高中物理沪科版 (2019)必修 第一册3.2 弹力课文内容ppt课件

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胡克定律1.弹性限度:作用在弹簧上的力超过一定程度时,弹簧就不能恢复原状。因此,使弹簧发生弹性形变也有一定的限度,这个限度叫弹性限度。2.内容:在弹性限度内,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比,即F=kx。3.劲度系数:公式中的比例系数k叫劲度系数,单位是牛/米,符号是N/m。是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量。
1.正误辨析(1)由F=kx可知,在弹性限度内弹力的大小F与弹簧的长度成正比。(　　)答案 ×(2)不同的弹簧,劲度系数k值可能不同。(　　)答案 √(3)劲度系数k没有单位。(　　)答案 ×
(4)只要两个物体相互接触就能产生弹力。(　　)答案 ×(5)弹簧长度越长,弹力就越大。(　　)答案 ×
2.弹簧的原长为10 cm,它下面挂一个重力为4 N的物体时,弹簧长度变为12 cm,则该弹簧的劲度系数为　　　　N/m。若在它下面挂一个重力为6 N的物体,则此时弹簧的长度为　　　　 cm(弹簧始终在弹性限度内且质量不计)。 答案 200　13
如图所示,钢球在各容器的底部与侧壁相接触,处于静止状态。若钢球和各容器都是光滑的,各容器的底部均处于水平面内,则各容器的侧壁对钢球有没有弹力作用?
要点提示 在将容器的侧壁去掉时,钢球仍处于静止,故各容器的侧壁对钢球没有弹力作用。
弹力有无的判断方法(1)对于明显形变的情况,可以根据弹力产生的条件直接进行判断。(2)对于形变不明显的情况,可利用假设法进行判断。①假设无弹力:假设撤去接触面,看物体还能否在原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。
②假设有弹力:假设接触物体间有弹力,画出假设状态下的受力示意图,判断受力情况与所处状态是否矛盾,若矛盾,则不存在弹力;若不矛盾,则存在弹力。如图所示,接触面光滑,若A处有弹力,则无法使球处于静止状态,故A处无弹力。
例1在下图中,a、b表面均光滑,且a、b均处于静止状态,天花板和地面均水平。a、b间一定有弹力的是(　　)
解析 A中a、b间无弹力,因为a、b无相互挤压,没有发生形变,故A错误。B中a、b间有弹力,细绳偏离竖直方向,则a、b相互挤压,产生弹力,故B正确。假设C中a、b间有弹力,a对b的弹力方向水平向右,b将向右滚动,而题设条件b是静止的,所以a、b间不存在弹力,故C错误。假设D中a、b间有弹力,a对b的弹力垂直于斜面向上,b球不可能静止,故D错误。答案 B
规律方法 判断弹力有无的误区误认为只要接触就一定存在弹力作用,忽略了弹力产生的另一个条件——发生弹性形变(尤其是微小形变)。
变式训练1如图所示,所有的球都是相同的,且形状规则、质量分布均匀。甲球放在光滑斜面和光滑水平面之间,乙球与其右侧的球相互接触并放在光滑的水平面上,丙球与其右侧的球放在一个大的曲面上部并相互接触,丁球用两根轻质细线吊在天花板上,且其中右侧细线是沿竖直方向的。关于静止的甲、乙、丙、丁四个球的受力情况,下列说法中正确的是(　　)
A.甲球受到两个弹力的作用B.乙球受到两个弹力的作用C.丙球受到两个弹力的作用D.丁球受到两个弹力的作用
解析 甲球受重力和地面给它的竖直向上的弹力两个力,斜面对甲球没有弹力,如果有甲球不会静止,即甲球受到一个弹力作用,故A错误;乙球受重力和地面给它的竖直向上的弹力两个力,与乙接触的球不会给乙球弹力,如果有乙球不会静止,即乙球受到一个弹力作用,故B错误;丙球受重力、曲面给它的指向球心的弹力和与它接触的小球给它的沿两球球心连线向左的弹力,如果与丙球接触的小球不给它沿两球球心连线向左的弹力,丙球不能保持静止状态,故丙球受两个弹力的作用,故C正确;丁球受重力和右侧细线给它的竖直向上的拉力,倾斜的细线不会给它拉力的作用,如果有,丁球不能保持平衡状态,故丁球只受一个向上的弹力,故D错误。答案 C
如图所示是一种弹簧测力计,它的下端和一个钩子连在一起,钩子又与弹簧的下端相连,弹簧的上端固定在壳顶的环上。
(1)当所挂物体的重力越大时,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?(2)弹簧测力计的刻度是均匀的,说明弹簧的弹力和弹簧形变量之间有怎样的定量关系?
要点提示 (1)这一现象说明弹簧的弹力大小与弹簧的形变量有关,而且形变量越大,弹力越大;(2)弹簧测力计的刻度是均匀的,说明弹簧的弹力和弹簧形变量成正比关系。
1.对胡克定律F=kx的理解(1)x是弹簧的形变量,而不是弹簧形变后的长度。(2)k为弹簧的劲度系数,反映弹簧本身的属性,由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定,与弹力的大小F和伸长量x无关。2.F-x图像是一条过原点的倾斜直线(如图所示),直线的斜率表示弹簧的劲
3.胡克定律的适用条件:弹簧在弹性限度内发生形变。
例2一根轻质弹簧在10.0 N的拉力作用下,其长度由原来的5.00 cm伸长为6.00 cm。求:(弹簧始终在弹性限度内)(1)当这根弹簧长度为4.20 cm时,弹簧受到的压力大小;(2)当弹簧受到15.0 N的拉力时,弹簧的长度。
解析 (1)弹簧原长L0=5.00 cm=5.00×10-2 m在拉力F1=10.0 N的作用下伸长到L1=6.00 cm=6.00×10-2 m根据胡克定律得F1=kx1=k(L1-L0)解得弹簧的劲度系数
设当压力为F2时,弹簧被压缩到L2=4.20 cm=4.20×10-2 m根据胡克定律得,压力F2=kx2=k(L0-L2)=1.00×103×(5.00-4.20)×10-2 N=8.00 N。
(2)设弹簧的弹力F=15.0 N时弹簧的伸长量为x。由胡克定律得
此时弹簧的长度为L=L0+x=6.50 cm
答案 (1)8.00 N　(2)6.50 cm
规律方法 (1)利用公式F=kx计算,适用于弹簧弹力大小的计算,特别注意x为弹簧形变量,而不是弹簧实际长度。(2)利用胡克定律计算弹簧弹力时,一定要注意不能超出弹簧的弹性限度。
变式训练2由实验测得某弹簧所受弹力F和弹簧的长度L的关系图像如图所示,则:(1)该弹簧的原长为多少?(2)该弹簧的劲度系数为多少?
解析 (1)弹簧不产生弹力时的长度等于原长,由题图可知该弹簧的原长为L0=15 cm。
该弹簧伸长ΔL=25 cm-15 cm=10 cm时,弹力ΔF=50 N。
答案 (1)15 cm　(2)500 N/m
1.关于弹簧的劲度系数k,下列说法中正确的是(　　)A.与弹簧所受的拉力大小有关,拉力越大,k值也越大B.由弹簧本身决定,与弹簧所受的拉力大小及形变程度无关C.与弹簧发生的形变的大小有关,形变越大,k值越小D.与弹簧本身特性、所受拉力的大小、形变程度都无关答案 B
2.(多选)(2020陕西宝鸡高一检测)如图所示是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系图,下列说法中正确的是(　　)
A.弹簧的劲度系数是2 N/mB.弹簧的劲度系数是2×103 N/mC.当弹簧受F2=800 N的拉力作用时,弹簧伸长量x2=40 cmD.当弹簧伸长量为x1=20 cm时,弹簧产生的拉力是F1=200 N
3.(2021广东汕尾高一期末)一根轻弹簧,下端不挂重物时长12 cm,挂上3 N的物体且静止时弹簧长15 cm,则当弹簧下端挂1 N的重物时,弹簧的长度是(　　)A.1 cm B.12.5 cmC.13 cm D.14.5 cm
4.画出图中A物体所受弹力的示意图,各图中物体A均处于静止状态。