3.1 重力与弹力 课件-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 第三章 相互作用——力 高中物理人教版（2019）必修第一册 力是一个物体对另一个物体的作用。 认识一个力，需要弄清以下几个问题： 1. 谁受到的力，谁施加的力？ 2. 怎样量度它的大小？ 3. 它的方向如何？作用点在哪里？ 第1课时 重力 一、力（知识回顾） 1.定义：力是物体间的相互作用。 2.力的三要素： (1)力的大小。单位：牛顿，符号：N。 (2)力的方向。 (3)力的作用点。 力的示意图 15N F=30N F=30N 3.力的图示和力的示意图有什么区别？ 力的图示 只画出力的作用点和方向 例：小车在水平方向受到向右的大小为100N的力F，如何表示这个力呢？ 首先选一标度(可以用1cm长表示20N的大小) 然后，从力的作用点向右画一根带箭头的线段，线段 的长度是标度的5倍，表示100N，箭头表示力的方向。 生活中物体下落的运动是一种常见的运动 物体为什么会 下落? 2、大小：可由弹簧测力计测定。  公式：G = mg g = 9.8 m/s2 1、定义：由于地球的吸引而使物体受到的力。 思考：重力是否是地球的引力？ 思考：同一物体在地球表面不同处重力相等吗？ 思考：公式成立的条件是什么？物体一定要静止吗？ 做自由落体运动的物体适用吗？ 二、重力 水平面 3、方向：竖直向下 思考：是指 向地心吗？ 垂直向下？ 地球不同地方 重力方向不同 方向：竖直向下 垂直水平面向下 垂直向下 × 放在斜面上的重物所受重力的方向 垂直斜面向下？ 竖直向下？ √ 等 效 G1 G2 G3 Gi Gi+1 Gn 如何确定重力的作用点？ 【讨论与探究】 4.重力的作用点：重心。 一个物体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的重力作用集中于一点，这一点叫物体的重心。 重心与什么有关？ 对重心的理解： (1)质量分布均匀、形状规则的物体，重心在其几何中心。 (2)质量分布不均匀的物体，重心跟其质量分布和几何形状都有关系。 (3)重心可能在物体上，也可能在物体之外。 重心一定在物体上吗？ 物体 质量 均匀 分布 分布不 均匀 形状决定 重心 位置 重心 位置 形状和质量 分布决定 规则 不规则 重心 位置 几何 中心 怎么办? 影响重心位置的因素 悬挂法：薄板形物体的重心可用悬挂法确定。如图所示，先在A点把薄板悬挂起来，薄板静止时，薄板所受的重力与悬绳的拉力在同一竖直线上，所以薄板的重心一定在通过A点的竖直线AB上。然后在C点把薄板悬挂起来，同理知，薄板的重心一定在通过C点的竖直线CD上，所以AB和CD的交点O就是薄板的重心位置。 1.（多选）关于物体的重心，以下说法中正确的 是( ) A．物体的重心不一定在物体上 B．用线悬挂的物体静止时，细线方向一定通过重心 C．一块砖分别平放、侧放或立放时，其重心在砖内的位置不变 D．舞蹈演员在做各种优美的动作时， 其重心的位置不变 ABC 【对点训练】 a b c 2.如图所示，一被吊着的空心的均匀球壳内装满了细 砂，底部有一阀门，打开阀门让细砂慢慢流出的过程 中，球壳与细砂的共同重心将会( ) A．一直下降 B．一直不变 C．先下降后上升 D．先上升后下降 C 3.“马踏飞燕”是汉代艺术家高超技术的结晶,如图所示,东汉铜奔马身高34.5 cm,身长45 cm,宽13 cm,质量7.15 kg。形象矫健俊美,别具风姿。讨论并回答下列问题:(g取10 m/s2) 提示:(1)该重力的施力物体是地球,受力物体是铜马。 (2)铜马所受重力的大小G=mg=7.15×10 N=71.5 N,方向竖直向下。 (3)铜马的重心一定在飞燕所在的竖直线上,但是马的重心位置在马身上而不在飞燕上。 (1)铜马所受重力的施力物体和受力物体。 (2)铜马所受重力的大小和方向。 (3)铜马的重心是否一定在飞燕所在的竖直线上? 1、产生：由于地球的吸引而使物体受到的力 3、大小：G=mg 用弹簧秤测量 4、方向：竖直向下（即垂直于水平面向下） 5、作用点（重心）：质量分布均匀和不均匀 重力 2、定义：由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力 力 1、概念：力是物体间的相互作用 2、力的三要素：大小、方向、作用点 1.关于重力，下列说法中正确的是（ ） A. 物体受到的重力大小和方向与物体的运动状态无关 B．抛出的石块轨迹是曲线，说明石块所受的重力方向在改变 C. 自由下落的石块速度越来越大，说明石块所受重力越来越大 D．物体所受的重力作用于重心处，物体的其他部分不受重力作用 A 2.关于重心的理解，下列说法正确的是( ) A.重心就是物体上最重的一点 B.用细软线将物体悬挂起来，重心一定在悬线所在的直线上 C.物体的重心一定在物体上 D.形状规则的物体，它的重心就在物体的几何中心上 B 第2课时 弹力 讨论与交流： 这些动作的完成有什么共同特点? 弯曲 压缩 常见的形变有哪些？ 做一做 用力分别拉橡皮筋和挤压橡皮泥松手后，结果有什么不同吗？ （2）弹性形变：有些物体在形变后撤去作用力时能够恢复原状,这种形变叫作弹性形变。 想一想 用力分别拉橡皮筋和挤压橡皮泥松手后，结果有什么不同吗？ 一、弹性形变和弹力 （1）形变：物体在力的作用下发生的 形状或体积改变。 1.弹性形变 （3）弹性限度：弹性体的形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。 观察图片 对物体的微小形变，我们可以想办法用某种装置进行放大来验证其存在。 放大的思想 思考与观察：物体受力后，都会发生形变吗？ 微小形变的观察 微小形变的观察 思考：发生形变的物体，对使它发生形变的物体有什么作用效果呢？ 比如说：射箭、弹簧推小车等。 它为什么会产生这样的效果呢？ 因为它要恢复原状 物体1受到物体2的作用 物体1发生了形变 物体1对物体2产生了弹力 作用过程 （1）定义：发生弹性形变的物体由于要恢复原状而 对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫作弹力。 2.弹力： 施力物体： 发生形变的物体 受力物体： 与施力物体接触，使它发生形变，并阻碍其恢复原状的物体 （2）产生条件 直接接触 物体发生弹性形变 接触力 一句话，弹力的产生，接触是前提，形变是根本。 【对点训练】 关于弹性形变及弹力的产生,下列说法正确的是( ) A.物体的形状改变叫作弹性形变 B.一根铁丝用力折弯后的形变就是弹性形变 C.两物体不接触时也可能产生弹力 D.只有发生弹性形变的物体才会对与它接触的物体产生弹力作用 D （3）弹力的方向 弹力的方向就是施力物体恢复原状趋势的方向，与施力物体形变的方向相反。 1.点面接触型：弹力的方向垂直于相接触的面指向受力物体。    2.面面接触型：弹力方向垂直该面指向受力物体。 【总结提升】弹力的方向：垂直于面(切面) 注意：若与圆面（球面）接触，弹力方向垂直于接触处的切面，即沿着半径方向指向圆心(球心)。 36 例：试画出弹力方向 37 几种弹力 1、压力 支持力 （1）压力 由于书向上发生形变（要向下恢复原状） 而对桌面产生向下的力F1，这就是书对桌面的压力。 桌面受到的压力F1 书形变方向 压力和支持力是怎样产生的？ 书受到的支持力F2 桌面形变方向 （2）支持力 由于桌面向下发生形变（要向上恢复原状）而对书产生向上的力F2，这就是桌面对书的支持力。 平面与平面接触时的压力、支持力的方向： 总是垂直接触面 ，而指向受力物体。 2、绳子的拉力 未受到拉力时 绳子形变方向 拉力 总结：绳子对所拉物体的弹力方向总是沿着绳而指向绳子收缩的方向。 判断弹力方向的一般步骤 (1)确定物体之间弹力作用的类型。　　　　　 (2)确定产生弹力的物体。 (3)找出使物体发生形变的外力方向。 (4)确定物体形变的方向。 (5)确定物体产生的弹力方向。 【对点训练】 下列各图中，物体A静止。画出物体A所受弹力的示意图。 A A A T T T′ 作图,首先标点.该点代表物体.弹力竖直向上。 设想,如果右面墙壁撤去时,A物体会“动”,则有弹力,否则没有。 T 方法：假设法+平衡条件 1.假设“无”，可将所接触物移走，若物体运动状态能够保持不变，可见不受所移走物体产生的弹力。 2.假设“有”，那么画上该力，若物体不能再保持原有的运动状态，可见不受该弹力。 【总结提升】弹力有无的判断 FN F FN F FN FN G FN FN G 不平衡 不平衡 FN G F 不平衡 例：判断有无弹力 弹力的大小和什么有关？ 试一试：作用在物体上的外力越大，物体的形变就越大。 思考：外力与形变有什么定量关系吗？ （定量才是科学） 探究弹力大小与形变量大小的关系的关系 弹力F/N 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 弹簧的伸长量x/cm 2.6 5.0 6.8 9.8 12.4 探究弹力和弹簧伸长量的关系所测得的几组数据: F-x图像 思考： 1.曲线所代表的函数。 2.函数表达式中常数的物理意义？ 3.该弹簧受到反向压力时,其劲度系数是否变化? 胡克定律： 1.内容： 弹簧发生弹性形变时，弹力的大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比。 2.公式：F ＝kx 其中：k——弹簧的劲度系数 单位：牛每米，符号N/m x——弹簧伸长（或缩短）的长度 归纳提升 1.定律的成立条件:弹簧发生弹性形变或形变在弹性限度内。 2.表达式中的x是弹簧的形变量,即弹簧伸长(或缩短)的长度,不是弹簧的原长,也不是弹簧形变后的实际长度。弹簧伸长量或压缩量相同时,弹力大小相等,但方向不同。 3.表达式中的k是弹簧的劲度系数,它反映了弹簧的“软”“硬”程度,是由弹簧本身的性质决定的。在国际单位制中,k的单位为N/m。 4.由于弹簧的形变量x通常以cm为单位,而劲度系数k又常以N/m为单位,因此在应用F=kx时要注意将各物理量单位统一到国际单位制中。 5.根据胡克定律,可作出弹力F与形变量x的 图像,如图所示,这是一条通过原点的倾斜直 线,其斜率反映了k的大小,故胡克定律还可 写成ΔF=kΔx,即弹力的变化量ΔF跟弹簧长度 的变化量成正比。同一根弹簧,劲度系数不变。 例：一轻质弹簧原长为8cm,在4 N的拉力作用下伸长了2 cm,弹簧未超出弹性限度。则该弹簧的劲度系数为 　(　　) A.40 m/N　　 B.40 N/m　　 C.200 m/N　　 D.200 N/m D 【对点训练】竖直悬挂的弹簧下端，挂一重为4 N的 物体时弹簧长度为12 cm； 挂一重为6 N的物体 时弹簧长度为13 cm，则 弹簧原长为多少？劲度 系数为多少？ 【解析】 均为拉伸状态 原长加伸长 设原长为L0，劲度系数为k G1＝k(L1－L0) G2＝k(L2－L0) 代入数据解得： L0＝10 cm k＝200 N/m 一、弹力产生条件： 1.相互接触 2.发生弹性形变 二、弹力方向 1.压力和支持力：方向都垂直于接触面指向被压或被支持的物体。 2.拉力：绳的拉力沿着绳指向绳收缩的方向 三、弹力大小： 1.弹簧弹力：胡克定律F＝kx 2.其他弹力：由物体受其他力和运动状态求解 1.已知甲、乙两物体之间有弹力的作用，那么下列 说法中正确的是( ) A．甲、乙两物体一定直接接触且都发生了形变 B．甲、乙两物体一定直接接触但不一定都发生形变 C．甲、乙两物体不一定直接接触但一定都发生形变 D．甲、乙两物体不一定直接接触也不一定都发生形变 A 2.在下图中,a、b(a 、b均处于静止状态)间一定 有弹力的是( ) (接触面光滑) B 3.关于胡克定律F=kx中的x，下述说法正确的是 ( ) A. x是弹簧伸长后或压缩后的长度 B. x是弹簧原来的长度 C. x是弹簧变化(伸长或压缩)的长度 D. x是弹簧原长加后来的长度 C 4.(多选)一根劲度系数为103N/m的弹簧,在受500N的 力作用时, 长度为63cm,当不受外力作用时, 弹簧的 长度可能为( ) A. 83cm B. 13cm C. 113cm D. 38cm BC 提示：对于弹簧，要注意 有伸长与压缩两种状态。 $$