蹦极时,人自身所受重力让其下落,被拉伸的蹦极绳又会产生向上的力,把人拉上去。正是在这上上下下的振荡中蹦极者才体验到了前所未有的刺激。 当用手提拉弹簧时,手会感到弹簧产生的向下“拉”的作用力;在压缩弹簧时也会感受到弹簧产生的向上“顶”的作用力。 吉他、古筝等弦乐器演奏者在演奏时,手都要拨弄琴弦,才能发出动听的乐音。 上紧的钟表发条,束在头上的橡皮筋,凹陷的沙发……形变和弹力在我们的生活中无处不在。
找一块长条橡皮,在橡皮的侧面画上几个等间距的格子,弯曲橡皮,方形的格子变成了扇形,外层伸长里层压缩了(如图所示)。注意观察正中间的格子,几乎不伸长也不压缩,也就是说中间的格子几乎没有形变,没有形变就没有弹力,看来中间这一层对于抵抗弯曲没有作用,只是白白地增加了重量,还不如把它去掉,于是大自然这位高明的“设计师”就“创造”了空心芦苇。 提出问题: 1.弹力产生的条件是什么? 2.形变与弹力的关系是怎样的?
§3.2 弹力
学习目标 学习重点 学习难点 知道常见的形变,通过实验了解物体的弹性。 知道弹力产生的原因和条件。 知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力,会分析弹力的方向,能正确画出弹力的示意图。 通过实验探究弹力和弹簧形变量的关系,理解胡克定律,了解科学研究方法。 了解弹力在生产和生活中的应用,体会物理与生产和生活息息相关。 学习重点 弹力有无的判断和弹力方向的判断,弹力大小的计算,实验设计与操作。 学习难点 弹力有无和弹力方向的判断。
主题1:弹性形变和弹力 阅读课本第54-55页内容,完成《课时练》第31页《要点巩固》1、2。 1、接触力按其性质可归纳为 和 。 1、接触力按其性质可归纳为 和 。 2、物体在外力的作用下,所发生的 或 的改变叫形变,物体在形变后能够 ,这种形变叫做弹性形变;发生弹性形变的物体由于要 ,对与它接触的物体产生力的作用,这种力叫弹力。 弹力 摩擦力 形状 体积 恢复原状 恢复原状 说明:任何物体都能发生形变,不能发生形变的物体是不存在的,不过有的形变比较明显,可以直接看见;有的形变极其微小,要用仪器才能显示出来。当一本书放到桌面上后,桌面一定被书压得凹了一些,由于书的重力较小,桌面的形变微小,肉眼几乎看不出来。可以设想一下,当在桌面上放一大铁球或人站在桌面上时,桌面的形变是容易被发现的。
【例1】(单选)一辆拖拉机停在水平地面上,下列说法中正确的是( ) A.地面受到了向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变;拖拉机没有发生形变,所以拖拉机不受弹力 B.地面受到了向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变;拖拉机受到了向上的弹力,是因为拖拉机也发生了形变 C.拖拉机受到向上的弹力,是因为地面发生了形变;地面受到向下的弹力,是因为拖拉机发生了形变 D.以上说法都不正确 C
主题2:几种弹力 阅读课本第55页内容,完成《课时练》第31页《要点巩固》3、4。 3、弹力产生的条件:(1) ;(2) 。 3、弹力产生的条件:(1) ;(2) 。 弹力是接触力。互相接触的物体间也不一定有弹力,要看接触处是否发生形变。但有些形变不容易看出,可用假设法判定。 4、压力和支持力的方向都 物体接触面,绳的拉力沿着 的方向。 直接接触 发生弹性形变 垂直于 绳而指向绳收缩
一、弹力存在的判定 判断弹力的有无一般有以下三种方法: 1.根据弹力产生的条件来判断:看物体是否存在弹性形变及弹性形变的方向。 2.利用假设法判断 可假设在该处将与物体接触的另一物体去掉,看物体还能否在原位置保持原来的状态,从而判断该物体是否受弹力作用。 例如:如图所示,将甲图中与小球接触的斜面去掉,小球无法在原位置保持静止,而把乙图中的斜面去掉,小球仍静止,故甲球受斜面的弹力,乙球不受斜面的弹力。
3.利用力的作用效果分析 如图所示,光滑水平面上的球靠在竖直面上静止,竖直面是否对球产生力的作用?假设竖直面对球产生了力的作用,由力的作用效果可知,球不会静止,故可判定没有水平弹力产生。
弹力是接触力,不同的物体,不同的接触方式,弹力方向的判断方法也有所不同,具体比较见下表所示: 接 触 方 式 面与面 垂直公共接触面 点与面 二、弹力方向的确定 弹力是接触力,不同的物体,不同的接触方式,弹力方向的判断方法也有所不同,具体比较见下表所示: 类 型 方 向 图 示 接 触 方 式 面与面 垂直公共接触面 点与面 过点垂直于面 点与点 垂直于切面 轻绳 沿绳收缩方向 轻杆 可沿杆 可不沿杆
【例2】请在图中画出杆或球所受的弹力。 ⑴杆靠在墙上。 ⑵杆放在半球形的糟中。 ⑶球用细绳悬挂在竖直墙上。 【解析】⑴杆在重力作用下对A、B 两处都有挤压作用,故A、B两点处 对杆有弹力,弹力方向与接触点的平 面垂直,如右图(甲)所示。 ⑵杆对C、D两处有挤压作用, 因C处为曲面,D处为支撑点,所以 C处弹力垂直其切面指向球心,D处 弹力垂直杆斜向上,如图右(乙)所示。 ⑶球挤压墙壁,拉伸绳子,所以墙对球的弹力与墙垂直;绳子产生的弹力沿绳斜向上,如图右(丙)所示。 【评析】弹力方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。所以判断弹力方向时,可以先找出使物体发生形变的外力方向,再确定弹力方向。
【例3】画出下图中物体A所受弹力的示意图。
主题3:胡克定律 阅读课本第56页内容,完成《课时练》第31页《要点巩固》5。 5、胡克定律:弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟 成正比。即:F= 。 (1)上式适用于发生弹性形变(在弹性范围内)时,弹簧拉伸或压缩形变所产生的弹力的大小计算。 (2)式中的k是弹簧的劲度系数,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,反映了弹簧的“软”“硬”程度,在国际单位制中k的单位为“N/m”。 (3)式中的x是弹簧的形变量,是弹簧伸长(或缩短)的长度,而不是弹簧的原长,也不是弹簧形变后的实际长度,弹簧伸长或压缩相同长度,弹力大小相等,但方向不同。 弹簧的形变量 kx
【例4】量得一只弹簧测力计3N和5N两刻度线之间的距离为2.5cm。求: ⑴此弹簧测力计3N、5N刻度线与零刻度线之间 的距离; ⑵此弹簧测力计所用弹簧的劲度系数。 【答案】⑴3.75cm 6.25cm ⑵80N/m
【例5】竖直悬挂的弹簧下端,挂一重为4N的物体时,弹簧长度为12cm;挂重为6N的物体时,弹簧长度为13cm,则弹簧原长为 cm,劲度系数为__ N/m。 10 200
【例6】如图所示,两木块质量分别为m1和m2,两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2,上面木块压在上面的弹簧上(但不拴接),整个系统处于平衡状态。试求两弹簧的压缩量x1和x2。
课堂反馈 完成《课时练》第31页《课堂评价》1-6 课后作业 完成《课时练》第32页《课堂评价》1-8