1.重力与弹力（教学课件）物理人教版2019必修第一册

第三章 相互作用—力 人教版（2019）必修 第一册 1. 重力与弹力 目录 学习目标 重点难点 课堂导入 探究新知 课堂小结 课堂练习 布置作业 1 2 3 4 5 6 7 2 01 02 03 04 物理观念 知道重力、重心和弹力三个概念 科学思维 通过微观放大法，反映出微小弹力的存在。 科学探究 利用轻质弹簧，探究弹簧弹力和伸长量的关系。 科学态度与责任 通过微观放大法和实验探究解释弹力的存在和大小，明确实验探究的重要性。 学习目标 重力 01 弹力 02 胡克定律 03 教学内容 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 理解重力及重心概念，会用二力平衡知识确定重心。 知道弹力产生的条件，会判断弹力有无及方向。 探究弹簧弹力和弹簧伸长量的关系。 重点难点 跳水运动员和蹦极运动员为什么总是向地面方向下落，而没有向上飞到空中？ 课堂导入——思考与讨论 力是一个物体对另一个物体的作用。结合你初中所学，你认为应从哪几个方面来认识重力呢？ 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？ 课堂导入——思考与讨论 01 PART 01 第一部分 重力 探究新知 8 1.重力：由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。 2.产生原因：由于地球的吸引。 3.注意： (1)重力的施力物体是地球。 (2)物体所受的重力与它所处的运动状态无关。 (3)不能说重力就是地球对物体的吸引力（必修二解释）。 探究新知——重力产生 1.物体所受重力G与物体的质量m的关系式：G = mg 2.单位：牛顿，简称牛，符号用N表示。 3.g值：自由落体加速度。g = 9.8 N/kg，粗略计算取10N/Kg。 g的单位可以是N/Kg，也可以是m/s2，而且1N/Kg=1m/s2 探究新知——重力大小 (1)用何种仪器测量物体的重力呢？是用天平还是测力计？ (2)如何用测力计测量物体的重力？ (3)我们可以说测力计对物体的拉力大小等于物体的重力，能说成测力计对物体的拉力就是物体的重力吗？为什么？ 探究新知——思考与讨论 自由下落的物体下落的方向和静止悬挂物体绳子的方向有什么共同特点？ 探究新知——观察与思考 1.方向：竖直向下 2.注意： (1)竖直向下不能说垂直向下； (2)竖直向下不能说指向地心，只有两极和赤道处指向地心。(必修二解释) 探究新知——重力的方向 【例1】下列关于重力的说法正确的是（　　） A．重力的方向不一定竖直向下 B．重力是由于物体受到地球的吸引而产生的 C．重力的方向一定垂直于地面 D．只有静止的物体才受到重力 探究新知——典例解析 B 探究新知——典例解析 【答案】B 【详解】A．重力的方向一定竖直向下，故A错误； B．重力是由于物体受到地球的吸引而产生的，故B正确； C．重力的方向一定竖直向下，重力的方向与水平面垂直，不一定垂直于地面，故C错误； D．地球附近的一切物体都会受到重力，与物体的运动状态无关，故D错误。 故选B。 你认为用什么物理知识可以解释这一现象呢？ 探究新知——观察与思考 1.定义: 一个物体的各部分都要受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力集中作用于一点，这一点叫做物体的重心。 2.重心的位置： (1)形状规则、质量分布的物体的重心的位置在其几何中心； 探究新知——重心 2.重心的位置： （2）质量分布不均匀的物体，重心的位置除了跟物体的形状有关外，还跟物体内质量分布有关； 探究新知——重心 四、重心 重心的位置与物体质量分布有关 探究新知——重力大小 2.重心的位置： （3）重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。 探究新知——重心 (1)如果物体的形状不规则，你是否可以找出物体的重心？ (2)你找形状不规则物体重心方法的物理知识依据是什么？ (3)如何操作找出形状不规则物体的重心？ 探究新知——思考与讨论 3.悬挂法确定重心： 探究新知——重心 你是否可以用刚才所学到的知识解释“锥体上滚”这一现象？ 探究新知——思考与讨论 【例2】古代计时工具沙漏也叫做沙钟，是一种测量时间的装置。如图所示，其中一种沙漏由两个玻璃球和一个狭窄的连接管道组成。最初沙子全部在上方玻璃球内，沙子从狭窄的管道流入底部空玻璃球所需要的时间来对时间进行测量。下列说法正确的是（　　） A．上方玻璃球及内部剩余的沙子整体重心先下降后上升 B．上方玻璃球及内部剩余的沙子整体重心一直下降 C．底部玻璃球及内部流入的沙子整体重心一定在其内部的沙子上 D．沙子全部流入底部玻璃球后，整个沙漏重心变高了 探究新知——典例解析 A 探究新知——典例解析 【答案】A 【详解】AB．充满沙子的玻璃球的重心在其几何中心处，随着沙子流出，重心位置不断下降，沙子快流完时，重心又上升，最后处于几何中心处，故重心先下降后上升，A正确，B错误； C．底部玻璃球及内部流入的沙子共同重心不一定在其内部的沙子上，如开始流入很少时，C错误； D．沙子全部流入底部玻璃球后，整个沙漏质量主要集中在下部分玻璃球内，相对于开始时，整体重心变低了，D错误。 故选A。 (1)通过以上学习，你认为要描述物体所受的重力需要那几个重要要素？ (2)根据初中所学知识，在物理的学习中我们通过什么方式体现出这三个要素呢？ 探究新知——总结与思考 1.用一条有向线段来表示力的三要素 (1)线段的长度—大小 (2)箭头的方向—方向 (3)起点(终点)—作用点 2.作图步骤： (1)选定合适的标度； (2)从作用点开始沿力的方向画一线段，线段的长度由力的大小和所选标度确定； (3)画上箭头（表示力的方向） 探究新知——力的图示 02 PART 02 第二部分 弹力 探究新知 28 物体在力的作用下的形状或体积会发生改变，这种变化叫做形变。 思考：是否任何物体受到力，都会发生形变呢？ 探究新知——形变 通过平面镜观察桌面的微小形变 探究新知——形变 体验微小形变实验 探究新知——形变 (1)发生形变的物体，会对使它发生形变的物体产生什么作用效果呢？ (2)它产生这样效果的原因是什么？ 探究新知——思路与讨论 1.弹力：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力的作用，这种力叫做弹力。 2.弹力的产生条件： (2)发生弹性形变 (1)相互接触（互相挤压拉伸或扭曲） 探究新知——弹力 3.弹力的施力物体 F F 思考：手受到弹簧的作用力中，谁是施力物体？ 弹簧的形变使得弹簧对手有弹力的作用。弹力都是由施力物体发生形变而产生的。 探究新知——弹力 3.弹力的施力物体 (1)左图小车受到的弹力，谁是施力物体，谁发生了形变？ (2)右图桌子受到的力F1这个的弹力，谁是施力物体，谁发生了形变？ (3)右图书受到的力F2这个的弹力，谁是施力物体，谁发生了形变？ 探究新知——弹力 4.弹力的方向 F F 思考：手受到弹簧的弹力作用，弹力的方向与施力物体弹簧恢复形变的方向和形变的方向有什么关系？ 恢复形变方向 弹簧形变方向 恢复形变方向 弹簧形变方向 指向施力物体恢复形变的方向 与施力物体的形变方向相反 探究新知——弹力 4.弹力的方向（绳的拉力） 未受到拉力时 绳子形变方向 拉力 由于绳被拉长而对所拉物体产生的弹力，通常称为拉力．拉力的方向总是沿绳而指向绳收缩的方向． 探究新知——弹力 4.弹力的方向（杆的弹力） 杆弹力方向：不一定沿杆，要根据受力情况确定。 思考：杆给物体的弹力方向一定沿着杆的方向吗？ F F mg 探究新知——弹力 4.弹力的方向（各类接触面） 书 板 N1 N2 A B 平面与平面间弹力方向：弹力垂直于平面 曲面与平面间弹力方向：过接触点垂直平面指向受力物体 点与平面间弹力方向：过接触点垂直平面指向受力物体 探究新知——弹力 5.弹力有无的判断 （1）根据弹力的产生条件直接判断法 探究新知——弹力 5.弹力有无的判断 （2）假设法（常用于微小形变） 例如：斜面光滑，使分析左右两图中的小球与斜面之间是否存在弹力？ 探究新知——弹力 【例3】下列对图中弹力有无的判断，正确的是（    ） A．图1小球随车厢（底部光滑）一起向右做匀速直线运动，则车厢左壁对小球有弹力 B．图2滑块靠着粗糙的竖直墙面下落时，墙面对滑块有弹力 C．图3小球被、两轻绳悬挂而静止，其中绳是竖直的，则、绳对小球都有拉力 D．图4小球静止在光滑的三角槽中，三角槽底面水平，倾斜面对小球没有弹力 探究新知——典例解析 D 探究新知——典例解析 【答案】D 【详解】A．小球随车厢（底部光滑）一起向右做匀速直线运动，小球受到的重力和小车底部对小球的支持力平衡，车厢左壁对小球无弹力，故A错误； B．滑块靠着粗糙的竖直墙面下落时，墙面与滑块间无挤压，没有弹性形变，则两者间无弹力，故B错误； C．小球被a、b两轻绳悬挂而静止，其中a绳处于竖直方向，则小球的重力和a绳的拉力平衡，故b绳对小球一定没有拉力，故C错误； D．小球静止在光滑的三角槽中，三角槽底面水平，小球的重力和三角槽底部对小球的支持力平衡，倾斜面对小球一定无弹力，故D正确。 故选D。 03 PART 03 第三部分 胡克定律 探究新知 44 弹簧在形变时产生的弹力与弹簧的伸长量是有关系的。那么，弹簧在弹性限度内，弹力大小与其伸长量有什么关系呢？ 探究新知——思路与讨论 1.实验思路： (1)弹簧弹力F如何测量？ (2)弹簧的伸长量x如何测量？ 弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹簧弹力的大小与钩码的重力大小相等，即F=mg。 弹簧的原长l0与挂上钩码之后弹簧的总长度l可用刻度尺直接测出，弹簧的伸长量x=l-l0。 探究新知——探究弹簧弹力与形变量的关系 1.实验思路： (3)如何能直观找出弹簧弹力与形变量的关系？ 以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧的形变量x，在坐标系中描出实验所测得的各组数据(F，x)对应的点，用平滑的曲线将这些点连接起来，根据实验所得的图线，即可探究弹簧弹力与形变量间的关系。 探究新知——探究弹簧弹力与形变量的关系 2.进行实验： (1)按如图所示安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。 (2)在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度和钩码所受的重力。 (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表示弹簧的形变量。 探究新知——探究弹簧弹力与形变量的关系 2.进行实验： (4)记录收集数据 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0 探究新知——探究弹簧弹力与形变量的关系 3.数据处理： (1)以弹力F(大小等于所挂钩码受到的重力)为纵坐标，以弹簧的形变量x为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹力F随弹簧形变量x变化的图像。由实际作出的F ­x图像可知，图像为过原点的直线。 (2)以弹簧形变量为自变量，写出弹力和弹簧形变量之间的函数关系，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图像的斜率求解，k＝ΔF/Δx。 探究新知——探究弹簧弹力与形变量的关系 3.数据处理： (3)实验结论：实验结果表明，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比。 探究新知——探究弹簧弹力与形变量的关系 4.注意事项： (1)所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出其弹性限度。 (2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图像更精确。 (3)测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大读数误差。 探究新知——探究弹簧弹力与形变量的关系 4.注意事项： (4)描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。 (5)记录数据时要注意弹力及弹簧形变量的对应关系及单位。 探究新知——探究弹簧弹力与形变量的关系 实验演示 探究新知——探究弹簧弹力与形变量的关系 1.胡克定律：在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比。 2.公式：F＝kx 3.k为弹簧的劲度系数， 单位是N/m，只与弹簧本身有关，由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定，它反映了弹簧的软硬程度，k越大，弹簧越硬，其长度越难改变． 探究新知——胡克定律 【例4】一轻质弹簧的长度L和弹力F大小的关系如图所示，根据图像判断，下列结论正确的是（　　） A．弹簧的原长为10cm B．弹簧的劲度系数为1N/m C．弹簧的劲度系数为2N/m D．弹簧压缩0.05m时，弹力的大小为5N 探究新知——典例解析 A 探究新知——典例解析 【答案】A 【详解】A．当F=0时，弹簧处于原长状态，由图读出L=10cm，即弹簧的原长为L0=10cm。故A正确； BC．由图可知，当F=10N时，L=5cm，则弹簧被压缩的长度为根据胡克定律，有代入数据，可得故BC错误； D．弹簧压缩0.05m时，弹力的大小为故D错误。 故选A。 课堂小结 重力与弹力 大小 重力 方向 弹力 胡克定律 公式：F=kx G=mg 竖直向下 重心 与物体的质量和形状有关 条件 方向 1.接触；2.发生弹性形变 与施力物体的形变方向相反 1．杭州亚运会上，13岁的中国选手崔宸曦成为中国亚运历史上最年轻的金牌得主．下列说法正确的是（　　） A．崔宸曦在完成动作时，其重力方向始终垂直于滑板表面 B．在滑板上跳起做动作时重心不一定在人身上 C．跳起在空中时不受到重力的作用 D．从空中下落过程中，重力越来越大 课堂练习 B 课堂练习 【答案】B 【详解】崔宸曦在完成动作时，其重力方向始终竖直向下，不一定垂直于滑板表面，故A错误；在滑板上跳起做动作时重心不一定在人身上，当身体弯曲时，重心可能在身体之外，故B正确；跳起在空中时仍然受到重力的作用，故C错误；从空中下落过程中，重力不变，故D错误． 2．体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示。下列关于足球与斜台作用时，斜台对足球的弹力方向的说法中正确的是（　　） A．沿的方向 B．沿的方向 C．先沿的方向后沿的方向 D．沿垂直于斜台的方向 课堂练习 D 课堂练习 【答案】D 【详解】点面接触时，弹力方向垂直于接触面，指向受力物体即垂直斜台指向足球，所以足球受到沿垂直于斜台斜向左上方的弹力，D正确。 故选D。 3．在实验室中可以看到如图所示的实验现象：当用手按压桌面时，反射在天花板上的光点会发生移动。下列说法正确的是（　　） A．桌面受到手的弹力作用是由于桌面发生了非弹性形变 B．桌面受到手的弹力作用是由于桌面发生了弹性形变 C．手对桌面的压力与桌面对手的支持力是一对平衡力 D．反射在天花板上的光点发生移动，说明桌面发生了形变 课堂练习 D 课堂练习 【答案】D 【详解】桌面受到手的弹力作用是由于手发生了弹性形变，A、B错误；手对桌面的压力与桌面对手的支持力是一对相互作用力，C错误；反射在天花板上的光点发生移动，说明桌面发生了形变，D正确。 4．如图所示，拉力器由脚环、两根相同的弹性绳、把手等组成。某健身爱好者用100N的力拉开拉力器，使其比原长伸长了，已知弹性绳的弹力与伸长量的关系遵循胡克定律，且未超过弹性限度。则下列说法正确的是（　　） A．每根弹性绳的弹力大小为 B．每根弹性绳的弹力大小为 C．弹性绳的劲度系数为 D．弹性绳的劲度系数为 课堂练习 C 课堂练习 【答案】C 【详解】AB．根据牛顿第三定律可知健身爱好者用100N的力拉开拉力器，则两根弹性绳的总弹力大小是100N，每根弹性绳的弹力大小为50N，故AB错误； CD．根据胡克定律得代入数据解得每根弹性绳的劲度系数为故C正确，D错误。故选C。 5．某同学用如图甲所示的装置进行“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。实验器材有：铁架台、一根轻质弹簧（劲度系数约为50N/m）、若干个质量均为的钩码、刻度尺（本地重力加速度为）。 课堂练习 （1）实验前，先将弹簧竖直悬挂在铁架台上，用刻度尺测量弹簧自然下垂时的长度，弹簧上端与刻度尺零刻度线对齐，弹簧下端对齐刻度如图乙所示，其读数为 cm。 课堂练习 钩码个数n 1 2 3 4 弹簧总长度L/cm 14.00 16.00 18.00 20.00 （2）该同学依次在弹簧下端挂上不同数量的钩码，每挂一个钩码，待弹簧静止后，用刻度尺测量弹簧下端对准刻度值L（即弹簧总长度），记录的数据如下表所示： （3）根据表中数据，在图丙所示的坐标纸上画出了弹簧总长度L与钩码个数n的关系图像。 （4）由图像可知，弹簧的劲度系数 N/m（保留两位有效数字）。 （5）若将弹簧减去一部分，剩下弹簧的劲度系数与原弹簧相比会 。(填“变大”或“变小”) 课堂练习 【答案】 （11.98～12.02） 49 变大 【详解】（1）[1]由图乙可知，刻度尺的分度值为1mm，需要估读到0.1mm，弹簧自然下垂时的长度读数为。 （4）[2]根据胡克定律在本实验中，弹簧的弹力等于弹簧的伸长量故有整理得图像斜率为解得（保留两位有效数字） （5）[3]减去一部分弹簧后，施加同样的力，弹簧伸长量会减小，故劲度系数会变大。 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 EVCapture4.1.8软件录制 Lavf57.25.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder r0.2.61(gap_fixed:False) Lavf58.12.100 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.2.51(gap_fixed:False) $$