新人教版物理必修第一冊講義3.1.重力與彈力

1、1.重力與彈力知識綱要導引並力與彈力、4力的圖示1力的盍示方法h-(力的示盍圖A定兗-彈力)-(方向：垂山接觸面L胡克定律H74大/卜；T童力-f方向申宜向下-(巫心：位乞蚯盤核心素養(yǎng)目標物理觀念科學思維重力、重心、形變、彈力等效法、放大法、公式法科學探究懸掛法尋找重心、探究彈力與形變量的關系科學態(tài)度與責任重力、彈力在生產生活中的應用基礎導學一、重力(自學教材第59、60頁“重力”部分)1. 定義：由干地球的吸引而使物體受到的力.2. 大小：G=mg,_其中g就是自由落體加速度，一般計算中g=9.8m/s2或g=10m/s2.3. 方向：豎直向下.4. 重心：重心可以看作是物體所受重力的作用點

2、.(1) 定義：一個物體的各部分都受到重力的作用，從效果上看，可以認為各部分受到的重力作用集中于一點，這一點叫做物體的重心(centerofgravity).(2) 決定物體重心位置的因素.物體的形狀.質量均勻分布的物體，重心的位置只跟物體的形狀有關.物體質量的分布.質量分布不均勻的物體，重心的位置除了跟物體的形狀有關外，還跟物體內質量的分布有關.(3)不規(guī)則薄板重心的確定應用二力平衡的知識通過實驗來確定形狀不規(guī)則物體的重心位置.5. 力的表示方法(1) 力的圖示力可以用有向線段表示.有向線段的長短表示力的大小，箭頭表示力的方向，箭尾(或箭頭)表示力的作用點.這種表示力的方法，叫作力的圖示.(

3、2) 力的示意圖在不需要準確標度力的大小時,通常只需畫出力的作用點和方向，這種表示力的方法，叫作力的示意圖.二、彈力(自學教材第60、61頁“彈力”部分)1. 接觸力：物體與物體接觸時發(fā)生的相互作用稱為接觸力.接觸力按其性質可以分為彈力和摩擦力2. 形變：物體在力的作用下形狀或體積會發(fā)生改變，這種變化叫作形變(deformation).3. 彈力：發(fā)生形變的物體，要恢復原狀，對與它接觸的物體會產生力的作用，這種力叫作彈力(elasticforce).4. 彈力的方向壓力支持力垂直于物體的接觸面，指向被壓縮或被支持的物體繩的拉力沿著繩子指向繩子收縮的方向三、胡克定律(自學教材第61頁“胡克定律”

4、部分)1. 彈性形變：物體在發(fā)生形變后，如果撤去作用力能夠恢復原狀，這種形變叫作彈性形變(elasticdeformation).2. 彈性限度：如果形變過大，超過一定的限度，撤去作用力后物體不能完全恢復原來的形狀，這個限度叫作彈性限度(elasticlimit).3. 胡克定律：(1) 實驗表明，彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力的大小跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比，即F=kx.(2) k為彈簧的勁度系數(shù)，單位是牛頓每米，符號用N/m表示.(3) 比較而言，k越大，彈簧越“硬”；k越小，彈簧越“軟”.【思考】(1) 發(fā)生形變的物體一定產生彈力.()(2) 若兩物體間存在彈力，則它們一定接觸.()(

5、3) 彈簧的長度越長，彈力越大.()(4) 彈力的方向總與相應的形變的方向相反.()(5) 只有在一定條件下，胡克定律才成立.()答案：(1)X(2)V(3)X(4)V(5)V【教材解疑】(第61頁)演示通過平面鏡觀察桌面的微小形變如圖，在一張大桌子上放兩個平面鏡M和N，讓一束光依次被這兩面鏡子反射，最后射到墻上，形成一個光點.按壓兩鏡之間的桌面，觀察墻上光點位置的變化.這個現(xiàn)象說明了什么？觀康微小也變水意圖問題解答：用力壓桌面，墻上光點位置向下移.這說明桌面在力的作用下發(fā)生了形變，中間下凹，致使平面鏡向里傾斜，光點位置下移.課堂探究【問題探究】探究點1如圖所示，為什么樹上的蘋果總要落向地面？

6、提示：蘋果落向地面是因為受到地球的吸引而產生的重力作用.探究點2如圖所示，為什么使用重垂線可以檢測墻壁是否豎直？提示：重垂線能檢測墻壁是否豎直的原理是重力的方向是豎直向下的.重錘靜止時，懸掛重錘的細線方向一定是豎直方向的，如果墻壁與細線平行，就說明墻壁是豎直的，沒有傾斜.探究點3用一根細線將鉛筆水平吊起時，細線懸掛鉛筆的位置有幾個？是不是只有鉛筆的這個位置才受到重力的作用？提示：細線懸掛的位置在鉛筆的中心，且只有細線系在該處時鉛筆才能處于水平，系在其他的任何位置時，鉛筆都不能水平當鉛筆在水平位置平衡時，細線所在的位置就是鉛筆重心的位置.【探究總結】1. 重力的產生：(1) 地面附近一切物體都受

7、到地球的吸引，由于地球的吸引而使物體受到的力叫作重力.(2) 在同一地點，重力的大小與質量成正比，即G=mg.2. 重力的方向：(1) 重力的方向總是豎直向下，可利用鉛垂線確定其方向.(2) 只有在兩極或赤道時，重力的方向才指向地心，其他位置并不指向地心.3. 重心：(1) 重心只是一個等效點，除重心位置外，物體其他各部分均受重力作用.(2) 重心的確定：重心的位置要根據(jù)物體質量的分布情況而定，影響重心位置的因素有兩個：質量分布和幾何形狀.(1) 重力的有無和大小與物體的運動狀態(tài)無關.重力的方向是豎直向下，不是指向地心.重心的位置與物體所在的位置和放置狀態(tài)以及運動狀態(tài)無關.(1)測量重力的工具

8、：彈簧測力計（2）測量原理：二力平衡【典例示范】例1（多選）關于重力，下列說法正確的是（）A.重力就是地球對物體的吸引力，其方向必定指向地心B. 重力的大小可以用桿秤直接測出C. 質量大的物體所受重力可能比質量小的物體所受重力小D.物體對懸繩的拉力或對支撐面的壓力的大小可能不等于重力解析：重力產生的原因是地球對物體的吸引，但通常情況下重力只是地球對物體的吸引力的一部分，重力的方向豎直向下但并不一定指向地心，所以A錯誤；桿秤衡量的是物體的質量而非重力，B錯誤；由公式G=mg可知，重力大小由質量m和g值共同決定，由于在不同的地理位置g值不同，因此質量大的物體與質量小的物體在不同的地理位置處因g值的

9、差異有可能質量大的物體所受重力反而小，C正確；用一根懸繩吊起一個物體，當物體靜止時對該豎直懸繩的拉力大小才等于物體的重力，當物體擺起來時對該懸繩的拉力大小不等于物體的重力；把物體靜置于一水平支撐物上，物體對該水平支撐物的壓力大小才等于物體的重力，物體靜止于斜面上，物體對該支撐斜面的壓力大小就不等于物體的重力，D正確.答案：CD例2把一個薄板狀物體懸掛起來，靜止時如圖所示，則對于此薄板狀物體所受重力的理解，下列說法正確的是（）A.重力就是地球對物體的引力B. 重力大小和物體運動狀態(tài)有關C. 重力的方向總是指向地心D.薄板的重心一定在直線AB上解析：重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，不是地球對

10、物體的引力，故A錯誤；重力的大小與物體的運動狀態(tài)無關，故B錯誤；重力的方向豎直向下，故C錯誤；因為繩對板的拉力與板受的重力為一對平衡力，必在一條直線上，所以重心一定在細線的延長線上，即薄板的重心一定在直線AB上，故D正確.答案：D訓練12019廣州高一檢測下列關于重力的說法正確的是()A.同一物體所受的重力在地球各處都相等B. 物體靜止時，對支持物的壓力大小與重力相等C. 用細線將物體懸掛起來，靜止時物體的重心一定在懸線所在的直線上D.重心就是物體所受重力的等效作用點，故重心一定在物體上解析：由于重力加速度隨著緯度的增大而增大，隨著高度的增大而減小，所以同一個物體的重力G=mg在地球各處不一定

11、相等，A錯誤；物體放在斜面上，對斜面的壓力小于重力，B錯誤；用細線將物體懸掛起來，物體受重力和拉力，靜止時物體的重心一定在懸線所在的直線上，C正確；重心是重力對物體的等效作用點，可以在物體上，也可以不在物體上，如質量分布均勻的手鐲，其重心在圓心，不在手鐲上，D錯誤.答案：C主題二彈力【問題探究】探究點1彈性形變(1) 在圖甲中，用力可以將彈簧拉長，松手后會怎么樣？(2) 在圖乙中，用力將彈簧壓縮，松手后會怎樣？(3) 在圖丙中，用力可以將橡皮泥壓扁，松手后會怎么樣?(4) 彈簧和橡皮泥的形狀變化有什么特點？力的作用效果(1) 使物體發(fā)生形變.(2) 使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變.提示：(1)松手后

12、彈簧會恢復原狀.(2) 松手后彈簧會恢復原狀.(3) 松手后橡皮泥不會恢復原狀.(4) 彈簧形變的特點是：形變后撤去外力就能恢復原狀，屬于彈性形變.橡皮泥形變的特點是：形變后撤去外力不能恢復原狀，屬于非彈性形變.探究點2彈力的產生,7777777777777777：',7777777777777777：77777777777'T77777777T77(橡度泥)甲乙丙丁(1) 如圖甲所示：物體A、B并排靜止在光滑水平面上，A、B之間有彈力嗎？(2) 如圖乙所示：光滑物體C、D疊放在光滑水平面上，處于靜止狀態(tài)，A、B之間有彈力嗎？(3) 如圖丙所示，在光滑水平面上，用力推動小車向左

13、壓彈簧，彈簧對小車有彈力作用嗎？(4) 如圖丁所示，用力推動小車向左壓橡皮泥，松手后橡皮泥對小車還有彈力作用嗎？(5) 從上述問題中，我們可以得出彈力產生的條件是什么？提示：(1)在圖甲中，若移走物體A，物體B仍然靜止，或者移走物體B，物體A仍然靜止，說明雖然A、B接觸，但相互之間沒有彈力的作用.(2) 在圖乙中，如果將物體D快速撤出，物體C會立即下落，這說明D阻止了C的下落，說明C、D之間有彈力的作用.(3) 松手后，壓縮彈簧的小車被彈出，這說明彈簧對小車有彈力作用.(4) 壓縮橡皮泥的小車不被彈出，這說明橡皮泥對小車沒有彈力作用.(5) 物體間直接接觸接觸處發(fā)生彈性形變【探究總結】1. 彈

14、力產生的條件：二者必須同時滿足.1兩物體要相互接觸.2接觸面要發(fā)生彈性形變2. 產生原因：由施力物體發(fā)生彈性形變引起的.3. 彈力的特點：(1)發(fā)生彈力作用的一對物體都存在形變，形變是成對出現(xiàn)的.(2)兩物體之間，若存在彈力，彼此對對方都產生彈力，彈力也是成對出現(xiàn)的.4. 彈力的萬向(1)壓力、支持力的方向垂直接觸面，指被壓或被支持的物體.沿繩子指向繩子收縮的方向(同一根輕繩上拉力相等)輕彈簧彈力的方向指向彈簧恢復形變的方向【典例示范】例32019山西檢測在下圖中a、b表面均光滑，天花板和地面均水平，則a、b間一定有彈力的是()解析：A、C錯：假設a、b間有彈力，貝Ua、b會分開；B對：假設a

15、、b間沒有彈力，則懸線豎直；D錯：假設斜面a撤去，b依然處于靜止狀態(tài)，故a、b間無彈力.答案：B判斷彈力有無的兩種常見方法可根據(jù)彈力產生條件(1) 直接判斷：對于形變較明顯的情況，直接判斷.(2“假設法”判斷：對于形變不明顯的情況，可用“假設法”進行判斷，如圖所示判斷a、b兩接觸面對球有無彈力.接觸的物體間不一定存在彈力，但兩物體間若有彈力，則它們一定接觸.彈力的方向總是跟引起物體形變的外力方向相反，跟該物體的形變方向相反.RBB甲乙丙Bfi戊甲T乙判斷彈力方向的一般步驟：(1) 判定物體之間彈力作用的類型.(2) 判定產生彈力的物體.(3) 判定物體形變的方向.(4) 判定物體產生的彈力方向

16、.例4按下列要求畫出圖中所示物體所受的彈力的示意圖.答案：見解析訓練2在如圖所示圖中畫出物體P受到的各接觸點或面對它的彈力的示意圖，其中甲、乙中物體P處于靜止狀態(tài)，丙中物體P(即球)在水平面上勻速滾動.解析：解答本題時要明確以下三點：當點與面(或曲面)接觸時，彈力方向與面之間的關系.繩上彈力方向的特點.接觸面為球面時，彈力方向的延長線或反向延長線的特點.各物體所受彈力如圖所示:T慮(1)圖甲中斜面對物塊的支持力；(2)圖乙中用細繩懸掛靠在光滑豎直墻上的小球受到的彈力；(3) 圖丙中大半球面對小球的支持力；(4) 圖丁中光滑但質量分布不均的小球的球心在0點，重心在P點，靜止在豎直墻和桌邊之間，試

17、畫出小球所受彈力；(5) 圖戊中質量分布均勻的桿被細繩拉住而靜止，畫出桿所受的彈力.甲丙解析：甲屬于繩的拉力，應沿繩指向繩收縮的方向，因此彈力方向沿繩向上；乙中A、B兩點都是球面與平面相接觸，彈力應垂直于平面，且必過球心，所以A處彈力方向水平向右，B處彈力垂直于斜面向左上方，且都過球心；丙中小球P不管運動與否，都是屬于平面與球面相接觸，彈力應垂直于平面，且過球心，即向上.它們所受彈力的示意圖如圖所示.答案：見解析,主題三胡克定律【問題探究】1探究過程(1) 測Io.按圖安裝實驗裝置，記下彈簧下端不掛鉤碼時所對應的刻度Io.(2) 測總長和彈力.在彈簧下端懸掛一個鉤碼，平衡時記下彈簧的總長度并記

18、下鉤碼的重力.(3) 重復增加鉤碼的個數(shù)，重復上述實驗過程，將數(shù)據(jù)填入表格，以F表示彈力，I表示彈簧的總長度，x=I-Io表示彈簧的伸長量.11213415)|67F/Nol/cmx/cm02. 數(shù)據(jù)處理(1) 以彈力F(大小等于所掛鉤碼的重力)為縱坐標，以彈簧的伸長量x為橫坐標，描點按照各點的分布和走向，嘗試作一條平滑的曲線(包括直線)，得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線，如圖所示.(2) 以彈簧伸長量為自變量，寫出彈力和彈簧伸長量之間的函數(shù)關系，函數(shù)表達式中常數(shù)即為彈簧的勁度系數(shù)，這個常數(shù)也可AF根據(jù)F-x圖線的斜率求解，k=Ax.【探究總結】1胡克定律實驗結果表明，彈簧發(fā)生彈性形變時，彈

19、力F的大小跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比，即F=kx.2. 定律的適用條件：彈簧發(fā)生彈性形變且必須在彈性限度內.3. 表達式中的x的意義：彈簧的形變量，即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實際長度，同一彈簧伸長或壓縮相同長度時，彈力大小相等，但方向不同.4. 表達式中的k的意義：彈簧的勁度系數(shù)，它反映了彈簧的“軟”“硬”程度，是由彈簧本身的性質(材料、長度、粗細等)決定的.在國際單位制中k的單位為“N/m”.【典例示范】例5如圖所示，一根輕彈簧長度由原來的5.00cm伸長為不同撿力作川下的彈嗇解析：已知彈簧原長丨0=5.00cm=5.00X10-2m圖(a).在拉力

20、Fi=10.0N的作用下，伸長到li=6.00cm=6.00X10-2m圖(b).根據(jù)胡克定律Fi=kxi=k(li-1。)Fi_i0.06.00cm時，手受到的彈力為10.0N.那么，當這根彈簧伸長到6.20cm時，手受到的彈力有多大(在彈簧的彈性限度內)?可得k_2N/m_i.00xi03N/m.1110(6.005.00)xi0當拉力為F2時，彈簧伸長到12_6.20cm_6.20x102m圖(c)，根據(jù)胡克定律得F2_kx2_k(1210)_1.00x103x(6.205.00)x102_12.0N，彈簧受到的拉力為12.0N.答案：12.0N拓展在例3中，如果彈簧被壓縮到4.30cm

21、,那么彈簧受到的壓力有多大？(在彈簧的彈性限度內)解析：已知彈簧的原長lo=5.00cm=5.00X10-2m，在拉力Fi=10.0N的作用下，伸長到h=6.00cm=6.00X10-2m,F1根據(jù)胡克定律Fi=kxi=k(1110),可得k=li-I0106.00X1025.00X102N/m=1.00X103N/m當壓力為F2時，彈簧的長度l2=4.30cm=4.30X102m.根據(jù)胡克定律F2=kx2=k(lo12)=1.00X103X(5.00X1024.30X102)N=7.0N.因此，彈簧受到的壓力為7.0N.答案：7.0N(1)實驗中彈簧下端掛的鉤碼不要太多，以免彈簧被過度拉伸，

22、超過彈簧的彈性限度.(2)要使用輕質彈簧，且要盡量多測幾組數(shù)據(jù).(3)本實驗是探究性實驗，實驗前并不知道其規(guī)律，所以描點以后所作的曲線是試探性的，只是在分析了點的分布和走向以后才決定用直線來連接這些點.誤差分析(1) 鉤碼標值不準確、彈簧長度測量不準確會帶來誤差.(2) 畫圖時描點及連線不準確也會帶來誤差.胡克定律只能計算彈簧的彈力大小，x是彈簧的形變量，不是彈簧形變后的實際長度.無論是應用胡克定律計算彈簧彈力大小還是判斷彈簧彈力方向，都要注意彈簧是被拉伸，還是被壓縮.訓練3有一彈簧，當掛上2N的鉤碼時，長為11cm；當掛上4N的鉤碼時，彈簧再伸長2cm.求彈簧的勁度系數(shù).解析：方法一設彈簧原

23、長為Lo,則Fi=k(LiLo)F2=k(L2Lo)將F1=2N,L1=11cm,F2=4N,L2=L1+x=13cm代入式解得k=100N/m.AFF2F14N2N方法二根據(jù)A=kAx可得k=AX=飛廠=0.02m=100N/m.答案：100N/m主題四力的圖示和力的示意圖力的圖示和力的示意圖的區(qū)別與聯(lián)系力的圖示力的示意圖區(qū)別用來粗略地分析物體受到了某個力用來準確地表示力需要畫出力的大小、方向和作用點三要素只畫出力的方向和作用點聯(lián)系都是用有向線段來表示力，使抽象的力具體化、直觀化(1) 力的圖示五步操作：選標度f定起點f畫線段f定刻度f加箭頭.(2) 力的示意圖的三步操作：定起點f畫線段f加

24、箭頭.【典例示范】例6如圖所示，靜止的木塊對桌面的壓力為6N，試畫出壓力的圖示，說明施力物體和受力物體；并畫出木塊所受重力和支持力的示意圖.解析：力的圖示如圖所示，壓力的施力物體是木塊，受力物體是桌面.112N1_j=6N重力和支持力的示意圖，如圖所示.答案：見解析方法技巧力的圖示的“四定三標”(1) 四定：做力的圖示要定作用點、作用線、比例標度、線的長度.(2) 三標：做力的圖示要標力的方向、力的數(shù)值、力的符號.訓練4一質量為0.6kg的物體放在傾角為30°的斜面上，用與斜面平行的、大小為8N的力F拉著它沿斜面向上運動，如圖所示，畫出拉力和重力的圖示.(g取10N/kg)解析：畫力

25、的圖示，應嚴格按以下步驟進行： 選定標度，選固定長的線段表示2N的力； 力的作用點應在物體的幾何中心，從作用點沿力的方向畫條線段，線段長短按選定的標度和力的大小來確定，在線段上標刻度； 在線段上加箭頭表示力的方向.故拉力、重力的圖示如下圖所示.答案：見解析課堂達標1關于地面上物體的重力，下列說法正確的是（）A. 只有靜止時，物體才受重力B. 物體對地面的壓力就是物體的重力C. 彈簧測力計和桿秤都能稱量物體的重力大小D. 同一地點，物體的重力與其質量成正比解析：A項錯誤，物體是否受重力與其運動狀態(tài)無關.B項錯誤，物體對地面的壓力與物體的重力的施力物體和受力物體都不同，故不是一個力.C項錯誤，桿秤的原理是杠桿，只能稱量質量不能稱量重力.D項正確，在同一地點g為常數(shù)，由G=mg可知，重力與質量成正比.答案：D2. 關于不倒翁不倒的原因，是它的重心設計巧妙，下列說法中正確的是（）A. 重心在不倒翁的幾何中心上B. 不倒翁的重心很高C. 不倒翁的重心很低D.不倒翁的重心不在物體上解析：由于物體在其他條件不變的情況下，重心越低，物體