3.1 重力与弹力 导学案-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

罗伯特 • 胡克英国科学家。他提出了描述材料弹性的基本定律——胡克定律 高一物理学教评一体化学习设计 编者： 审核: 高一物理组 日期： 使用说明：本学习设计紧密贴合课本，认真研读课程标准，精心设计而成，要求学生填写，出现问题教师引导难点，有效解决满堂灌和只注重知识，不注重生成。教师走下讲台，行走在学生中间，及时发现学生问题，有效提高了课堂效率。试题全部来自课本和其它版本教材，有效挖掘课本习题代表性功能。使用时本段可以删除。 3.1重力与弹力 【课标要求】 认识重力、弹力。通过实验，了解胡克定律。 【学习目标】 (1)知道重力产生的原因、大小和方向。会测量物体重力的大小。(2)知道重心的概念，初步体会等效替代的思想，体会引人重心概念的意义 (3)会画力的图示和示意图。 (4)通过实验观察，抽象概括弹力产生的条件。 (5)知道压力、支持力和拉力都是弹力。会根据弹力产生的条件或者物体的运动状态及其变化，分析弹力的方向。了解重力和弹力在生产和生活中的应用，体会物理学与生产、生活的紧密联系 (6)通过实验探究弹簧弹力和形变量的关系，了解胡克定律，了解科学探究中获取及处理数据的研究方法。 【创设情境】 科技馆里有一个十分有趣的“锥体上滚”实验将一个双圆锥体轻轻放在倾斜轨道的低端，就会看到它似乎在向“上”滚去请分析其中奥妙。 【问题体验1】 1.举出具体的实例来说明： （1）力能够改变物体的运动状态或使物体产生形变 （2）每一个力，都有一个施力物体和一个受力物体。 2.画出下面几个力的图示，并指出受力物体和施力物体。 （1）竖直向上飞行的火箭受到的重力，火箭质量为 2×103 kg。g 取 10 N/kg。 （2）人对车施加的水平向右 250 N 的推力。 （3）用一根细绳竖直悬挂一件工艺品，工艺品对细绳的拉力为 0.5 N。 【归纳总结1】 1．力的作用效果：使物体产生 ，改变物体的 ． 2．力的概念 ⑴力是 ． ⑵力的物质性、相互性：力 能离开物体而单独存在，施力物体同时也是 物体． ⑶力的单位： ，简称 ，符号是 。 ⑷测量工具： （回忆使用方法、注意事项） 3．力的图示和力的示意图 ⑴力的图示法：用 表示力。 表示力的作用点， __________________________表示力的大小， 表示力的方向。 ⑵力的示意图（与力的图示法相比较）____________________________________。 【达标检测1】 【问题体验2】 1.物体重力是怎么产生的？它是地球对物体的吸引力（万有引力）吗？ ２.重力的方向是＿＿＿＿＿＿＿。“竖直向下”垂直于＿＿＿＿面，“垂直向下”垂直于＿＿＿＿＿＿面。利用这个特点可以制成重垂线，建筑工人可以用它来检验墙体是否竖直，如图所示。 3.自由落体运动初速度为_____,只受_____力的________直线运动，其加速度即为__________加速度。同一物体在地球上不同位置，其重力值是______同的，会随着___________的变化而变化。g的单位是_________，也可以是_________，两者是相等的。 4.一个物体的各个部分都会受到____力的作用。从效果上看，可以把这些力视作集中作用于一点，我们把这个点视为重力的____效作用点，称为物体的_____心。重心实际并不存在。 如果物体的形状规则，它的重心_____定在几何中心,物体的重心______定在物体上。 几何学中把三角形三条中线的交点叫作重心。物理学中也有重心的概念。均匀的三角形薄板的重心是不是与几何学上的重心位于同一点上？请你通过以下实验作出判断。 首先作图把均匀等厚三角形纸板的三条中线的交点 C 找出来，然后用细线悬吊三角形纸板的任意位置，看悬线的延长线是否通过 C 点。 【归纳总结2】 1．定义：重力是_______________吸引而使物体受到的力，施力物体是__________。 2．大小： ． ⑴可以用 进行测量． ⑵g=________ 是自由落体加速度，与物体所处的 和 有关． 3．方向：_______________________ 4．作用点---重心： 叫做物体的重心． ⑴ 的物体重心是在其几何中心． ⑵物体的重心随物体质量分布变化而变化，重心 在物体上． 【达标检测2】 如图所示为一空心圆球，内部装满水，若在其底部扎一小孔，水从中不断流出，则在此过程中，把球和其中的水作为一个整体，其重心变化情况是_____________________________________。 【问题体验3】 1. 几幅图片的共同点是____________________________________________________。 2.不同的材料其形变的区别是_______________________________________________。 3.所有的物体受到外力都会有形变吗？ 4.物体在力的作用下产生的形变有时不容易被觉察，你还想到用什么方法来观察力作用下的微小形变？请画示意图说明你的方法。 （1） 如图，在一张大桌子上放两个平面镜M和N，让一束光依次被这两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点。按压两镜之间的桌面，观察墙上光点位置的变化。这个现象说明了什么？ （2） 当扁平玻璃瓶的瓶身受到挤压时，发生的形变肉眼不能看出。但是，将瓶中装满水，瓶口用中间插有细管的橡皮塞塞紧，再挤压瓶身时，就可以看到细管中的水柱高度在上下变化:这就是通过水柱的高度变化将微小形变“放大”了。 （3） 如图，在槽码盘中逐渐增加槽码，可看到指针针尖向上偏转，表明钢丝在拉力作用下发生了微小的伸长形变。 5. 所有发生形变的物体都会对周围的物体产生力的作用吗？被拉长的橡皮泥和被拉长的弹簧，我们能感受到哪个对我们的力呢？这个拉力是如何产生的？ （1）手对弹簧的弹力F1是由于_______的形变，为恢复形变，对______施加的；弹簧对手的弹力F2是由于_______的形变，为恢复形变，对______施加的。 （2）静止于水平桌面的书使______产生形变，_________要恢复原状，会对__产生支持力N1。支持力大小与书所受_______相等，方向____于桌面竖直向上如图（a）；反之，_____的形变使书产生垂直桌面向下的弹力F1，这就是书对桌面的_______力。同样，若桌面是倾斜的，书受到的支持力方向仍______于桌面，但不再竖直向上，大小与书所受重力也不再相等如图（b）。 （3）用绳子吊着一个物体，绳子会产生______，为了________形变，绳子会对物体产生一个弹力，称为_____力，拉力的方向是沿________指向绳子_______的方向:蹦床游戏就是利用橡皮绳的弹力来保护人的安全的。 【归纳总结3】 1.形变：物体在力的作用下 或 会发生改变，这种变化叫作形变。 2.弹性形变：撤去外力后 恢复原状的形变； 非弹性形变：撤去外力后 恢复原状的形变。 3.弹力：发生 形变的物体由于要 ，对与它 的物体产生的作用力。产生弹力的条件： 、 ． 4.接触力是物体与物体________时发生的，接触力按性质可分为_______________。 5.弹力方向与施力物体恢复形变的方向 。 （1）压力：由于 发生形变，对支持物产生的弹力。方向与接触面 ，指向 ． （2）支持力：由于 发生形变，对被支持物产生的弹力．方向与接触面 ，指向 ． （3）绳的拉力：沿着绳子指向绳子 的方向。 （4）弹簧弹力：沿弹簧的轴线指向弹簧 原状的方向 【达标检测3】 4.质量均匀的钢管，一端支在光滑的水平地面上，另一端被竖直绳悬挂着（图 3.1-9），钢管受到几个力的作用？各力的施力物体是什么？画出钢管受力的示意图。 【问题体验4】 关于弹簧弹力的大小，甲说：弹簧弹力大小与其长度成正比；乙说：弹簧弹力大小与其形变量正比。哪个同学说法正确？ 请你设计实验验证。在设计实验之前，思考下列问题。 (1) 如何测量弹簧的弹力? (2) 如何测量弹簧的伸长量? 用铁架台、下端带挂钩的不同弹簧若干、50g的钩码若干、刻度尺等，探究弹簧弹力的大小与伸长量之间的定量关系: 1.实验步骤： （1） 如图所示，将弹簧一端固定在铁架合上,让弹簧自然下垂，用刻度尺测量并记录弹簧的原长l0。 （2）在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度l，并记下钩码的重力。 （3）增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格。以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量。 实验时要注意: (1)本实验要求定量测量，因此要尽可能减小实验误差。标尺要____直且紧靠指针以减小读数带来的误差，每次改变悬挂钩码个数后，要待系统______后再读数. (2)实验中所提供的刻度尺分度值为1mm，读数应____读。 1 2 3 4 5 钩码质量 m/g 弹簧弹力 F/N 弹簧长度 l/cm 弹簧的伸长量 x/cm (3) 注意弹簧的_____限度，使用时不要超过它的弹性限度. 2.数据处理 3.实验结论 (1)弹簧的弹力随伸长量的增大而______________ (2)在误差允许范围内，弹簧的弹力大小与成______比。 【归纳总结3】 1.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。 2.胡克定律： （1）实验表明，弹簧发生______形变时，弹力的_______跟弹簧伸长（或______）的________x成正比，即F＝ 。伸长量x＝_______（弹簧现长L－弹簧原长L0）；缩短量x＝_______ （2）k为弹簧的 ，单位是_________，符号用______表示，它的大小反映了弹簧的________程度。 3．F—x关系图象是_____________________。图像的斜率表示_______________。 【达标检测4】 6.某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码，做实验研究弹力与弹簧伸长量的关系。他将实验数据记录在表格中。实验时弹力始终未超过弹性限度，g 取 10 N/kg。 钩码质量m/g 0 30 60 90 120 150 弹簧总长度l/cm 6.0 7.2 8.3 9.5 10.6 11.8 （1）根据实验数据在坐标纸上作出弹力 F跟弹簧伸长量 x 关系的 F-x 图像（图 3.1-10）。 （2）根据 F-x 图像计算弹簧的劲度系数k=________。 【巩固提升】 7.小发明——设计一个自动冲水装置。 有一个排污沟，需要每隔十多分钟用水冲洗一次。为此，请你应用重心的知识设计一个自动冲水装置。设计的思路是：用一个可以转动的容器接住从水龙头细细流出的水，容器中的水装到一定体积时，由于重心位置的变化，容器失去平衡而翻倒，容器中的水被全部倒出冲洗排污沟，倒完水的容器又能自动恢复到原来的位置重新接水，如此往复。调节水龙头的流量，还可以控制两次冲水的时间间隔。 请你在图 3.1-11 的圆圈中画出你构思的这个装置的图示。 【自我评价】通过本节课的学习，你有哪些收获？是否完成了学习目标？ ( 3-1- 2 ) ( 3-1- 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$