高中物理必修一 3.2《彈力》教學(xué)案

111學(xué)習(xí)目標(biāo): 1. 了解形變的概念。2. 理解彈力是物體發(fā)生彈性形變時(shí)產(chǎn)生的。3. 知道什么是彈力及彈力產(chǎn)生的條件。4. 能夠正確判斷彈力的有無(wú)和彈力的方向。5知道壓力、支持力、拉力都是彈力，并能在具體問(wèn)題中正確畫(huà)出它們的方向。6知道形變?cè)酱?，彈力越大，掌握胡克定律的?nèi)容和適用條件。學(xué)習(xí)重點(diǎn): 1. 彈力有無(wú)的判斷。2. 彈力方向的判斷。學(xué)習(xí)難點(diǎn): 主要內(nèi)容:一、形變 物體的形狀和體積的改變叫形變。 1形變產(chǎn)生的原因是受到了外力作用。任何物體在外力的作用下都能發(fā)生形變。只是形變的明顯程度不同。有的形變比較明顯(如彈簧的伸長(zhǎng)或縮短)，可以直接看出；有的形變微小，需要采用特殊方法才可觀察到如利用激光反射法演示堅(jiān)硬桌面的微小形變，利用細(xì)管中液面的升降顯示硬玻璃瓶的形變，都是把微小形變放大以利于觀察。把微小變化放大以利于觀察或測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法，叫“微量放大法”，這是物理學(xué)中研究問(wèn)題的一種重要方法。 2形變的分類 從形變可否恢復(fù)原狀分： A彈性形變：在外力停止作用后，能夠恢復(fù)原來(lái)形狀的形變，如彈簧、鋼條在通常情況下發(fā)生的形變都叫做彈性形變。 B塑性形變：在外力停止作用后，不能恢復(fù)原來(lái)形狀的形變，如保險(xiǎn)絲、橡皮泥等發(fā)生的形變都叫做塑性形變(非彈性形變)。 注意：如果對(duì)彈簧、鋼條用力過(guò)大，使之形變超過(guò)一定限度，既使撤去外力，也不能完全恢復(fù)原狀，這個(gè)限度叫彈性限度。在彈性限度內(nèi)，彈簧、鋼條發(fā)生的形變都是彈性形變。研究彈性形變有實(shí)際意義，今后凡說(shuō)到形變（除非特別說(shuō)明），都指彈性形變。 從對(duì)外表現(xiàn)形式上可分為拉伸形變（或壓縮形變）、彎曲形變、扭轉(zhuǎn)形變等。 二、彈力 發(fā)生形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，對(duì)跟它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力。 1彈力的施力物體是發(fā)生形變的物體；受力物體是與施力物體接觸，使施力物體發(fā)生形變且阻礙其恢復(fù)原狀的物體。2彈力的產(chǎn)生條件：物體直接接觸；發(fā)生形變?；ハ嘟佑|的物體之間是否存在彈力，取決于是否存在形變。有些物體形變明顯，如彈簧的伸長(zhǎng)或縮短，很容易判斷出是否有彈力；有些接觸物體間形變不明顯，判斷有無(wú)彈力可用假設(shè)法。即假設(shè)把相接觸的某個(gè)物體撤去，看研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有無(wú)改變：若無(wú)改變，則無(wú)彈力作用；若發(fā)生改變，則有彈力存在。 3通常所說(shuō)的拉力、壓力、支持力等，實(shí)質(zhì)上都是彈力。 4彈力的方向是從施力物體指向受力物體，與施力物體形變的方向相反。具體地說(shuō)： 繩子拉力(繩子對(duì)所拉物體的彈力)的方向總是沿著繩而指向繩收縮的方向。 壓力的方向垂直于支持面指向被壓的物體。 支持力的方向垂直于支持面指向被支持的物體。 “支持面”就是兩物的接觸面。深入考察一般物體的接觸情況，大致有以下幾種： A平面與平面接觸：彈力與平面垂直； B點(diǎn)與平面接觸：彈力通過(guò)接觸點(diǎn)垂直于平面； C點(diǎn)與曲面接觸：彈力通過(guò)接觸點(diǎn)垂直于過(guò)點(diǎn)的切面；D曲面與曲面接觸：彈力通過(guò)接觸點(diǎn)垂直于公切面(相當(dāng)于點(diǎn)與點(diǎn)接觸)。5彈力的大小跟形變的大小有關(guān)：形變?cè)酱?，彈力也越大，形變消失，彈力也隨之消失。 彈力具有被動(dòng)適應(yīng)性。當(dāng)物體受力情況或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，形變情況將隨著改變，彈力也隨著變化。 彈力大小和物體形變的關(guān)系一般比較復(fù)雜。而彈簧的彈力和其形變(伸長(zhǎng)和縮短)的關(guān)系比較簡(jiǎn)單：在彈性限度內(nèi)，彈簧伸長(zhǎng)或縮短的長(zhǎng)度越大，彈簧的彈力就越大。彈簧的彈力大小跟彈簧的伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度成正比。 上述關(guān)系可用胡克定律表示： F=kx 式中F為彈力大小。x為彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)量。k為彈簧的勁度系數(shù)，其大小由彈簧本身的結(jié)構(gòu)(如材料、長(zhǎng)度、彈簧絲粗細(xì)、截面積、匝數(shù)等)決定。其單位是Nm，如k=1000Nm，表示使彈簧伸長(zhǎng)或縮短1m需用1000N的力。 6彈力的作用點(diǎn)在兩物體接觸處的受力物體上。 【例一】一物體靜止在桌面上，則（ ）A物體對(duì)桌面壓力就是物體的重力。B桌面發(fā)生形變對(duì)物體產(chǎn)生支持力。C物體對(duì)桌面壓力是桌面發(fā)生形變而產(chǎn)生的。D壓力、支持力是物體受到的一對(duì)平衡力?！纠咳鐖D所示，質(zhì)量為m的小球，在互成120的兩光滑平面間靜止，且0N水平，則球?qū)M面的壓力大小為_(kāi)?！纠慨?huà)出下列各圖中A物體所受彈力的示意圖?！纠摹吭谝桓L(zhǎng)lo=50cm的輕彈簧下豎直懸掛一個(gè)重G=100N的物體，彈簧的長(zhǎng)度變?yōu)閘1=70cm。則該彈簧的勁度系數(shù)k=_，若再掛一重為200N的重物，彈簧的伸長(zhǎng)量將為_(kāi)cm。課堂訓(xùn)練：1下列關(guān)于彈力方向的說(shuō)法正確的是( ) A彈力的方向總是垂直于接觸面并指向使其發(fā)生形變的物體。 B彈力的方向總是豎直的。 C彈力的方向總是與形變的方向相反。 D彈力的方向總與形變的方向一致。2關(guān)于彈簧的勁度系數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是（ ）A與彈簧所受的拉力有關(guān)，拉力越大，k值也越大。B與彈簧發(fā)生的形變有關(guān)，形變?cè)酱?，k值越小。C由彈簧本身決定，與彈簧所受的拉力大小及形變程度無(wú)關(guān)。D與彈簧本身特征、所受拉力大小、形變的大小都有關(guān)3如圖所示，一彈簧豎立在水平面上，它的倔強(qiáng)系數(shù)為100Nm,在彈 性限度內(nèi)，要使其壓縮4cm,需加壓力是多大?4如圖所示，彈簧秤和細(xì)線的重力及一切摩擦不計(jì)，物重G=1N，則彈簧秤A和B的示數(shù)分別為( ) A1N，0 B0，1N C2N，1N D1N，1N課后作業(yè)：1關(guān)于彈性形變的概念，下列說(shuō)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(fù)原來(lái)形狀的形變，叫彈性形變。2關(guān)于彈力的說(shuō)法，正確的是( )A只要兩個(gè)物體接觸就一定產(chǎn)生彈力。B看不出有形變的物體間一定沒(méi)有彈力。C只有發(fā)生彈性形變的物體才產(chǎn)生彈力。D發(fā)生形變的物體有恢復(fù)原狀的趨勢(shì)，對(duì)跟它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生彈力。3關(guān)于彈力方向的有關(guān)說(shuō)法正確的是( )A放在斜面上的物體受到斜面給的彈力方向是豎直向上的。B放在水平地面上的物體受到的彈力方向是豎直向下的。C將物體用繩吊在天花板上，繩受物體給的彈力方向是向上的。D彈力的方向垂直于接觸面或接觸點(diǎn)的切線而指向受力物體。4下列說(shuō)法正確的是( )A水杯放在水平桌面上受到一個(gè)向上的彈力，這是因?yàn)樗l(fā)生微小形變而產(chǎn)生的。B拿一細(xì)竹桿撥動(dòng)水中漂浮的木塊，木塊受到的彈力是由于木塊發(fā)生形變而產(chǎn)生的。C繩對(duì)物體的拉力方向總是沿著繩而指向繩收縮的方向。D掛在電線下的電燈受到向上的拉力，是因?yàn)殡娋€發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的。5如圖示，一個(gè)重600N的人用300N的力通過(guò)繩子和定滑輪拉一個(gè)靜止在地面上重1 000N的物體M，則人受到_力、_力和重力的作用，其大小分別為_(kāi)N、_N、_N。M對(duì)地面的正壓力大小為_(kāi)N。6按下列要求畫(huà)出下圖中物體所受的彈力的示意圖。(1)圖：斜面對(duì)物塊的支持力(2)圖：墻壁對(duì)球的支持力(3)圖：大球面對(duì)小球的支持力(4)圖：半球形碗內(nèi)壁對(duì)桿下端的支持力和碗邊緣對(duì)桿的支持力(5)圖；墻和地面對(duì)桿的彈力7兩條勁度系數(shù)均為k的輕彈簧，連接后豎直懸掛。在其中點(diǎn)和下端同時(shí)掛上一個(gè)重G的小球，則兩彈簧的伸長(zhǎng)之和為( ) A2Gk BGk C3Gk DG/2k8.兩長(zhǎng)度相同的輕彈簧，其勁度系數(shù)分別為k1=1500N/m，k2=2000N/m，在它們下面掛上同樣重物時(shí)，它們的伸長(zhǎng)量之比x1：x2=_；當(dāng)它們伸長(zhǎng)同樣長(zhǎng)度時(shí)，所掛重物的重力之比G1：G2=_。閱讀材料：羅伯特胡克(Hooke Robert 16351703)是17世紀(jì)英國(guó)最杰出的科學(xué)家之一。他在力學(xué)、光學(xué)、天文學(xué)等諸多方面都有重大成就。他所設(shè)計(jì)和發(fā)明的科學(xué)儀器在當(dāng)時(shí)是無(wú)與倫比的。他本人被譽(yù)為是英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的“雙眼和雙手”。 1653年，胡克進(jìn)入牛津大學(xué)里奧爾學(xué)院學(xué)習(xí)。在這里，他結(jié)識(shí)了一些頗有才華的科學(xué)界人士。這些人后來(lái)大都成為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的骨干。1655年，胡克被推薦給玻意耳當(dāng)助手，在玻意耳的實(shí)驗(yàn)室工作。1663年，胡克獲得了文學(xué)碩士學(xué)位，并且被選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。1665年，胡克擔(dān)任格列夏姆學(xué)院幾何學(xué)、地質(zhì)學(xué)教授，并從事天文觀測(cè)工作。1676年，胡克發(fā)表了著名的彈性定律。1677年至1683年就任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)秘書(shū)并負(fù)責(zé)出版會(huì)刊。早在1663年，胡克就起草了皇家學(xué)會(huì)章程草案，規(guī)定學(xué)會(huì)的宗旨是“靠實(shí)驗(yàn)來(lái)改進(jìn)有關(guān)自然界諸事物的知識(shí)，以及一切有關(guān)的藝術(shù)、制造、實(shí)用機(jī)械、發(fā)動(dòng)機(jī)和新發(fā)明(不牽涉神學(xué)、形而上學(xué)、道德、政治、語(yǔ)法修辭或邏輯)”。胡克作為該學(xué)會(huì)的實(shí)驗(yàn)工作與日常事務(wù)探辦人，在長(zhǎng)達(dá)20多年的學(xué)會(huì)活動(dòng)中，接觸并深入到當(dāng)時(shí)自然科學(xué)活躍的前沿領(lǐng)域，且均做出了自己的貢獻(xiàn)。 胡克在力學(xué)方面貢獻(xiàn)尤為卓著。他從1661年開(kāi)始積極參加了皇家學(xué)會(huì)研究重力本質(zhì)的專門委員會(huì)的活動(dòng)。為了確定物體重力與地心距離的關(guān)系，他用一架精密天平放在威斯特敏斯特教堂的塔尖上，稱量一塊鐵和一段很長(zhǎng)的繩子的重量，然后將這塊鐵掛在繩子的末端再稱，看是否因?yàn)殍F塊十分接近地面而改變重量，結(jié)果并無(wú)測(cè)出明顯的改變。后來(lái)他又在舊圣保羅教堂重作了這一實(shí)驗(yàn)。1674年，胡克發(fā)表了從觀察角度證明地球周年運(yùn)動(dòng)的嘗試的論文，文申根據(jù)修正的慣性原理，從行星受力平衡觀占出發(fā)，提出了行星運(yùn)動(dòng)的三條假設(shè)：l.一切天體都具有傾向其中心的吸引作用或重力，它不僅吸引其本身各部分，并且還吸引其作用范圍內(nèi)的其它天體；2每一物體都保持平直、簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)而且繼續(xù)沿直線前進(jìn)，直到受到其它作用力影響，因而改變?yōu)閳A、橢圓或其他曲線運(yùn)動(dòng)為止；3受到吸引力作用的物體，越靠近吸引中心，其吸引力也越大。胡克在1679年給牛頓的信中正式提出了引力與距離平方成反比的觀點(diǎn)，但他并沒(méi)有將自己的引力思想如牛頓所作的那樣用數(shù)學(xué)式子表示出來(lái)，并用太陽(yáng)、地-球、月亮、行星和地球上物體的運(yùn)動(dòng)實(shí)倒采加以驗(yàn)證。因此，把發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的殊榮被牛頓獨(dú)占，但胡克的某些想法對(duì)牛頓完成萬(wàn)有引力的研究是起著積極的啟示作用的。彈性定律是胡克最重要的發(fā)現(xiàn)之一，也是力學(xué)最重要基本定律之一胡克的彈性定律指出：在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力f和彈簧的長(zhǎng)度x成正比，即f=kx。k是物質(zhì)的彈性系數(shù)，它由材料的性質(zhì)所決定，負(fù)號(hào)表示彈簧所產(chǎn)生的彈力與其伸長(zhǎng)(或壓縮)的方向相反。為了證實(shí)這一定律，胡克做了大量實(shí)驗(yàn)，制作了各種材料構(gòu)成的各種形狀的彈性體。 胡克在儀器的制造和改進(jìn)方面的特長(zhǎng)；早在其作為玻意耳的助手時(shí)就顯露出來(lái)他協(xié)助玻意耳三次改進(jìn)了真空泵。第三次改進(jìn)后的抽氣機(jī)已具有現(xiàn)代真空泵的雛形。利用這設(shè)備，玻意耳和胡克完成了氣體的玻意耳定律實(shí)驗(yàn)。胡克改進(jìn)的儀器有復(fù)式顯微鏡和用指針讀數(shù)的輪式氣壓計(jì)等他還建議用液體的凝固點(diǎn)及膨脹或收縮程度來(lái)作為溫標(biāo)刻度的根據(jù)。胡克曾經(jīng)設(shè)計(jì)過(guò)一架大型的。氣候鐘”，用以測(cè)量和記錄風(fēng)力、風(fēng)向、溫度、壓強(qiáng)、和濕度、降雨量等。由于胡克和玻意耳對(duì)皇家學(xué)會(huì)起著積極的作用，因而人們稱頌他們：“如果說(shuō)玻意耳是皇家學(xué)會(huì)幕后的靈魂，那么胡克提供學(xué)會(huì)的就是雙眼和雙手了”。胡克熱愛(ài)科學(xué)事業(yè)，并為此奉獻(xiàn)了一生。他研究的面十分廣泛，如建筑、化石、氣象等，他都有所涉獵和貢獻(xiàn)。但作為科學(xué)家的素養(yǎng)，胡克還缺少熟練雄厚的數(shù)學(xué)與邏輯推理功力作為進(jìn)行研究和思維的武器，這樣便不容易從理論和實(shí)踐的結(jié)合上透徹地分析與解決問(wèn)題。這也是胡克與牛頓相比的遜色之處。 111