物理必修沪科版32形变的力课件.ppt
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- 物理 必修 沪科版 32 形变 课件
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1、物理必修沪科版3物理必修沪科版3物理必修沪科版3物理必修沪科版3物理必修沪科版3物理必修沪科版3物理必修沪科版3物理必修沪科版3物理必修沪科版3物理必修沪科版3物理必修沪科版3物理必修沪科版31.1.用手拉伸和压缩弹簧,弹簧的形状发生变化,用手捏用手拉伸和压缩弹簧,弹簧的形状发生变化,用手捏橡皮泥,橡皮泥的形状发生变化,物体形状发生变化的橡皮泥,橡皮泥的形状发生变化,物体形状发生变化的原因是什么?弹簧和橡皮泥形状的变化有什么不同?原因是什么?弹簧和橡皮泥形状的变化有什么不同?提示:提示:弹簧发生形变的原因是弹簧受到了手的拉力或压弹簧发生形变的原因是弹簧受到了手的拉力或压力的作用,橡皮泥发生形变
2、的原因是受到手的压力作用力的作用,橡皮泥发生形变的原因是受到手的压力作用.弹簧和橡皮泥在撤去外力后,弹簧能恢复原状,发生的弹簧和橡皮泥在撤去外力后,弹簧能恢复原状,发生的是弹性形变,而橡皮泥不能恢复原状,发生的是范性形是弹性形变,而橡皮泥不能恢复原状,发生的是范性形变变.1.用手拉伸和压缩弹簧,弹簧的形状发生变化,用手捏橡皮泥,橡2.2.力可以使物体发生形变,为什么有的形变却很难观察力可以使物体发生形变,为什么有的形变却很难观察到呢?如何才能观察到比较微小的形变呢?到呢?如何才能观察到比较微小的形变呢?提示:提示:物体在外力的作用下都能发生形变,只是形变的物体在外力的作用下都能发生形变,只是形
3、变的程度不同程度不同.有的形变比较明显有的形变比较明显(如弹簧的伸长或缩短如弹簧的伸长或缩短),可,可以直接看出;有的形变微小,需要采用特殊方法才可观以直接看出;有的形变微小,需要采用特殊方法才可观察到如课本察到如课本P67P67图图3-173-17利用激光反射法演示坚硬桌面的利用激光反射法演示坚硬桌面的微小形变,利用细管中液面的升降显示硬玻璃瓶的形变,微小形变,利用细管中液面的升降显示硬玻璃瓶的形变,都是把微小形变放大,以利于观察都是把微小形变放大,以利于观察.把微小变化放大,以把微小变化放大,以利于观察或测量的实验方法叫利于观察或测量的实验方法叫“微量放大法微量放大法”,这是物,这是物理学
4、中研究问题的一种重要方法理学中研究问题的一种重要方法.2.力可以使物体发生形变,为什么有的形变却很难观察到呢?如何对弹力产生的条件的理解对弹力产生的条件的理解(1)(1)力是物体和物体之间的相互作用,弹力也是这样,它力是物体和物体之间的相互作用,弹力也是这样,它发生在两个物体之间,而且这两个物体必须要直接接触发生在两个物体之间,而且这两个物体必须要直接接触.(2)(2)弹力是由形变引起的,这种形变在恢复原状的过程中,弹力是由形变引起的,这种形变在恢复原状的过程中,会对跟它接触的物体产生力的作用,可见这种形变是可会对跟它接触的物体产生力的作用,可见这种形变是可以恢复原状的形变,是弹性形变以恢复原
5、状的形变,是弹性形变.因此产生弹力的条件不仅要满足直接接触,而且还要满因此产生弹力的条件不仅要满足直接接触,而且还要满足相互挤压或拉伸等,即发生弹性形变足相互挤压或拉伸等,即发生弹性形变.对弹力产生的条件的理解形变和弹力形变和弹力1.1.形变:物体的形状或体积发生变化叫形变形变:物体的形状或体积发生变化叫形变.2.2.弹性形变:能恢复原状的形变叫弹性形变弹性形变:能恢复原状的形变叫弹性形变.3.3.弹力弹力:发生形变的物体发生形变的物体,由于要恢复原状由于要恢复原状,会对跟它接触会对跟它接触的物体产生力的作用的物体产生力的作用,这种力叫弹力这种力叫弹力.4.4.弹力产生的条件弹力产生的条件:(
6、1):(1)物体间直接接触物体间直接接触;(2);(2)物体发生弹物体发生弹性形变性形变.形变和弹力典例典例1 1(2011(2011哈尔滨高一检测哈尔滨高一检测)如图所示,下列四个图如图所示,下列四个图中,中,a a、b b两小球间一定有弹力作用的是两小球间一定有弹力作用的是()()典例1(2 0 1 1 哈尔滨高一检测)如图所示,下列四个图中,【规范解答规范解答】选选B.B.对于对于A A、C C中的中的a a、b b两球,如果把两球,如果把a a球或球或b b球球去掉,另一个球的状态均可保持不变,所以去掉,另一个球的状态均可保持不变,所以a a、b b两球之间无两球之间无弹力;对于弹力;
7、对于B B中,若去掉中,若去掉a a球或球或b b球,另一个球的悬线方向会球,另一个球的悬线方向会发生改变,故发生改变,故a a、b b两球之间一定有弹力;对于两球之间一定有弹力;对于D D中,若去掉中,若去掉a a球,如果球,如果b b球的状态保持不变,则球的状态保持不变,则a a、b b两球之间无弹力,如两球之间无弹力,如果果b b球的状态发生变化,则球的状态发生变化,则a a、b b间有弹力作用间有弹力作用.所以选所以选B.B.【规范解答】选B.对于A、C 中的a、b 两球,如果把a 球或b 球弹力有无的判断方法弹力有无的判断方法(1)(1)直接法:对于形变效果明显的情况,可由形变情况直
8、直接法:对于形变效果明显的情况,可由形变情况直接判断弹力的存在与否,如弹簧、橡皮筋等产生弹力的接判断弹力的存在与否,如弹簧、橡皮筋等产生弹力的情况情况.(2)(2)假设法:就是假设对与研究对象接触的物体施加了弹假设法:就是假设对与研究对象接触的物体施加了弹力,画出假设状态下的受力图,判断受力情况与物体的力,画出假设状态下的受力图,判断受力情况与物体的状态是否矛盾状态是否矛盾.若矛盾,说明两者之间无弹力;若不矛盾,若矛盾,说明两者之间无弹力;若不矛盾,说明两者之间有弹力说明两者之间有弹力.弹力有无的判断方法(3)(3)撤离法:就是想象把与研究对象接触的物体撤离,看撤离法:就是想象把与研究对象接触
9、的物体撤离,看研究对象的状态是否发生改变研究对象的状态是否发生改变.若改变,说明有弹力;若若改变,说明有弹力;若不改变,则无弹力不改变,则无弹力.(3)撤离法:就是想象把与研究对象接触的物体撤离,看研究对象【变式备选变式备选】如图所示,一小球用如图所示,一小球用两根轻绳悬挂于天花板上,球静止,两根轻绳悬挂于天花板上,球静止,绳绳1 1倾斜,绳倾斜,绳2 2恰好竖直,则小球所受恰好竖直,则小球所受的作用力有的作用力有()()A.1A.1个个B.2B.2个个C.3C.3个个D.4D.4个个【变式备选】如图所示,一小球用【解析解析】选选B.B.在判断绳在判断绳1 1和绳和绳2 2是否有拉力时,可用撤
10、离法,是否有拉力时,可用撤离法,即分别撤去轻绳即分别撤去轻绳1 1和轻绳和轻绳2 2,看小球的状态是否变化,如果,看小球的状态是否变化,如果把一条轻绳去掉后,小球可以保持原来的状态不变,则该把一条轻绳去掉后,小球可以保持原来的状态不变,则该绳上无拉力;若小球的状态发生变化,则该绳上有拉力绳上无拉力;若小球的状态发生变化,则该绳上有拉力.经经分析知分析知,绳绳1 1对小球无拉力作用,小球受到重力和绳对小球无拉力作用,小球受到重力和绳2 2对小球对小球的拉力而处于平衡状态,即小球受到两个力的作用,故的拉力而处于平衡状态,即小球受到两个力的作用,故B B正正确确.【解析】选B.在判断绳1 和绳2 是
11、否有拉力时,可用撤离法,即分1.1.如图所示,用弹簧测力计拉弹簧时,弹簧拉伸越长,如图所示,用弹簧测力计拉弹簧时,弹簧拉伸越长,弹簧测力计的示数越大,这一现象说明了什么问题?弹簧测力计的示数越大,这一现象说明了什么问题?提示:提示:这一现象说明弹簧的弹力大小与弹簧形变的大小这一现象说明弹簧的弹力大小与弹簧形变的大小有关,弹簧的形变越大,弹力越大有关,弹簧的形变越大,弹力越大.1.如图所示,用弹簧测力计拉弹簧时,弹簧拉伸越长,弹簧测力计2.2.如图所示,用悬挂法探究弹力和弹簧伸如图所示,用悬挂法探究弹力和弹簧伸长的关系时,需要测量哪些数据?为有效长的关系时,需要测量哪些数据?为有效地减小实验误差
12、测量一组数据还是多组数地减小实验误差测量一组数据还是多组数据?试设计一个记录表格据?试设计一个记录表格.提示:提示:(1)(1)要测出弹簧的弹力要测出弹簧的弹力F F和弹簧的长和弹簧的长度度L L(2)(2)为有效地减小实验误差,必须进行多组测量,测出多为有效地减小实验误差,必须进行多组测量,测出多组数据组数据2.如图所示,用悬挂法探究弹力和弹簧伸(3)(3)列表进行记录,如表所示列表进行记录,如表所示.(3)列表进行记录,如表所示.3.3.用用F-xF-x图像探究弹力和弹簧伸长的关系,在画图线时,图像探究弹力和弹簧伸长的关系,在画图线时,应注意哪些问题?应注意哪些问题?F-xF-x图像的特点
13、是什么?作出图像的特点是什么?作出F-xF-x图像,图像,并指出并指出F F与与x x有什么关系?有什么关系?提示:提示:(1)(1)应使尽可能多的点落在图线上,不在图线上的应使尽可能多的点落在图线上,不在图线上的点应对称分布在图线两侧,偏差太远的点应当舍去点应对称分布在图线两侧,偏差太远的点应当舍去.(2)F-x(2)F-x图像是一条过原点的直线图像是一条过原点的直线.如图所示如图所示.(3)F(3)F与与x x成正比成正比.3.用F-x 图像探究弹力和弹簧伸长的关系,在画图线时,应注意弹簧的弹力弹簧的弹力(1)(1)若弹簧处于弹性限度内用胡克定律若弹簧处于弹性限度内用胡克定律F=kxF=k
14、x来求解来求解.胡克定律适用于在弹性限度内弹簧拉伸或压缩形变所产生胡克定律适用于在弹性限度内弹簧拉伸或压缩形变所产生的弹力的大小计算的弹力的大小计算.式中的式中的k k为弹簧的劲度系数,它反映了弹簧的为弹簧的劲度系数,它反映了弹簧的“软硬软硬”程程度,是弹簧本身的一种物理性质,与外力无关,其大小只与度,是弹簧本身的一种物理性质,与外力无关,其大小只与弹簧的长短、粗细及材料有关弹簧的长短、粗细及材料有关.F=kxF=kx中的中的x x是弹簧的形变量,而不是弹簧的长度是弹簧的形变量,而不是弹簧的长度.弹簧可以弹簧可以被拉伸也可以被压缩,它的形变量指的是弹簧被拉伸或被压被拉伸也可以被压缩,它的形变量
15、指的是弹簧被拉伸或被压缩了多少缩了多少.弹簧的弹力F-xF-x图线的斜率在数值上等于弹簧的劲度系数图线的斜率在数值上等于弹簧的劲度系数.用用“图图像法像法”研究物理规律,发现物理量之间的关系,使其更研究物理规律,发现物理量之间的关系,使其更直观、简便,是高考考查的重点之一,但一定要看清图直观、简便,是高考考查的重点之一,但一定要看清图像画的是哪两个物理量的关系,单位是什么像画的是哪两个物理量的关系,单位是什么.(2)(2)对于轻弹簧来说,同一根弹簧两端所受的力大小相等,对于轻弹簧来说,同一根弹簧两端所受的力大小相等,方向相反方向相反.F-x 图线的斜率在数值上等于弹簧的劲度系数.用“图像法”研
16、典例典例2 2竖直悬挂的弹簧下端,挂一重为竖直悬挂的弹簧下端,挂一重为4 N4 N的物体时弹的物体时弹簧长度为簧长度为11 cm11 cm;挂一重为;挂一重为6 N6 N的物体时弹簧长度为的物体时弹簧长度为12 cm12 cm,则弹簧原长为则弹簧原长为cmcm,劲度系数为,劲度系数为 N/m.N/m.典例2 竖直悬挂的弹簧下端,挂一重为4 N 的物体时弹簧长度为解答本题时应明确以下两点:解答本题时应明确以下两点:(1)(1)弹簧的形变量弹簧的形变量x x是弹簧相比原长时长度的变化量是弹簧相比原长时长度的变化量.(2)(2)弹簧的弹力大小遵守胡克定律弹簧的弹力大小遵守胡克定律.解答本题时应明确以
17、下两点:【规范解答规范解答】设弹簧的原长为设弹簧的原长为L L0 0,劲度系数为劲度系数为k,k,设挂设挂G G1 1=4=4 N N的重物时弹簧的长度为的重物时弹簧的长度为L L1 1,挂挂G G2 2=6 N=6 N的重物时弹簧的长度的重物时弹簧的长度为为L L2 2,则则L L1 1=11 cm,L=11 cm,L2 2=12 cm,=12 cm,由胡克定律得由胡克定律得:G G1 1=k(L=k(L1 1-L-L0 0),),G G2 2=k(L=k(L2 2-L-L0 0)代入数据解得代入数据解得:L:L0 0=9 cm=9 cm,k=200 N/mk=200 N/m即弹簧原长为即弹
18、簧原长为9 cm,9 cm,劲度系数为劲度系数为200 N/m.200 N/m.答案答案:9 9200200【规范解答】设弹簧的原长为L 0,劲度系数为k,设挂G 1=4 【变式备选变式备选】如图所示,一劲度系如图所示,一劲度系数为数为k k的弹簧,下端悬挂一重物,重物的弹簧,下端悬挂一重物,重物质量为质量为m,m,平衡时物体在平衡时物体在a a位置,现用力位置,现用力将物体向下拉长将物体向下拉长x x至至b b位置,则此时弹簧位置,则此时弹簧的弹力为的弹力为()()A.kxA.kxB.mg+kxB.mg+kxC.mg-kxC.mg-kxD.D.以上说法都不正确以上说法都不正确【变式备选】如图
19、所示,一劲度系【解析解析】选选B.B.由于由于F=kxF=kx,则,则F=kxF=kx,物体在外力作用,物体在外力作用下又伸长下又伸长x x时,拉力的大小为时,拉力的大小为F=kxF=kx,弹簧原来的弹力为,弹簧原来的弹力为mgmg,因此,后来弹簧的弹力为因此,后来弹簧的弹力为mg+kx.mg+kx.【解析】选B.由于F=k x,则 F=k x,物体在外力作用下1.1.如图所示如图所示,棒、球、桌子、物块棒、球、桌子、物块m m均处于静止状态均处于静止状态.思考讨论以下问题:思考讨论以下问题:1.如图所示,棒、球、桌子、物块m 均处于静止状态.(1)(1)画出棒、球、桌面、物块画出棒、球、桌面
20、、物块m m所受弹力的示意图所受弹力的示意图.提示:提示:(1)画出棒、球、桌面、物块m 所受弹力的示意图.(2)(2)结合上图,完成下面的表格,并尝试分析,弹力方向和结合上图,完成下面的表格,并尝试分析,弹力方向和形变方向及形变恢复的方向的关系形变方向及形变恢复的方向的关系(填填“相同相同”或或“相反相反”).).(2)结合上图,完成下面的表格,并尝试分析,弹力方向和形变方2.2.从上述探究过程中总结出判断弹力方向时应遵循的基从上述探究过程中总结出判断弹力方向时应遵循的基本思路本思路.提示:提示:在判断弹力方向时常常按如下思路分析在判断弹力方向时常常按如下思路分析:(1)(1)确定受到弹力的
21、物体确定受到弹力的物体.(2)(2)确定施力物体或受力物体形变的方向确定施力物体或受力物体形变的方向.(3)(3)确定弹力的方向确定弹力的方向.2.从上述探究过程中总结出判断弹力方向时应遵循的基本思路.常见的弹力接触面常见的弹力接触面(1)(1)平面平面平面接触:弹力方向垂直于平面平面接触:弹力方向垂直于平面.(2)(2)点点平面接触:弹力方向过点垂直于平面平面接触:弹力方向过点垂直于平面.(3)(3)点点曲面接触:弹力方向过点垂直于切面曲面接触:弹力方向过点垂直于切面.(4)(4)曲面曲面曲面接触:弹力方向垂直于公切面曲面接触:弹力方向垂直于公切面.(5)(5)接触面是球面时:弹力方向一定沿
22、接触点和球心的连线接触面是球面时:弹力方向一定沿接触点和球心的连线.常见的弹力接触面1.1.常见的弹力方向常见的弹力方向(1)(1)支持力的方向垂直于接触面,指向被支持的物体支持力的方向垂直于接触面,指向被支持的物体.(2)(2)压力的方向垂直于接触面,指向被压的物体压力的方向垂直于接触面,指向被压的物体.(3)(3)绳上拉力的方向沿着绳,指向绳收缩的方向绳上拉力的方向沿着绳,指向绳收缩的方向.(4)(4)弹簧上的弹力沿着弹簧,指向弹簧恢复原长的方向弹簧上的弹力沿着弹簧,指向弹簧恢复原长的方向.2.2.弹力方向与形变方向的关系弹力方向与形变方向的关系弹力的方向总是与施力物体的形变方向相反,与受
23、力物弹力的方向总是与施力物体的形变方向相反,与受力物体的形变方向相同体的形变方向相同.1.常见的弹力方向典例典例3 3在如图所示的图中画出物体在如图所示的图中画出物体P P受到的各接触点或受到的各接触点或面对它的弹力的示意图,其中甲、乙、丁中物体面对它的弹力的示意图,其中甲、乙、丁中物体P P处于静处于静止状态,丙中物体止状态,丙中物体P(P(即球即球)在光滑水平面上匀速滚动在光滑水平面上匀速滚动.典例3 在如图所示的图中画出物体P 受到的各接触点或面对它的弹【规范解答规范解答】甲属于绳的拉力,应沿绳指向绳收缩的方向,甲属于绳的拉力,应沿绳指向绳收缩的方向,因此弹力方向沿绳向上;乙中因此弹力方
24、向沿绳向上;乙中A A点属于点与球面相接触,弹点属于点与球面相接触,弹力应垂直于球面的切面斜向上,必过球心力应垂直于球面的切面斜向上,必过球心O O,B B点属于点与杆点属于点与杆相接触,弹力应垂直于杆向上;丙中小球相接触,弹力应垂直于杆向上;丙中小球P P不管运动与否,不管运动与否,都是属于平面与球面相接触,弹力应垂直于平面,且过球心,都是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;丁中属于杆的弹力,小球受到重力和杆的弹力,处即向上;丁中属于杆的弹力,小球受到重力和杆的弹力,处于二力平衡状态,故弹力方向竖直向上于二力平衡状态,故弹力方向竖直向上.它们所受弹力的示它们所受弹力的示
25、意图如图所示意图如图所示.【规范解答】甲属于绳的拉力,应沿绳指向绳收缩的方向,因此弹力物理必修沪科版3确定弹力方向的方法确定弹力方向的方法(1)(1)根据物体的形变方向判断:弹力方向与施力物体形变根据物体的形变方向判断:弹力方向与施力物体形变方向相反,作用在迫使这个物体发生形变的那个物体上方向相反,作用在迫使这个物体发生形变的那个物体上.轻绳的弹力方向沿绳收缩的方向,离开受力物体;轻绳的弹力方向沿绳收缩的方向,离开受力物体;面与面、点与面接触时,弹力方向垂直于面面与面、点与面接触时,弹力方向垂直于面(若是曲面若是曲面则垂直于切面则垂直于切面),且指向受力物体,且指向受力物体.球面与球面的弹力沿
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