3.2 科学探究：弹力 课件-2024-2025学年高一上学期物理鲁科版（2019）必修第一册

§3.2 科学探究：弹力 授课教师： 2024年5月22日 导入 形变 定义：把物体发生的伸长、缩短、弯曲、扭转等变化称为形变 任何物体都能发生形变，不能发生形变的物体是不存在的。 形变 分类 弹性体在任何条件下产生的形变都是弹性形变吗？ 弹性体：撤去外力后能够恢复原来形状的物体 弹性形变：撤去外力后能够恢复原来形状的形变 范性形变：撤去外力后不能恢复原来形状的形变 形变 弹性限度 弹性体的形变不能无限制增大，当弹性体的形变达到某个限度时，即使撤去外力，物体也不能再恢复原状，此时产生的形变不再是弹性形变，这个限度就叫弹性限度 弹性体在任何条件下产生的形变都是弹性形变吗？ 形变 微小形变 形变 微小形变 形变 微小形变 一切物体在力的作用下都会发生形变吗？ 有一些物体眼睛根本观察不到它的形变，比如一些比较坚硬的物体，但是这些物体都有形变，只不过形变很微小。 一切物体受到外力作用都要发生形变 弹力 定义：当物体发生弹性形变时，发生形变的物体由于要恢复原状，对跟它直接接触的物体会产生力的作用，这个力叫做弹力 作用点：在接触面上（常移到重心） 作用过程 物体1受到物体2的作用 物体1发生了形变 物体1对物体2产生了弹力 2 1 弹力 弹力的方向 1、弹簧弹力：沿弹簧指向弹簧恢复原长的方向（与弹簧形变方向相反） 拉伸状态： F F 压缩状态： F F 弹力 弹力的方向 2、刚体类-支持力与压力：放在水平桌面上的物体，在重力作用下与桌面互相接触，使物体和桌面同时发生了微小的形变 F F' 气球发生了形变，要向下恢复原状，对塑料板产生了向下的压力。 塑料板发生了形变，要向上恢复原状，对气球产生了向上的支持力。 N N' 弹力 弹力的方向 2、刚体类-支持力与压力：放在水平桌面上的物体，在重力作用下与桌面互相接触，使物体和桌面同时发生了微小的形变 F F' 内容 施力物体 施力物体形变方向 施力物体恢复形变的方向 弹力方向 书本对桌面的压力 桌面对书本的支持力 桌面 向下 向上 向上 书本 向上 向下 向下 压力和支持力的方向：过接触点垂直于接触面指向被压或被支持的物体 弹力 弹力的方向 2、刚体类-支持力与压力——各种接触面间弹力方向的判断 平面与平面间的弹力方向： 过接触点垂直平面指向受力物体 弹力 弹力的方向 2、刚体类-支持力与压力——各种接触面间弹力方向的判断 N N N` 曲面与平面间的弹力方向： 过接触点垂直平面指向受力物体 弹力 弹力的方向 2、刚体类-支持力与压力——各种接触面间弹力方向的判断 点与平面间的弹力方向： 过接触点垂直平面指向受力物体 N N` 光滑斜面 A B NA NB 弹力 弹力的方向 2、刚体类-支持力与压力——各种接触面间弹力方向的判断 曲面与曲面间的弹力方向： 与过接触点的公切面垂直并指向受力物体 半球形的碗 N A B N NB对A 弹力 弹力的方向 3、轻绳拉力：挂在绳下的物体，在重力的作用下拉紧绳子，使物体和绳子同时发生微小形变 弹簧发生了形变，要向上恢复原状，对气球产生了向上的拉力。 弹力 弹力的方向 3、轻绳拉力：挂在绳下的物体，在重力的作用下拉紧绳子，使物体和绳子同时发生微小形变 内容 施力物体 施力物体形变方向 施力物体恢复形变的方向 弹力方向 重物对绳子的拉力 绳子对重物的拉力 绳子 向下 向上 向上 重物 向上 向下 向下 绳子拉力的方向：沿着绳而指向绳收缩的方向 弹力 弹簧弹力的方向：与施力物形变方向相反 /与施力物体恢复原状的方向相同 压力与支持力的方向：垂直于接触面或者接触的切面指向被压或被 支持的物体 拉力的方向：沿着绳而指向绳收缩的方向 支持力与拉力本质都是弹力，只是按照弹力产生的挤压、支撑、拉的效果命名的——效果力 弹力 弹力的方向 4、轻杆： 可动杆：弹力沿杆的方向向内或向外 固定杆：弹力可在任意方向（由受力分析可得） F F T1 T2 T T 练习 1、下列说法正确的是（ ） A、同学们坐在椅子上学习，椅子不形变，所以大家没受到弹力； B、汽车行驶在松软的地上，地受到向下的弹力，是因为地发生形变而下陷； C、汽车行驶在水泥路上，轮胎发生形变从而产生对地面的压力； D、汽车越重，对地面的压力越大，所以压力就是重力。 C 练习 2、下列关于弹力的说法不正确是（ ） A、只要两个物体接触就一定能产生弹力 B、两个接触并发生弹性形变的物体一定产生弹力 C、压力、支持力、绳的拉力都是弹力 D、压力、支持力的方向总是垂直于支持面 A 弹力 如何判断弹力的有无？ 1、条件法：相互接触+弹性形变 例：小球静止在光滑水平面上并且紧贴着斜面，小球与水平面和斜面都是直接接触的，那小球是不是一定会同时受到水平面和斜面给它的弹力呢？ 2、假设法：假设将接触面撤销，如果物体状态改变，则有弹力； 如果物体状态不变，则没有弹力 3、状态法：物体受力情况与运动状态一致 G 水平面对小球有弹力作用，斜面对小球无弹力作用！ 弹力 如何判断弹力的有无？ 1、下列各图中A物体在O点是否受弹力？ A 0 A 0 弹力 如何判断弹力的有无？ A 2、画出图中物体A所受的弹力 A 弹力的大小 弹力的大小取决于形变程度。形变越大，弹力也越大，形变消失，弹力也随之消失。那么弹力大小与形变有什么定量关系呢？ 弹力的大小 实验探究 实验目的：弹簧弹力大小与形变量之间的定量关系 实验设计： 1.弹簧弹力的大小：二力平衡法原理，用物体 的重力来表示弹力 2.形变量：挂上重物后弹簧的伸长量——刻度尺 实验仪器：铁架台、带挂钩的弹簧、钩码(m0=50g)、 刻度尺(注意有效数字的读取)、重垂线 弹力的大小 实验探究 实验步骤： (1)将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度 l0，即原长； (2)在弹簧下端挂一个钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录弹簧拉力和l1，得出弹簧的伸长量x1=l1 - l0，将这些数据填入表格中； (3)改变所挂钩码的数量，测出对应的弹簧长度，记录弹簧弹力和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5，并得出每次弹簧的伸长量x2、x3、x4、x5 钩码 个数n 长度 伸长量x 弹力F 0 l0     1 l1 x1＝l1－l0 F1 2 l2 x2＝l2－l0 F2 3 l3 x3＝l3－l0 F3 … … … … F=G=nm0g 弹力的大小 实验探究 钩码个数n 长度/cm 伸长量x/cm 弹力F /×10-2N 0 25.35     1 27.35 2.00 0.49 2 29.35 4.00 0.98 3 31.30 5.95 1.47 4 33.40 8.05 1.96 5 35.35 10.00 2.45 6 37.40 12.05 2.94 7 39.30 13.95 3.43 数据处理 F /x(N/m)   0.245 0.245 0.247 0.243 0.245 0.244 0.246 实验结论：在误差允许的范围内，弹簧弹力与伸长量之间是呈正比关系 1.列表法 弹力的大小 实验探究 数据处理 实验结论：在误差允许的范围内，弹簧弹力与伸长量之间是呈正比关系 k=0.245N/m 2.作图法 2 公式： x——伸长或缩短的长度 k——劲度系数，单位：N/m （反映了弹簧长度改变的难易程度，取决于弹簧自身的性质：材料、长度、粗细、匝数） 弹力的大小 胡克定律 1 内容：在弹性限度内，弹性体的弹力和弹性体伸长（或缩短）的长度成正比 弹力的大小 劲度系数 k 弹簧测力计 火车减震弹簧 劲度系数越大，弹簧越硬 劲度系数越小，弹簧越灵敏 2 图像 弹力的大小 胡克定律 1 内容：在弹性限度内，弹性体的弹力和弹性体伸长（或缩短）的长度成正比 上述公式与图像仅适用于有明显形变的物体（尤指弹簧），且形变在弹性限度内才能满足胡克定律 伸长 压缩 弹力的大小 胡克定律的应用 储能和做功：自动伞、射箭 用于缓冲减震——汽车或火车底部不仅装有螺旋弹簧，还有弯曲的弹性钢板，当汽车运行的时候，利用弹簧的形变产生的缓冲作用，就能够减小车身的震动。 弹力的大小 胡克定律的应用 例题：1根轻弹簧长度由原来的5cm伸长为6cm，手受到的弹力为10.0N。那么，当这根弹簧伸长到6.2cm时，手受到的弹力大小是多少？（在弹性限度内） 理想模型，忽略质量 弹力的大小 实验探究 注意事项（名校学案P58） (1)每次所挂钩码的质量差尽量大一些，以便坐标上描的点尽可能稀疏（否则点很密集，图线不好看且误差较大） (2)测量弹簧长度时，一定要在弹簧竖直且处于平衡状体时测量，读数时视线要水平；保持刻度尺竖直并靠近弹簧； (3)不超过弹簧的弹性限度，弹簧下挂的钩码不要太多，但要保证在不超过弹性限度的前提下尽量多测几组； (4)作图：选择合适标度，使图线尽可能布满整个坐标纸 点均匀分布图线两侧，不画折线 弹力的大小 实验探究 误差分析 x/m F/N O x0 x/m F/N O 理想图线:F-x成正比关系 ①图线不过原点：没去掉弹簧自重的影响 ②图线末端弯曲：弹簧形变超出弹性限度 O A B F/N x/m 弹力的大小 实验改进 1．将弹簧水平放置或穿过一根水平光滑的直杆，在水平方向做实验．消除了弹簧自重的影响 2．利用计算机及传感器技术，将弹簧水平放置，且一端固定在传感器上，传感器与计算机相连，对弹簧施加变化的作用力(拉力或推力)时，计算机上得到弹簧弹力和弹簧形变量的关系图像(如图所示)，分析图像得出结论 听物理，如雾里，雾里探物理，终能悟理！ Lavf58.45.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$