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必修一3.1研究形变和弹力之间的关系(粤教版)


第三章研究物体间的相互作用
第一节探究形变与弹力的关系

回顾力的三要素

1、力的大小 2、力的方向 3、力的作用点

一、认识形变
形变:物体的形状发生变化。

分类:压缩形变、拉伸形变、弯曲形变和
扭曲形变

桌子放上书后有没 产生形变?

r />
二、弹性和弹性限度

弹性形变:物体在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。 弹性:能恢复原状的性质。 弹性限度:形变过大,超过一定限度,物体的形 状不能完全恢复,此限度为弹性限度。

为什么在撤去了外力后,物体会恢复原状 呢?
弹力:发生了弹性形变的物体由于要恢复原状而对与 它接触的物体产生力的作用。 有哪些常见的弹力:压力,支持力,拉力

弹力产生的原因?

弹力产生的原因
施力物体的形变还是受力物体的形变?

F
铁块受到弹力的作 用是因为铁块发生 了弹性形变还是海 绵有弹性形变?

弹力产生的原因是施力物体产生了弹性形变。

是不是相互接触的物体之间都有弹力 作用呢?

例1 判断图中小球是否受到弹力作用, 若受到弹力,请指出其施力物体。

甲图中的小球是没有受到弹力 的,乙和丙图都受到弹力作用。

假设法:
假设将在此处与物体接触的物体去掉,看物体

是否在该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.

例2 图中小车向右做匀速直线运动。小 球A是否受到弹力作用,若受到弹力, 请指出其施力物体。

G

根据物体的运动状态来判断:
除了要研究的弹力外,物体所受的其他作用力

与物体的运动状态是否满足相应的规律(目前
主要应用二力平衡的规律),若满足,则无弹 力存在;若不满足,则有弹力存在.

判断有无弹力的方法
1、直接法: 对于形变比较明显的情况,根据弹力产生的 条件判断 (1)物体间是否相互接触; (2)发生弹性形变。 2、假设法: 3、根据物体的运动状态判断

弹力的方向如何确定?
例3(1)分析书放在桌面或倾斜木板上时,

书和木板所受的弹力
F2



F2


F1

木板

F1



面和面接触,弹力的方向是垂直于接触面 指向受力物体。

例3

(2)分析球受到的弹力的方向

F

点和面接触的时候,弹力 的方向是过点垂直接触面 指向受力物体。

例3 (3)分析球受到的弹力的方向
点和点接触时,弹力的 方向是垂直于切面指向 受力物体。

F

如下图所示,分析AB受到的弹力,并画 出示意图。
(1)

(2)

(3)

绳子的拉力方向
绳对小球的拉 力 (弹力)方向? 沿绳子指向绳子收缩的方向
A

杆的弹力方向
T F

F
G G G

弹簧的弹力方向

类型 面 与 面 点 与 面 点 与 点

方向

图示

接 触 方 式

垂直公共 接触面 过点垂 直于面 垂直于 切面

轻 绳

沿绳指向绳子 的收缩方向

轻 杆

可沿杆

可不沿杆

胡克定律
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。

F=kx
1、明确各个物理量
1)弹簧的形变量x:弹簧伸长(或缩短) 的长度,不是弹簧的原长. 2)劲度系数k:反映了弹簧的“软”、 “硬”程度,由弹簧本身的性质决定。

2、公式的适用条件 弹簧、橡皮筋等线性材料
3、统一单位:注意k的国际单位是:N/m。 4、成立条件:在弹性限度内。 5、应用:F=kx

6.弹力与弹簧伸长量的关系图象表示

三.弹力大小的计算
1、应用胡克定律F=kx求解. 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.

无论是应用胡克定律计算弹簧的弹 力大小还是判断弹簧的弹力方向, 都要注意弹簧是被拉伸,还是被压

缩.

【典例3】(2011· 宿州高一检测)如图 所示,A、B是两个相同的轻弹簧,原长 都是l0 =10 cm,劲度系数k=500 N/m,如 果图中悬挂的两个物体质量均为m,现测

得两个弹簧的总长为26 cm,则物体的质
量m是多少?(取g=10 N/kg)

(1)标度的选取应根据力的大小合理设 计.一般情况下,线段应取2~5段整数段标度的长度.

(2)画同一物体受到的不同的力时要用同一标度.

【典例4】图甲、乙中A的重量均为10 N,画出它们所受重 力的图示.

【解题指导】作力的图示的思路是:

课时作业
1.关于弹力的产生,下列说法正确的是 A.只要两物体接触就一定产生弹力 B.只要两物体相互吸引就一定产生弹力 C.只要物体发生形变就一定有弹力产生 D. 只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物 体产生弹力作用 ( D )

2.关于胡克定律,下列说法错误的是

( B ) A.由 F=kx 可知,在弹性限度内弹力 F 的大小 与弹簧形变量 x 成正比 F B.由 k= x 可知,劲度系数 k 与弹力 F 成正比, 与弹簧的长度改变量 x 成反比

C.弹簧的劲度系数 k 是由弹簧本身的因素决定的, 与弹力 F 的大小和弹簧形变量 x 的大小无关 D.弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短) 单位长度时弹力的大小

3.如图 11 所示,两个弹簧质量不计, 两个小球的重力均为 2 N,则 A、 B 两弹簧在静止时的弹力分别是 ( D ) A.2 N,2 N B.4 N,4 N C.2 N,4 N D.4 N,2 N

图 11

5.如图13所示,弹簧秤和细绳重力不计,不计一切 摩擦,物体重G=5 N,当装置稳定时弹簧秤A和B 的读数分别为 (

C

)

A.5 N,0
C.5 N,5 N

图 13

B.5 N,10 N
D.10 N,5 N

针对练习 2 如图 10 所示,摩擦及绳子、 滑轮的质量均不计,物体 A 重 4 N, 物体 B 重 1 N,以下说法正确的是 ( AB )(双项选择) A.地面对 A 的支持力是 3 N B.测力计的读数为 2 N C.物体 A 受到地面的支持力为 2 N D.测力计示数为 3 N

图 10

7.如图 16 所示,各接触面光滑且物体 A 静止,画出 物体 A 所受弹力的示意图.

图 16

答案 如图所示

9.某同学在探究弹簧弹力与弹簧伸长量之间的关系 时,实验步骤如下: ①将弹簧平放在水平桌面上自然伸长时,测出其 长度为原长. ②将弹簧竖直悬挂,在下面依次挂上 1 个、2 个、 3 个?相同的钩码,并量出弹簧相应的长度 l1、l2、 l3? ③填写下表: 1 钩码个数
弹力大小 弹簧长度 伸长量x G l1 l1-l0 2 2G l2 l2-l0 3 3G l3 l3-l0 ? ? ? ?

④画出F-x图象如图17所示
问:(1)该图线未过原点的原因是什么? (2)BC 段为曲线的原因可能是什么? (3)还能利用该图象计算弹簧劲度系数吗?

图 17

解析 量.

(1)该图线未过原点的原因是在步骤(1)中,弹簧

原长测量错误,应将弹簧竖直悬挂自然伸长后进行测

(2)BC 段为曲线, 可能由于此时弹簧的形变已经超过了 弹性限度. (3)能利用该图象的直线 AB 段来计算弹簧劲度系数, 其斜率大小即为劲度系数.

4. 如图 12 所示, 一倾角为 45° 的斜面固定于竖直墙上, 为使一光滑的铁球静止,需加一水平力 F,且 F 通 过球心,下列说法正确的是 ( BC )

A.球一定受墙的弹力且水平向左 B.球可能受墙的弹力且水平向左 C.球一定受斜面的弹力且垂直斜面向上 D.球可能受斜面的弹力且垂直斜面向上

图 12


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