31《探究形變與彈力的關(guān)系》學(xué)案

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1、3.1 探究形變與彈力的關(guān)系 學(xué)習(xí)目標(biāo)： 學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 學(xué)習(xí)難點(diǎn)： 主要內(nèi)容： 班級(jí) 姓名 學(xué) 號(hào) 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，并能在具體問題中正確畫出它們的方向。 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。 1. 彈力有無(wú)的判斷。 2. 彈力方向的判斷。 、 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

2、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)中研究問題的一種重要方法。 2. 形變的分類 ① 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)原來形狀的形變，如保險(xiǎn)絲、橡 皮泥

3、等發(fā)生的形變都叫做塑性形變（非彈性形變） o 注意：如果對(duì)彈簧、鋼條用力過大，使之形變超過一定限度，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，今后凡說到形變（除非特別說明），都指彈性形變。 ② 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。 、 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)

4、生條件：①物體直接接觸；②發(fā)生形變。互相接觸的物體之間是否 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： ① 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。 ② 壓力的方向垂直于支持面指向被壓的物體

5、。 ③ 支持力的方向垂直于支持面指向被支持的物體。 ④ “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：彈力通過接觸點(diǎn)垂直于平面； C. 點(diǎn)與曲面接觸：彈力通過接觸點(diǎn)垂直于過點(diǎn)的切面； 曲面與曲面接袖’彈力通過按觸曲垂直于公切而（相出于點(diǎn)與點(diǎn)接融人 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?隨之 消失。 ① 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。 ② 彈力大小和物體形變的關(guān)系一般比較復(fù)雜。而彈簧

6、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)系可用胡克定律表不： 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N / m,如k=1000N / m,表示使彈簧伸長(zhǎng)或縮短 Im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

7、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。 【例二】如圖所示，質(zhì)量為 m的小球，在互成120。的兩光滑平面間靜止，且 ON水平， 則球?qū)?M面的壓力大小為 - n X 【例二】畫岀下列各圖中 A物體所受彈力的示意圖 練: 1. A. B. C. D. 2. A. 3. 課后作業(yè): 【例四】在一根長(zhǎng) L=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 h=70cm。則該彈簧的勁度系數(shù) k= 彈簧的伸長(zhǎng)量將為 課堂訓(xùn) ,若再掛一重為 200N的重物, cm。 下列

8、關(guān)于彈力方向的說法正確的是（） 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。 彈力的方向總是豎直的。 彈力的方向總是與形變的方向相反。 彈力的方向總與形變的方向一致。 關(guān)于彈簧的勁度系數(shù)，下列說法中正確的是（ ） 與彈簧所受的拉力有關(guān)，拉力越大， k值也越大。 與彈簧發(fā)生的形變有關(guān)，形變?cè)酱螅?k值越小。 山彈簧本身決定，與彈簧所受的拉力大小及形變程度無(wú)關(guān)。 與彈簧木身特征、所受拉力大小、形變的大小都有關(guān) 如圖所示，一彈簧豎立在水平面上，它的倔強(qiáng)系數(shù)為 性限度內(nèi)，要使其壓縮 4cm,需加壓力是多大？ B. C. D. 4.如圖所示，彈簧秤和細(xì)線的重力 及一切摩擦不

9、計(jì)，物重 彈 G=1N,則 簧秤A和B的示數(shù)分別為（ A. C. IN, 0 2N, IN B. 0, 1N D. IN, 1N 100N/m,在彈 1. 關(guān)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(fù)原來形狀的形變，叫彈性形變。 2. 關(guān)于彈

10、力的說法，正確的是（） A. 只要兩個(gè)物體接觸就一定產(chǎn)生彈力。 B. 看不岀有形變的物體間一定沒有彈力。 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. 下列說法正確的是（） 的 的。 A. 水杯放在水平桌面上受到一個(gè)向上的彈力，

11、這是因?yàn)樗l(fā)生微小形變而產(chǎn)生 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 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的力通過繩了和定滑輪拉一個(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 N、_ _N、 No M對(duì)地面的正壓力大 小為 N, 6. 按下列要求畫岀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)

12、 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 () A. 2G/k B. G/k C. 3G / k D. G/2k 8. 兩長(zhǎng)度 相同的輕彈簧，其勁度系數(shù)分別為 ki=1500N/m, k 2=2000N/m,在它們下面掛上 同樣重物時(shí)，它們的伸長(zhǎng)量之比九：女口 = ;當(dāng)它 們伸長(zhǎng)同樣長(zhǎng)度時(shí)，所掛重物的重力之比 G： 2 。 閱讀材料：羅伯特？胡克(Hooke Ro

13、bert 1635-1703)是17世紀(jì)英國(guó)最杰岀的科學(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。16

14、77年至1683年就任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)秘書并負(fù)責(zé)岀版會(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）” o 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

15、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，文中根據(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)：1.一切天體都具有 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

16、 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，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)

17、（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。 . 他協(xié)助玻意 , 玻意耳 輪式氣壓 經(jīng)設(shè)計(jì)過一架 量等。由于胡克和 是皇家學(xué)會(huì)幕后的靈 為此奉獻(xiàn)了一生。他研究 作為科學(xué)家的素養(yǎng)，胡克還缺 這樣便不容易從理論和實(shí)踐的 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 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。利用這一設(shè)備 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 計(jì)等 . 他還建議用液體的凝固點(diǎn)及膨脹或收縮程度來作為溫標(biāo)刻度的根據(jù)。胡克曾 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 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：“如果說玻意耳 魂，那么胡克提供學(xué)會(huì)的就是雙眼和雙手了”。胡克熱愛科學(xué)事業(yè)，并 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 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， 結(jié)合上透徹地分析與解決問題。這也是胡克與牛頓相比的 遜色之處。