第3章 1 第1课时 重力与弹力(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理必修第一册（人教版2019）

第三章　相互作用——力 1　重力与弹力 第1课时　重力与弹力 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 预习案 必备知识·问题导学 01 探究案 关键能力·互动探究 02 知能达标训练 04 提升案 随堂演练·基础落实 03 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 01 预习案 必备知识·问题导学 栏目导航 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 吸引 mg 竖直向下 集中于一点 形状 质量分布 作用点 方向 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 形状 体积 弹性形变 与它接触 垂直 收缩 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 能够 不能 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 伸长(或缩短) kx 劲度系数 N/m 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 02 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 [答案]　B 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 03 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 04 知能达标训练 点击进入Word 栏目导航 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 谢谢观看 栏目导航 第三章　相互作用——力 1 物理观念 1．知道重力的产生原因及重力的方向。 2．知道弹性形变，弹力的定义及产生条件。 科学思维 1．会作力的示意图。 2．理解重心位置的确定方法。 3．会判断弹力的方向。 4．会用胡克定律计算弹簧弹力。 一、重力 阅读教材，并回答： 1．如图甲、乙所示，应用弹簧测力计或台秤测量物体的重力大小。 (1)重力大小与物体的质量有什么关系？ 答：G＝mg。 (2)同一物体分别在北京和上海用测力计称其重力是否相同？ 答：不同。 2．关于重心 (1)重心的位置与哪些因素有关？重心一定在物体上吗？ 答：重心的位置与物体的形状和质量分布情况有关。不一定。 (2)说出教材图3.1­3所示确定不规则薄板的重心的道理是什么？并亲自做一做。 答：略。 【概念·规律】 重力 定义 由于地球的________而使物体受到的力 大小 G＝_____，g就是自由落体加速度 方向 ____________ 作用点 —— 重心　 (1)重心：一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用____________，这一点叫作物体的重心； (2)决定因素：①物体的________；②物体的____________ 力的 表示法 (1)力的图示：用一条带箭头的线段(有向线段)来表示力； (2)力的示意图：只用一条带箭头的线段来表示力的__________和________ 二、弹力 阅读教材，并回答： 1．如图所示的实验过程你一定经历过，据此体会形变、弹性形变、弹性限度的含义。物理学中，把物体在力的作用下发生形状或体积的变化称为形变。 (1)发生弹性形变的弹簧，撤去外力能恢复原状吗？ 答：能。 (2)发生形变的橡皮泥，撤去外力能恢复原状吗？ 答：不能。 2．阅读教材演示实验如图甲所示，用力挤压玻璃瓶身，细管中的水面会上升，松手后水面下降。如图乙所示，在一张大桌子上放两个平面镜M和N，让一束光依次被两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点P，用力压桌面，观察到墙上光点P的位置会发生变化。你认为玻璃瓶和桌子是否发生了形变？指出是通过什么方法观察微小形变的。 答：发生了　放大法 【概念·规律】 1．形变：物体在力的作用下________或________发生的变化。 2．弹力：发生____________的物体，由于要恢复原状，对____________的物体产生的力。 3．几种弹力的方向 (1)压力和支持力的方向都________于物体的接触面。 (2)绳的拉力方向总是沿着绳子而指向绳子________的方向。绳中的弹力常常叫作张力。 三、胡克定律 1．弹性形变：物体在形变后撤去作用力时________恢复原状的形变。 2．弹性限度：如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后物体________完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。 【概念·规律】 胡克 定律 内容 在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧__________________的长度x成正比 公式 F＝______，其中k为弹簧的____________，单位是牛顿每米，单位的符号是________ (1)重力的方向一定指向地心。(　　) (2)物体的重力只与质量有关。(　　) (3)绳中弹力的方向一定沿绳的方向。(　　) (4)只要两个物体接触就一定有弹力。(　　) (5)弹力一定产生在相互接触的物体之间。(　　) (6)相互接触的物体间一定有弹力。(　　) (7)F＝kx中“x”表示弹簧形变后的长度。(　　) (8)弹簧的形变量越大，劲度系数越大。(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)× 探究点一　力和力的图示 1．力的作用效果 (1)力的作用效果 (2)影响作用效果的要素：力的大小、方向和作用点。 2．力的图示和力的示意图 作图步骤 力的图示 力的示意图 选标度 选定标度(用某一长度的线段表示一定大小的力) 画线段 从作用点开始沿力的方向画一线段，根据选定的标度和力的大小按比例确定线段长度 从作用点开始沿力的方向画一适当长度线段 标方向 在线段的末端标出箭头，表示方向 在线段的末端标出箭头，表示方向 如图所示，一人通过细绳用大小为50 N的力F沿与水平方向成30°角斜向上拉物块A，试画出拉力F的图示，并指出受力物体与施力物体。 [解析]　依题意知，细绳拉物块A，受力物体是物块A，施力物体是细绳。画力的图示时，先选好标度，以4 mm长的线段表示10 N的力，则拉力F共长20 mm，用点A代表物块A，即力的作用点，最后标上箭头指明拉力的方向，即得力F的图示，如图所示，为了准确无误地表示拉力的方向，图中的虚线是必要的补充。 [答案]　见解析图 探究点二　重力 [交流讨论] 1．观察教材图3.1－1至图3.1－4，质量分布均匀形状规则的物体重心在几何中心，利用二力平衡两点悬挂法如何确定不规则物体的重心位置？ 答：见教材 2．物体的重心和哪些因素有关？ 答：见教材 [归纳总结] 1．重力的大小 (1)重力的大小G＝mg，只与质量和重力加速度g有关，与物体的运动状态无关。 (2)重力加速度g与物体所处的纬度和高度有关，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作用。重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布有关。质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心。重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。 (2)重心位置的确定方法：薄板状物体的重心可以用悬挂法确定。 关于物体的重力和重心，下列说法正确的是(　　) A．物体所受的重力是由受到地球的吸引而产生的，所以方向总是垂直于地面向下 B．同一物体在地球上的不同位置，当用不同的弹簧测力计测量时其所受重力大小是不同的，当用同一弹簧测力计测量时所受重力大小一定相同 C．物体的重心就是物体各部分所受重力的等效作用点 D．形状规则的物体(如正方体)，其重心一定在其几何中心处 [解析]　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，如果质量不均匀分布，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。 [答案]　C 1.如图所示，一个空心均匀球壳里面注满水，球的正下方有一个小孔，在水由小孔慢慢流出的过程中，空心球壳和水的共同重心将会(　　) A．一直下降 B．一直上升 C．先升高后降低 D．先降低后升高 解析　重心的位置跟物体的形状和质量分布有关，当注满水时，球壳和水的重心均在球心，故它们共同的重心在球心，随着水的流出，球壳的重心虽然仍在球心，但水的重心逐渐下降，开始一段时间内，球壳内剩余的水较多，随着水的重心的下降，球壳和水共同的重心也下降，一段时间后，球壳内剩余的水较少，随着水的重心的下降，球壳和水的共同的重心在升高，当水全部流出时，整体的重心又恢复到球壳球心的位置，D正确。 答案　D 探究点三　弹力的产生及弹力的方向 [交流讨论] 1．分析常见弹力的产生 (1)如图所示，放在桌面上的书和桌面相互挤压都发生了微小形变，简述书对桌面的弹力和桌面对书的弹力是怎样产生的？试着总结压力和支持力的方向有何特点。 答：发生形变的书要向桌面恢复原状，对跟它接触的桌面产生向下弹力，这个力的作用效果是压桌面，也叫压力；发生形变的桌面要向书恢复原状，对跟它接触的书产生向上的弹力，这个力的作用效果是支持书，也叫支持力。 (2)如图所示，用绳子把物体悬挂起来，物体和绳子都发生了微小形变，简述绳子对物体的弹力和物体对绳子的弹力是怎样产生的？在图中画出两个弹力的示意图，并试着总结绳子弹力的方向有何特点。 答：发生形变的绳子要向上恢复原状，对物体产生向上的弹力，发生形变的物体要向下恢复原状，对绳子产生向下的弹力，绳子产生的弹力也叫拉力。 2．图中杆A、B、C的弹力方向如何？请分析并画出弹力的示意图，轻杆中的弹力一定沿杆吗？ 答：图中A杆给重物的弹力F类同于绳子的作用，为拉力，方向沿杆向上，如图(a)所示；图中B杆给重物的弹力F类同于支持力，方向沿杆向上，如图(b)所示；图中C杆给重物的弹力F并不沿着杆，根据二力平衡判断出F的方向应竖直向上，如图(c)所示。 [归纳总结] 几种弹力及方向 常见弹力 弹力方向 压力支持力 垂直于物体的接触面，指向被压或被支持的物体 绳的拉力 沿着绳子指向绳子收缩的方向 杆中的弹力 不一定沿杆 在下列四个图中，物体a、b均处于静止状态，a、b间一定有弹力的是(　　) [解析]　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。 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。 (2)“假设法”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、b两接触面对球有无弹力。 　 常见以下两种情境： 两种情境 具体方法 结果 结论 解除 接触面 去除接触面a 球保持静止 a对球无弹力 去除接触面b 球下落 b对球有弹力 假设 有弹力 a对球有弹力 球向右滚动 a对球无弹力 b对球有弹力 球仍保持静止 b对球有弹力 2．(2023·枣庄高一期末)用弹簧测力计竖直悬挂一个小球，整个装置处于静止状态。下列说法正确的是(　　) A．小球对弹簧测力计的拉力就是小球所受的重力 B．小球对弹簧测力计的拉力是由于弹簧发生弹性形变产生的 C．小球对弹簧测力计的拉力方向竖直向上 D．小球所受重力的施力物体是地球 解析　小球对弹簧测力计的拉力作用在弹簧测力计上，小球所受的重力作用在小球上，可知小球对弹簧测力计的拉力不是小球所受的重力，A错误；小球对弹簧测力计的拉力是由于小球发生形变产生的，B错误；小球对弹簧测力计的拉力方向竖直向下，C错误；小球所受重力的施力物体是地球，D正确。 答案　D 探究点四　胡克定律 对F＝kx的理解 (1)x是弹簧的形变量，而不是弹簧形变后的长度。 (2)k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和伸长量x无关。 (3)F­x图像是一条过原点的倾斜直线(如图所示)，直线的斜率表示弹簧的劲度系数k。 (4)弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比，即ΔF＝kΔx。 如图所示，一轻弹簧上端固定在天花板上，现将一质量为m的物块悬挂在弹簧下端，平衡时弹簧的长度为l1，已知弹簧的原长为l0，重力加速度大小为g，则弹簧的劲度系数为(　　) A.eq \f(mg,l0)　　　　　　　 B．eq \f(mg,l1) C.eq \f(mg,l0－l1) D．eq \f(mg,l1－l0) [解析]　由题意可知，弹簧处于拉伸状态，物体处于平衡状态，根据平衡条件可得k(l1－l0)＝mg，解得k＝eq \f(mg,l1－l0)，故选D。 [答案]　D 　若在例题中静止时弹簧长度为x0。在物块下方又悬挂了一个同样的物块，静止后弹簧的长度为x(弹簧未超过弹性限度)，求弹簧的原长为(　　) A．l＝x0 B．l＝x C．l＝2x0－x D．l＝2x0＋x 解析　设物块的质量为m，弹簧原长为l，由胡克定律可得，弹簧弹力的大小为mg＝k(x0－l)，2mg＝k(x－l)，解得l＝2x0－x，故选C。 答案　C 　若在例题中把弹簧一端固定然后水平放置，用大小为F1的力拉弹簧的另一端，平衡时长度为l1，改用大小为F2的力拉弹簧，平衡时长度为l2，弹簧的拉伸均在弹性限度内，该弹簧的原长为(　　) A.eq \f(F1l2－F2l1,F1－F2) B．eq \f(F1l2－F2l1,F2－F1) C.eq \f(F2l2－F1l1,F1－F2) D．eq \f(F2l2－F1l1,F2－F1) 解析　设弹簧原长为l0，由胡克定律得F1＝k(l1－l0)，F2＝k(l2－l0)，联立解得l0＝eq \f(F1l2－F2l1,F1－F2)，故A正确，B、C、D错误。 答案　A 　若在例题中把弹簧一端固定然后水平放置，用大小为F1的力压弹簧的另一端，平衡时长度为l1；改用大小为F2的力拉弹簧，平衡时长度为l2。弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，该弹簧的劲度系数为(　　) A.eq \f(F1＋F2,l2－l1) B．eq \f(F2＋F1,l1＋l2) C.eq \f(F1＋F2,l1－l2) D．eq \f(F2－F1,l2＋l1) 解析　由胡克定律得F＝kx式中x为形变量，设弹簧原长为l0，则有F1＝k(l0－l1)，F2＝k(l2－l0)，联立方程组，可以解得k＝eq \f(F2＋F1,l2－l1)，故A正确，B、C、D错误。 答案　A 计算弹力大小的两种方法 (1)公式法：利用公式F＝kx计算，适用于弹簧、橡皮筋等物体的弹力的计算。 (2)二力平衡法：若物体处于静止状态，物体所受弹力与物体所受的其他力应为平衡力，可根据其他力的大小确定弹力的大小。　 3．由实验测得某弹簧所受弹力F和弹簧的长度l的关系图像如图所示，求： (1)该弹簧的原长为多少？ (2)该弹簧的劲度系数为多少？ 解析　法一　(1)弹簧不产生弹力时的长度等于原长，由题图可知该弹簧的原长为l0＝15 cm。 (2)据F＝kx得劲度系数k＝eq \f(F,x)＝eq \f(ΔF,Δl)，由图线可知， 该弹簧伸长Δl＝(25 cm－15 cm)＝10 cm时，弹力ΔF＝50 N。 所以k＝eq \f(ΔF,Δl)＝eq \f(50,10×10－2)N/m＝500 N/m。 法二　根据胡克定律得F＝k(l－l0)，代入图像中的两点(0.25,50)和(0.05，－50)。 解得l0＝0.15 m＝15 cm，k＝500 N/m。 答案　(1)15 cm　(2)500 N/m 1．关于重力、重心的说法正确的是(　　) A．风筝升空后，越升越高，说明风筝受到的重力越来越小 B．质量分布均匀、形状规则的物体的重心一定在物体上 C．舞蹈演员在做各种优美动作的时候，其重心位置不断变化 D．浸入水中的物体所受的重力会减小 答案　C 2．关于弹力产生条件，正确的是(　　) A．两个接触的物体间一定有弹力 B．两个相互吸引的物体间一定有弹力 C．只有发生弹性形变的物体间才能产生弹力 D．只要物体发生形变就一定有弹力产生 解析　产生弹力的条件是物体必须相互接触，且要发生弹性形变；故只接触而没有发生形变的物体之间不会产生弹力，故A错误；两个相互吸引的物体若没有接触和挤压则不会产生弹力，故B错误；只有发生弹性形变的物体间才能产生弹力的作用，故C正确；若物体发生的是非弹性形变，则没有弹力产生，故D错误。 答案　C 3．(多选)某物理探究小组测量图甲所示口罩两侧弹性绳的劲度系数。 ①将两条弹性绳A、B端拆离口罩并如图乙在水平面自然平展，总长度为51 cm； ②如图丙用两个弹簧测力计同时缓慢拉A、B端，当两个弹簧测力计示数均为1 N时，总长度为81 cm。不计一切阻力，根据以上数据可知(　　) A．图丙中，每条弹性绳的形变量为15 cm B．图丙中，口罩两侧均受到2 N的弹力 C．每条弹性绳的劲度系数为eq \f(20,3) N/m D．每条弹性绳的劲度系数为eq \f(10,3) N/m 解析　两弹性绳总形变量为Δx＝81 cm－51 cm＝30 cm，则每条弹性绳的形变量为x′＝eq \f(Δx,2)＝15 cm，故A正确；两个弹簧测力计示数均为1 N，合力为0，则口罩两侧均受到1 N的弹力，故B错误；弹簧测力计示数为1 N，根据胡克定律可知k＝eq \f(F,x′)＝eq \f(1,15×10－2) N/m＝eq \f(20,3) N/m，故C正确，D错误。 答案　AC 4．如图所示为一轻质弹簧的长度L和弹力F的关系图线，试由图线确定： (1)弹簧的原长； (2)弹簧的劲度系数； (3)弹簧伸长15 cm时，弹力的大小。 解析　(1)由题图知：当弹力F＝0时，弹簧处于原长L0＝10 cm。 (2)由F­L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－L0＝(15－10) cm＝5 cm＝0.05 m。 由F＝kx得k＝eq \f(F,x)＝200 N/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 $$