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 1 01 力是什么？ 相互作用是我们从现今自然科学的观点出发在整体上考察运动着的物质时首先遇到的东西。……相互作用是事物的真正 的终极原因。 ——恩格斯 在力学中，物体间 的相互作用抽象为一个概念——力 2 力的基本概念 1.力的作用效果有哪些？ （1）改变物体的运动状态 （2）使物体发生形变（弹性形变和塑性形变） 2.力的三要素是什么？ 大小、方向、作用点 3 观察微小弹性形变 力可以使任何物体都发生形变吗？ 4 02 重力 1.重力：由于地球的吸引而使物体受到的力叫作重力，重力的施力物体是地球 2.方向：竖直向下 3.大小：G＝mg，大小取决于质量m和重力加速度g 4.作用点：重心 重心的位置跟什么有关呢？ 5 02 重力 4.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。 (2)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，如图甲所示。 ①质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心，如图乙所示。 ②重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。 6 02 重力 (3)悬挂法确定薄板状物体的重心。 ①原理：二力平衡时，两个力等大反向。 ②方法：薄板状物体的重心可用悬挂法确定，如图所示，先在A点把板悬挂起来，物体静止时，物体所受的重力与悬绳的拉力在同一竖直线上，所以物体的重心一定在通过A点的竖直线AB上。然后在C点把物体悬挂起来，同理知，物体的重心一定在通过C点的竖直线CD上，AB和CD的交点O就是薄板的重心位置。 7 随堂练习 1. 从科学方法角度来说，物理学中引入“重心”概念主要运用了(　　) A．控制变量方法 B．等效替代方法 C．理想实验方法 D．建立模型方法 B 随堂练习 2. 下列关于重心和重力的说法正确的是(　　) A．一物体放于水中称量时弹簧测力计的示数小于物体在空气中称量时弹簧测力计的示数，因此物体在水中受到的重力小于在空气中受到的重力 B．据G＝mg可知，两个物体相比较，质量较大的物体受到的重力不一定大 C．物体放于水平面上时，其重力方向垂直于水平面向下，当物体静止于斜面上时，其重力方向垂直于斜面向下 D．物体的形状改变后，其重心位置不会改变 B 随堂练习 3. 关于物体的重力和重心，下列说法正确的是 (　　) A．物体所受重力是由于受到地球吸引而产生的，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 C 随堂练习 4.如图所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家高度智慧、丰富想象、浪漫主义精神和高超的艺术技巧的结晶，是我国古代雕塑艺术的稀世之宝。飞奔的骏马之所以能用一只马蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为 (　　) A．骏马受到的重力较小 B．骏马的马蹄大 C．骏马的重心在飞燕上 D．骏马的重心位置和飞燕在一条竖直线上 D 03 力的示意图与力的图示 项目 力的图示 力的示意图 区别 用来准确地表示力 用来粗略地表示物体受到的力 需要画出力的大小、方向和作用点三要素 只画出力的方向和作用点 联系 都是用有向线段来表示力，使抽象的力具体化、直观化 12 04 弹力 1.弹力：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，这种力叫作弹力 2.产生条件：①相互接触；②发生形变（接触并挤压） 3.分类：支持力、压力、拉力 4.作用点：接触面 5.方向： (1)压力和支持力：垂直于接触面，指向被压或者被支持的物体 (2)拉力：沿着绳子指向绳子收缩的方向 13 随堂练习 4.下图中各物体静止，C图中的接触面是光滑的，A、B两球间一定有弹力作用的是(　　) B 随堂练习 5.图中光滑小球都与下面的支撑物接触，则接触面处一定有弹力的是(　　) C 判断有无弹力方法小结 条件法 方法 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 举例 图中弹力绳与手直接接触，弹力绳发生形变，手与弹力绳之间一定存在弹力   假设法 方法 对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若状态不变，则此处不存在弹力；若状态改变，则此处一定有弹力 举例 图中为用细线悬挂的小球，细线竖直，斜面是光滑的，若去掉斜面体，小球的状态不变，则小球只受细线的拉力和重力，不受斜面的支持力   状态法 方法 根据物体的运动状态，利用力的平衡条件或牛顿第二定律（下一章将学习）判断弹力是否存在 举例 图中斜面体上用轻绳拴住一滑块。如果整体处于平衡状态，则滑块与斜面体之间存在弹力；如果整体向右加速运动，则滑块与斜面体之间是否存在弹力与加速度的大小有关（这一点下一章学习）   16 随堂练习 6.请在下列图中画出杆或球所受弹力的方向。 图甲：杆靠在墙上； 图乙：杆放在半球形的槽中； 图丙：球用细线悬挂在竖直墙上； 图丁：将光滑圆球置于两个等高的台棱之间，圆球的重心位于球心。 常见弹力的方向 18 常见弹力的方向 19 随堂练习 6.如图，一根弹性杆的一端固定在倾角为θ的斜面上，杆的另一端固定一个小球，小球处于静止状态，则弹性杆对小球的弹力方向为（ ） A.平行于斜面沿OA斜向上 B.与杆右上端垂直沿OB斜向上 C.竖直向上沿OC D.与杆右上端平行沿OD斜向上 C 随堂练习 6.图中各物体均处于静止状态．请用力的示意图画出图中小球A所受弹力的情况 （1） 随堂练习 6.图中各物体均处于静止状态．请用力的示意图画出图中小球A所受弹力的情况 （2） 随堂练习 6.图中各物体均处于静止状态．请用力的示意图画出图中小球A所受弹力的情况 （3） 随堂练习 6.图中各物体均处于静止状态．请用力的示意图画出图中小球A所受弹力的情况 （4） 05 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 一、实验目的 1．探究弹簧弹力与形变量的关系． 2．学会利用图像研究两个物理量之间关系的方法． 二、实验原理 1．弹簧的弹力F的测量：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂钩码的重力大小相等，即F＝mg． 2．弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长量x＝l－l0． 3．作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像，根据图像可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系． 三、实验器材 轻质弹簧(一根)，钩码(一盒)，刻度尺，铁架台，坐标纸． 25 05 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 四、实验步骤 1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长． 2．在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1． 3．改变所挂钩码的质量，重复步骤2，记录m2、m3、m4、m5、…和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、… 4．计算出每次弹簧的伸长量x(x＝l－l0)和弹簧受到的拉力F(F＝mg)，并将数据填入表格中. 次数 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0 26 05 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 27 05 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 28 05 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 六、得出结论 弹簧发生弹性形变时，弹力的大小跟弹簧的伸长量成正比 。 表达式 F=kx 七、误差分析 1．偶然误差：由于读数和作图不准产生的误差，为了减小偶然误差，要尽量多测几组数据． 2．系统误差：弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差，为减小系统误差，应使用较轻的弹簧． x——弹簧的伸长量 k——比例系数 单位：N/m 29 05 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 八、注意事项 1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度． 2．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差． 3．描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧． 4．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位． 30 06 胡克定律 胡克（Robert Hooke，1635－1703） 胡克定律： 在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力的大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度成正比，即 F=kx。 x——弹簧的形变量 k——弹簧的劲度系数，劲度系数k是由弹簧本身的性质(材料、长度、粗细等)决定，反映弹簧的“软”“硬”程度 单位：N/m 31 07 弹力的大小 32 07 弹力的大小 33 课堂小结 34 五、数据处理 　　1．以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，如图所示． 2．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可根据F－x图线的斜率求解，k＝eq \f(ΔF,Δx)． 3．得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义． [特别提醒]　x与弹簧的长度的区别。 (3)k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。 (4)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。 (5)推论式ΔF＝kΔx：弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比。 [特别提醒]　①如果弹簧的初、末两个状态都处于伸长状态或压缩状态，则ΔF＝F2－F1，Δx＝x2－x1。 ②如果弹簧的初状态是伸长状态(或压缩状态)、末状态是压缩状态(或伸长状态)，则ΔF应为两个状态的弹力大小之和，即ΔF＝F1＋F2；Δx应为伸长量和压缩量之和，即Δx＝x1＋x2。 $$