第3章 1.第1课时 重力与弹力-【成才之路•学案】2025-2026学年高中物理必修第一册同步新课程学习指导(人教版)

075 第三章相互作用 一力 1.重力与弹力 第1课时 重力与弹力 ●目标重点展示 素养目标 学习重点 (1)理解重力的大小和方向，知道重心的概念。 物理观念 (2)通过实例，了解弹力的概念，认识弹力产生的条件。 (3)知道弹力大小的影响因素，掌握胡克定律。 (1)重力的大小及 (1)会运用“悬挂法”确定不规则物体的重心。 方向。 科学思维 (2)掌握判断弹力是否存在的方法，能确定弹力的方向。 (2)弹力的有无及方 向的确定。 科学探究 使用“放大法”观察物体的微小形变。 (3)胡克定律的应用。 科学态度 观察形变的有趣现象，感受自然界的奥秘，培养学生对科学的 与责任 好奇心。 探究点1重力 [思考] 力是物体问的相互作 ●基础梳理 用，是否只有相互接 触的物体，它们之间 1.力 才有相互作用？风吹 草动，是谁对谁的 (1)定义： 的作用 作用？ (2)力的三要素：大小、 和 (3)单位： ,简称 ,符号： [思考] 2.重力 非廊 (1)定义：由于 的吸引而使物体受到的力。 接触上 (2)大小：G= ,g是 (3)方向： (4)作用点：重心。 ①定义：一个物体的 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 于一点，这一点叫作物体的重心。 风对草的作用 076 ②决定重心位置的因素：a.物体的 ;b.物体的 、0 [举例] P[举例] 如图甲，铅锤自由悬 3,力的表示方法 挂时悬线的方向即为 (1)力的图示：用 表示力。 竖直方向。 ①有向线段的长短表示力的大小： 如图乙，斜面上的物 ②箭头表示力的方向； 体所受重力的方句为 ③箭尾（或箭头）表示力的作用点 竖直向下的方向①， (2)力的示意图：在不需要准确标度力的大小时，通常只需画出力的作用 而非垂直接触面向下 点和 的方向②。 [判断正误] (1)只有相互接触的物体间才有力的作用。 (2)力的图示和力的示意图都可以表示力的大小和方向。 (3)重力的方向总是与接触面垂直向下。 ( (4)重心不是物体上最重的一点，也不一定是物体的几何中心。 ●重难解读 1.对重力的理解 (1)产生：重力是由于地球的吸引而产生的。 注意：重力来源于地球的吸引，但地球对物体的吸引力与重力又有区别， 在必修第二册中将会学习两者大小、方向的关系。 (2)重力的大小 ①大小：G=mg,只与质量和自由落体加速度g有关，与物体的运动状态 无关。 ②自由落体加速度g a.与物体所处的纬度的关系：g随纬度的升高而增大；在赤道处g最小， 在两极处g最大。 b.与高度的关系：g随高度的升高而减小。 2.重心的理解 (1)重心是一个等效的概念，引入重心，就把实际作用于物体各部分的重 力，用作用于重心的一个力等效替代了，从而使问题大为简化 (2)重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。如图1，重心就在物 体外。 (3)质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上，如图2 所示。 (4)质量分布不均匀、形状不规则的物体，重心与物体的形状、质量分布 情况均有关，如图3所示。 [思考]走钢丝的演员 为什么要拿一根较长 的横杆？ G 人体倾斜时，通过周 整杆的角度帮助人更 图2 图3 好的稳定重心 P[思考] 077 (5)重心在物体上的位置与物体的位置、放置状 态及运动状态无关。 [规律方法]力的图示 (6)对薄板类物体，可用支撑法或悬挂法来确定 和力的示意图画图 重心，如图4所示，C点即用悬挂法确定的物体的 步骤 重心。 项 画图步骤 类型一：对重力和重心的理解 图4 目 例1：(2025·海南高一校考期中)关于物体的重力 ①选定标度 和重心，下列说法正确的是 ) (用某一长度 A.物体所受的重力是由于受到地球的吸引而产生的，所以方向总是指 表示多少牛的 力) 向地心 B.物体的重心就是物体各部分所受重力的等效作用点 ②从作用点开 力 始沿力的方向 C.同一物体在地球上的不同位置，当用弹簧秤测量时其所受重力大小 画一线段，根 一定相同 图 据选定的标度 D.形状规则的物体，重心在其几何中心处 示 及力的大小按 跟踪训练1：在足球比赛中，专业的足球运动 比例确定线段 员能够巧妙地踢出“香蕉球”“落叶球”。如图所 的长度 示，某运动员主罚任意球时踢出了快速旋转的 落叶球 ®在线段的末 “落叶球”。关于该足球，下列说法正确的是 端画出箭头， 表示力的方向 A.足球的重心在足球的外皮上 ①无需选标度 B.在空中运动的过程中，足球的重心发生了变化 ǒ ②从作用点开 C.足球离开脚后不再受重力的作用 始沿力的方向 的 D.足球所受重力的方向始终竖直向下 画一适当长度 示 类型二：力的图示和力的示意图 的线段即可 意 ③在线段的末 例2：重力为10N的木块浮在水面上，在图中作出木块所受到的 图 端画出箭头， 水对它的浮力的图示及其重力的示意图。 表示力的方向 [提示] [规律方法] 坛子受到的弹力是由 演员的头发生形变而 探究点2弹力 产生的，方向垂直坛 子和演员头部接触面 ●新知导学 向上，头受到坛子的 情境：如图所示，杂技演员顶坛子时，演员的头和坛子、 压力向下发生形变； 头受到的压力是坛子 都发生了形变，从而它们之间产生了弹力。 发生形变而产生的， 探究：坛子所受的弹力是由哪个物体产生的？方向如。 方向垂直坛子和演员 何？这个形变的方向向哪儿？演员的头受到的压力呢？ 头部接触面向下。 P[提示] 078 ●基础梳理 1.形变：物体在力的作用下 回或 会发生改变，这种变化 叫作形变。 2.弹力：发生弹性形变的物体，要 原状，对与它接触的物体会产 生力的作用，这种力叫作弹力。 3.三种弹力的方向 (1)放在地板上的物体，它对地板的压力以及地板对它的支持力的方向， 都跟接触面是 的。 [思考] (2)绳子拉力的方向沿绳子指向绳子 的方向。 有同学说：放在桌面 (3)弹簧弹力的方向沿弹簧指向弹簧恢复原状的方向。 上的物体对桌面产生 [判断正误] 压力是因为物体的重 (1)书本放在桌子上，书本和桌子都发生了形变。 ( ) (2)相互接触的物体间一定存在弹力。 ( 力，这个说法是否 正确？ (3)两个物体之间存在弹力，说明这两个物体一定都发生了弹性形变。 压力产生直 接原因是物 (4)绳的拉力的方向与绳伸长的方向相同。 体发生形变 P[思考] ●重难解读 1.弹力产生的过程 外力作用一 相互挤压或拉伸 发生弹性形变 且要恢复原状 产生弹力 2.弹力的产生必须同时具备的两个条件 (1)两物体直接接触； (2)两物体接触处发生弹性形变 3.弹力有无的判断方法 根据物体间是否直接接触并发生 图中弹力带与手直接接 条 弹性形变来判断是否存在弹力。 触，弹力带发生形变，手 件 此方法多用来判断形变较明显的 与弹力带之间一定存在 法 情况 弹力 斜面光滑，细绳竖直， 假设两物体间不存在弹力，看物 假设斜面对小球无弹 假 体能否保持原有的状态，若状态 力，小球在拉力和重 设 不变，则不存在弹力；若状态改 力作用下能保持静止 法 变，则存在弹力 状态，则斜面对小球 无弹力 因为物体的受力必须与物体的运 状 动状态相吻合，所以可以依据物 态 体的运动状态由相应的规律（如 法 二力平衡等)来判断物体间的 小车静止时，杆对小球的弹力方向 弹力 竖直向上 079 4.几种常见弹力的方向 [拓展]弹力的突变 >面与面垂直于接触面 问题 沿绳指向绳收缩的方向←轻绳接 (1）绳（或接触 点与面→过点垂直于面 可沿杆 面）：剪断绳（或物 轻杆《 体脱离接触面）后， 可不沿杆 点与，点→垂直于公切面 此绳（或接触面）对 物体的弹力立即消 ●[拓展] 失，形变恢复的时间 类型一：弹力有无的判断 可忽略不计。弹力 例3：如图所示，图中的物体A均处于静止状态，下列关于受到弹力作用的说 也可突然变大变小。 法正确的是 一般题目中所给的细 ( 线和接触面，在不加 特殊说明时，均可按 B A F A 此模型处理。 乙 (2）弹簧（或橡皮 绳）：此种物体的特 A.图甲中地面是光滑水平的，A与B间存在弹力 点是形变量大，形变 B.图乙中两光滑斜面与水平地面的夹角分别为B,A对两斜面均无压 恢复需要较长时间， 力的作用 在眸时问题中，其弹 C.图丙中地面光滑且水平，A与竖直墙壁没有压力的作用 力的大小往往可以看 D.图丁中A受到斜面B对它的支持力的作用 成是不变的。 类型二：弹力方向的确定 [规律方法]几种弹力 例4：请在下图中画出物体A所受的弹力示意图。 方向的总结 (1)点与平面接触 时的弹力方向，过接 光滑斜面 触点垂直于接触面指 向受力物体。 (2）点与曲面接触 ·[规律方法] 时，弹力的方向垂直 于过接触点的切面， 探究点3胡克定律 指向受力物体。 (3)平面与平面接 ●基础梳理 触，则弹力的方向垂 直于接触面并指向受 1.弹性形变：物体在发生形变后，如果撤去作用力能够 的形变。 力物体。 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 (4)平面与曲面接 完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。 触，弹力方向过接触 3.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 点垂直于平面并指向 成正比，即F= 受力物体。 4.劲度系数：式中k叫作弹簧的 ,单位是 ,符号是 ,是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量。 080 [思考] [判断正误] 弹力增大时，弹簧一 (1)由F=x可知，在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变量x成正比。() 定变长吗？ (2)弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的，与弹力F的大小和形变 拉伸压缩弹力都增大 量x的大小无关。 个 (3)F应为弹簧两端所受作用力的合力。 () P[思考] ●重难解读 对胡克定律F=的理解 1.适用条件：弹簧的形变必须在弹性限度内。 [规律方法]计算弹簧 2.x的意义：x是弹簧的形变量，即弹簧的伸长量(1-，)或压缩量(l 弹力时应注意的问题 l)。 (1)胡克定律能计 3.k的意义：弹簧的劲度系数由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素 算弹力的大小，而方 决定。 向要根据弹簧的伸缩 来确定，且总是与弹 4.F-x图像：是一条过原点的倾斜直线（如图所示），直+F 簧恢复原状的方向 线的斜率表示弹簧的劲度系数k。 相同。 5.推论式△F=k△x:弹簧弹力的变化量△F与形变的变 (2）在弹性限度 化量△x也成正比。 内，弹簧弹力的大小 》特别提醒 在各种运动状态下都 应用胡克定律的两点注意事项 可以用胡克定律求 (1)如果题目中只告诉“弹簧的形变量”或“弹簧弹力的大小”，并没有明确弹 解，但利用二力平衡 簧是处于拉伸状态还是处于压缩状态，就需要分情况进行讨论。 计算弹力时，只有在 (2)轻弹簧的一端自由（即不连接物体）时弹力为零，不自由（即连接物体）时 物体处于静止或匀速 两端的弹力必然相等。 直线运动状态时才 可以。 例5：如图所示，一根原长为20cm的弹簧竖 L30 N (3）轻弹簧（或橡 直悬挂着，当用15N的力向下拉弹簧20m 24 cm 皮绳）的重力可视为 时，量得弹簧长为24cm。若把它竖立 零，即同一弹簧的两 在水平桌面上，用30N的力竖直向下 15N mimm 端及其中间各点的弹 压时，弹簧长为多少（在弹性限度内）？ 力大小相等。 >[规律方法] 跟踪训练2：（多选）(2025·山西吕梁高一统考期 ↑FN 末)如图所示，为一个轻质弹簧的长度和弹力大小的关 6 5 系，请根据图像判断，下列正确的结论是 A.弹簧的劲度系数为100N/m 024681012L/cm B.弹簧的劲度系数为200N/m C.弹簧的原长为6cm D.弹簧伸长0.02m时，弹力的大小为4N 081 素养能力提升拓展整合·启智培优 非弹簧弹力大小的计算 当物体受到两个力的作用且处于平衡状态时，二力等大反向，因此我们可以用二力平衡的条件 求绳或杆上的弹力。 例6：（多选）如图所示是街头常见的太阳能路灯，已知灯头的质量为2kg,则关于 弯曲的路灯杆对灯头的弹力F的大小和方向，下列说法正确的是（取g=10 m/s2) 弯曲的路灯杆对灯头的作用力不沿杆方向，应以灯头为研究对象，根 据二力平衡求出 A.方向平行于路灯杆倾斜部分向上 B.方向竖直向上 C.大小为20N D.由于不知道路灯杆弯曲部分形变量的大小，故无法确定弹力F的大小和方向 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[16] 第2课时 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 ●目标重点展示 素养目标 学习重点 物理观念 进一步练习使用弹簧测力计。 (1)图像法处理实验数据， 由图像求出弹簧的劲 科学思维 会用二力平衡法求弹力。 度系数。 科学探究 学会利用列表法、图像法、函数法处理实验数据。 (2)实验误差的分析。 实验要点梳理系统学习·落实新知 ●实验原理 1.如图所示，在弹簧下端依次悬挂不同数目的钩码， 改变弹力的大小，弹簧长度发生改变，测出弹力与长度改 变的对应数据，即可探究弹力与形变量的关系。 2.弹力F的确定：在弹簧下端悬挂钩码，静止的钩码 对弹簧的拉力与弹簧弹力大小 ,即弹力大小与所 挂钩码的重力大小 ,即F=mg。 3.伸长量x的确定：测量弹簧的原长。与挂上钩码后 弹簧的长度1，则弹簧的伸长量x= 4.探究F-x关系：建立关于F、x的直角坐标系，由测量数据作出F与x 的关系图像，根据图像分析弹簧弹力和形变量的关系。第三章相互作用—力 1.重力与弹力 第1课时重力与弹力 探究点1重力 基础梳理 光滑斜面 1.一个物体对另一个物体方向作用点牛顿牛N 2.地球mg自由落体加速度竖直向下各部分集中 戊 形状质量分布 探究点3胡克定律 3.有向线段方向 基础梳理 判断正误 1.恢复原状2.不能3.弹簧伸长（或缩短）的长度xkx (1)×(2)×(3)×(4) 4.劲度系数牛顿每米N/m 例1：B物体所受的重力是由于受到地球的吸引而产生的，方向 判断正误 竖直向下，但不一定指向地心，故A错误；物体的重心就是物(1)V(2)V(3)× 体各部分所受重力的等效作用点，故B正确；同一物体在地球例5：12m 上的不同位置，由于重力加速度不一定相等，当用弹簧秤测量 解析：当弹簧受向下的15N的拉力作用时，由胡克定律得 时其所受重力大小不一定相同，故C错误：只有质量分布均 F115 匀，形状规则的物体，重心才一定在其几何中心处，故D错误。 F=(L-4),解得劲度系数6=，-二0.04Vm 跟踪训练1：D足球的重心在足球的几何中心，即足球的球心； =375N/m 在空中运动过程中，足球仍然受到重力的作用，重心的位置不 设当用30N的力向下压时，弹簧长为L2,由胡克定律得F,= 发生变化；足球所受的重力方向始终竖直向下，故D正确，A、 k(L,-L2),整理得L2=L- B、C错误。 k =020m-9m=012m 例2：见解析图 12cm。 解析：木块受重力和浮力作用，根据二力平衡得F浮=G 跟踪训练2：AC由图可知，弹力为零时，弹簧长度为6cm,即弹 10N,方向竖直向上。浮力的图示和重力的示意图分别如图 黄的原长为6m,弹衡的劲度系数为一点 甲、乙所示。 100N/m,故A、C正确，B错误：弹簧伸长0.02m时，弹力的大 5 N 小为F=kAL=100N/m×0.02m=2N,故D错误。 素养能力提升 例6：BC对灯头受力分析，灯头受到重力G和弯曲的路灯杆对 灯头的弹力F作用，由于灯头处于静止状态，所受弹力与重力 G 平衡，故弯曲的路灯杆对灯头的弹力方向竖直向上，弹力大小 F=G=20N,故A、D错误，B、C正确。 探究点2弹力 基础梳理 第2课时实验：探究弹簧弹力与形变量的关系 1.形状体积2.恢复3.垂直收缩 实验要点梳理 判断正误 实验原理 (1)V(2)×(3)V(4)× 2.相等相等3.1-o 例3：D题图甲中A,B间没有挤压，无弹力，A错误；题图乙中A实验器材 对两侧面有压力作用，B错误；题图丙中地面光滑且水平，A 刻度尺 挤压竖直墙壁，存在压力的作用，C错误；题图丁中A受到斜 实验步骤 面B对它的支持力的作用，D正确。 2.重力3.l- 例4：见解析图 数据处理 解析：轻绳的弹力沿绳并指向绳收缩的方向；点与面接触或面 2.4 与面接触的弹力则垂直于接触面；若接触面为曲面，则弹力与 ”△x 切面垂直。图丙中，物体与曲面之间的弹力方向垂直于过接经典题型剖析 触点的切面。图已中，弹力的方向垂直于过接触点的切面，故例1：(1)刻度尺弹簧测力计 弹力方向必通过球心，与重心位置无关。 (2)所挂钩码的重力、弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所 它们所受弹力的示意图如图所示： 对应的弹簧长度 266