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探究形变与弹力的关系学案

编辑: 路逍遥 关键词: 高一 来源: 记忆方法网
3.1 探究形变与弹力的关系 学案(粤教版必修1)

1.形变:物体在力的作用下______发生改变的现象.
2.弹性形变:物体在形变后撤去作用力时能够完全__________的形变.
3.弹性限度:当形变超过一定的限度,撤去作用力后物体不能完全恢复__________,这个限度叫弹性限度.
4.弹力:发生__________的物体由于要恢复原状,对与它接触的物体产生的力.
5.弹力的产生条件
(1)两物体______;(2)发生____________.
6.常见弹力
平时所说的______、________和______都是弹力,绳中的弹力通常称为______.
7.弹力的方向
(1)压力和支持力的方向______于两物体的接触面.
(2)绳的拉力方向沿着绳且指向绳______的方向.
8.胡克定律
(1)内容:在弹性限度内,弹簧弹力F的大小与________________成正比.
(2)公式:______,其中k为弹簧的__________,单位:牛顿每米,符号:____________,它的大小反映了弹簧的软硬程度.
9.物理学中用一带有________的线段来表示力,________的方向表示力的方向,得到的图称为____________;用线段的长度表示力的大小,线段的箭头指向力的方向,箭尾(或箭头)表示力的作用点,得到的图叫做__________.

一、弹性形变
[问题情境]
1.压缩弹簧、海绵,用手弯曲竹片,我们能明显地观察到什么现象?
 
2.我们用力拉弹簧直到不能再伸长会看到什么现象?
 
[要点提炼]
1.物体在力的作用下形状或______发生改变的现象,叫做形变.
2.物体发生形变后在撤去外力时能够恢复原状,这种形变叫做______形变.
3.弹性限度:如果形变过大,超过了一定的限度,撤去作用力后,物体就不能完全恢复原来的形状,这个限度叫做弹性限度.弹簧在使用过程中不能超过其弹性限度.
二.弹力
[问题情境]
你用扁担挑过水吗?打过弹弓吗?玩过蹦蹦床吗?练过拉力器吗?总结一下,在这些活动中你感受到了什么样的作用力?在物理学中把它们叫做什么力?
 
 
[要点提炼]
1.定义:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对跟它接触的物体会产生力的作用,这种力叫做弹力.
2.弹力产生的条件:(1)物体直接相互________;(2)物体发生__________.
3.弹力的方向:跟物体恢复形状的方向______.
(1)一般情况:凡是支持物对物体的支持力,都是支持物因发生形变而对物体产生的弹力;支持力的方向总是垂直于支持面并指向被支持的物体.
(2)一般情况:凡是一根线(或绳)对物体的拉力,都是这根线(或绳)因为发生形变而对物体产生的弹力;拉力的方向总是沿线(或绳)的方向.
(3)弹力方向的特点:由于弹力的方向跟接触面垂直,面面接触、点面接触时弹力的方向都是垂直于接触面的.
弹力的大小:与形变大小有关.一般来说形变越大,弹力越大.
三、胡克定律
[要点提炼]
1.胡克定律:在弹性限度内,弹簧弹力F的大小与弹簧的______________成正比,即F=kx,其中k是弹簧的劲度系数,单位的符号是N/m.
2.注意的问题
(1)胡克定律的成立是有条件的,就是弹簧发生“__________”,即必须在弹性限度内.
(2)F=kx中的x是弹簧的________,是弹簧的伸长(或缩短)的长度,而不是弹簧的长度.
(3)F=kx中的k是弹簧的劲度系数,它反映了弹簧的软硬程度,大小由弹簧本身的性质决定,与弹力的大小______.
(4)在应用F=kx时,要把各物理量的单位统一到国际单位制中.
(5)公式ΔF=kΔx可作为胡克定律的推论使用,式中ΔF、Δx分别表示弹力变化量和形变变化量.
(6)判断弹簧弹力的方向时,要注意弹簧是被拉伸还是被压缩或两者均有可能,计算弹簧弹力大小的方法一般是根据胡克定律,有时也根据平衡条件来计算.

例1 关于弹力的产生,下列说法正确的是(  )
A.只要两物体相接触就一定产生弹力
B.只要两物体相互吸引就一定产生弹力
C.只要物体发生形变就一定产生弹力
D.只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物体产生弹力作用
听课记录  

例2 如图1所示,一个球放在“V”形两光滑面AC和AB上,处于静止状态,请画出球所受的弹力.

图1
变式训练1 如图2所示,光滑但质量分布不均匀的小球的球心在O点,重心在P点,静止在竖直墙和桌边之间.试画出小球所受弹力.

图2
例3 竖直悬挂的弹簧下端,挂一重为4 N的物体时弹簧长度为12 cm;挂重为6 N的物体时弹簧长度为13 cm,则弹簧原长为______ cm,劲度系数为______ N/m.
听课记录  

图3
变式训练2 如图3所示,A、B两物体的重力分别是GA=3 N,GB=4 N.A用细线悬挂在顶板上,B放在水平面上,A、B间轻弹簧中的弹力F=2 N,则细线中的张力FT及B对地面的压力FN的可能值分别是(  )
A.5 N和6 N B.5 N和2 N
C.1 N和6 N D.1 N和2 N

图4
例4 如图4所示,叠放的物体A、B静止于水平地面上,物体A对物体B的压力是10 N,试画出这个力的图示和示意图.

图5
例5 如图5所示,一个质量分布均匀的球放在互成120°角的两块光滑平面之间,保持静止状态,球与水平面AB相切于a点,与倾斜面AC相切于b点,试分析球的受力情况,画出球的受力示意图.

图6
变式训练3 如图6所示,一小球用两根轻绳挂于天花板上,小球静止,绳1倾斜,绳2恰好竖直,则小球所受的作用力有(  )
A.1个 B.2个
C.3个 D. 4个
【即学即练】
1.下列有关弹力的一些说法中,正确的是(  )
A.只有弹簧才有可能施加弹力
B.施加弹力的物体一定有形变
C.墨水瓶放在课桌上,墨水瓶对课桌施加了弹力,但墨水瓶并没发生形变
D.压力就是竖直向下压的力
2.将一本书放在水平桌面上静止,则下面说法中正确的是(  )
A.书对桌面的压力就是书受的重力,施力物体是地球
B.书对桌面的压力是弹力,在数值上等于书受的重力
C.书对桌面的压力是弹力,是由于书发生形变而产生的
D.书能静止,是由于书的重力大于桌面对书的支持力
3.下列叙述中错误的是(  )
A.压力、支持力和拉力都是弹力
B.压力和支持力的方向总垂直于接触面
C.轻绳、轻杆上产生的弹力总是在沿绳、杆的直线上
D.轻杆不同于轻绳,弹力的方向可以不在沿杆的直线上
4.画出图中小球或杆所受弹力的示意图.

参考答案
课前自主学习
1.形状 2.恢复原状 3.原来的形状
4.弹性形变 5.(1)接触 (2)弹性形变
6.压力 支持力 拉力 张力
7.(1)垂直 (2)收缩
8.(1)弹簧的伸长(或缩短)量x (2)F=kx 劲度系数 N/m
9.箭头 箭头 力的示意图 力的图示
核心知识探究
一、
[问题情境]
1.观察到形状或体积发生了改变.
2.弹簧被拉直后不能恢复原长.
[要点提炼]
1.体积 2.弹性
二、
[问题情境]
它们是压力、拉力、支持力等,都是接触力,在物理学中叫弹力.日常生活中,推、拉、提、压是弹力常见的表现形式.
[要点提炼]
2.(1)接触 (2)弹性形变 3.相同
三、
[要点提炼]
1.伸长(或缩短)量x
2.(1)弹性形变 (2)形变量 (3)无关
解题方法探究
例1 D
例2如下图所示.

解析 由于球受到竖直向下的重力作用,一定与AB面和AC面相互挤压,所以球一定受到两斜面的弹力作用,弹力的方向与斜面形变的方向相反,分别垂直于AB面和AC面指向球体.
此题也可以用假设法判断,假设去掉其中一个斜面则球都不能静止,由此可知两斜面对球都有弹力作用.
变式训练1 如图所示.

解析 由于弹力的方向总是垂直于接触面,在A点,弹力F1应该垂直于球面,所以沿半径方向指向球心O;在B点弹力F2垂直于墙面,因此也沿半径指向球心O.
例3 10 200
解析 弹簧下端悬挂物体时弹簧要伸长,由胡克定律得知:弹簧的拉力与弹簧伸长量成正比,即F=kx,其中k为劲度系数,x为弹簧伸长量,x在数值上等于伸长后总长度L减去原长L0,即x=L-L0.改变悬挂重物的重力,伸长量变化,这样可以列出两个方程,通过方程组可求出弹簧原长和劲度系数.
设弹簧的原长为L0,劲度系数为k,设挂G1=4 N的重物时弹簧的长度为L1,挂G2=6 N的重物时弹簧的长度为L2,则L1=12 cm,L2=13 cm,由胡克定律得:
G1=k(L1-L0)
G2=k(L2-L0)
代入数据解得:L0=10 cm,k=200 N/m
即弹簧原长为10 cm,劲度系数为200 N/m.
变式训练2 BC
例4 见解析
解析  (1)画力的图示:

①选定标度:此题用2 mm长的线段表示2 N的力.
②从作用点沿力的方向画一线段,线段长短根据选定的标度和力的大小成正比,线段上加刻度,如图甲所示,也可以如图乙所示,从O点(用O点代替B物体)竖直向下画一段五倍于标度(即10 mm)的线段;
③在线段上加箭头表示力的方向.
(2)画力的示意图:从作用点或从B的中心处沿力的方向画一线段,并加上箭头,表示方向,然后标明FN=10 N即可,如图丙所示.
例5 见解析
解析 解法一 放在水平面上的球,由于受到重力的作用而挤压水平面,使水平面和球同时发生微小形变.水平面AB由于发生微小的压缩形变后要恢复原状,对球产生垂直于水平面向上的弹力Fa.球与倾斜面AC相切于b点,球是否受到AC面对它的弹力作用呢?假设把AC面轻轻地从左侧拆除,将观察到球仍保持静止状态.现球与AC面虽然在b点接触,但不相互挤压,不发生形变,故AC面对球没有弹力作用.综上所述,球受到重力G和水平面AB对它的支持力Fa两个力的作用,保持静止状态,满足二力平衡的条件,Fa=G,受力示意图如图甲所示.
  
甲         乙
解法二 假设法
假设所有与研究对象接触的物体都施加了弹力,画出假设状态下的受力图,判断受力情况与原有状态是否矛盾.若矛盾,说明假设不正确,则两者间无弹力产生;若不矛盾,说明假设正确,则有弹力产生.现用这种思路再分析上例.假设AC面和水平面AB对球体都产生弹力,分别为Fb和Fa.对球体进行受力分析如图乙所示.由图可知,Fb的存在显然不能使球体处于静止状态,与题设条件(球体静止)相矛盾.故AC面对球体无弹力.
变式训练3 B
即学即练
1.B 2.BC 3.C

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