1.3重力 弹力 摩擦力（同步课件）-【中职专用】高中物理同步精品课堂（高教版2023·通用类）

主题一 运动和力 第三节 重力 弹力 摩擦力 “十四五”职业教育国家规划教材 高等教育出版社 《物 理》通用类 1 content 目录 01 力——力的奇妙世界 02 重力——地球的"隐形牵引术" 03 弹力——看不见的"弹性契约" 04 摩擦力——静默的"摩擦战争" 05 高铁刹车的摩擦材料 06 课堂小闯关 知识总结归纳 07 2 本节学习目标 ①通过观察生活现象，理解力是物体间的相互作用，掌握力的三要素；通过实验观察，理解重力/弹力/摩擦力的产生条件（知识目标） ②通过绘制示意图，学习用图示法表示力的方法；会用二力平衡法测量滑动摩擦系数（技能目标） ③通过"观察探究"活动，体验科学探究的过程和方法（方法目标） ④通过分析摩擦力在工程中的应用，培养严谨求实的科学态度；培养"透过现象看本质"的科学探究精神（素养目标） 3 你被"力"支配的生活瞬间 "为什么我们跳起后总会落回地面？" "弹簧为什么能被拉长又能恢复原状？" "在冰面上为什么容易打滑？" 今天我们就来揭开这些现象背后的力学奥秘！ 4 力的奇妙世界 核心概念： ①力是物体间的相互作用，力是矢量，既有大小，又有方向。 ②如果一个物体的运动状态或形状发生了改变，则可知该物体受到了力的作用。 ③力的大小可以用测力计测量出来。在国际单位制中，力的单位是 N（牛）。 无人机的螺旋桨高速对空气施加了向下的力。根据力的相互性，被推动的空气也同时给螺旋桨一个反作用力，正是这个向上的反作用力，托住了无人机，让它克服重力，稳稳悬停！ 思考：无人机为什么能悬停在空中？ 5 力的奇妙世界 2.如果你不是水平推，而是向上抬或者向下压，箱子能向前移动吗？ 1.你能隔空将箱子推走吗？ 不能，对物体施加力的时候，要有作用点，作用点不同，效果完全不同！ 不能！力的方向错了，再大的力也白费 3.现在方向和作用点都对了，用了很小的力，箱子不动，用全身力气去推，箱子动了，这说明什么？ 力的大小决定了箱子是从‘不动’到‘动’，还是从‘动得慢’到‘动得快’。” 一起来推箱子 6 力的奇妙世界 通过刚才的推箱子，我们可以总结出： 力的大小、方向、作用点共同决定了力的作用效果。三者缺一不可，称为力的三要素。 在物理学中，使用数学上的有向线段来表示这个抽象的力。线段是按一定标度画出的，它的长短表示力的大小，它的箭头指向表示力的方向，箭尾表示力的作用点。这种表示力的方法，称为力的图示。 7 力的图示 一个大小为50N、与水平方向夹角为45°的拉力的图示，如右图所示。 45° 10N O F 可有时只需画出力的示意图，即只画出力的作用点和方向，表示物体在这个方向上受到了力，如右图所示。 O F 8 重力——地球的"隐形牵引术" 300多年前，一位名叫牛顿的年轻人坐在苹果树下思考。突然，一个苹果熟透落下，砸中了他的脑袋。他没有只顾着疼，而是陷入了深思： 为什么苹果总是垂直向下落，而不是飞向天空？这个看似简单的问题，最终引导他发现了万有引力的奥秘。 一个苹果引发的深思 接下来我们就从砸中牛顿的这个‘力’开始讲起。 9 重力——地球的"隐形牵引术" 概念解释： 由于地球吸引而使物体受到的力称为重力，用 G 表示。 方向：竖直向下（物体所受重力的示意图如右图所示。） 核心公式： G = mg G ：重力（N） m：质量（kg） g：重力加速度（9.8m/s2） O G 重心：重力的等效作用点，此处用一个重力代替物体上无数微小部分所受重力的方法是等效方法。 Tips: 规则物体的重心，位于其几何中心上。 不规则物体的重点该如何确定？ 10 巧用悬挂法寻找不规则物体重心 A B 悬挂法测量不规则物体重心的步骤： 选择悬挂点： 在待测物体上任选一个点A，用细绳穿过该点，将物体悬挂起来，使其自由下垂。 标记铅垂线： 待物体静止后，用铅笔沿绳子方向在物体上画出一条直线AB（或通过吊锤辅助画线），AB这条线就是通过重心的铅垂线。 11 巧用悬挂法寻找不规则物体重心 更换悬挂点重复操作： 换一个不同的点再次悬挂物体，重复步骤2，画出第二条铅垂线CD。 确定重心位置： 两条铅垂线的交点O即为该物体的重心位置。 理论上，至少两次悬挂即可确定重心，但为了提高精度，可进行第三次悬挂验证三线是否交于一点。 A B C D O 12 有趣的重力 为什么你摇晃奶茶后，里面的‘珍珠’最终都会沉到杯底？ 珍珠最终沉底，其根本性的、主导性的力确实是重力。重力方向竖直向下，是导致所有密度大于液体的物体下沉的源动力。 早上起来，你站上体重秤，指针‘唰’地一下指向了某个数字。 这个数字，就是你身体所受重力大小的直观体现。 如果你带着同一个体重秤去月球上称，哇，你会惊喜地发现你‘变轻了’！ 但如果你去木星，可能会被自己‘吓哭’。 这是因为重力加速度g变了，而你的质量丝毫未变。 13 画一画 观察图中处于不同运动状态的小球，并画出小球所受重力的示意图。 v v G O G O G O 14 弹力—— “愤怒的小鸟”的发射器 玩过‘愤怒的小鸟’吗？你向后拉动弹弓，橡皮筋被拉长，发生了形变。 当你松手的一瞬间，橡皮筋要恢复原状，就对小鸟产生了一个巨大的弹力，把它‘砰’地一声发射出去，去教训那些绿色的猪。 15 弹力——看不见的"弹性契约" 物体在力的作用下形状或体积会发生变化，这种变化称为形变。 发生形变后的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力称为弹力。 物体在发生形变后，如果撤去作用力能够恢复原状，这种形变称为弹性形变。 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，这个限度称为弹性限度。 16 胡克定律 弹簧受力后会缩短或伸长。缩短的弹簧会对与它接触的物体产生向外的弹力，而伸长的弹簧会对与它接触的物体产生向内的弹力。 1676年，英国物理学家胡克发现，在弹性限度内，弹簧发生形变时，弹力的大小 F 与弹簧伸长（或缩短）的长度 x 成正比，即 F = kx 公式式中，k 为弹簧的劲度系数，单位是 N/m（牛/米），不同弹簧的劲度系数一般是不同的，这个规律称为胡克定律。 17 科学家轶事 【胡克的谜语】： 发现这个规律的科学家胡克，不仅是个科学家，还是个‘谜语人’。 他当时没有直接公布结论，而是用一句拉丁文谜语发布了他的发现：‘ceiiinosssttuv’。 后来他才公布答案，把它重新排列后是‘ut tensio, sic vis’，意思是‘有如伸长，如是力’，这就是胡克定律的核心思想。 18 科学家轶事 我国汉代的郑玄发现：“假令弓力胜三石，引之中三尺……每加物一石，则张一尺。”包含的意思是在弓弦上每增加一石的重物，弓就伸张一尺。 即弓具有弹性限度以及线性弹力的特点，郑玄的观点明显地揭示了弓的弹力和形变成正比关系。该发现比胡克发现胡克定律早了约1 500年。 19 弹力 压力和支持力、推力都是弹力，压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面。 拉力也是一种弹力，拉力是指绳的拉力是绳对所拉物体的弹力，方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向。 如左边图所示的水桶受到绳的拉力 F，方向总是沿着绳，指向绳收缩的方向。 如右图，书对桌子的压力 F1，桌子是受力物体，故将压力的作用点画到桌子上；桌子对书的支持力 F2，书是受力物体，故将支持力的作用点画到书上。 20 画一画 观察下图中各个小球所处的位置，尝试画出各小球所受弹力的示意图。 F O F1 O F2 FN O N 21 我们来一场脑洞大开的想象：如果世界突然所有摩擦力都消失了1分钟，会发生什么？ 车无法启动也无法刹车，螺丝螺母全部脱落，房子散架，你甚至无法拿起任何东西，因为它会从手中滑落…… 看来，摩擦力不仅是‘阻力’，更是维持我们世界正常运转的‘秩序之力’。“ 如果没有摩擦力 22 摩擦力——静默的"摩擦战争" 两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，就会在它们的接触面上产生阻碍它们相对运动的力，这种力称为摩擦力，常用 Ff 表示。 一个物体与另一个物体保持相对静止时所受到的摩擦力，称为静摩擦力，静摩擦力有一个最大限度，这个限度称为最大静摩擦力。 当一个物体在另一个物体表面滑动时，总会受到另一个物体对它产生的阻碍它运动的力，这种力称为滑动摩擦力。 滚动摩擦力是一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦力。 23 摩擦力——静默的"摩擦战争" 拔河比赛时，在双方僵持不动的阶段，脚下的静摩擦力在‘暗中较劲’。它就像一个忠诚的卫士，尽全力阻止你的脚与地面发生相对滑动。你用的力越大，它也变得越大，直到它的极限——最大静摩擦力。一旦被突破，就变成了滑动摩擦，一方就要被拉过去了！ 24 观察滑动摩擦力的特点 将滑块放在水平木板上，用测力计沿水平方向拉住滑块，并与地面保持相对静止。往相反方向抽动木板，使滑块与木板发生相对滑动，如图所示，观察测力计的示数变化。 25 滑动摩擦力 滑动摩擦力 Ff 的大小与相对运动速度等因素无关，只与接触面间的正压力 FN 的大小成正比，可表示为： 式中，μ 是比例常数，称为动摩擦因数。它的数值与接触面的材料及粗糙程度等因素有关。 Ff =μ FN 滑动摩擦力比最大静摩擦力略小，方向总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动方向相反。 26 画一画 观察下图中斜面上物体的运动状态，尝试画出两物体所受摩擦力的示意图。 v Ff O v v Ff O 27 高铁刹车的摩擦材料——与动能和时间的赛跑 一列时速350公里的高铁，其蕴含的动能巨大。刹车时，必须在规定的距离内将这些动能通过摩擦转化为热能消散掉。普通材料的刹车片会瞬间过热、熔化、失效。 解决方案： “高铁采用 ‘碳陶复合材料’刹车盘。碳陶复合材料极端耐热，可承受2000℃以上的高温而不软化、不衰退。无论在高温还是低温下，都能提供稳定且极高的摩擦系数。并且比钢铁更轻，减轻了列车重量。 核心知识点： 摩擦系数μ不仅与材料有关，还会受温度影响。高科技材料能保证在极端条件下μ值依然稳定，确保 Ff =μ FN这个公式持续有效。 28 课堂小闯关 课堂练习1-概念辨析 关于重力说法正确的是（ ） A. 重力就是地球吸引力 B. 重力的方向总是垂直向下 C. 重力的大小与位置有关 D. 物体的重心一定在物体上 （答案：C） （答案：(1)50N/m (2)13cm） 课堂练习2-弹力分析 如图，弹簧原长10cm，挂100g砝码后伸长到12cm， 求： (1) 弹簧的劲度系数 (2) 挂150g砝码时的长度 （答案：(1)50N (2)80N） 课堂练习3-摩擦力计算 木箱重200N，与地面摩擦系数0.4， 分别求： (1) 用50N水平推力时的摩擦力 (2) 用100N水平推力时的摩擦力 29 总结归纳 30 课后作业 ​​1.重力计算​​ 一座质量2吨的雕塑在月球表面重力是多少？（g月=1.6m/s²） ​​2.弹力应用​​ 弹簧原长10cm，挂5N重物时长12cm，求劲度系数k。 ​​3.摩擦力分析​​ 木箱重500N，在水平地面向前滑动，已知动摩擦因数μ=0.3，求滑动摩擦力大小。 （答案：Δx=2cm=0.02m，k==5N/0.02m=250N/m） （答案：G=mg月2000kg×1.6m/s²=3200N） （答案：滑动摩擦力仅与正压力和动摩擦因数有关，计算为：Ff =μ FN=0.3×500N=150N） 31 谢谢观看 力学是物理学的基石，理解力就是理解自然的第一步 32 $