☆學習目標 知道彈力產生條件;知道壓力、支持力、繩子的拉力都是彈力,能在力的示意圖中畫出它們的方向;知道形變越大彈力越大,知道彈簧的彈力跟彈簧的形變量成正比,即胡克定律,會用胡克定律解決有關問題。
☆重點難點 【重點】彈力產生的條件、彈力的方向;胡克定律及應用。
【難點】彈力有無的判斷和彈力方向的判斷。
☆預習檢測
一、彈性形變和彈力
1.物體在力的作用下 發生改變叫做形變,有些物體在形變后能夠恢復原狀,這種形變叫做 。
2.發生彈性形變的物體由于要 ,對與它接觸的物體產生力的作用,這種力叫做 。如果形變過大,超過一定的限度,撤去作用力后,物體就不能完全恢復原來的形狀,這個限度叫做 。
【針對練習1】關于彈性形變的概念,下列說法中正確的是( 。
A.物體形狀的改變叫彈性形變
B.物體在外力停止作用后的形變,叫彈性形變
C.一根鐵桿用力彎折后的形變就是彈性形變
D.物體在外力停止作用后,能夠恢復原來形狀的形變,叫彈性形變
【針對練習2】 關于彈力,下列敘述正確的是( )
A.兩物體相互接觸,就一定會產生相互作用的彈力?
B.兩物體不接觸,就一定沒有相互作用的彈力?
C.兩物體有彈力作用,物體不一定發生了彈性形變?
D.只有彈簧才能產生彈力?
二、幾種彈力
3.彈力的方向總是與物體形變的方向 ,具體如下:
(1)壓力和支持力的方向都 物體的接觸面指向被壓和被支持的物體;
(2)繩的拉力方向是沿著繩而 ;
(3)輕桿的彈力不一定沿桿,要具體情況具體分析.
【針對練習3】 關于彈力的方向,下列說法正確的是?( )
①彈力的方向一定垂直于接觸面?②彈力的方向不一定垂直于接觸面?
③繩子類軟物體產生的彈力一定垂直于被拉物體的平面?
④繩子類軟物體產生的彈力一定沿繩子的方向?
A.①③B.①④ C.②③D.②④?
三、胡克定律
4.彈力的大小與 有關,形變越大,彈力 ,形變消失,彈力 ,但定量關系一般比較復雜.
5.彈簧發生彈性形變時,彈力的大小F跟彈簧 (或縮短)的長度x成 ,即 ,其中k為彈簧的 ,表示彈簧的軟硬程度.
【針對練習4】 關于彈簧的勁度系數k,下列說法正確的是( )
A.與彈簧所受的拉力大小有關,拉力越大,k值也越大
B.由彈簧本身決定,與彈簧所受的拉力大小及形變程度無關
C.與彈簧發生的形變的大小有關,形變越大,k值越小
D.與彈簧本身特性、所受拉力的大小、形變大小都無關
【參考答案】1.形狀或體積;彈性形變 2.回復原狀;彈力;彈性限度 3. 相反;垂直于;指向其收縮的方向 4.形變大;越大;隨著消失 5.伸長;正比;F=kx;勁度系數
【針對練習】1.D 2.B 3.B 4.B
☆典型例題
例 如圖所示,一個銅球放于茶杯中,銅球與杯底部和左側壁接觸,處于靜止狀態,若銅球與杯子的內壁都是光滑的,則側壁對銅球有無彈力作用?
解析:我們用假設法分析,先假設去掉杯子的側壁,結果銅球仍然保持靜止狀態不變,說明杯子的側壁對鋼球沒有彈力作用。
用“假設法”判斷彈力有無的另一種思路為:假設所有的接觸面對研究對象有或沒有彈力的作用,再作出假設狀態下研究對象的受力分析圖,判斷出物體的受力情況是否與其原來題設的運動狀態相矛盾。若不發生矛盾,則假設正確;若發生矛盾,則假設不正確。
現用此思路再分析一下上述例題:假設銅球除受重力G和水平杯底支持力N外,還受到杯的左側壁的彈力F,作出其受力分析圖,由圖可以看出彈力F的水平分力將使銅球水平向右運動。這一結果與原題設條件(銅球靜止)是相矛盾的,故假設不正確,所以,球與杯左側壁雖接觸,但并不存在彈力。
點評: “假設法”是研究物理問題的一種重要方法,它在以后的學習中還會經常遇到,同學們在學習中一定要掌握這一方法的解題要領。
☆隨堂練習
1.下圖中各靜止物體所受的彈力正確的是( )
2.在下圖中,a、b(a、b均處于靜止狀態)間一定有彈力的是( )
3.畫出下圖中小球或桿受到的彈力。除(2)圖中的地面外,其他各接觸面均光滑。
4.下表是某同學為探索彈力和彈簧伸長的關系所測的幾組數據:
(1)請你在下圖中的坐標線上作出 圖象。
(2)寫出曲線所代表的函數關系式( 用m作單位)。
(3)解釋函數表達式中常數的物理意義。
5.一根彈簧的伸長量( )和所受的外力( )之間的關系如圖所示,試就圖象回答:
(1)若彈簧原長 為50 cm,要使彈簧伸長到60 cm,需要多大的拉力?
(2)如果用900 N的拉力時(仍在彈性限度內),彈簧長度變為多少?
【參考答案】
1.A 解析:利用“檔板”法,撤去D選項中的FN2對應觸點,物體均不動,說明C、D選項中FN2不存在.A項中若撤走豎直“板”,球沿斜面向下運動,說明FN1存在.B選項中FN1應垂直棒向上.選A.
2.B 解析:A、C、D雖然a和b都接觸,但彈力是不存在的,根據初中二力平衡知識可知,單獨對b物體分析,重力和拉力(C圖是支持力)已經平衡,a、b間不可能再有彈力,原因就是接觸不一定形變.所以只有B對.
3.解析:根據不同接觸面上彈力的特點,作圖如下:
4.解析: 根據已有數據選好坐標軸每格所代表的物理量的多少,是做好圖象的關鍵。
做圖象的方法:用平滑的曲線(或直線)將坐標紙上的各點連接起來,若是直線,應使各點均勻分布于直線兩側,偏離直線太大的點,應舍棄掉。
(1)將 軸每一小格取為lcm, 軸每一小格取為0.25N,將各點標在坐標紙上,并連成直線,如圖所示.
(2)由圖象得: ;
(3)函數表達式中的常數:表示使彈簧伸長(或壓縮)1m所需的拉力為20N。
5.解析: 由圖象可求得彈簧的勁度系數,即圖線的斜率為:
N/m= N/m。
(1)由胡克定律 得,當 60cm-50cm=10cm m時,彈簧彈力為 N=300 N,即需要的拉力為300N;
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