3.1 重力与弹力-【新教材精创】2020-2021学年高一物理知识讲学卓越讲义（新教材人教版必修第一册）

2020-2021学年高一物理卓越同步讲义（新教材人教A版必修第一册） 第三章 相互作用--力 第1节　重力与弹力 一、知识点归纳 知识点一 重力的性质和重心的位置 1．重力的产生、方向、大小和重心 产生 由于地球的吸引而使物体受到的力，一般不等于地球吸引力 方向 竖直向下或垂直于水平面向下 大小 G＝mg (1)在同一地点，重力的大小与质量成正比 (2)在不同地点，同一物体的重力随纬度的增加而增大，随海拔高度的增加而减小 (3)重力的大小与物体的运动状态无关，与物体是否受其他的力无关 作用点 (重心) 定义 等效作用点 决定因素 物体的形状、质量分布情况 位置 质量分布均匀、形状规则的物体的重心为其几何中心 质量分布均匀、形状不规则的薄物体，采用悬挂法确定重心 2.重心与物体形状、质量分布情况的关系 　 知识点二 弹力的有无和方向的判断 1．弹力产生的条件 (1)接触且发生相互作用； (2)有弹性形变． 2．判断弹力有无的常见方法 方法 思路 例证 假设法 假设将与研究对象接触的物体解除接触，若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力 图中细线竖直、斜面光滑，因去掉斜面体，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力 替换法 用细绳替换装置中的杆，看能不能维持原来的力学状态，如果能维持，则说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是支持力 图中轻杆AB、AC.用绳替换AB，原装置状态不变，说明AB对A施加的是拉力；用绳替换AC，原状态不能维持，说明AC对A施加的是支持力 状态法 物体的受力必须与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由力的平衡条件(或牛顿第二定律，第四章学到)列方程，求解物体间的弹力 图中各接触面均光滑，小球处于静止，由二力平衡可知，地面对小球的支持力和重力就可使小球处于平衡，因此竖直墙面对小球不产生弹力作用 3.几种常见弹力的方向 知识点三 弹力大小的计算 1．对胡克定律的理解 内容 在弹性限度内，弹力的大小弹簧伸长(或缩短)的长度成正比 公式 F＝kx，劲度系数k是由弹簧本身的性质(材料、长度、粗细等)决定，反映弹簧的“软”“硬”程度 F－x 图象 形状：过原点的直线 斜率：劲度系数k＝ 适用条件 弹簧发生弹性形变且在弹性限度内 2.弹力大小的计算方法 公式法 利用公式F＝kx计算，适用于弹性体弹力的计算 平衡法 如果悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态，求解细绳的拉力时，可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小 知识点四 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 一、实验目的 1．探究弹簧弹力与形变量的关系． 2．学会利用图象研究两个物理量之间关系的方法． 二、实验原理 1．弹簧的弹力F的测量：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂钩码的重力大小相等，即F＝mg. 2．弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长量x＝l－l0. 3．作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图象，根据图象可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系． 三、实验器材 轻质弹簧(一根)，钩码(一盒)，刻度尺，铁架台，坐标纸． 四、实验步骤 1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长． 2．在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1. 3．改变所挂钩码的质量，重复步骤2，记录m2、m3、m4、m5、…和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、…. 4．计算出每次弹簧的伸长量x(x＝l－l0)和弹簧受到的拉力F(F＝mg)，并将数据填入表格． 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0 五、数据处理 1．以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，如图所示． 2．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可根据F－x图线的斜率求解，k＝. 3．得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义． 六、误差分析 1．偶然误差：由于读数和作图不准产生的误差，为了减小偶然误差，要尽量多测几组数据． 2．系统误差：弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差，为减小系统误差，应使用较轻的弹簧． 七、注意事项 1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度． 2．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，