3.1 第1课时 重力与弹力(学案)-【成才之路】2024-2025学年高中新课程物理必修第一册同步学习指导(人教版2019)

第三章!相互作用!!!力 !" uvNwv 第"课时!重力与弹力 ! !"#$%& 素养目标 学习重点 物理观念 !""理解重力的大小和方向#知道重心的概念$ !#"通过实例#了解弹力的概念#认识弹力产生的条件$ !$"知道弹力大小的影响因素#掌握胡克定律$ 科学思维!""会运用)悬挂法*确定不规则物体的重心$ !#"掌握判断弹力是否存在的方法#能确定弹力的方向$ 科学探究使用)放大法*观察物体的微小形变$ 科学态度 与责任 观察形变的有趣现象#感受自然界的奥秘#培养学生对科学的 好奇心$ !" " 重力的大小及 方向$ !#"弹力的有无及方 向的确定$ !$"胡克定律的应用$ 探究点 " 重力 !!!!!!!!!!! ! !!!!! ! +,-. !!"!力 #"$定义*!!!!!!!!的作用" ##$力的三要素*大小)!!!!和!!!!" #$$单位*!!!!!简称!!!!!符号*!!!!" " "思考# #!重力 #"$定义*由于!!!!的吸引而使物体受到的力" ##$大小*;9!!!!!>是!!!!" #$$方向*!!!!" #%$作用点*重心" $ 定义*一个物体的!!!!都受到重力的作用!从效果上看!可以认为 各部分受到的重力作用!!!!于一点!这一点叫作物体的重心" "思考# 力是物体间的相互作 用!是否只有相互接 触的物体!它们之间 才有相互作用" 风吹 草动! 是谁对谁的 作用" #)' "举例# S:•2 ef/#g hWgê)&3`” Fn&3O S:'2 Óþ¨)m r3vÜ>)&3” Fn3Ü)&3s2 .ijnkþ3Ü )&3yO "思考#走钢丝的演员 为什么要拿一根较长 的横杆" !! % 决定重心位置的因素*7!物体的!!!!+J!物体的!!!!" " "举例# $!力的表示方法 #"$力的图示*用!!!!表示力" $ 有向线段的长短表示力的大小+ % 箭头表示力的方向+ & 箭尾#或箭头$表示力的作用点" ##$力的示意图*在不需要准确标度力的大小时!通常只需画出力的作用 点和!!!!" "判断正误# #"$只有相互接触的物体间才有力的作用" #!!$ ##$力的图示和力的示意图都可以表示力的大小和方向" #!!$ #$$重力的方向总是与接触面垂直向下" #!!$ #%$重心不是物体上最重的一点!也不一定是物体的几何中心" #!!$ ! #/01 !!"!对重力的理解 #"$产生*重力是由于地球的吸引而产生的" 注意!重力来源于地球的吸引#但地球对物体的吸引力与重力又有区别# 在必修第二册中将会学习两者大小'方向的关系$ ##$重力的大小 $ 大小*;9=>!只与质量和自由落体加速度>有关!与物体的运动状态 无关" % 自由落体加速度> 7!与物体所处的纬度的关系*>随纬度的升高而增大+在赤道处>最小! 在两极处>最大" J!与高度的关系*>随高度的升高而减小" #!重心的理解 #"$重心是一个等效的概念!引入重心!就把实际作用于物体各部分的重 力!用作用于重心的一个力等效替代了!从而使问题大为简化" ##$重心的位置可以在物体上!也可以在物体外" 如图"!重心就在物 体外" #$$质量分布均匀)形状规则的物体的重心在其几何中心上!如图# 所示" #%$质量分布不均匀)形状不规则的物体!重心与物体的形状)质量分布 情况均有关!如图$所示" " "思考# #)( !!#0$重心在物体上的位置与物体的位置)放置状 态及运动状态无关" #.$对薄板类物体!可用支撑法或悬挂法来确定 重心!如图% 所示!'点即用悬挂法确定的物体的 重心" 2345 对重力和重心的理解 例"!'#*#$,海南高一校考期中(关于物体的重力 和重心!下列说法正确的是 #!!$ &>物体所受的重力是由于受到地球的吸引而产生的!所以方向总是指 向地心 '>物体的重心就是物体各部分所受重力的等效作用点 (>同一物体在地球上的不同位置!当用弹簧秤测量时其所受重力大小 一定相同 )>形状规则的物体!重心在其几何中心处 !!跟踪训练"!在足球比赛中!专业的足球运动 员能够巧妙地踢出&香蕉球'&落叶球'" 如图所 示!某运动员主罚任意球时踢出了快速旋转的 &落叶球'" 关于该足球!下列说法正确的是 #!!$ &!足球的重心在足球的外皮上 '!在空中运动的过程中!足球的重心发生了变化 (!足球离开脚后不再受重力的作用 )!足球所受重力的方向始终竖直向下 2365 力的图示和力的示意图 例#!重力为"* N的木块浮在水面上!在图中作出木块所受到的 水对它的浮力的图示及其重力的示意图" " "规律方法# 探究点 # 弹力 !!!!!!!!!!! ! !!!!! ! '()* !!情境!如图所示!杂技演员顶坛子时!演员的头和坛子 都发生了形变!从而它们之间产生了弹力" 探究!坛子所受的弹力是由哪个物体产生的% 方向如 何% 这个形变的方向向哪儿% 演员的头受到的压力呢% " "提示# "规律方法#力的图示 和力的示意图画图 步骤 l Ì ä:Ö× > ) : è s ³ ] õ 5 !‘ µ L 4 5 çèƒ-m) >" y7z‘NG HQ>)&3 äL ê 2 Ñ Ò³])õ5 t>)-1, Š4\]ê )45 ||ê)2 d ä • Ñ n2 çè>)&3 > ) è Ó : sA±³õ5 y7z‘NG HQ>)&3 äLՄ45 )ê`I ||ê)2 d ä • Ñ n2 çè>)&3 "提示# opv')ˆ>R# qù)n ¡@:. r¡)2 &3jno p?qùn·kþ 3¨2 nv'op) ~>3Ü ¡@:Ú nv')~>Rop  ¡@:.r¡)2 &3jnop?qù n·kþ3ÜO #)) "思考# 有同学说)放在桌面 上的物体对桌面产生 压力是因为物体的重 力! 这个说法是否 正确" ! +,-. !!"!形变!物体在力的作用下!!!!或!!!!会发生改变!这种变化 叫作形变" #!弹力!发生弹性形变的物体!要!!!!原状!对与它接触的物体会产 生力的作用!这种力叫作弹力" $!三种弹力的方向 #"$放在地板上的物体!它对地板的压力以及地板对它的支持力的方向! 都跟接触面是!!!!的" ##$绳子拉力的方向沿绳子指向绳子!!!!的方向" #$$弹簧弹力的方向沿弹簧指向弹簧恢复原状的方向" "判断正误# #"$书本放在桌子上!书本和桌子都发生了形变" #!!$ ##$相互接触的物体间一定存在弹力" #!!$ #$$两个物体之间存在弹力!说明这两个物体一定都发生了弹性形变" #!!$ #%$绳的拉力的方向与绳伸长的方向相同" #!!$ " "思考# ! #/01 !!"!弹力产生的过程 %( 外力作用 %( 相互挤压或拉伸 发生弹性形变 %(且要恢复原状 产生弹力 #!弹力的产生必须同时具备的两个条件 #"$两物体直接接触+ ##$两物体接触处发生弹性形变" $!弹力有无的判断方法 条 件 法 根据物体间是否直接接触并发生 弹性形变来判断是否存在弹力" 此方法多用来判断形变较明显的 情况 图中弹力带与手直接接 触!弹力带发生形变!手 与弹力带之间一定存在 弹力 假 设 法 假设两物体间不存在弹力!看物 体能否保持原有的状态!若状态 不变!则不存在弹力+若状态改 变!则存在弹力 斜面光滑!细绳竖直! 假设斜面对小球无弹 力!小球在拉力和重 力作用下能保持静止 状态!则斜面对小球 无弹力 状 态 法 因为物体的受力必须与物体的运 动状态相吻合!所以可以依据物 体的运动状态由相应的规律#如 二力平衡等$来判断物体间的 弹力 小车静止时!杆对小球的弹力方向 竖直向上 #)* !!%!几种常见弹力的方向 " "拓展# 2345 弹力有无的判断 例$!如图所示!图中的物体&均处于静止状态!下列关于受到弹力作用的说 法正确的是 #!!$ &!图甲中地面是光滑水平的!&与'间存在弹力 '!图乙中两光滑斜面与水平地面的夹角分别为 # ) $ !&对两斜面均无压 力的作用 (!图丙中地面光滑且水平!&与竖直墙壁没有压力的作用 )!图丁中&受到斜面'对它的支持力的作用 2365 弹力方向的确定 例%!请在下图中画出物体&所受的弹力示意图" " "规律方法# 探究点 $ 胡克定律 ! +,-. !!"!弹性形变!物体在发生形变后!如果撤去作用力能够!!!!的形变" #!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" $!胡克定律!在弹性限度内!弹簧发生弹性形变时!弹力1的大小跟 !!!!成正比!即19!!!!" %!劲度系数!式中/叫作弹簧的!!!!!单位是!!!!!符号是 !!!!!是表示弹簧&软'&硬'程度的物理量" "拓展#弹力的突变 问题 !! " ‡ !<  k þ"Âsʇ!<m rt+kþ"Ã2 è‡!<kþ"B mr ) ˆ > ó ` u v2 @:wt)W½ IZ[XWO ˆ> ÎIx:-:1O L’DÌa3æ)y ê?kþ2 |XÍ ‘z¥ÃW2 ›I, è{|ânO !""ˆ‰!<Š‹ ‡"Âèðmr)‘ NR@:o-2 @: wt±dý4W½2 |ÙWCDa2 ¶ˆ >)-1}}I4y KRX:)O "规律方法#几种弹力 方向的总结 !!"N˚þk W)ˆ>&32 ᐠkNjn$kþØ 3v>mrO !""NËÁþk W2 ˆ>)&3jn $ákN)~þ2 Ø3v>mrO !#"šþ˚þ k2 {ˆ>)&3j n$kþ¸Ø3v >mrO !$"šþËÁþ k2 ˆ>&3ák Njn$šþ¸Ø3 v>mrO #)+ "思考# 弹力增大时!弹簧一 定变长吗" "规律方法#计算弹簧 弹力时应注意的问题 !!"€]ÅYW ®ˆ>)-12 .& 3dÑ҈‰)‚ é\]2 .#Rˈ ‰w t ; A ) & 3 ÖO !" " | ˆ ^ G 5 ‡2 ˆ‰ˆ>)-1 | ð­—A™Ü„ I4 ‘  € ] Å k l2 …쑃>š„ W®ˆ>W2 +F| mrâ$ÀÇ<¬¬ nê ­ — A ™ W … I4O !#"†ˆ‰!<Š ‹‡")Ü>I“” ©2 `ÖLˆ‰)Œ dt¶a½ N)ˆ >-1O "判断正误# #"$由19/&可知!在弹性限度内弹力1的大小与弹簧形变量&成正比" #!!$ ##$弹簧的劲度系数/是由弹簧本身的性质决定的!与弹力1的大小和形变 量&的大小无关" #!!$ #$$1应为弹簧两端所受作用力的合力" #!!$ " "思考# ! #/01 !!对胡克定律19/&的理解 !!"!适用条件!弹簧的形变必须在弹性限度内" #!&的意义!&是弹簧的形变量!即弹簧的伸长量#D:D * $或压缩量#D * : D$" $!/的意义!弹簧的劲度系数由弹簧本身的材料)长度)粗细)匝数等因素 决定" %!1:&图像!是一条过原点的倾斜直线#如图所示$!直 线的斜率表示弹簧的劲度系数/" 0!推论式 # 19/ # &!弹簧弹力的变化量 # 1与形变的变 化量 # &也成正比" &特别提醒 应用胡克定律的两点注意事项 !""如果题目中只告诉%弹簧的形变量&或%弹簧弹力的大小&#并没有明确弹 簧是处于拉伸状态还是处于压缩状态#就需要分情况进行讨论$ !#"轻弹簧的一端自由!即不连接物体"时弹力为零#不自由!即连接物体"时 两端的弹力必然相等$ 例0!如图所示!一根原长为#* =2的弹簧竖 直悬挂着!当用"0 N的力向下拉弹簧 时!量得弹簧长为#% =2" 若把它竖立 在水平桌面上!用$* N的力竖直向下 压时!弹簧长为多少#在弹性限度内$% " "规律方法# !!跟踪训练#!'多选( '#*#%,山西吕梁高一统考期 末(如图所示!为一个轻质弹簧的长度和弹力大小的关 系!请根据图像判断!下列正确的结论是 #!!$ &>弹簧的劲度系数为"** NE2 '>弹簧的劲度系数为#** NE2 (>弹簧的原长为. =2 )>弹簧伸长*!*# 2时!弹力的大小为% N #*# 素养能力提升 拓展整合!启智培优 ‰Š‹ŠŒŽ;d !!当物体受到两个力的作用且处于平衡状态时!二力等大反向!因此我们可以用二力平衡的条件 求绳或杆上的弹力" 例.!'多选(如图所示是街头常见的太阳能路灯!已知灯头的质量为# DM!则关于 弯曲的路灯杆对灯头的弹力1的大小和方 ###################### 向!下列说法正确的是#取> 9"* 2E1 # $ #!!$ !!!!!!! & ! ! ! ! ö÷*Iøùúøû*ü~ý>þù`[/ U;øûFÿ!ú"/ ¢ £#ýy$‚- &!方向平行于路灯杆倾斜部分向上 '!方向竖直向上 (!大小为#* N )!由于不知道路灯杆弯曲部分形变量的大小!故无法确定弹力1的大小和方向 请同学们认真完成练案!"." 第#课时!实验!探究弹簧弹力与形变量的关系 ! !"#$%& 素养目标 学习重点 物理观念进一步练习使用弹簧测力计$ 科学思维会用二力平衡法求弹力$ 科学探究学会利用列表法&图像法&函数法处理实验数据$ !""图像法处理实验数据# 由图像求出弹簧的劲 度系数$ !#"实验误差的分析$ 实验要点梳理 系统学习!落实新知 !!!!!!!!!!! ! !!!!! . ^_b. "!如图所示!在弹簧下端依次悬挂不同数目的钩码! 改变弹力的大小!弹簧长度发生改变!测出弹力与长度改 变的对应数据!即可探究弹力与形变量的关系" #!弹力1的确定!在弹簧下端悬挂钩码!静止的钩码 对弹簧的拉力与弹簧弹力大小!!!!!即弹力大小与所 挂钩码的重力大小!!!!!即19=>" $!伸长量&的确定!测量弹簧的原长D * 与挂上钩码后 弹簧的长度D!则弹簧的伸长量&9!!!!" %!探究1:&关系!建立关于1)&的直角坐标系!由测量数据作出1与& 的关系图像!根据图像分析弹簧弹力和形变量的关系" #*! 在。时刻之前位移有相等的时刻，即两人能再次相遇，选项C 见解析 正确：因？-t图像的而积等于位移，由图像可知甲乙在时 解析：(1)为了减小空气阻力等误差影响，应该选用材质密度 刻之前，甲的位移始终大于乙的位移，则两人不能相遇，选项 较大的小钢球，故远A D错误。故选BC。 (2)刻度尺的分度值为1mm,估读到分度依的下一位，由图 9.(1)相邻1s内的位移之差接近△x=80m 可知h=61.20em (2)547(3)79 (3)根据k=2可如2h=8 解析：(1)第1s内的位移507m,第2s内的位移587m,第3s 故在2山-2图像中斜率表示重力加速度，则根据图线有g= 内的位移665m,第4内的位移746m,第5：内的位移 3.27-0.50 824m,第6s内的位移904m,则相邻15内的位移之差接近 0.35-0.06 m/g2=9.55m/s2 △x=80m,可判断飞行器在这段时间内微匀加速运动。 (4)下落过程中声音传播的时间为1=A (2)当x=507m时飞行器的速度等于0-2s内的平均速度. 则，=L09 则小球下落的时间为广=1+4=1+么 2 m/s=547m/s (5)设木条厚度为H,则台阶距离地面的高度h1时的时间为 (3)根据a.二.4233-2x1759m/279m/%2 ,高度2时的时间为马2：则根据前面的分析有g= 9T 9×12 2(h2+H)-2(h1+H)2(h2-h) 10.(1)24.0080.0(2)见解析图(3)71.558.7 632-42 3- (4)b2k 可知与H无关。 解析：(I)根据纸带的数据可得△x如=x+x+x= 6.60cm+8.00cm+9.40cm=24.00cm 第三章 相互作用一力 _想=80.0e/s 平均速度为r如=3T 1.重力与弹力 (2)根据第(1)小愿结果补充表格和补全实验点图像得 第1课时重力与弹力 105 探究点1 重力 95 基础梳理 1.一个物体对另一个物体方向作用点牛顿牛N 2.地球mg白由落体加速度竖直向下各部分集中 形状质量分布 555 中用4 0.0.10.2030.40.50.6 3.有向线段方向 判断正误 (3)从实验结果可知，小车运动的-△图线可视为一条直 (1)×(2)×(3)×(4)V 线，图像为 例1：B物体所受的重力是由于受到地球的吸引而产生的，方向 ◆em.g 竖直向下，但不一定指向地心，故A错误：物体的重心就是物 95 体各部分所受重力的等效作用点，故B正确：同一物体在地球 上的不同位置，由于重力加速度不一定相等，当用弹簧秤测量 时其所受重力大小不一定相同，故C错误：只有质量分布均 匀，形状规则的物体，重心才一定在其几何中心处，故D错误 55 跟踪调练1：D足球的重心在足球的几何中心，即足球的球心： 00.10.2030.4050.6 在空中运动过程中，足球仍然受到重力的作用，重心的位置不 此直线用方程0=△：+b表示，由图像可知其中 发生变化：足球所受的重力方向始终竖直向下，故D正确，A、 k=94.6-660 0.4 em/s'=71.5 cm/s? BC错误。 例2：见解析图 b=58.7cm/s 解析：木块受重力和浮力作用，根据二力平衡得F年=G (4)小球微匀变速直线运动，由位移公式x=+ 2,整 I0N,方向竖直向上。浮力的图示和重力的示意图分别如图 甲、乙所示。 里得=6+ 1 5V F 1 即=机，+2 故根据图像斜率和载距可得D,=b,a=2k。 11.(1)A(2)61.20(3)9.55(4)1+么(5)不正确.理由 -278 探究点2弹力 练案[16] 基础梳理 1.形状体积2.恢复3.垂直收缩 1.C重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，重力是引力的 判断正误 一个分力，不能说重力就是地球对物体的吸引力，故A错误： (1)V(2)×(3)V(4)× 静止的物体和运动的物体都受到重力作用，故B错误：物体受 例3：D题图甲中A,B间没有挤压，无弹力，A错误：题图乙中A 到的重力与物体的运动方向无关，同一物体在地球上向什么 对两侧面有压力作用，B错误：题图丙中地面光滑且水平，A 方向运动，都受到重力，故C正确，D错误 挤压竖直墙壁，存在压力的作用，C错误：题图丁中A受到斜 2.AD物体的重力为20N,标度分别设为5N和2.5N,方向竖 面B对它的支持力的作用，D正确 直向下，作用点在重心上，故选项A,D正确。 例4：见解析图 3.C重心是重力的等效作用点，并不是只有重心才受重力，故 解析：轻绳的弹力沿绳并指向绳收缩的方向：点与面接触或面 选项A错误：重心位置与物体的形状和质量分布有关，质量分 与面接触的弹力则垂直于接触面；若接触面为当面，则弹力与 布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心处，但形状发生 切面垂直。图丙中，物体与曲面之间的弹力方向垂直于过接 触点的切面。图己已中，弹力的方向垂直于过接般点的切面，故 改变后重心位置可能发生变化，重心可以不在物体上，故选项 弹力方向必通过球心，与重心位置无关。 B,D错误：形状规则的物体垂心的位置可能不在几何中心，还 它们所受弹力的示意图如图所示： 受质量分布影响，故选项C正确。 4.B足球形状规则，质量分布均匀，故重心在球心上，故A错 误；落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了弹性形变， 球网是此弹力的施力物体，故B正确：足球受到的重力是地球 施加的，故C错误：运动员踢足球时，脚对足球有力的作用，足 球对脚部也有力的作用，施力物体同时也是受力物体，故D错 误。故选B。 5.C小球随车厢（底部光滑）一起向右做匀速直线运动，小球 受重力与小车底板给小球的支持力，二力平衡，车厢左壁对小 光斜面 球无弹力，故A错误：两相同小球被两根等长的竖直轻绳悬挂 而静止，两小球各自受重力与竖直轻绳给小球的拉力，二力平 探究点3胡克定律 衡，则两球对彼此无弹力作用，故B错误：小球被a、b两轻绳 基础梳理 悬挂而静止，其中a绳处于竖直方向，小球受重力与竖直轻绳 1.恢复原状2.不能3.弹簧伸长（或缩短）的长度xk知 a给小球的拉力，二力平衡，则b绳对小球一定没有拉力，故C 4.劲度系数牛顿每米N/m 正确：小球静止在光滑的三角槽中，三角槽底面水平，小球受 判断正误 重力与槽底面给小球的支持力，二力平衡，倾斜面对球无弹 (1)V(2)V(3)× 力，故D错误。 例5：12cm 6.C足球给斜台的弹力是由施力物体足球发生形变所产生的， 解析：当弹簧受向下的15N的拉力作用时，由胡克定律得 A错误：足球给斜台的弹力方向是垂直于斜台指向斜台右下 F 15N/m F,=k(L,-1),解得劲度系数k=-五=0 方，C正确，BD错误。 7.D在A点处，当筷子滑动时，筷子与碗的接触点在碗的内表 =375N/m. 而（半球面）上滑动，所以在A点处的接触而是半球面在该点 设当用30N的力向下压时，弹簧长为L2,由胡克定律得F:= 处的切面，弹力与切面垂直，即指向球心O。在B点处，当筷 _54=0.20m k(山-2)，整理得4=L。-本 30 375 m=0.12m= 子滑动时，筷子与碗的接触点在筷子的下表面上滑动，所以在 B点处的接触面与筷子平行，弹力垂直于筷子斜向上，故D正 12 cme 跟踪训练2：AC由图可知.弹力为零时，弹簧长度为6m,即弹 确，A,B,C错误 2N 菱的原长为6m。弹簧的劲度系数为k=太= 8.AC 每条弹性绳的伸长量为4r=分x(83m-53m)三 100N/m,故A、C正确，B错误：弹簧仲长0.02m时，弹力的大 15cm,故A正确：两个弹簧测力计示数均为2N,口罩两侧均 小为F=k△1=100N/m×0.02m=2N,故D错误。 受到2N的弹力，故B错误；每条弹性绳的劲度系数为：= 素养能力提升 例6：BC对灯头受力分析.灯头受到重力G和弯曲的路灯杆对 N/m,故C正确，D错误 灯头的弹力F作用，由于灯头处于静止状态，所受弹力与重力9.B物体对弹簧的压力是由于物体的形变产生的，放A错误： 平衡，故弯曲的路灯杆对灯头的弹力方向竖直向上，弹力大小 F=G=20N,放A,D错误，B、C正确 由图甲可得，弹簧的劲度系数k=A=30 △x0.05 N/m=600N/m, 279