弹＝0.204 N/m＝50 N/m 挂 1 N 的物体时的伸长量
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[例2] 在图3－1－5所示图中画出物体P受到的 各接触点或面对它的弹力的示意图，其中甲、乙、 丙中物体P处于静止状态，丁中物体P(即球)在水平面 上匀速滚动。
图3－1－5
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[解析] 甲中属于绳的拉力，应沿绳指向绳收缩的方 向，因此弹力方向沿绳向上；乙中A点属于点与球面相接 触，弹力应垂直于球面的切面斜向上，必过球心O，B点 属于点与杆相接触，弹力应垂直于杆斜向上；丙中A、B 两点都是球面与平面相接触，弹力应垂直于平面，且必过 球心，所以A处弹力方向水平向右，B处弹力垂直于斜面 向左上方，且都过球心；丁中小球P不管运动与否，都属 于平面与球面相接触，弹力应垂直于平面，且过球心，即 向上。它们所受弹力的示意图如图所示。
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3．弹力的大小——胡克定律 在弹性限度 内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸 长(或缩短)量x成正比。其表达式为： F＝kx ，比 例系数k叫做弹簧的 劲度系数 ，单位N/m；x为弹 簧的形变量，单位：m。
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[重点诠释] 1．弹力是否存在的判断方法 (1)根据弹力产生的条件来判断，弹力产生的条件 有两个：物体间相互接触并且发生弹性形变，两个条 件必须同时满足才有弹力产生。
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x′＝F弹k′＝510 m＝0.02 m＝2 cm L2＝L0＋x′＝12 cm＋2 cm＝14 cm。 (2)L3＝22 cm 时，弹簧的伸长量 x′′＝L3－L0＝10 cm 由胡克定律 F＝kx 得 F′′＝kx′′＝50×10×10－2 N＝5 N。 [答案] (1)14 cm (2)5 N
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[答案] 见解析图
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2．画出图3－1－6中物体A受到的弹力的示意图。
图3－1－6
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解析：分析此类问题的关键是确定接触面，弹力垂直于接 触面指向受力物体，绳子的弹力沿绳子指向绳子收缩的方 向。 答案：如图所示
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[例3] 一根弹簧原长为12 cm，在弹性限度内挂2 N 的物体时长16 cm，则：
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2．(双选)关于弹力的方向，下列说法中正确的是( ) A．放在水平桌面上的物体所受弹力的方向是竖直向 上的 B．放在斜面上的物体所受斜面的弹力的方向是竖直 向上的 C．将物体用绳吊在天花板上，绳所受物体的弹力方 向是竖直向上的 D．物体间相互挤压时，弹力的方向垂直接触面指向 受力物体
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解析：放在水平桌面上的物体所受弹力为支持力， 其方向垂直于桌面向上，故A正确；放在斜面上的 物体所受斜面的支持力方向垂直于斜面向上，故B 错，D正确；绳子对物体的拉力总是沿绳子收缩的 方向，而物体对绳子的弹力方向指向绳子伸长的方 向，故C错。 答案：AD
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(2)对于形变不明显的情况，可用以下两种方法来判断： ①利用假设法判断。 可假设在该处把与物体接触的另一物体去掉，看此物体 还能否在原位置保持原来的状态，若能保持原来的状态则说 明物体间无弹力作用；否则，有弹力作用。
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②利用力的作用效果判断。 如果相互接触的物体间存在弹力，则必有相应的作 用效果，或使受力物体发生形变或改变受力物体的运动 状态，看物体的受力是否与物体的运动状态相符合，从 而确定物体所受弹力的有无。
解析：弹性形变是撤去外力作用后物体能恢复原状的形变， 并非所有的形变都是弹性形变，因而选项A、D错误；铁丝 用力弯折后，撤去外力，并不能恢复到原来的形状，因而 不属于弹性形变，选项B错误，显然选项C正确。 答案：C
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[自学教材]
1．弹力的概念 产生 形变 的物体由于要恢复原状，会对与它 接触 的 物体产生力的作用，这种力称为弹力。 2．弹力的方向 绳子对物体拉力(即绳子产生的弹力)方向总是指向绳子 收缩 的方向；压力的方向垂直于接触面指向 被压 的受力 物体；支持力的方向垂直于接触面指向 被支持 的物体。
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[解析] 假设法：假设两图中的斜面不存在，则甲图中 小球无法在原位置保持静止，乙图中小球仍静止，故甲图 中小球受到斜面的弹力，乙图中小球不受斜面的弹力。
状态法：如两图中斜面均对小球有弹力作用，则甲图 中小球将仍能保持静止状态，乙图中小球则不能保持静止， 所以乙图中小球不受斜面弹力作用，甲图中小球受到弹力 作用。
[答案] 见解析
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[借题发挥] 弹力是接触力，弹力与形变相生相伴，判断
是否存在弹力要抓住“接触”、“形变”，二者缺一 不可。
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1.匀速前进的车厢顶部用细线竖直
悬挂一小球，如图3－1－4所示，
小球下方与一光滑斜面接触。关
于小球的受力，下列说法正确的
是
()
图3－1－4
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A．重力和细线对它的拉力 B．重力、细线对它的拉力和斜面对它的弹力 C．重力和斜面对它的支持力 D．细线对它的拉力和斜面对它的支持力 解析：如果斜面对小球产生弹力，小球不会处于平衡状 态，所以斜面对小球不会产生弹力，A选项正确。 答案：A