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

第1节重力与弹力 教学分析 教学目标 1．正确建立关于重力的物理观念，理解重心的含义，了解寻找重心的科学方法。 2．知道常见的形变，并知道把微小量进行放大是物理学中常用的科学方法。 3．通过实验，了解弹力产生的原因和条件，并能分析弹力的大小和方向，训练科学思维，培养科学探究能力。 4．通过实验，探究总结出胡克定律，体验科学探究的过程，培养科学态度与责任，增强团队意识。 教学重难点 重点： 1．理解影响重心位置的因素，用科学的方法寻找物体重心。 2．通过实验探究总结胡克定律并能应用于解决实际问题，培养科学思维和科学探究能力。 难点： 分析弹力产生的原因和条件以及弹力的方向。 教学方法 探究法、讲授法、讨论法 课时安排 1课时 教学准备 多媒体辅助教学设备、学案等 教学设计 一、复习导入 【提出问题】初中我们都学习过哪些力？力的三要素是什么？ 【学生回答】初中学习过重力、摩擦力，接触过拉力、支持力、压力等。力的三要素是力的大小、方向和作用点。 【教师总结】力就是物体间的相互作用。本章我们将一起深入研究各种常见力的作用。 二、新课讲授 （一）重力的基本概念 【情境设问】初中我们学习过重力，如图所示，一位60kg的轮滑运动员在空中受到的重力如何表示？重力的施力物体是谁？作用点在哪里？方向如何？ 【学生回答】由G=mg,，可得人受到的重力大小为600N。重力的施力物体是地球，作用点在人身体上，方向竖直向下。我们通常画一个竖直向下的箭头表示重力。 【教师总结】由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。重力的大小为G=mg，方向竖直向下。我们可以画有向线段来表示重力，线段的起点为重力的等效作用点，叫作重心。 【提出问题】经过回顾初中所学，我们又发现了新的问题： （1）重力的大小表达式中g是什么？ （2）重力的方向是指向地心吗？重力方向一定垂直于地面吗？ （3）初中表示重力时，能否准确地表示重力的大小？ 【学生讨论】表达式中的g初中叫作比例系数，g=10N／kg。重力的方向不一定垂直于地面，指向地心与竖直向下有什么区别呢？初中表示重力大小的方法并不准确，有没有更好的方法呢？ 【教师总结】（1）g在初中我们只是把它当作一个比例系数，大小取9.8N／kg，粗略情况下可以取10N／kg，但是在第二章我们学习过自由落体运动，g叫重力加速度，因此g的单位还可以写成m／s2。 （2）重力的方向不一定垂直于地面，实际上它也并不指向地心。地面上的物体跟着地球旋转是需要向心力的，导致重力方向不能说成指向地心，只能表述为竖直向下，这个问题我们会在后面学习万有引力时进行深入研究。 （3）初中表示力的方法叫力的示意图，只是粗略的表示方法。现在我们一起来学习能准确表示力的大小、方向和作用点的方法-力的图示。如图所示，一个重为6N的均匀球体，我们选取一个单位长度表示2N大小的力，球的重力就可以用确定长度的有向线段准确表示出来了。 （二）对重心的理解 【提出问题】刚才提到重力的等效作用点叫重心，重心是什么？重心的位置在哪里？如图所示的汽车，当装载的货物多少和装载位置发生变化时，重心也会随之变化，你认为重心和什么因素有关？ 【学生讨论】从图中看出，物体的重心应该和质量分布情况有关。 【教师总结】物体各部分都受重力的作用，我们从效果上让它们集中作用于一点，这个点就叫重心。重心与物体的质量分布有关，对于质量均匀分布且几何形状规则的物体，重心就是其几何中心。如图所示的物体均为质量均匀分布具有规则形状的几何体，重心位置很容易确定。 【提出问题】若物体质量分布不均匀，形状不规则，如何确定它的重心呢？请大家试着找一下铅笔和三角板的重心位置。 【学生实验】用支撑和悬挂的办法找重心。 【教师总结】对于细杆可以用支撑法确定重心的大致位置，对于薄板可以用悬挂法确定重心。用悬挂法确定三角板重心位置可以看出，重心不一定在物体上。 支撑法 悬挂法 （三）弹力的产生 【情境设问】如图所示，运动员撑竿跳和老师用双手拉橡皮条，竿与橡皮条有什么共同点？运动员受竿的作用力吗？手受橡皮条的作用力吗？这些力是由于什么原因产生的？ 【学生回答】竿和橡皮条都发生了形变。运动员和手都受力的作用，这些力都是由于形变而产生的。 【学生实验】每位同学发一个弹簧、一块橡皮泥。感受这两个物体发生的形变有何不同？ 【教师总结】物体在力的作用下形状或体积会发生改变，这种变化叫作形变，撤去作用力能恢复原状的形变叫弹性形变。 【教师演示】用力将细弹簧拉直，细弹簧就无法恢复原状了。 【教师总结】由此可见，弹性形变是有一定限度的，弹性形变的极限叫弹性限度。上面的撑竿跳运动员和手都受到了力的作用，正是因为竿和橡皮条发生的是弹性形变。这种发生弹性形变的物体，由于要恢复原状对与它接触的物体产生的力，叫弹力。 【提出问题】请适度挤压弹簧，体会弹力产生需要哪些条件？ 【学生回答】要产生弹力需要挤压弹簧并使之发生弹性形变。 【教师总结】弹力产生条件是接触并发生要恢复原状的形变，因此弹力属于接触力。由形变而产生的力都叫作弹力，但可能有不同的效果，便有了不同的名字，如初中提到的拉力、支持力、压力等，从本质上都属于弹力，只是不同的命名方式而已。 【教师演示】用力捏玻璃瓶，用力压桌子，是否导致了形变呢？我们可以想办法放大这些微小形变来观察。如图所示的三个实验中，用细玻璃管中水柱的升高反映玻璃瓶体积变化，用玻璃砖彩色条纹的移动反映玻璃砖形状改变，用激光落在标尺上的位置变化反映桌面发生了弯曲，这种方法是将微小形变的影响扩大，叫作“放大法”。 （四）探究弹力的大小和方向 【提出问题】如图所示的三种情况，请按要求画出弹力。通过分析，你能总结出弹力方向有什么特点？ 钢管一端放在水平地面上，另一端用竖直的绳子吊起，请画出地面和绳子对钢管的弹力。 物体静止在斜面上，请画出斜面对物体的弹力和物体对斜面的弹力。 物块静止在墙角，接触面均为光滑平面，请画出物块受到的弹力。 【学生回答】弹力方向总是与形变方向相反，垂直于接触面或者沿着绳子。接触的物体间不一定有弹力。 【教师总结】通过上面问题我们可以总结如下： （1）弹力方向总是垂直接触面或沿绳子，指向形变恢复的方向，或与形变方向相反。 （2）根据弹力的定义，某个弹力的施力物体，总是发生形变的物体。如上面问题中，斜面对物块的弹力的施力物体为斜面，弹力是由于斜面要恢复形变而产生的勺；物块对斜面弹力的施力物体是物块，弹力是由于物块要恢复形变而产生的。 （3）接触的物体间未必有弹力，我们可以根据二力平衡的原则，用“假设法”来判断弹力有无。 【学生实验】探究弹簧弹力与形变量的关系，实验装置如图甲所示，请带着5个问题完成本探究实验： 甲 乙 （1）实验探究的目的？ （2）如何测量弹簧的形变量x？ （3）如何测量弹簧弹力F的大小？ （4）如何描绘F-x关系最简洁直观？ （5）根据图像你能得到什么结论？ 【教师总结】胡克定律：在弹性限度内，弹力和弹簧形变大小成正比。表达式：F=kx，其中，k为劲度系数，单位：牛顿每米（N／m），其大小由弹簧本身的性质决定，x为形变量。 三、例题展示 【例题】一根轻弹簧在10N的拉力作用下，长度由原来的5.00cm伸长为6.00cm。则 （1） 当这根弹簧长度为4.20cm时，受到的压力有多大？ （2）当弹簧受到15N的拉力时，弹簧的长度是多少？ 例题分析 本题由胡克定律可求解，需要注意的是，弹力大小与形变量成正比，而与原长无关，与压缩还是伸长也无关；劲度系数体现了弹簧的软硬程度，计算时注意要统一单位，且有效数字位数应统一。 例题解答（1）由胡克定律 F=kx 可得， 故 本知识点设计说明 理解和正确应用胡克定律解决弹簧弹力问题。 课堂小结 【教师引导】回顾本节课的学习，掌握重力和弹力的概念，从大小、方向和作用点三要素，在初中基础上进一步认识重力和弹力。教师提问，学生回答。 【学生总结】本节课学到的知识：从力的三要素掌握重力和弹力。本节课运用的科学方法：放大法、假设法。 板书设计 第三章 相互作用-力 第1节 重力与弹力 一、重力 1．重力的产生 2．重力的大小和方向 3．重力的作用点--重心 （1）影响重心位置的因素 （2）简单确定重心的方法 二、形变 弹性形变：撤去外力后能恢复原状的形变。 三、弹力 1．发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用。 2．产生条件：接触、要恢复原状的形变。 3．方向：与物体的形变方向相反。 （1）压力或支持力的方向总是垂直接触面指向受力物体。 （2）绳的拉力总是沿着绳子指向要收缩的方向。 4．胡克定律： （1）内容：在弹性限度内，弹力大小和弹簧形变量成正比。 （2）表达式：F=kx 其中，k为劲度系数，单位为牛顿每米（N／m），其大小由弹簧本身的性质决定。 学科网（北京）股份有限公司 $$