高中物理 第3章 第1節(jié) 探究形變與彈力的關(guān)系課件 粵教版必修11

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1、 第一節(jié)探究形變與彈力的關(guān)系 1汽車A在紅綠燈前停住，綠燈轉(zhuǎn)亮?xí)r啟動(dòng)，以0.4 m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)3 0 s后以該時(shí)刻的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)設(shè)在綠燈轉(zhuǎn)亮的同時(shí)，汽車B以8 m/s的速度從A車旁邊駛過(guò)，且一直以相同的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向與A車相同，則從綠燈轉(zhuǎn)亮?xí)r開(kāi)始()精 彩 回 眸 AA車在加速過(guò)程中與B車相遇BA、B相遇時(shí)速度相同C相遇時(shí)A車做勻速運(yùn)動(dòng)D兩車不可能再次相遇【答案】C 2.甲、乙兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)同時(shí)、同地向同一方向做直線運(yùn)動(dòng)，它們的速度時(shí)間圖象如圖312所示，則由圖象可知()圖312 A甲質(zhì)點(diǎn)比乙質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)得快，故乙追不上甲B在2 s末時(shí)乙追上甲C在2 s末甲乙的位

2、移相同D甲做勻速直線運(yùn)動(dòng)，乙做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)【答案】D 【解釋】此題考查了運(yùn)動(dòng)學(xué)圖象問(wèn)題中學(xué)生的識(shí)圖能力甲做勻速直線運(yùn)動(dòng)，乙做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，2 s末甲、乙的瞬時(shí)速度相同，2 s前甲的速度大于乙的速度，甲在前，乙在后，二者之間的距離越來(lái)越大；2 s后甲的速度小于乙的速度，甲在前，乙在后，二者之間的距離越來(lái)越小，4 s末，甲、乙位移相同，即乙追上甲 一、認(rèn)識(shí)形變1形變：物體_發(fā)生變化2形變的類型：壓縮形變、_形變、彎曲形變、_形變3形變的觀察：物體形變很小時(shí)需借助_才能觀察到知 識(shí) 梳 理形狀 拉伸扭曲儀器 二、彈性與彈性限度1彈性：物體具有的_的性質(zhì)2彈性形變：任何物體

3、受到外力作用后都會(huì)發(fā)生形變，撤去外力后，物體能_原狀的形變3彈性限度：外力過(guò)大，撤去外力后，物體形狀不能_，我們稱這種現(xiàn)象為超過(guò)了物體的彈性限度恢復(fù)原狀 完全恢復(fù) 完全恢復(fù) 三、探究彈力1. 彈力：產(chǎn)生形變的物體由于要恢復(fù)原狀，會(huì)對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生的力2彈力的方向：(1)壓力的方向_支持面指向被壓的物體(2)支持力的方向_支持面指向被支持的物體(3)繩子對(duì)物體的拉力方向，沿繩子指向繩子_的方向垂直于 垂直于 收縮 3胡克定律：在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力F的大小與彈簧的伸長(zhǎng)(或縮短)量x成正比表達(dá)式：Fkx.勁度系數(shù)：k的單位N/m.思考：彈簧的勁度系數(shù)k和什么因素有關(guān)？【答案】勁度系數(shù)k是由彈簧

4、本身的因素來(lái)決定的，和彈力及形變的大小無(wú)關(guān) 四、力的圖示1力的圖示：為了更形象、直觀地表達(dá)力，可以用一條帶箭頭的_表示力的_、方向、作用點(diǎn)，這種表示力的方法叫做力的圖示具體步驟是：(1)選定標(biāo)度，即確定用多長(zhǎng)的_表示多少N的力若一個(gè)物體受多個(gè)力的作用，各力應(yīng)取相同的標(biāo)度標(biāo)度應(yīng)根據(jù)力的大小合理設(shè)計(jì)，以每個(gè)力分為25段為宜(2)從作用點(diǎn)沿力的方向畫(huà)一條線段，線段的長(zhǎng)度由力的大小和所選的標(biāo)度確定(3)標(biāo)上刻度，并在線段的末端標(biāo)出_，表示力的_線段大小線段 箭頭方向 2力的示意圖：力的示意圖是粗略地表示物體在某個(gè)_上受力情況的方法力的示意圖對(duì)線段的長(zhǎng)度和力的大小關(guān)系并不要求嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，所以不需要標(biāo)度，但

5、_必須是準(zhǔn)確的方向力的方向 1彈力的產(chǎn)生條件(1)物體直接接觸(2)接觸處發(fā)生彈性形變(相互擠壓或拉伸)兩者必須同時(shí)具備，缺一不可特別注意的是：兩物體接觸僅僅是產(chǎn)生彈力的必要條件之一，但接觸不是產(chǎn)生彈力的充分條件接觸后，若兩物體在接觸處發(fā)生相互擠壓或相互拉伸，使兩物體發(fā)生彈性形變，則物體間就產(chǎn)生彈力彈力的產(chǎn)生條件及方向的確定 兩物體間彈力的產(chǎn)生是相互的，也就是說(shuō)彈力總是成對(duì)出現(xiàn)的每一個(gè)彈力的產(chǎn)生都是因?yàn)槲矬w發(fā)生了彈性形變，換句話說(shuō)彈力的施力物體是發(fā)生形變的物體，受力物體是與其接觸阻礙它恢復(fù)原狀的物體如物體與水平支持面間產(chǎn)生的一對(duì)彈力通常稱為壓力、支持力其中壓力產(chǎn)生的原因是物體發(fā)生了形變，從而對(duì)

6、支持面產(chǎn)生了壓力支持力產(chǎn)生的原因是支持面發(fā)生了形變，從而對(duì)與其接觸的物體產(chǎn)生了支持力 2彈力有無(wú)的判斷(1)對(duì)于形變明顯的情況(如彈簧)可由是否發(fā)生形變直接判斷(2)對(duì)于形變不明顯的情況，通常采用以下三種方法判定假設(shè)法：可以假設(shè)把與物體接觸的另一物體撤去，看物體是否保持原來(lái)的狀態(tài)若能，則接觸處無(wú)彈力，若不能，則接觸處有彈力 替換法：可以將硬的、形變不明顯的施力物體換成軟的，易發(fā)生形變的物體來(lái)代替若替換后能發(fā)生形變，則表示原接觸處有彈力存在，若替換后仍不能發(fā)生形變，則表示原接觸處無(wú)彈力存在狀態(tài)法：因?yàn)槲矬w的受力情況決定物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)若存在彈力時(shí)與物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相吻合，說(shuō)明接觸處有彈力存在

7、，否則接觸處無(wú)彈力 3彈力方向的確定彈力的方向與施力物體形變方向相反，作用在迫使物體發(fā)生形變的那個(gè)物體上，幾種常見(jiàn)情況如下表：類型方向圖示接觸方式面與面垂直公共接觸面點(diǎn)與面過(guò)點(diǎn)垂直于面點(diǎn)與點(diǎn)垂直于切面 輕繩沿繩收縮方向輕桿可沿桿可不沿桿輕彈簧沿彈簧形變的反方向 特別提醒：判斷彈力方向的方法是：先明確兩物體之間作用的類型，再根據(jù)各種類型的特點(diǎn)來(lái)判斷彈力的方向 【例1】 在圖313所示圖中畫(huà)出物體P受到的各接觸點(diǎn)或面對(duì)它的彈力的示意圖，其中甲、乙、丙中物體P處于靜止?fàn)顟B(tài)，丁中物體P(即球)在水平面上勻速滾動(dòng)圖313 解析：甲屬于繩的拉力，應(yīng)沿繩指向繩收縮的方向，因此彈力方向沿繩向上；乙中A點(diǎn)屬于點(diǎn)

8、與球面相接觸，彈力應(yīng)垂直于球面的切面斜向上，必過(guò)球心O，B點(diǎn)屬于點(diǎn)與面相接觸，彈力應(yīng)垂直于面斜向上；丙中A、B兩點(diǎn)都是球面與平面相接觸，彈力應(yīng)垂直于平面，且必過(guò)球心，所以A處彈力方向水平向右，B處彈力垂直于斜面向左上方，且都過(guò)球心；丁中小球P不管運(yùn)動(dòng)與否，都是屬于平面與球面相接觸，彈力應(yīng)垂直于平面，且過(guò)球心，即向上 答案：它們所受彈力的示意圖如下圖所示題后反思：(1)當(dāng)面(或曲面)接觸，彈力垂直于面(2)繩上彈力沿繩并指向繩收縮方向(3)與球面接觸的彈力方向延長(zhǎng)線或反向延長(zhǎng)線過(guò)球心 作出下圖314中物塊、球等受到各接觸面作用的彈力示意圖【答案】見(jiàn)解析圖圖314 【解析】分析此類問(wèn)題的關(guān)鍵是確定

9、接觸面，對(duì)于點(diǎn)面接觸，面面接觸類問(wèn)題容易確定，這里出現(xiàn)的面即為接觸面；對(duì)于點(diǎn)弧面接觸，過(guò)接觸點(diǎn)的弧面的切面即為接觸面各物體所受彈力如下圖所示 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄繌椓εc彈簧伸長(zhǎng)的定量關(guān)系，并學(xué)習(xí)所用的科學(xué)方法二、實(shí)驗(yàn)原理彈簧受拉力會(huì)伸長(zhǎng)，平衡時(shí)彈簧產(chǎn)生的彈力和外力大小相等這樣彈力的大小可以通過(guò)測(cè)定外力得出(可以用懸掛鉤碼的方法給彈簧施加拉力)多測(cè)幾組數(shù)據(jù)，用列表或作圖的方法可探索彈力與彈簧伸長(zhǎng)的定量關(guān)系實(shí)驗(yàn)：探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 圖315 三、實(shí)驗(yàn)器材1固定彈簧所需的器材：彈簧，鐵架臺(tái)2使彈簧形變所需的器材：鉤碼3測(cè)量彈簧的長(zhǎng)度所需的器材：刻度尺4作Fx圖象所需的器材：坐標(biāo)紙 四、實(shí)驗(yàn)步驟1將

10、彈簧懸吊在鐵架臺(tái)上，讓彈簧自然下垂，用刻度尺測(cè)出彈簧不掛鉤碼時(shí)的原長(zhǎng)l0.2將鉤碼掛在彈簧下端，平衡時(shí)測(cè)量彈簧的總長(zhǎng)l和記錄鉤碼的質(zhì)量m，并填入表格內(nèi)3改變懸掛鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)上一步驟多次4根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上以彈簧的彈力為縱坐標(biāo)，以彈簧的伸長(zhǎng)量為橫坐標(biāo)描點(diǎn)，作出一條平滑的曲線5以彈簧的伸長(zhǎng)量xll 0為自變量，根據(jù)圖線寫(xiě)出彈力Fmg與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系式6解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論由圖象可得關(guān)系式Fkx，k就是彈簧的勁度系數(shù)，即在彈性限度內(nèi)彈簧的彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量成正比六、注意事項(xiàng)1所掛的鉤碼不能過(guò)重，以免彈簧超出彈性限度2每次增減鉤碼測(cè)有關(guān)長(zhǎng)度時(shí)，均需保證彈簧豎直懸掛及

11、鉤碼不上下振動(dòng)而處于靜止?fàn)顟B(tài)，否則，彈簧彈力將可能與砝碼重力不相等3每次所掛的鉤碼的質(zhì)量差盡量大些，從而使坐標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀，這樣作出的圖線更精確 【例2】 某同學(xué)在豎直懸掛的彈簧下加掛鉤碼，做實(shí)驗(yàn)研究彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系下表是該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)彈力始終未超過(guò)彈性限度，彈簧很輕，自身質(zhì)量可以不計(jì).(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中作出彈力F跟彈簧伸長(zhǎng)量x關(guān)系的圖象(2)根據(jù)圖象計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)(g取10 N/kg)砝碼質(zhì)量m/g 0 30 60 90 120 150彈簧總長(zhǎng)度l/cm 6.0 7.2 8.3 9.5 10.6 11.8 解析：未掛砝碼時(shí)，彈簧保持原長(zhǎng)，則彈簧原長(zhǎng)為6.0 c

12、m0.06 m根據(jù)題目中的數(shù)據(jù)，可分別求出拉力不同時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量(1)各物理量采用國(guó)際單位，數(shù)據(jù)見(jiàn)下表，再根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點(diǎn)并連線，如下圖所示.彈簧伸長(zhǎng)量x/m彈力F/N0 00.012 0.300.023 0.600.035 0.900.046 1.200.058 1.50 答案：(1)見(jiàn)解析(2)25 N/m 題后反思：在探究彈簧的彈力與彈簧長(zhǎng)度變化量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，其Fx圖線是一條直線，圖線的斜率表示勁度系數(shù) 下表是某同學(xué)為探索彈簧彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系所測(cè)的幾組數(shù)據(jù)：(1)請(qǐng)你在圖316中的坐標(biāo)紙上作出Fx圖象；(2)寫(xiě)出曲線所代表的函數(shù)(x用m作單位)；(3)解釋函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)的物理意義

13、彈簧彈力F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5彈簧的伸長(zhǎng)x/cm 2.6 5.0 6.8 9.8 12.4 圖316 力的圖示和力的示意圖比較步驟力的圖示力的示意圖1選定標(biāo)度(用某一長(zhǎng)度表示多少N的力)無(wú)需選標(biāo)度2從作用點(diǎn)開(kāi)始沿力的方向畫(huà)一線段，根據(jù)選定的標(biāo)度和力的大小按比例確定線段長(zhǎng)度從作用點(diǎn)開(kāi)始沿力的方向畫(huà)一適當(dāng)長(zhǎng)度線段即可3在線段的末端標(biāo)出箭頭，表示方向在線段末端標(biāo)出箭頭，表示方向 特別提醒：(1)一個(gè)力一定同時(shí)存在施力物體和受力物體(2)在同一物體上畫(huà)幾個(gè)力的圖示時(shí)，必須選取同一標(biāo)度 【例3】 如圖317所示，物體A對(duì)物體B的壓力是10 N，試畫(huà)出這個(gè)力的圖示和示意圖圖317

14、解析：(1)畫(huà)力的圖示選定標(biāo)度：此題選2 mm長(zhǎng)的線段表示2 N的力 從作用點(diǎn)沿力的方向畫(huà)一線段，線段長(zhǎng)短根據(jù)選定的標(biāo)度和力的大小成正比，線段上加刻度，如圖甲所示，也可以如圖乙所示，從O點(diǎn)(用O點(diǎn)代替B物體)豎直向下畫(huà)一段五倍于標(biāo)度(即10 mm)的線段；在線段上加箭頭表示力的方向(2)畫(huà)力的示意圖：從作用點(diǎn)或從B的中心處沿力的方向畫(huà)一線段，并加上箭頭，表示方向，然后標(biāo)明FN10 N即可，如圖丙所示 答案：見(jiàn)解析題后反思：作力的圖示的一般步驟：選標(biāo)度畫(huà)線段定刻度加箭頭 在例3中，若用一與水平方向成30角斜向上的15 N的力拉物體B，畫(huà)出這個(gè)力的圖示【答案】見(jiàn)解析圖【解析】選5 mm長(zhǎng)的線段表示5 N，用長(zhǎng)度為15 mm的線段表示力的大小15 N，箭頭表示力的方向 【例4】 如圖318所示，兩木塊質(zhì)量分別為m1和m2，兩輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)分別為k1和k2，上面木塊壓在上面的彈簧上(但不拴接)，整個(gè)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)試求兩彈簧的壓縮量x1和x2.綜 合拓 展提 高圖318 答案：見(jiàn)解析