3.1重力與彈力（課件）高中物理一體化資源

知識回顧一、自由落體運動1.定義：物體只在

作用下，從

的運動叫自由落體運動。2.特點：

.二、自由落體加速度1.定義：物體在自由落體運動中的加速度叫作自由落體加速度，也叫作

加速度。2.符號：通常用

表示。3.方向：

。4.大小：一般g=

，粗略計算g=

m/s2。

三、自由落體運動的規(guī)律

自由落體運動是

運動，所以，勻變速直線運動公式也適用于自由落體運動。重力靜止開始下落①從靜止開始下落，即初速度v0為零。

②只受重力。重力g豎直向下9.8m/s210初速度為零的勻加速直線3.1重力與彈力

第三章相互作用——力人教版高中物理必修一自然界的物體不是孤立存在的，它們之間具有多種多樣的相互作用。正是由于這些相互作用，物體在形狀、運動狀態(tài)等許多方面會發(fā)生變化。如何來研究這些相互作用呢？在力學(xué)中，物體間的相互作用抽象為一個概念——力（force）。在研究物體做機械運動時，最常見的力有重力、彈力和摩擦力，本章研究這幾種常見力的特點和規(guī)律。學(xué)習(xí)目標(biāo)l.知道力的三要素﹐會用力的圖示和力的示意圖表示力。(物理觀念)2.知道重力產(chǎn)生的原因，理解重力的大小和方向，知道重心的概念。(科學(xué)思維)3.知道形變和彈力產(chǎn)生的原因，會分析彈力的方向﹐能正確畫出彈力的示意圖。(科學(xué)思維)4.通過實驗探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系﹐理解胡克定律，了解實驗的科學(xué)探究方法。(科學(xué)探究)導(dǎo)入新課力是一個物體對另一個物體的作用。認(rèn)識一個力，需要弄清以下幾個問題：1.誰受到的力，誰施加的力？2.怎樣量度它的大??？3.它的方向如何？作用點在哪里？分析空中人所受的重力。關(guān)于上述問題，你知道哪些？一、重力和重心（一）力1.定義：力是物體和物體間的

。⒉單位:在國際單位制中,力的單位是

,簡稱

,用符號

表示3.力的三要素:力的

,稱為力的三要素。4.力的作用效果:使物體

;改變物體的

。相互作用牛頓牛N大小、方向和作用點發(fā)生形變運動狀態(tài)一、重力和重心5.力的性質(zhì)矢量性物質(zhì)性相互性瞬時性獨立性一個物體可同時受到多個力的作用,每個力都產(chǎn)生獨立的作用效果。相互作用的力的大小可以突然變化,即可以瞬時產(chǎn)生,也可以瞬時消失物體間力的作用是相互的,施力物體同時也是受力物體,受力物體同時也是施力物體,力總是成對出現(xiàn),且物體間的這一對力總是同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失,不存在先后關(guān)系。力是物體對物體的作用,力不能離開物體而獨立存在,每個力的產(chǎn)生都必須同時存在兩個物體,即施力物體和受力物體。力是矢量,它不但有大小,而且有方向。力的方向不同,它的作用效果也不同。力可以突變，速度不能突變D一、重力和重心6.力的圖示和力的示意圖（1）力的圖示①定義：為了更形象、直觀地表達力,可以用一根帶箭頭的有向線段表示力的大小、方向和作用點，這種表示力的方法叫作

。②步驟：Ⅰ.選定

（用一定長度的線段表示一定大小的力）。Ⅱ.從

開始﹐沿力的方向畫一線段,根據(jù)選定的標(biāo)度和力的大小按比例確定線段的長度。Ⅲ.在線段的末端標(biāo)出

表示力的方向。力的圖示標(biāo)度箭頭作用點在力的圖示中必須標(biāo)明標(biāo)度。表示力的有向線段的長度必須嚴(yán)格按照比例確定。一、重力和重心（1）力的圖示①定義：只畫出力的方向和作用點表示物體在這個方向受到了力,這種

表示力的方法叫作

。②步驟：Ⅰ.從作用點開始沿力的方向畫一

長度的線段。Ⅱ.在線段的末端標(biāo)出箭頭表示力的方向（不需要選定標(biāo)度）。粗略力的示意圖適當(dāng)D一、重力和重心（二）重力1.定義：由于

而使物體受到的力叫作重力?！菊f明】1.在地面附近的一切物體都受到重力作用。2.重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的,在通常情況下,重力的大小不等于地球?qū)ξ矬w的吸引力。3.重力是非接觸力。4.重力的施力物體是地球。5.物體所受的重力與物體所處的運動狀態(tài)以及是否受其他力無關(guān)。地球的吸引雖然二者不相等，但差異很小，在近似計算中，一般認(rèn)為重力等于引力。一、重力和重心2.大?。褐亓Υ笮∨c質(zhì)量的關(guān)系為

,其中m是物體的

，g是前面學(xué)過的

，通常情況下，g取

N/kg，表示質(zhì)量為1kg的物體受到的重力是9.8N。3.方向：總是

的。G=mg質(zhì)量自由落體加速度9.8豎直向下1.由于g隨地球上的緯度及海拔高度的變化而變化,所以相同質(zhì)量的物體在不同地點重力不同。

2.在同一地點﹐物體受到的重力與其質(zhì)量成正比。一、重力和重心（三）重心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(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點，這一點叫作物體的

。2.對重心的理解：①重心是重力的

，

物體的全部重力都作用于重心。②重心的位置

。如質(zhì)量分布均勻的圓環(huán),其重心在

處,而不在圓環(huán)上。③重心的位置與

有關(guān)，與物體所在的位置及運動狀態(tài)

。重心等效作用點并非可以在物體上,也可以不在物體上圓心物體的質(zhì)量分布和形狀無關(guān)一、重力和重心3.重心的確定：①質(zhì)量分布均勻的物體,重心的位置只跟

有關(guān)。若物體的形狀是規(guī)則的,則重心在其

上。例如，均勻細(xì)直棒的重心在棒的中點，均勻球體的重心在球心，均勻圓柱體的重心在軸線的中點（圖3.1-1）。物體的形狀幾何中心一、重力和重心②質(zhì)量分布不均勻的物體,重心的位置除跟物體的形狀有關(guān)外，還跟物體的

有關(guān)。如載重汽車的重心隨著裝貨多少和裝載位置而變化（圖3.1-2）。質(zhì)量分布情況一、重力和重心③質(zhì)量分布不均勻的物體重心的確定方法我們還可以應(yīng)用

的知識通過實驗來確定形狀不規(guī)則物體的重心位置。例如，要確定圖3.1-3中薄板的重心位置，可以先在A點把物體懸掛起來，通過A點畫一條豎直線AB，由于A點懸線的拉力跟薄板的重力平衡，薄板的重心必定在AB連線上；然后，再選另一處D點把物體懸掛起來，過D點畫一條豎直線DE，薄板的重心必定在DE連線上。因此，AB和DE的交點C，就是薄板的重心。二力平衡懸掛法C拉力、壓力、支持力等屬于彈力。二、彈力日常生活中的很多相互作用，無論是對物體推、拉、提、舉，還是牽引列車、鍛打工件、擊球、彎弓射箭等，都是在物體與物體接觸時發(fā)生的，這種相互作用可以稱為

。我們通常所說的拉力、壓力、支持力等都是接觸力。接觸力按其性質(zhì)可以分為

，下面我們先研究彈力。接觸力彈力和摩擦力二、彈力（一）形變1.定義：物體在力的作用下形狀或體積會發(fā)生改變，這種變化叫做

。有時物體的形變很小，不易被覺察。在圖3.1-5中，一塊剖面為三角形的有機玻璃壓在另一塊有機玻璃上，發(fā)生的形變?nèi)庋鄄荒芸闯?。但是形變后，?dāng)特殊的光通過有機玻璃不同部位時，產(chǎn)生的花紋會發(fā)生變化，利用儀器可以看到這種差異。在工程設(shè)計時，常用這種方法研究按比例縮小的有機玻璃模型的形變，進而推測實際工程中物體各部位的受力情況。形變二、彈力二、彈力A也叫塑性形變。二、彈力2.形變的分類①

形變:物體在發(fā)生形變后撤去作用力時能夠恢復(fù)原狀的形變。②

形變:物體在發(fā)生形變后撤去作用力時不能恢復(fù)原狀的形變。被拉長的彈簧，要恢復(fù)原狀，對相連接的小車產(chǎn)生了拉力F（圖3.1-7）；被跳水運動員壓彎的跳板，要恢復(fù)原狀，對上面的人產(chǎn)生了支持力。彈性非彈性二、彈力（二）彈力1.定義：發(fā)生

的物體，要恢復(fù)原狀，對與它接觸的物體會產(chǎn)生

，這種力叫作彈力。2.產(chǎn)生條件:

。如圖甲所示,A、B兩小球接觸,但沒有發(fā)生彈性形變,二者之間無彈力;乙圖中兩小球發(fā)生彈性形變,產(chǎn)生彈力。形變力的作用施力物體受力物體兩物體相互接觸且接觸面之間發(fā)生彈性形變這兩個條件必須同時滿足才會產(chǎn)生彈力。二、彈力3.幾種常見的彈力及彈力的方向（1）幾種常見的彈力書在桌面上，書和桌面在接觸處

發(fā)生微小形變，它們產(chǎn)生了

的彈力，即

；電燈用繩子吊起，繩子和電燈在接觸處都發(fā)生了微小形變，它們之間也產(chǎn)生了相互作用的彈力，即

。下面我們就討論這幾種彈力及彈力方向的判定。均相互作用壓力和支持力拉力綜上可得，壓力和支持力均為

，方向

指向

。二、彈力①壓力和支持力如圖所示，由于書發(fā)生了形變，對與它接觸的桌面產(chǎn)生彈力

，這就是

力，方向是

指向

。由于桌面發(fā)生形變，對與它接觸的書產(chǎn)生彈力

，,這就是

力，方向是垂直于接觸面指向被支持的物體。F1F2F1壓垂直于接觸面被壓的物體F2支持彈力垂直于接觸面受力物體二、彈力②繩的拉力如圖所示，繩吊起電燈，由于燈的重力作用，繩發(fā)生微小形變，對與它接觸的電燈產(chǎn)生彈力F2，即繩對燈向上的

力，方向

。由于電燈發(fā)生微小形變，對與它接觸的繩產(chǎn)生了彈力F1，即電燈對繩的拉力，方向沿繩向下。F1F2拉沿繩向上綜上可得，繩的拉力是彈力，方向

的方向。沿繩指向繩收縮二、彈力（2）彈力方向判斷①根據(jù)

方向判斷彈力的方向與施力物體形變的方向

。判斷步驟:②根據(jù)不同類型的彈力的方向的特點判斷支持力、壓力總是垂直于接觸面指向被支持或被壓的物體，繩上的拉力總是沿繩指向繩收縮的方向。形變相反明確被分析的彈力確定施力物體分析施力物體形變的方向確定該彈力的方向二、彈力③幾種常見彈力方向的判斷情況如下表所示。類型彈力方向示意圖接觸方式面與面F垂直于公共接觸面指向受力物體二、彈力類型彈力方向示意圖接觸方式點與面F1F2過點垂直于接觸面指向受力物體二、彈力類型彈力方向示意圖接觸方式點與點垂直于接觸點的切面指向受力物體F二、彈力類型彈力方向示意圖輕繩沿繩指向繩收縮的方向（同一根輕繩上拉力相等）F可突變二、彈力類型彈力方向示意圖輕桿可突變可沿桿FF二、彈力類型彈力方向示意圖輕桿可不沿桿（常根據(jù)二力平衡知識判斷）F二、彈力類型彈力方向示意圖輕彈簧指向彈簧恢復(fù)原長的方向FFB三、胡克定律物體在發(fā)生形變后，如果撤去作用力能夠恢復(fù)原狀，這種形變叫作

形變。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(fù)原來的形狀，這個限度叫作

。彈簧在形變時產(chǎn)生的彈力與彈簧的伸長量是有關(guān)系的。那么，彈簧在彈性限度內(nèi)，彈力大小與其伸長量有什么關(guān)系呢？彈性彈性限度三、胡克定律三、胡克定律三、胡克定律實驗?zāi)康模海?）探究

之間的關(guān)系。（2）學(xué)會利用列表法、

法、函數(shù)法處理實驗數(shù)據(jù)。彈力與彈簧形變量圖像三、胡克定律實驗原理：（1）彈簧的彈力F的測量：彈簧下端懸掛的鉤碼靜止時，彈力大小與所掛鉤碼的重力大小

，即

。（2）彈簧的伸長量x的確定:彈簧的原長與掛上鉤碼后彈簧的長度l可以用

測出，彈簧的伸長量x=.（3）作出彈簧彈力F與彈簧伸長量x的關(guān)系圖像，根據(jù)圖像分析彈簧彈力和彈簧伸長量的關(guān)系。相等F=mg刻度尺1-l0二力平衡原理三、胡克定律實驗器材：彈簧、毫米刻度尺、鐵架臺、鉤碼若干、坐標(biāo)紙、鉛筆等。三、胡克定律（1）按圖甲安裝實驗裝置,記下彈簧下端不掛鉤碼時彈簧的

。（2）在彈簧下端懸掛一個鉤碼，平衡時記下彈簧的

，并記下鉤碼的

。（3）增加鉤碼的個數(shù)，重復(fù)上述實驗過程，將數(shù)據(jù)填入表格中，以F表示彈力，l表示彈簧總長度,x=l-l0表示彈簧的伸長量。實驗步驟：長度總長度重力注意：1.所掛鉤碼不要過多，以免超過彈簧的彈性限度。2.測彈簧長度時，一定要在彈簧豎直懸掛處于平衡狀態(tài)時測量。3.盡量選用輕質(zhì)彈簧，以減小彈簧自身重力的影響。三、胡克定律鉤碼個數(shù)123456……鉤碼質(zhì)量m/g彈力大小F/N彈簧總長度l/cm彈簧的伸長量x/m（1）以

為縱軸、

為橫軸建立直角坐標(biāo)系，如圖乙所示依據(jù)表格中的實驗數(shù)據(jù)，用

法作圖，連接各點,得出彈力F隨彈簧伸長量x變化的圖線。三、胡克定律（2）以彈簧伸長量為

量，寫出圖線所代表的函數(shù)，若圖線為直線,則F與為

關(guān)系；若為曲線，可依次嘗試反比例函數(shù)、二次函數(shù)。（3）得出彈力和彈簧伸長量之間的函數(shù)關(guān)系，研究并解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。數(shù)據(jù)處理：彈力F彈簧的伸長量x描點自變線性三、胡克定律實驗結(jié)論：實驗結(jié)果表明，彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力F的大小跟彈簧伸長（或縮短）的長度x成正比，即三、胡克定律（1）由于彈簧本身重力的影響,直線只是近似過坐標(biāo)原點。（2）刻度尺讀數(shù)不準(zhǔn)確造成誤差。誤差分析：三、胡克定律6.00

83.1偏大三、胡克定律這個規(guī)律是由英國科學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)的，叫作

定律。式中彈力F、彈簧伸長（或縮短）的長度x的單位分別是

、

，k叫作彈簧的

單位是

，符號是

。生活中說有的彈簧“硬”，有的彈簧“軟”，指的就是它們的

不同。胡克牛頓（N）米（m）勁度系數(shù)牛頓每米N/m勁度系數(shù)B四、彈力有無的判斷方法相互接觸的物體間