3.1 重力与弹力 学案-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

人教版（2019）物理（必修第一册） 目录 第三章 相互作用——力 1 1．重力与弹力 1 课时1：重力与弹力 1 【参考答案】 6 课时2：实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 9 【参考答案】 12 第三章 相互作用——力 1．重力与弹力 课时1：重力与弹力 【课标要求】 1．理解重力及重心概念，会用二力平衡知识确定重心． 2．知道形变的概念及产生弹力的条件． 3．知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向． 【学习目标】 1．我能掌握力的示意图及其三要素． 2．我能知道重力产生的原因及相关性质，会用重力公式进行相关计算． 3．我能体会弹力相关概念和产生原因． 【学习重难点】 重点：1．理解力的三要素及力的示意图画法． 2．理解重力和弹力的性质． 难点：1．掌握物体重心的判断方法． 2．能够判断弹力的有无及其方向． 课本导练 1．重力 （1）定义：_____________________________________________． （2）方向：_____________________________________________． （3）大小：_____________________________________________． （4）重心：_____________________________________________． 2．力的图示和示意图 （1）力的图示：_____________________________________________． （2）力的示意图：_____________________________________________． 3．弹力 （1）形变：_____________________________________________． （2）弹力：_____________________________________________． 1．举出具体的实例来说明： （1）力能够改变物体的运动状态或使物体产生形变． （2）每一个力，都有一个施力物体和一个受力物体． 2．画出下面几个力的图示，并指出受力物体和施力物体． （1）飞行的火箭受到的重力，火箭的质量为2×103kg．（ ）． （2）人对车施加的水平向右250N的推力． （3）用一根细绳竖直悬挂一小球，绳子的小球的拉力为0.5N． 3．物体在力的作用下产生的形变有时不容易被觉察，教科书列举了两个观察微小形变的实例，你还能想到用什么方法来观察力作用下的微小形变？请画示意图说明你的方法． 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示． 1．指出下列说法中的错误： （1）因为物体本身就有重力，所以重力没有施力物体； （2）重力的方向总是垂直于接触面向下的； （3）放在水平桌面上的两个球，靠在一起但并不互相挤压，两球之间存在弹力． 2．质量均匀的钢管，一端支在光滑的水平地面上，另一端被竖直绳悬挂着（如图），钢管受到几个力的作用？各个力的施力物体是什么？画出钢管受力的示意图． 3．如图，一架直梯斜靠在光滑的竖直墙壁上，下端放在粗糙的水平地面上，直梯处于静止状态．请画出从侧面观察时直梯所受的重力、弹力示意图． 点评点拨 一、力的图示和力的示意图 思维探究1 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？ 思维探究2 这里有三个物体，在图甲中木箱的P点，用与水平方向成30°角斜向右上方的150 N的力拉木箱；在图乙中木块的Q点，用与竖直方向成60°角斜向左上方的20 N的力将木块抵在墙壁上，那么甲、乙、丙三个物体的受力情况是什么样的？他的受力图又该怎么表示？ 力的图示与力的示意图的画法 选择标度：首先需要确定一个合适的标度，即决定用一定长度的线段来代表一个特定大小的力． 画线段：选取力的作用点作为起点，沿着力的方向画出一条线段．对于力的图示，需要按照先前选定的标度和力的实际大小按比例绘制线段的长度．而在绘制力的示意图时，线段的长度可以是适当的，不一定需要严格按照力的实际大小． 标记方向：在所画线段的末端标出箭头，以指示力的方向．这一步骤在力的图示和示意图中都是必要的，确保了力的方向得到正确的表达． 例1． 画出下列各图中物体A受到的所有力的示意图（图甲中的A以初速度v冲上粗糙斜面，图乙、丙中的A均静止，且球面与斜面均光滑）． 二、重力与重心 重力的大小 （1）重力的大小G＝mg，___________________________． （2）重力加速度g与物体所处的纬度和高度有关，在赤道处，________，在两极处，________（同一高度）；海拔越高，________，海拔越低，________． 重力的方向 竖直向下．竖直向下是指与水平面垂直向下，但是并不等同于垂直于支持面向下，也不等同于指向地心． 重力的作用点——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．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．质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心．重心的位置可以在物体上，也可以在物体外． （2）重心位置的确定方法：________________________________． 例2． 在空易拉罐中注入适量的水后，将易拉罐倾斜放置在水平桌面上，结果易拉罐“倾而不倒”，如图所示．下列说法正确的是（ ） A．注水后，易拉罐的重心位置升高了 B．易拉罐的重心位置在过易拉罐与桌面接触点的竖直线上 C．若将注水后的易拉罐水平放置，则其重心位置不变 D．若将空易拉罐压瘪，则其重心位置不变 三、弹力 思维探究1 是不是所有的物体受力后都发生形变呢？结合课本“观察微小形变示意图”，思考： (1)把书放在课桌上，课桌是否发生形变？ (2)用手捏水杯，水杯是否发生形变？ 思维探究2 如图所示，将一个装满水的气球挂在弹簧的下端，分析： (1)弹簧的形变方向及弹簧对气球的弹力方向． (2)气球对弹簧的弹力方向． 弹力的产生必须同时具备两个条件 （1）_______________________； （2）_______________________． 弹力的方向 （1）支持力和压力的方向：___________________________________； （2）绳子的拉力方向：___________________________________． 例3． 在如图所示的各图中画出杆或球P所受弹力的示意图，已知杆和球均处于静止状态。 弹力有无的判断 （1）对于明显形变的情况，可以根据弹力产生的条件直接进行判断． （2）对于形变不明显的情况，可利用假设法进行判断． ①假设无弹力：假设撤去接触面，看物体还能否在原位置保持原来的状态，若能保持原来的状态，则说明物体间无弹力作用；否则，有弹力作用． 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，判断受力情况与所处状态是否矛盾，若矛盾，则不存在弹力；若不矛盾，则存在弹力． 如图，接触面光滑，若A处有弹力，则无法使球处于静止状态，故A处无弹力． 例4． 静止的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球，如图所示，小球下方与一光滑斜面接触．关于小球的受力，下列说法正确的是（ ） A．受重力和细线对它的拉力 B．受重力、细线对它的拉力和斜面对它的支持力 C．受重力和斜面对它的弹力 D．受细线对它的拉力和斜面对它的弹力 小结小测 一、课堂小结 1．重力受什么条件影响？同一个物体在不同地点重力大小一定不变吗？为什么？这与重心的位置有关吗？ 2．什么时候会产生弹性？靠着墙的小球一定会对墙面产生弹性吗？什么条件下会产生弹性？什么条件下不会产生弹性？ 二、课堂小测 判断题 1．重力的方向总是垂直于地面．（ ） 2．重心是物体重力的作用点，重心一定在物体上．（ ） 3．发生形变后的物体撤去外力后都能恢复原状．（ ） 4．静止在水平地面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变．（ ） 【参考答案】 课本导练 【答案】 1．（1）由于地球的吸引而使物体受到的力；（2）竖直向下；（3）G＝mg，g是自由落体加速度；（4）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．（1）用有向线段来表示力；（2）只用带箭头的有向线段来表示力的方向和作用点，不需要准确标度力的大小 3．（1）物体在力的作用下形状或体积会发生变化；（2）发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体产生的力 【答案】 （1）运动的小车在摩擦力作用下逐渐停下来，小车从运动变为静止，说明力可以改变物体运动状态。一个皮球，用力捏，球变形，说明力可以使物体形变。 （2）水平桌面上的苹果受重力作用，重力的施力物体是地球，受力物体是苹果。 【答案】 （1）重力的施力物体是地球，受力物体是火箭；重力的大小为 （2）推力的施力物体是人，推力的受力物体是小车。 （3）拉力的施力物体是细绳，拉力受力物体是小球。 【答案】 该装置是一种显示微小形变的装置，它可以把微小形变“放大”到直接看出来，方法是这样的：例如在一张桌子上放两个平面镜M和N，让一束光依次被这两面镜子反射，最后射到一个刻度尺P上，形成一个光点，当桌面有发生微小的形变时，光点这会在刻度尺上出现明显的移动。在图中，如果当在箭头所指处用力向下压桌面时，刻度尺上光点将会向下移动。 展示讨论 【答案】 （1）重力的施力物体是地球； （2）重力的方向总是竖直向下； （3）放在水平桌面上的两个球，靠在一起但并不互相挤压，没有发生形变，两球之间不存在弹力 【答案】 钢管受到3个力的作用，重力G、细线的竖直向上拉力F1、地面竖直向上的支持力F2。其施力物体分别为细线、地面和地球；图见解析。 【答案】 梯子受到竖直向下的重力G，光滑墙壁对梯子水平向右的弹力FN2，地面对梯子竖直向上的弹力FN1，地面对梯子水平向左的摩擦力Ff，处于平衡状态。如图所示： 点评点拨 例1．【答案】 甲 乙 丙 二、重力与重心 【答案】 （1）只与质量m和重力加速度g有关，与物体的运动状态无关 （2）g最小g最大g越小g越大 【答案】 （2）对于薄板状物体的重心，可以应用二力平衡的知识通过悬挂法确定 例2．【答案】B 【答案】 （1）两物体直接接触； （2）两物体接触位置发生弹性形变． 【答案】 （1）总是垂直于接触面，并指向被支持或被压的物体上； （2）总是沿着绳子而指向绳子收缩的方向． 例3．【答案】 见解析图 例4．【答案】A 小结小测 一、课堂小结 【答案】 重力的大小主要取决于物体的质量和当地的重力加速度。由于重力加速度会随着地理位置的变化而变化，因此同一个物体在不同地点的重力大小不一定保持不变‌；重心位置与重力大小的变化无直接关系，因为重力大小的变化主要是由于重力加速度的变化引起的，而不是重心位置的移动。 【答案】 弹力的产生需要满足两个条件：一是物体之间直接接触，二是接触的物体发生弹性形变； 具体到靠着墙的小球，如果小球对墙面产生了压力，使得小球和墙面都发生了弹性形变，那么小球就会对墙面产生弹力。如果小球没有对墙面产生压力，或者压力不足以使墙面发生弹性形变，那么小球就不会对墙面产生弹力． 【答案】 1.× 2.× 3.× 4.√ 课时2：实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 【课标要求】 1．加深弹力和形变关系的理解． 2．了解弹簧弹力与形变量的正比关系，掌握胡克定律． 【学习目标】 1．我能掌握胡克定律并利用胡克定律对弹簧所受弹力进行计算． 2．我能利用弹簧探究形变量和弹力的关系． 【学习重难点】 重点：探究弹簧的弹力与弹簧形变量的关系． 难点：实验数据的处理方法． 课本导练 1．某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码，做实验研究弹力与弹簧伸长量的关系．他将实验数据记录在表格中．实验时弹力始终未超过弹性限度，g取 ． 砝码质量 0 30 60 90 120 150 弹簧总长度 6.0 7.2 8.3 9.5 10.6 11.8 （1）根据实验数据在坐标纸上作出弹力F跟弹簧伸长量x关系的 图像． （2）根据 图像计算弹簧的劲度系数k=______________． 展示讨论 小组讨论课本导练内容，完成该实验且进行展示． 点评点拨 一、实验器材 弹簧、刻度尺、钩码、铁架台、铅笔、坐标纸． 二、实验原理 1．弹簧弹力F的确定：弹簧下端悬挂钩码，静止的钩码处于平衡状态，弹力大小与所挂钩码的重力大小相等，即F＝mg． 2．弹簧伸长量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．图像法处理实验数据：作出弹簧弹力F与形变量x的关系图像，根据图像可以分析弹簧弹力和形变量的关系． 三、实验步骤 1．将弹簧的上端固定在铁架台的横杆上，用刻度尺测出弹簧自然下垂时的长度l0，即原长． 2．在弹簧下端悬挂质量为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，测出对应的弹簧长度，记录m2、m3、m4、m5…和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5…． 4．计算出每次弹簧的形变量x（x＝l－l0）和弹簧受到的拉力F（F＝mg），并将数据填入表格． 次数 1 2 3 4 F/N 0 l/cm x/cm 0 四、数据处理 1．建立直角坐标系，以弹簧的弹力F为纵轴、以弹簧形变量x为横轴，根据测量数据在坐标纸上描点，作出F-x图像． 2．以弹簧的伸长量为自变量，写出图像所代表的函数．首先尝试一次函数，如果不行则考虑二次函数． 3．得出弹簧弹力和形变量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义． 五、注意事项 (1)尽量选轻质弹簧以减小弹簧______________带来的影响． (2)实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，避免___________________________． (3)测量长度时，应区别弹簧原长l0、实际长度l及形变量x三者之间的不同，明确三者之间的关系．为了减小弹簧自身重力带来的影响，测弹簧原长时应让弹簧在______________时保持自由下垂状态，而不是平放在水平面上处于自然伸长状态． (4)记录数据时要注意弹簧的弹力及形变量的对应关系及单位． (5)描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许少数点均匀分布于线两侧，偏离太大的点应舍去，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线或直线． 六、胡克定律 胡克定律的概念 （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：弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧伸长的长度x成正比，即F＝kx． （4）劲度系数：式中k叫作弹簧的劲度系数，是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量．单位是牛顿每米，符号是N/m． 胡克定律F＝kx的理解 （1）_______________________________________； （2）_______________________________________． F-x图像：_________________________________________________． 胡克定律的推论 ΔF＝kΔx．弹簧弹力的变化量ΔF跟弹簧形变量的变化量Δx成正比． 胡克定律的适用条件：_________________________________________________． 例1． 如图所示，轻质弹簧的两端在两等大拉力F＝2 N的作用下，伸长了2 cm（在弹性限度内）．下列说法正确的是（ ） A．弹簧的弹力为2 N　　　　 B．弹簧的弹力为4 N C．该弹簧的劲度系数为50 N/m　　　　 D．该弹簧的劲度系数为25 N/m 例2． S1和S2表示劲度系数分别为k1和k2的两根弹簧，k1＞k2；a和b表示质量分别为ma和mb的两个小物块，ma＞mb，将弹簧与物块按图示方式悬挂起来，现要求两根弹簧的总长度最大，则应使（ ） A．S1在上，a在上　　　　 B．S1在上，b在上　　　　 C．S2在上，a在上　　　　 D．S2在上，b在上 小结小测 一、课堂小结 1．在“探究弹簧弹性与形变量的关系”的实验中，做F-x图像时，图像未经过原点是什么原因造成的？如果图像由一条经过原点的直线逐渐变得弯曲又是因为什么？如果在图像上分别记录了两个弹簧的形变量和所受弹力大小，那么斜率大的弹簧的劲度系数和斜率小的弹簧的劲度系数相比谁的大？ 2．胡克定律在什么时候就不适用了？当弹簧分别被压缩或伸长相同的长度之后，胡克定律是怎么显示这两个力的大小关系的？方向呢？ 二、课堂小测 判断题 1．如果没有测出弹簧原长，用弹簧长度l代替x，F－l图线也是一条过原点的直线．（ ） 2．弹簧下端悬挂钩码的质量可以为任意质量．（ ） 3．在弹性限度内，对于同一弹簧，分别测出几组拉力与弹簧的伸长量，可以得出拉力与弹簧的伸长量之比相等的结论．（ ） 4．实验中，弹簧必须水平使用，以克服弹簧所受重力对实验的影响．（ ） 【参考答案】 课本导练 【答案】 （1）根据题给资料，结合弹簧的弹力等于钩码的重力，由此计算出各弹力；根据x=L-L0即可求出弹簧的伸长量，弹力与伸长量与对应的弹力如下表： 砝码质量m/g 0 30 60 90 120 150 弹簧总长度L/cm 6.0 7.2 8.3 9.5 10.6 11.8 弹力F/N 0 0.30 0.60 0.90 1.20 1.50 弹簧伸长x/m 0 0.012 0.023 0.035 0.046 0.058 可作出弹力F跟弹簧伸长量x关系的图象如图所示． （2）根据图象的斜率可求得弹簧的劲度系数 展示讨论 点评点拨 五、注意事项 【答案】 1．尽量选轻质弹簧以减小弹簧自身重力带来的影响． 2．实验中弹簧下端挂的钩码不要太多，避免超出弹簧的弹性限度． 3．测量长度时，应区别弹簧原长l0、实际长度l及形变量x三者之间的不同，明确三者之间的关系．为了减小弹簧自身重力带来的影响，测弹簧原长时应让弹簧在不挂钩码时保持自然下垂状态，而不是平放在水平面上处于自然伸长状态． 4．记录数据时要注意弹力及形变量的对应关系及单位． 5．描点作图时，应使尽量多的点落在画出的线上，可允许少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线或直线． 六、胡克定律 【答案】 （1）x是弹簧的形变量，而不是弹簧形变后的长度． （2）k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和伸长量x无关． 【答案】 一条过原点的倾斜直线，直线的斜率表示弹簧的劲度系数k． 【答案】 弹簧在弹性限度内发生形变． 例1．【答案】A 例2．【答案】D 小结小测 一、课堂小结 【答案】 F-x图像未经过原点的原因是弹簧本身有重力； 超过弹性限度； 斜率大的弹簧的劲度系数较大 【答案】 超过材料的弹性限度时； 在弹簧被同样伸长或压缩的情况下，由胡克定律 𝐹=𝑘𝑥 可知： 力的大小相同：弹簧被伸长或压缩相同的长度 𝑥 时，弹力 𝐹 的大小相同。 力的方向相反：伸长时弹力向内，压缩时弹力向外，弹力方向总是与发生形变的方向相反。 【答案】 1.× 2.× 3.√ 4× 学科网（北京）股份有限公司 $$