3.1 重力与弹力 课件 -2025-2026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(三课时) 人教版（2019） 物理（必修第一册） 第三章 相互作用——力 —— 身正心定 闳中博学 —— 制作：张二朝 学习目标 1.知道重力产生的原因，理解重力的大小及方向，知道重心的概念； 2.知道力的三要素，会用力的图示和示意图来表示力； 3.知道弹力产生的原因和条件，会分析弹力的方向； 4.能通过实验探究弹力的大小与形变量的关系； 5.能根据数据表格绘制F-x图像，求出弹簧的劲度系数； 6.知道胡克定律的内容及公式。 经典回顾：2008北京奥运会——何雯娜夺得蹦床金牌 课堂引入 力是一个物体对另一个物体的作用。认识一个力需要弄清楚以下几个问题： 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？ 分析蹦床运动中，在空中的运动员所受的重力，关于上述问题，你知道哪些？ 课堂引入：力的知识准备 1.概念： 力是物体与物体间的相互作用。 2.作用效果： （1）改变物体的运动状态。 （2）使物体发生形变。 3.力的特性： （1）物质性： 力不能脱离施力物体与受力物体单独存在。 （2）相互性： 施力物体同时也是受力物体。 （3）同时性： 物体间的相互作用同时产生，同时消失。 （4）矢量性： 力是矢量，不仅有大小，还有方向。 运动状态的变化有那几种情形？ ①速度的大小发生变化 ②速度的方向发生变化 ③速度的大小和方向都发生变化 4.力的分类 按性质：重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力等。 按作用效果：压力、拉力、推力、动力、阻力等。 按作用方式：接触力和非接触力。 课堂引入：力的知识准备 F=80N （2）力的示意图： 5.力的图示和力的示意图 （1）力的图示： 带箭头的比例线段表示。 只表示作用点和方向 请同学们作出一小车受水平向左的80N 的力的图示和示意图. 力的图示 力的示意图 甲 乙 20N F = 80N 课堂引入：力的知识准备 一、重力 1.重力：由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力(gravity)。 2.产生原因：由于地球的吸引。 (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。 一、重力 3.物体所受重力G与物体的质量m的关系式：G = mg 4.单位：牛顿，简称牛，符号用N表示。 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 课堂引入 (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？ 5.重力的测量 课堂引入 6.重力的方向：竖直向下 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。 课堂引入 你认为用什么物理知识可以解释这一现象呢？ 一、自由落体运动 7.重心: 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(center of gravity)。 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； 一、重力 （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； 一、重力 一、重力 （3）重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。 一、重力 (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？ 确定重心的位置： 一、重力 一、重力 跳高姿势的变化是不断刷新跳高成绩的关键之一，请你谈一谈背越式跳高与跨越式跳高相比有什么优点？ 答案：运动员采用跨越式跳高上升到同样的高度重心升高的高度小。 一、重力 欹器——月盈则亏，水满则溢 《周易-丰》 一、重力 (1)重力是非接触力； (2)重力的施力物体是地球； (3)物体所受的重力与物体所处的运动状态以及是否受到其他力无关； (4)重力不一定等于地球对它的吸引力； (5)重力随纬度的升高而增大； (6)重力随物体离地高度的增加而减小； (7)地球上的物体都受到重力的作用，无论质量大小，也无论有无生命。 特别提醒： 二、弹力 物体在力的作用下的形状或体积会发生改变，这种变化叫作形变(deformation)。 思考：是否任何物体受到力，都会发生形变呢？ 二、弹力 二、弹力 二、弹力 (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？ 二、弹力 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（elastic force）。 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） 二、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。 二、弹力 (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？ 3.弹力的施力物体 二、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 二、弹力 (1) 有明显形变的情况下，根据物体的形变方向来判断：弹力的方向与物体形变的方向相反.如弹簧伸长时与伸长的方向相反，压缩时与压缩的方向相反。 (2) 发生微小形变时，应根据物体间接触面特点进行分析： ①面面接触，弹力垂直于公共接触面 ②点面接触，弹力过点垂直于接触面 ③点点接触，弹力垂直于公切面 面面接触 二、弹力 A FA β FB B 弹簧被压缩时弹力沿伸长方向；被拉伸时弹力沿收缩方向 弹簧类 二、弹力 曲面与平面接触(球受到的弹力) 过接触点垂直平面指向受力物体 N N N` 二、弹力 点与平面接触（杆受到的弹力） 过接触点垂直平面指向受力物体 A B NB NA A B NA NB 二、弹力 过接触点垂直切面指向受力物体 N1 N2 半球形的碗 A B NA NB 点与曲面接触 二、弹力 曲面与曲面接触（球A受到的弹力） 半球形的碗 N A B NB对A N 过接触点垂直公切面指向受力物体 二、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 二、弹力 （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？ 二、弹力 分别画出力的示意图 三、胡克定律 质量大的胖子和质量小的瘦子站在同一弹簧上 弹力的大小：弹力的大小与形变的程度有关，对同一个物 体来讲，形变程度越大，弹力越大。 三、胡克定律 1、弹性形变：物体在发生形变后，如果撤去作用力能够恢复原状，这种形变叫作弹性形变(elastic deformation)。 2、弹性限度 如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度(elastic limit)。 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？ 三、胡克定律 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。 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 mg F l0 l 三、胡克定律 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．在弹簧下悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度和钩码的重力。 3．增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格， 用F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的伸长量。 2.实验步骤 1 2 3 4 5 6 7 F/N 0 l/cm x/cm 0 三、胡克定律 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。 三、胡克定律 (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。 三、胡克定律 思考：实验操作过程中有哪些注意事项？ 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。 每次所挂钩码的质量差尽量大一些。 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。 描点画线时，应使图线通过尽可能多的点，未落在图线上的点应均匀分布在图线的两侧，其个数基本相同。 三、胡克定律 1.胡克定律：在弹性限度内，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，这个规律叫作胡克定律（hooke’s law）。 2.公式：F＝kx 3.k为弹簧的劲度系数（coefficient of stiffness）， 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。 三、胡克定律 4.对胡克定律F＝kx的理解和应用 (1)弹簧发生形变时必须在弹性限度内； (2)x是弹簧的形变量，不是弹簧形变后的总长度； (3)如图所示，F－x图像为一条经过原点的倾斜直线，图像斜率表示弹簧的劲度系数，在弹性限度内同一根弹簧的劲度系数是不变的； 三、胡克定律 4.对胡克定律F＝kx的理解和应用 (4)由F1＝kx1、F2＝kx2，得ΔF＝kΔx，即弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比关系； (5)胡克定律F＝kx也适用于弹性绳、橡皮筋等产生的弹力的计算，只是它们只能产生拉伸形变，不能产生压缩形变。具体问题中要根据题意判断胡克定律是否适用。 三、胡克定律 5.图像： 1.图线的斜率表示弹簧的劲度系数。 2.注意坐标轴对应物理量的单位（图像中x的单位往往是cm） x为弹簧的形变量 l 为弹簧的长度 课堂小练 1.关于弹力的产生说法正确的是( 　) A．只要两物体接触就一定产生弹力 B．只要两物体相互吸引就一定产生弹力 C．只要物体发生形变就一定有弹力产生 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 课堂小练 2．如图所示为一辆洒水车及其剖面图，洒水车的水罐内装满了水，当洒水车在水平路面上进行洒水作业时，水罐和水的共同重心将（　　）A．先上升后下降 B．一直上升 C．一直下降 D．先下降后上升 D 课堂小练 B 3．如图所示，下列4种情境中的小球或杆均处于静止状态，则关于它们受到的弹力的示意图正确的是（　　） 课堂小练 4．如图所示，弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计，重物的重力G＝2N，则弹簧测力计A和B的示数分别为（　　） A．2 N，0 N B．0 N，2 N C．2 N，4 N D．2 N，2 N D 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 THANKS 谢谢 ——身正心定 闳中博学—— 人教版（2019） 物理（必修第一册） Lavf58.51.100 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