第3章 第1节 重力与弹力（Word教参）-【优化指导】2026-2027学年高中物理必修第一册（人教版2019）

第1节　重力与弹力 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.知道重力产生的原因、大小和方向，会画力的图示和示意图。 2．知道重心的概念，了解影响物体重心位置的因素。 3．知道压力、支持力和拉力都是弹力。会根据弹力产生的条件或者物体的运动状态及其变化，分析弹力的方向。 4．了解胡克定律，会计算弹簧的弹力。 1.通过重心概念的建立，初步体会等效替代的思想。 2．通过实验观察，概括弹力产生的条件。 　　通过实验探究弹簧弹力和形变量的关系，了解科学探究中获取数据及处理数据的方法。 　　通过实例分析，体会重力和弹力与生产、生活的紧密联系。 [对应学生用书P52] 一、重力 1．产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。 2．大小：G＝mg，g就是自由落体加速度。 3．方向：竖直向下。→ 4．作用点——重心 (1)定义：一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫作物体的重心。 (2)决定因素：①物体内质量的分布； ②物体的形状。 (3)确定方法：对形状不规则的物体，可以采用悬挂法来确定重心的位置。 二、弹力 1．形变：物体在力的作用下形状或体积发生的变化。 2．弹力：发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体产生的力。 三、胡克定律 1．弹性形变：物体在发生形变后，撤去作用力能够恢复原状的形变。 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。 3．内容：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，即F＝kx。 1．(物理与体育)在跳水比赛中，跳水运动员起跳前，站在跳板上，跳板发生了弯曲，请据此判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)人所受重力的方向，垂直于跳板。 (　　×　　) (2)人的重力作用于脚与跳板的接触处。 (　　×　　) (3)跳板弯曲了，发生了弹性形变。 (　　√　　) (4)人对跳板的压力方向竖直向下。 (　　×　　) (5)跳板对人的支持力方向垂直于脚与跳板的接触处向上。 (　　√　　) 2．(教材拓展P58)“图3.13”悬挂法确定不规则薄板的重心。 (1)为什么说二次悬挂法就能确定薄板的重心？ (2)为什么悬挂法的适用条件是薄板？ 提示：(1)根据二力平衡，二次悬挂，两条线的交点即为重心的位置。 (2)非薄板形的物体重心可能在物体内部(如不规则的厚物体)，不容易确定其重心的具体位置。 [对应学生用书P53] 探究点一___重力 作为学校教育教学工作的重要组成部分，学校运动会增强了学生的集体观念，有助于学生的成长。在某次运动会田赛的比赛中，运动员把一实心球掷出，如图所示。 [问题设计] 掷出的实心球为什么落向地面而不飞向空中，离开地球？ 提示：掷出去的实心球速度较小，在重力的作用下落到地面上。 1．重力的产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。 2．重力的测量：用弹簧测力计竖直悬挂被测物体，当处于静止状态时，示数即为其重力的大小。 3．重心的位置跟物体的形状和质量的分布有关。 (1)质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上。 (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，还跟物体内质量的分布有关。 注意：重心不一定在物体上，如图所示： [例1] 如图所示，一根质量均匀分布的直铁丝的重心位置在其中点O，把它弯成一个圆环，其重心位置在圆心O1。下列说法正确的是 (　　) A．直铁丝变成圆环重心位置发生变化，说明重心与物体的形状有关 B．直铁丝的重心在其中点O，说明重心一定在物体上 C．直铁丝除了O点其他部分不受重力 D．圆环所受的重力方向总是垂直于地面向下 A　解析：直铁丝变成圆环重心位置发生变化，说明重心与物体的形状有关，A正确；直铁丝的重心在其中点O，圆环的重心在其圆心，说明重心可以在物体上，也可以在物体之外，B错误；重心是物体上的各点受到的重力的等效点，并不是其他部分不受重力，C错误；圆环所受的重力方向总是竖直向下的，D错误。 [练1] 在给瘪了的篮球充气的过程中，关于篮球的重心和重力，下列说法正确的是 (　　) A．篮球的重心位置不变，重力几乎不变 B．篮球的重心位置在变，重力几乎不变 C．篮球的重心位置和重力都在变化 D．篮球的重心位置不变，重力改变 B　解析：在给瘪了的篮球充气的过程中，篮球的形状在变化，重心和物体的形状和质量分布有关，则篮球的重心位置在变化，由于空气较轻，充气后篮球重力几乎不变，B正确。探究点二___弹力 伴随着人们健身热情的不断提升，各式各样的健身器材不断涌现，如图所示，当臂力器发生弯曲时，要维持此种状态，两手需用力。 [问题设计] 为什么两手用力，才能维持臂力器的弯曲状态？ 提示：弯曲的握力器产生弹力，因此维持握力器的弯曲状态需要双手用力，与之平衡。 1．产生弹力的两个必备条件 (1)两物体相互接触。 (2)发生弹性形变。 2．弹力有无的判断 (1)根据弹力产生的条件直接进行判断。 (2)利用假设法进行判断。 ①假设无弹力：假设撤去接触面，判断物体能否在原位置保持原来的状态。 ②假设有弹力：假设接触物体间有弹力，画出假设状态下的受力分析图，判断受力情况与物体所处状态是否矛盾。 3．弹力的大小 (1)与物体发生弹性形变的程度有关。 (2)根据二力平衡进行求解。 4．弹力的方向 (1)压力和支持力的方向总是垂直于支持面指向被压或被支持的物体。 (2)拉力方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向。 注意：绳只有拉力，没有推力。 [例2] (2025·广西钦州高一期末)一个足球放在一块长木板上，如图所示，木板和足球均发生了弹性形变，关于它们弹力的情况，以下说法错误的是 (　　) A．足球受到的支持力是木板产生的弹力 B．足球产生的弹力作用在木板上 C．木板形变是木板产生弹力造成的 D．足球产生的弹力就是足球对木板的压力 C　解析：足球受到的支持力是由木板发生弹性形变而产生的，A正确；木板对足球有弹力的作用，物体间力作用是相互的，足球产生的弹力作用在木板上，B正确；木板形变是木板受到足球的作用力形成的，C错误；足球产生的弹力就是足球对木板的压力，D正确。 [练2] 下列关于弹力的说法正确的是 (　　) A．相互接触的两个物体间必然有弹力存在 B．不接触的物体间也可能存在弹力 C．只要物体发生形变就一定有弹力 D．在相互接触且发生弹性形变的物体间才产生弹力 答案：D　 [练3] 如图所示，一根匀质木棒，搁置于台阶上保持静止，关于木棒所受的弹力的示意图中正确的是 (　　) D　解析：弹力方向总是与接触面垂直并指向被支持的物体。匀质木棒与地面接触时接触面为地面，弹力垂直地面向上，与台阶接触时，接触面为木棒，弹力垂直于棒指向上，所以A、B、C错误，D正确。 探究点三___胡克定律 1．探究弹簧弹力与形变量的关系 (1)实验思路：探究弹簧弹力与形变量的关系，需要测量多组弹簧弹力和形变量的数据。 (2)进行实验 ①如图所示，把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，观察弹簧自由下垂时下端在刻度尺的位置。 ②在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，记录弹簧在不同弹力下伸长的长度(弹簧弹力等于钩码的重力)。 (3)数据处理：以弹簧的弹力F为纵轴、弹簧伸长的长度x为横轴建立直角坐标系。根据实验数据，在坐标纸上描点，作出Fx图像。 2．胡克定律 (1)对x的理解：x既不是弹簧的原长，也不是弹簧形变后的长度，而是弹簧的形变量。 (2)图像：如图所示，Fx图像为一条经过原点的倾斜直线，图像的斜率表示弹簧的劲度系数。同一根弹簧，劲度系数相同。 (3)ΔF＝kΔx的推导：F1＝kx1，F2＝kx2，故ΔF＝F2－F1＝kx2－kx1＝kΔx。因此，弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比例关系。 [例3] 如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究弹簧弹力与形变量的关系。 　　 (1)为完成实验，还需要的实验器材是：_______________________________________ _________________________________。 (2)实验中需要测量的物理量有：________________________________________________ ________________________。 (3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的Fx图像，由此可求出弹簧的劲度系数为________N/m，图线不过原点的原因是___________________________________________ ______________________________________________________。 答案：(1)刻度尺　(2)弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度)　 (3)200　弹簧自身存在重力 解析：(1)实验过程中需要测量弹簧的长度、形变量，实验器材还需要有刻度尺。 (2)为了测量弹簧的形变量，实验中还应测量弹簧原长和弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或所对应的长度)。 (3)Fx图像的斜率表示弹簧的劲度系数，则k＝ N/m＝200 N/m，图线不过原点的原因是弹簧自身存在重力。 [练4] 如图所示，弹簧的劲度系数为k，小球的重力为G，平衡时球在A位置，现用力F将小球向下拉长x至B位置，则此时弹簧的弹力为 (　　) A．G－kx B．kx－G C．kx＋G D．kx C　解析：小球在A位置平衡，设此时弹簧伸长量为Δx，由平衡条件得G＝kΔx，在B位置时弹簧的伸长量为x＋Δx，弹力为FB＝k(Δx＋x)＝kΔx＋kx＝G＋kx，C正确。 创新探究___解决实际问题 [例4] (科技情境)为了骑行舒适，电动车装有减震弹簧，如图所示，当骑行者对车的压力增大时，弹簧的 (　　) A．劲度系数增大 B．劲度系数减小 C．压缩量增大 D．压缩量减小 C　解析：弹簧的劲度系数由弹簧本身的性质决定，所以当骑行者对车的压力增大时，劲度系数不变，A、B错误；根据胡克定律F＝kx得，当压力增大时，弹簧的弹力增大，则弹簧的压缩量增大，C正确，D错误。 [练5] (科技情境)如图所示的是我国的极地考察破冰船——“雪龙号”。为满足破冰航行的要求，其船体结构经过特殊设计，船体下部与竖直方向成特殊角度，则船体对冰块的弹力示意图正确的是 (　　) C　解析：弹力方向垂直于接触面，C正确。 [练6] (探究情境)如图所示，某中学学生做化学实验时，水平放置的圆形铁环上放入分液漏斗，两者均处于静止状态，则 (　　) A．分液漏斗受到的重力方向一定指向地心 B．圆形铁环对分液漏斗的作用力与底角θ无关 C．圆形铁环对分液漏斗的弹力是由分液漏斗形变产生的 D.若分液漏斗中溶液不断流出，则分液漏斗的重心不断下降 B　解析：重力是由地球的吸引而产生的，方向竖直向下，但不一定指向地心，A错误；圆形铁环对分液漏斗的作用力与分液漏斗的重力平衡，故圆形铁环对分液漏斗的作用力与底角θ无关，B正确；圆形铁环对分液漏斗的弹力是由圆形铁环形变产生的，C错误；分液漏斗装满溶液时，重心在几何中心处，溶液不断流出的过程中重心下降，当溶液流完后重心又回到几何中心处，故重心先下降后上升，D错误。 [对应学生用书P56] 1．(2025·山东潍坊高一期末)关于力的表述，下列说法正确的是 (　　) A．力可以离开物体而单独存在 B．质量均匀分布、形状规则的物体，其重心可能不在物体上 C．物体所受摩擦力方向总与其运动方向相反 D．放在桌面上的木块受到的弹力是由木块发生微小形变而产生的 B　解析：力是物体间的相互作用，不可以离开物体而单独存在，A错误；质量均匀分布、形状规则的物体，其重心在物体的几何中心处，有可能不在物体上，例如足球，B正确；物体所受摩擦力方向总与其相对运动方向相反，C错误；放在桌面上的木块受到的弹力是由桌面发生微小形变而产生的，D错误。 2． (多选)中国结是中国特有的手工编织工艺品，它所显示的情致与智慧正是中华古老文明中的一个侧面。如图所示，一个质量为m的中国结悬挂于O点且处于静止状态，重力加速度为g，下列说法正确的是 (　　) A．OA一定竖直 B．中国结的重心一定在它的几何中心 C．中国结的重心可能不在通过OA的直线上 D．中国结受到的重力大小为mg AD　解析：中国结受力平衡，则细线OA以中国结的拉力与中国结重力等大反向，因重力竖直向下，则OA一定竖直，且重心一定在通过OA的直线上，A正确，C错误；中国结形状不规则，质量分布不一定是均匀的，则其重心不一定在它的几何中心，B错误；中国结受到的重力大小为mg，D正确。 3．如图所示，关于两个物理情景，下列说法正确的是 (　　) A．书受到向上的弹力是由书发生形变而产生的 B．书对桌面的压力是由书发生形变而产生的 C．吊灯对电线的拉力是由电线发生形变而产生的 D．电线对吊灯的拉力是由吊灯发生形变而产生的 B　解析：书放在桌面上所受到桌面向上的弹力是由桌面发生向下微小的形变而产生的，A错误；书放在桌面上对桌面有向下的压力是由书发生微小向上的形变，要恢复原状而产生的，B正确；挂在电线下面的电灯对电线的拉力，是因为电灯发生微小向上拉伸的形变，要恢复原状而产生的，C错误；线对吊灯的拉力是由线发生形变而产生的，D错误。 4．(2023·山东卷)餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示，三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上，下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300 g，相邻两盘间距1.0 cm，重力加速度大小取10 m/s2。弹簧始终在弹性限度内，每根弹簧的劲度系数为 (　　) A．10 N/m B．100 N/m C．200 N/m D．300 N/m B　解析：由题知，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平，则说明一个盘子的重力可以使弹簧形变相邻两盘间距，则有mg＝3·kx，解得k＝100 N/m，B正确。 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