1.重力与弹力-【勤径学升】2024-2025学年高中物理必修第一册同步练测（人教版2019）

第三章 相互作用 力 1.重力与弹力 AI伴学助手 在线答 第1课时 重力与弹力 已抖/陪日码 学习目标 核心素养 1.理解重力的大小和方向,知道重心的概念; 2.通过实例,了解弹力的概念,认识弹力产 1.使用“放大法”观察物体 1.认识重力。 生的条件; 的微小形变; 3.知道弹力大小的影响因素,掌握胡克定律 2.认识弹力 科学 2.通过实验探究弹力与形变 探究门量的关系。 3.通过实验,了解胡克 科学态度 1.会运用“悬挂法”确定不规则物体的重心; 科学 I观察形变的有趣现象,感受 2.掌握判断弹力是否存在的方法,能确定奔 思维 [与责任] 定律 自然界的奥秘,培养学生对 力的方向 科学的好奇心 D自主学习探新知 前预习 双基落实 一、重力 二、力的三要素及力的表示 1.定义:由于 而使物体受到 1.力的三要素:力的大小、方向和 的力。 2.力的表示方法 2.大小:G- .g就是自由落体加 (1)力的图示,用一条带箭头的线段(有向线 速度。 段)来表示力的三要素。 3.方向: ①线段的长短(严格按标度画)表示力的 4.作用点-重心 表示力的方向 (1)重心,一个物体的各部分都受到重力的 ③ 表示力的作用点,线段 作用,从效果上看,可以认为各部分受到的 所在的直线叫作力的作用线。 重力作用 ,这一点叫作物体的 (2)力的示意图:只用一条带箭头的线段来 重心。 表示力的 和 (2)决定因素:①物体的 ;②物体的 三、弹力 1.形变:物体在力的作用下 或 (3)确定方法:对形状不规则的薄板状物 发生改变。 体,可以采用 法来确定重心的 2.弹性形变:物体在形变后,撤去作用力时能 位置。 够恢复原状的形变。 52 第三章 相互作用-力 3.弹性限度;如果形变过大,超过一定的限度, (2)同一物体在地球上的不同位置处所受重 撤去作用力后物体 (选填“能”或 力的大小相同。 ( ) “不能”)完全恢复原来的形状,这个限度叫 (3)物体浮在水中时受到的重力比在地面上 作弹性限度。 时受到的重力小。 C - 4.弹力 (4)发生形变的物体,要恢复原状,对与它接 (1)定义:发生 的物体,要恢复原 触的物体会产生力的作用,这种力叫弹力。 状,对 的物体会产生的力。 / (2)产生的条件:①两物体 (5)弹力的方向总是与施力物体发生形变的 ②发生 方向相反,绳子的拉力方向沿着绳子指向绳 5.几种弹力的方向 ( 子收缩的方向。 ) (1)压力和支持力的方向都 于物体 2.“崩极”是一种极限运 的接触面。 动,人自身所受的重力 (2)绳的拉力方向总是沿着绳子而指向绳子 使其自由下落,被拉伸 的方向。绳中的弹力常常叫作 的橡皮绳又会产生向上 张力。 的力,把人拉上去,然后人再下落,正是在这 四、胡克定律 上上下下的振荡中,蹴极者体会到惊心动魄 1.内容:弹策发生弹性形变时,弹力F的大小 的刺激。人受到橡皮绳的弹力是哪个物体 跟弹策 的长度x成正比。 发生形变产生的?方向如何? 2.公式:F= ,其中为弹的 ,单位是牛顿每米,单位的符号是 ,它的大小反映了弹策的软硬 程度。 自我诊断 1.判断下列说法的正误(正确的画“/”,错误 的画“×”)。 (1)由于地球的吸引而使物体受到的力叫重 力,重力的方向竖直向下。 ( ) 互动探究解疑难 要点归纳 重难突破 要点一 力和力的图示 D问题导引 哪幅图画出的是拉力的图示?哪幅图是拉 甲、乙描述的是“三毛”拉车的情景。 力的示意图?为什么? 20N -80 N 0D (0 甲 乙 53 高中物理·必修 第一册(人教版) D探究升华 续表 作图步骤 力的图示 1.力的作用效果 力的示意图 (1)力的作用效果 从作用点开始沿力 的方向画一线段,根 从作用点开始沿 改变物体的运动 画线段 据选定的标度和力 力的方向画一适 两个作 →物体的速度变化 的大小按比例确定 状态 当长度的线段 用效果 使物体发生形变→ 改变物体的形状 线段长度 或体积 在线段的末端标出 标方向 在线段的末标 箭头,表示方向 (2)影响作用效果的要素;力的大小、方向和 出箭头,表示方向 作用点。 D典例剖析 [例1 如图所示,静止的木块对桌面的压力 2.力的图示和力的示意图 为6N,试画出压力的图示;并画出木块所受 (1)力的图示与力的示意图的区别 重力和支持力的示意图。 ①力的图示能表示力的三要素,在精确表示 力时经常用到。 ②力的示意图只能表示力的作用点和方向, 在对物体的受力情况进行分析时经常用到。 (2)力的图示与力的示意图的画法 力的图示 作图步骤 力的示意图 选定标度(用某一长 选标度 度的线段表示一定 大小的力) 要点二 重力 D问题导引 D探究升华 如图所示,树上的苹果会落向地面;建 1.重力的大小 筑工地上的工人常用重垂线来检测墙壁是 (1)重力的大小G三”g,只与质量和重力加 否竖直。为什么树上的苹果总要落向地面? 速度g有关,与物体的运动状态无关。 为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直呢? (2)重力加速度g与物体所处的结度和高度 有关,在赤道处g最小,在两极处g最大(同 一高度):海拔越高g越小,离地面越近g 越大。 2.重力的方向:总是竖直向下,竖直向下是指 与水平面垂直向下,但是并不等同于垂直于 支持面向下,也不等同于指向地心。 3.重力的作用点--重心 (1)重心是物体各部分所受重力的等效作 用点,并不是只有物体的重心才受到重力 24 第三章 相互作用-力 作用。重心的位置除跟物体的形状有关 A.物体所受的重力是由于受到地球的吸引 外,还跟物体的质量分布有关。质量分布 而产生的,所以方向总是垂直于地面向下 均匀、形状规则的物体的重心在其几何中 B.同一物体在地球上的不同位置,当用不同 心。重心的位置可以在物体上,也可以在 的弹策测力计测量时其所受重力大小是 物体外。 不同的,当用同一弹策测力计测量时其所 (2)重心位置的确定方法:薄板状物体的重 受重力大小一定相同 心可以用悬挂法确定。 C.物体的重心就是物体各部分所受重力的 C典例剖析 等效作用点 [例2] 关于物体的重力和重心,下列说法正 D.形状规则的物体(如正方体),其重心一定 确的是 ( 在其几何中心处 要点三 弹力的产生及弹力的方向 C问题导引 C探究升华 (1)一铁块放在海绵上,铁 1.弹力的产生必须同时具备两个条件 块和海绵都发生了形变,从 (1)两物体直接接触 777777 (2)两物体接触处发生形变。 而在它们之间产生了弹力,如图所示,海绵 2.显示微小形变的方法 对铁块的支持力是如何产生的?方向怎样? 显示微小形变可以用光 铁块对海绵的压力是怎样产生的?方向 学放大法(如图)和力学 怎样? 放大法,它们都是把微 (2)如图所示,用橡皮绳斜 小的形变进行放大,便 向右上方拉放在水平面上 于观察。 观※桌面微小形变的装景 的物块。橡皮绳对物块的 3.弹力的方向 拉力是怎样产生的?方向怎样? (1)弹力的方向;弹力的方向总是跟引起物 体形变的外力方向相反,跟该物体的形变方 向相反。 (2)弹力方向的判定方法; 方向 类型 图示 垂直于公共接触面 面与面 指向被支持物体 ) 式 点与面 过点垂直干面 5 高中物理·必修 第一册(人教版) 续表 IlI方法总结l|I 图示 方向 类型 判断弹力有无的两种常见方法 (1)直接判断:对于形变较明显的情况,可根据弹 力产生条件直接判断。 点与点 垂直于切面 777 K (2)“毁设法”判断:对于形变不明显的情况,可用“假设 法”进行判断,如图所示判断a、两接触面对球有无弹 沿绳并指向绳收缩 轻绳 力。常见以下两种情形: 的方向 两种情形 具体方法 结果 结论 去除接触丽。 球保持静止 攀除 a对球无弹力 可沿杆 接面 球下落 去除接触面6 &对球有弹力 伸长方向收缩方向 a对球有弹力 球向右流动 设 a对球无弹力 轻杆 有辩力 & b对球有弹力 球仍保持静止 力对球有弹力 可不沿杆 II易错提醒lI (1)误认为只要有接触就一定存在弹力作用,而忽 { 略了弹力产生的另一个条件一-发生弹性形变。 (2)误认为有形变一定有弹力,忽略了弹性形 轻弹赞 沿弹形变的反 方向 变与范性形变(撤去外力后不能恢复原状的形变) 7 的区别。 收缩方向仲长方向 考查视角2 弹力方向的判断 [特别提醒] 与球面接触的弹力方向或反 [例 请在图中画出杆或球所受的弹力。 向延长线方向必定过圆心。 D典例剖析 考查视角1 弹力有无的判断 杆靠在墙上 ☆ [例3] 在下列四个图中,物体a、b均处于静 杠放在半越形的排中 乙 止状态,a、b间一定有弹力的是 ( __ O# ## 点1、2、3都可能是球的 C“D 重心位置,点2是球心, 1、2、3点在同一竖占线上 A C B D 丙 56 第三章 相互作用--力 要点四 胡克定律 D问题导引 D典例剖析 对于同一根弹策,被拉得越长,弹策的 [例5] 如图所示为一轻质弹的长度L和弹 弹力越大,关于弹策弹力的大小,甲说:弹 力F的关系图像,试由图像确定 弹力的大小与其长度成正比;乙说:弹策弹 力的变化量△F与弹策形变的变化量△:成 正比。哪个同学说法正确? 0 5 10 15 20 cm (1)弹策的原长 (2)弹的劲度系数。 (3)弹箭伸长15cm(在弹性限度内)时,弹力 的大小。 D探究升华 1.胡克定律;在弹性限度内,弹力的大小跟弹 篝伸长(或缩短)的长度成正比。 2.对F一x的理解 (1)x是弹策的形变量,而不是弹策形变后 的长度。 (2)处为弹策的劲度系数,反映弹箭本身的属 性,由弹策自身的长度、粗细、材料等因素决 定,与弹力F的大小和伸长量x无关。 (3)F-:图像是一条过原点 II方法总结|I 的倾斜直线(如图所示),直 计算弹力大小的两种方法 线的斜率表示弹策的劲度系 (1)公式法:利用公式F一r计算,适用千弹黄。 橡皮筋等物体的弹力的计算。 数。 (2)二力平衡法:若物体处千静止状态,物体所受 (4)弹策弹力的变化量△F与形变量的变化 的弹力与物体所受的其他力应为平衡力,可根据其他 量△x也成正比,即△F一△x。 力的大小确定弹力的大小。 D随堂巩固促应用 验证反错 迁移运用 1.(重力和重心)关于重心,下列说法正确的是 C.物体的重心位置跟物体的质量分布情况 _ 和物体的形状有关 A.物体的重心一定在物体上 D.物体的重心跟物体的质量分布没有 B. 物体的质量全部集中在重心上 关系 57 高中物理·必修 第一册(人教版) 2.(弹力的有无和方向的判断)关于弹力,下列 (1)该弹策的原长。 说法正确的是 . ) (2)该弹策的劲度系数。 A.放在水平桌面上的物体对桌面的压力就 是该物体的重力 B.物体间凡有相互接触,就一定有弹力 C.弹力的方向总是跟接触面垂直 D. 用细竹竿拨动水中的木头,本头受到竹 竿的弹力是由于木头发生形变而产 生的 3.(胡克定律)由实验测得某弹策所受弹力 F和弹策的长度/的关系图像如图所 示,求: rN 50 .-.... 03510152025l0 提示请完成《素能提升训练》训练十 -50- 第2课时 实验;探究弹箭弹力与形变量的关系 学习目标 1.经历科学探究的过程,探究弹策伸长量与弹力之间的关系。 2.学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 3.能根据F-r、F-/图像求出弹策的劲度系数 自主学习探新知 课前预习 双基落实 一、实验目的 3.作出弹策弹力F与弹策伸长量x的关系图 1.探究弹弹力与形变量的关系。 像,根据图像可以分析弹策弹力和弹策伸长 2.学会利用图像研究两个物理量之间关系的方法。 量的关系。 二、实验原理 三、实验器材 1.弹策的弹力F的测量:弹下端悬挂的钩码 轻质弹策(一根),钩码(一盒),刻度尺,铁架 静止时,弹力大小与所挂钩码的重力大小相 台,坐标纸。 等,即F-mg。 四、实验步骤 2.弹策的伸长量x的确定:弹策的原长2.与挂 1.将弹策的一端挂在铁架台上,让其自然下 上钩码后弹策的长度/可以用刻度尺测出, 垂,用刻度尺测出弹策自然伸长状态时的长 弹的伸长量x一/一/。 度,即原长。 58积)与汽车的位移(三角形面积)之差(即横线阴影部分面 积)最大，所以，t?=0=2s, Ar=2×2×6m=6 m。 (2)由图可以看出：在t。时刻以后，由汽车的v-t 图线与 自行车的 v-t图线组成的三角形面积(竖线阴影部分面 积)与横线阴影部分的面积相等时，两车的位移相等，所 以由图线的数学关系可得相遇时 t′=2t?=4 s,v汽′= 2v?2 m/s。 [答案](1)2 s 6m (2)4 s 12 m/s [例3] [解析] 解法一 分段法 绳子断裂后，重物先匀减速上升，速度减为零后，再匀加 速下降。 t?=g=1s,重物上升阶段，时间 由z2=2gh,知h=2g=5m, 重物下降阶段， 下降距离 H=h?+175 m=180 m, H=2gt22,设下落时间为t?,则 故t?=√=6s, 重物落地总时间t=t?+t?=7 s, 速度v=gt?=60 m/s。 解法二 全程法 取初速度方向为正方向， 重物全程位移h=0t-ggt2=-175m, 可解得t?=7 s,t?=-5 s(舍去), 由v=v?-gt,得v=—60 m/s,负号表示方向竖直向下。 [答案] 7 s 60 m/s 【随堂巩固促应用】 1.C 2.C 3.(1)10 s (2)13.5 s 【章末优化提升】 [网络构建] uo+at z+2a2 v-w2=2an +” aT2 重力 gt 2st 2gx 加速度 第三章 相互作用——力 1.重力与弹力 第1课时 重力与弹力 【自主学习探新知】 一、1.地球的吸引 2.mg 3.竖直向下 4.(1)集中于一 点(2)①形状 ②质量分布(3)悬挂 二、1.作用点 2.(1)①大小 ②箭头 ③箭尾(或箭头) (2)作用点 方向 三、1.形状 体积 3.不能 4.(1)形变 与它接触 (2)①相互接触 ②弹性形变 5.(1)垂直 (2)收缩 四、1.伸长(或缩短) 2.kx 劲度系数 N/m 自我诊断 1.(1)√ (2)×(3)× (4)√ (5)√ 2.橡皮绳被拉长，由于橡皮绳要恢复原状，所以产生弹力， 人受到橡皮绳的弹力的方向指向橡皮绳收缩的方向。 【互动探究解疑难】 要点———[问题导引] 提示 甲图是拉力的图示，因为有标度；乙图是拉力的 示意图，因为它没有标度。 [典例剖析] [例1] [解析](1)画力的图示时，要按照以下步骤 进行： ①选定标度→选适当长度的线段表示2 N的力。 ②确定线段→从作用点起沿力的方向画一线段，线段长 度按标度和力的大小画，线段标上刻度。如图甲所示， 从O点竖直向下画一条三倍于标度的线段。 ③标注方向→在线段上加箭头表示力的方向。为了简 便，也可以依照图乙来画。 2N fFs fFx 00 G G 甲 乙 丙 丁 (2)画力的示意图时，只需画出力的作用点和方向，对线 段的长度没有严格要求。图丙为木块所受重力和支持 力的示意图，也可以依照图丁那样用一个点表示木块， 画出重力和支持力的示意图。 [答案] 见解析 要点二---[问题导引] 提示 物体落向地面是因为受到了竖直向下的重力作 用；重垂线能检测墙壁是否竖直，也是因为重力的方向 是竖直向下的，重锤静止时，悬挂重锤的细线方向一定 是沿竖直方向的，如果墙壁与细线平行，就说明墙壁是 竖直的，没有倾斜。 [典例剖析] [例 2] C 重力的方向为竖直向下而不是垂直地面向 下，选项A错误；同一物体在地球上不同位置所受重力 不同，与测力计无关，选项 B错误；重心为物体各部分所 受重力的等效作用点，选项C正确；重心的位置与物体 的形状与质量分布是否均匀有关，如果质量分布不均 匀，仅有规则几何外形，其重心也不一定在几何中心上， 选项 D错误。 要点三——[问题导引] 提示 (1)①海绵对铁块的支持力是海绵发生弹性形 变，对与它接触的铁块产生力的作用，方向垂直于接触 面向上(如图甲)。 Fx 甲 7 Fx' 乙 7 8 ②铁块对海绵的压力是铁块发生弹性形变，对与它 接触的海绵产生力的作用，方向垂直于接触面向下 (如图乙)。 (2)由于橡皮绳发生弹性形变，对与它接触的物块产生力 的作用，方向沿绳指向绳收缩的方向(沿绳斜向右上)。 [典例剖析] 考查视角1 [例3] B A图中物体 a受重力和竖直向上的拉力，如 果b对 a有弹力，方向水平向左，那么a受到的三力不 能平衡，与 a、b均处于静止状态矛盾，故 A错误；B图中 物体 a受重力、斜向上的拉力，如果b对a没有弹力，那 么 a受到的二力不能平衡，与a、b均处于静止状态矛 盾，故 B正确；C图中若水平地面光滑，b受重力、竖直 向上的支持力，如果 a对b有弹力，方向水平向右，那么 b受到的三力不能平衡，与 a、b均处于静止状态矛盾， 故C错误；D图中b受重力、竖直向上的拉力，如果 a对 b有弹力，方向垂直斜面向上，那么b受到的三力不能 平衡，与a、b均处于静止状态矛盾，故 D错误。 考查视角 2 [例4] [解析] 甲图中杆在重力作用下对A、B两处都 产生挤压作用，故 A、B两处墙对杆都有弹力，弹力方向 与接触点的平面垂直，如图甲所示。乙图中杆对C、D 两处都有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以 C处弹力垂直于圆弧切面指向球心，D处弹力垂直于杆 斜向上，如图乙所示。丙图中球挤压墙壁且拉紧绳子， 所以墙对球的弹力与墙面垂直；绳子对球的弹力沿绳子 向上，如图丙所示。丁图中当重心不在球心处时，弹力 作用线也必通过球心，如图丁所示。应注意不要错误地 认为弹力作用线必定通过球的重心。 F F?3FB Fa Fo0 w F 7Fc D F? A C 甲 乙 丙 丁 [答案] 见解析图 要点四——[问题导引] 提示 甲错，乙对。弹簧的弹力与弹簧的形变量成正 比，即F=kx,也有△F=k△x。 [典例剖析] [例5] [解析](1)由题图知：当弹力 F=0时，弹簧处 于原长L?=10 cm。 (2)由F-L 图像知：当弹力 F=10 N且弹簧处于拉伸 状态时，弹簧长度为L=15 cm,弹簧的伸长量 x=L-L?=(15-10)cm=5 cm=0.05 m。 由F=kc得k=F=200N/m。 (3)当x=15 cm=0.15 m时，由F=kx得 F=200×0.15 N=30 N。 [答案](1)10 cm (2)200 N/m (3)30 N 【随堂巩固促应用】 1.C 2.C 3.(1)15 cm (2)500 N/m 第 2课时 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 【互动探究解疑难】 [例1] [解析] 图乙可估读为25.85 cm。挂2个钩码 时，弹簧弹力等于钩码的重力，即F?=2mg=0.98 N。 由于弹簧伸长量等于弹簧现在的长度减去弹簧原长，因 此要得到伸长量，还需要测量弹簧原长。 [答案] 25.85 0.98 弹簧原长 [例 2] [解析](1)为保证弹簧的形变，只由砝码和砝 码盘的重力引起改变，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖 直方向。(2)弹簧静止时，记录原长L?;表中的数据L 与其他数据有效数字位数不同，所以数据L?不规范，标 准数据应读至厘米位的后两位，最后一位应为估计值， 所以刻度尺的分度值为1 mm。(3)由题图知所挂砝码 质量为0时，x为0,所以横轴是弹簧长度与L?的差值。 (4)由胡克定律F=k△x知，mg=k(L—L?),即 mg= kr,所以图线斜率即为劲度系数k= Amg= 60-12-2××-9×9.8N/m=4.9 N/m。同理砝码盘质 量m=AC-L)=4.9×(27.35-25.35×102kg= 0.01 kg=10 g [答案](1)竖直(2)静止 L? 1 mm (3)L, (4)4.9 10 [例3] [解析] (1)弹簧测力计的示数为 LA= 15.70 cm。 (2)根据胡克定律，利用逐差法计算，为了减小偶然误 差，我们间隔相减 kA?(LA3-LA)=2mg, kA?(LA-LA2)=2mg, 则k=w+k, 代入数据，整理得k?=12.24 N/m。 将LA?=15.70 cm代入表格，算得 L-LA=14.26 cm, Lp-LA就是弹簧2的长度与悬挂重物的对应值，用同 样的方法解得 k,=27.45 N/m [答案](1)15.70(15.69～15.71都对) (2)12.24(12.20～12.28都对) 27.45(27.40～27.48都对) 【随堂巩固促应用】 1.C 2.BC 3.(1)如图所示(2)5.0 25 F/N2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0# 10 15 20 25 L(x10-2m)5 (2)mg 98.0(96.0～100之间均可)4.(1)如图所示 l/cm13.0 12.5 12.0 11.5 11.0 10.5 10.0% 2 3 4 5 6n 9