高中物理 模塊要點回眸 第17點 全面理解胡克定律素材 滬科版必修1(通用)
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高中物理 模塊要點回眸 第17點 全面理解胡克定律素材 滬科版必修1(通用)
第17點 全面理解胡克定律
彈簧發(fā)生彈性形變時,彈力的大小F跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比——這就是胡克定律,即:F=kx,式中k叫做彈簧的勁度系數(shù),單位是牛每米,符號是N/m.
1.從以下四點理解胡克定律
(1)定律的成立是有條件的,就是彈簧要發(fā)生“彈性形變”,即在彈性限度內(nèi).
(2)表達式中的x是彈簧的形變量,是彈簧伸長(或縮短)的長度,而不是彈簧的原長,也不是彈簧形變后的長度.
(3)表達式中的勁度系數(shù)k,反映了彈簧的“軟”“硬”程度,其大小與彈簧的材料、形狀、長度有關.
(4)由于彈簧的形變量x常以“cm”為單位,而勁度系數(shù)k又往往以“N/m”為單位,在應用公式時要注意將各物理量的單位統(tǒng)一.
2.胡克定律的另一種表達形式
設勁度系數(shù)為k的彈簧,在形變量為x1、x2時產(chǎn)生的彈力分別為F1、F2,則根據(jù)胡克定律F=kx,有F1=kx1,F(xiàn)2=kx2.兩式相減,有F1-F2=k(x1-x2),即ΔF=kΔx.
上式表明:彈簧發(fā)生彈性形變時,彈力的變化ΔF與彈簧長度的變化Δx成正比.
對點例題 量得一只彈簧測力計3 N和5 N兩刻線之間的距離為2.5 cm,求:
(1)這只彈簧測力計所用彈簧的勁度系數(shù);
(2)這只彈簧測力計3 N刻線與零刻線之間的距離.
解題指導 (1)根據(jù)ΔF=kΔx得k=
所以k==0.8 N/cm=80 N/m
(2)又由F1=kx1得x1=
所以x1==3.75 cm
答案 (1)80 N/m (2)3.75 cm
技巧點撥
圖1
F=kx是胡克定律的數(shù)學表達式,F(xiàn)與x的關系還可以用圖像來描述,橫軸為自變量x,縱軸為因變量F,其圖像是一條過原點的直線,如圖1所示,圖像上各點的坐標(x,F(xiàn))反映彈簧的一個工作狀態(tài),所以這一條直線是彈簧所有狀態(tài)的集合,直線的斜率k==反映了彈簧的勁度系數(shù),從圖像還可以看到:F與x對應,ΔF與Δx對應,彈簧的勁度系數(shù)可用k=計算,也可用k=計算,這樣使胡克定律的應用變得更加靈活.
如圖2所示為一輕質(zhì)彈簧的長度和彈力大小的關系圖像,根據(jù)圖像判斷,下列結(jié)論正確的是( )
圖2
A.彈簧的勁度系數(shù)為1 N/m
B.彈簧的勁度系數(shù)為100 N/m
C.彈簧的原長為6 cm
D.彈簧伸長0.2 m時,彈力的大小為4 N
答案 BC
解析 圖線與橫軸交點為彈簧原長,即原長為6 cm;勁度系數(shù)為直線斜率k== N/m=100 N/m;彈簧伸長0.2 m時,彈力F=kx=100×0.2 N=20 N.所以選項B、C正確.