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

该教案聚焦“重力与弹力”核心知识，涵盖重力的产生、大小方向及重心，弹力的产生条件、方向和胡克定律。通过复习初中力的知识及三要素导入，衔接高中深化内容，构建前后知识支架。 此资料突出科学探究与科学思维融合，如用支撑法、悬挂法探究重心，“放大法”观察微小形变（如玻璃瓶液柱上升显示形变），实验探究胡克定律时以问题链引导测量分析。培养学生物理观念与探究能力，提升教学效率，助力夯实力学基础。

第1节　重力与弹力 教学分析 · 教学目标 1.建立正确的重力物理观念，理解重心的概念及其应用，掌握寻找重心的基本科学方法。 2.认识常见形变的类型，了解“放大微小量”这一物理学中常用的科学研究方法。 3.通过实验探究，理解弹力产生的条件，能够分析弹力的大小和方向，发展科学思维与科学探究能力。 4.通过实验探究归纳胡克定律，体验科学探究的过程，培养科学态度与责任感，增强团队协作意识。 · 教学重难点 重点: 1.理解影响重心位置的因素，掌握寻找物体重心的科学方法。 2.通过实验探究胡克定律，理解其物理含义，并能够运用与实际问题的解决，培养科学思维和科学探究能力。 难点: 分析弹力产生的原因与条件，并能准确判断弹力的方向。 · 教学方法 探究法、讲授法、讨论法 · 课时安排 1课时 · 教学准备 多媒体辅助教学设备、学案等 教学设计 一、复习导入 【教师提问】在初中阶段，我们已经接触过哪些常见的力？力的三要素又包括哪些？ 【学生回答】我们学过重力、摩擦力，也接触过拉力、支持力和压力等。力的三要素是：力的大小、方向和作用点。 【教师总结】回答得很好。力是物体与物体之间的相互作用。从今天起，我们将更深入地学习和分析这些常见的力，理解它们的特点和规律。 二、新课讲授 (一)重力的基本概念 【情境设问】初中我们学习过重力。如图所示，一位质量为60 kg的轮滑运动员在空中时所受重力应如何表示？重力的施力物体是什么？作用点在哪里？方向如何？ 【学生回答】根据公式 G = mg，可计算出该运动员所受重力大小为600 N。重力的施力物体是地球，作用点可认为在人身体上，方向竖直向下。我们通常用一个竖直向下的箭头表示重力。 【教师总结】物体因地球吸引而受到的力称为重力。其大小可由 G = mg 计算，方向竖直向下。我们可以用有向线段表示重力，线段的起点通常画在重力的等效作用点，即重心上。 【提出问题】回顾初中知识后，我们进一步思考以下问题： 1.重力大小表达式中的 g 是什么？ 2.重力的方向是否指向地心？是否总是垂直于地面？ 3.初中阶段表示重力大小的方法是否准确？ 【学生讨论】表达式中的 g 在初中阶段被称为比例系数，通常取9.8 N/kg或粗略取10 N/kg。但学完自由落体运动后，我们知道 g 实为重力加速度，单位也可写作 m/s²。 重力的方向并不总是垂直于地面，也不严格指向地心。由于地球自转，物体随地球转动需要向心力，导致重力实为引力的一个分力，方向应表述为“竖直向下”，该问题将在后续万有引力章节深入探讨。 初中所用“力的示意图”仅为粗略表示；高中我们将学习更精确的表示方法——力的图示。 【教师总结】 1.g 不仅是比例系数，更是重力加速度，单位为 N/kg 或 m/s²； 2.重力的方向应表述为“竖直向下”，并不指向地心，其具体原因将在万有引力部分深入分析； 3.初中采用的“力的示意图”仅为粗略表达，高中引入“力的图示法”，可精确表示力的大小、方向和作用点。例如，一个重6 N的均匀球体，若选定单位长度代表2 N，则可用相应长度的有向线段准确表示其重力。 (二)对重心的理解 【情境导入】刚才提到，重力的等效作用点称为重心。那么，什么是重心？它的位置通常在哪里？如图所示，当汽车所载货物的多少或位置发生变化时，整车的重心也会随之改变。你们认为重心主要与哪些因素有关？ 【学生讨论】从图示可以看出，物体的重心应与其质量分布情况密切相关。 【教师总结】物体各部分均受到重力作用，为便于分析，我们可将其等效为一个集中作用于某一点的力，该点即为重心。重心的位置取决于物体的质量分布。对于质量均匀分布且形状规则的物体，其重心位于几何中心。如图所示，这类规则几何体的重心位置易于确定。 【提出问题】那么，对于质量分布不均匀或形状不规则的物体，我们又该如何确定其重心呢？请尝试找出铅笔和三角板的重心位置。 【学生实验】学生通过支撑法和悬挂法实际操作，初步确定重心的大致位置。 【教师总结】对于细长物体（如铅笔），可采用支撑法大致判断重心；对于薄板状物体（如三角板），则适合采用悬挂法。通过悬挂法可发现，重心的位置不一定在物体实体上，这一点与我们直观感受可能有所不同。 支撑法 悬挂法 (三)弹力的产生 【情境设问】如图所示，运动员在进行撑竿跳，老师用双手拉伸橡皮条。请思考：竿与橡皮条有什么共同特点？运动员是否受到竿的作用力？老师的手是否受到橡皮条的作用力？这些力是如何产生的？ 【学生回答】竿和橡皮条都发生了形状改变。运动员和手都受到了力的作用，这些力都是由形变引起的。 【学生实验】每位同学分发一个弹簧和一块橡皮泥，通过操作感受这两个物体在受力时形变的差异。 【教师总结】物体在力的作用下，形状或体积发生改变，这种现象称为形变。若撤去外力后物体能恢复原状，这种形变称为弹性形变。 【教师演示】用力将细弹簧拉直，弹簧无法恢复原状。 【教师总结】说明弹性形变存在一定限度，这一限度称为弹性限度。在前面的例子中，运动员和手所受到的力，正是由于竿和橡皮条发生弹性形变而产生的。这种因物体发生弹性形变，并为了恢复原状而对与之接触的物体施加的力，叫作弹力。 【提出问题】请同学们轻轻挤压弹簧，体会弹力产生需要满足哪些条件？ 【学生回答】产生弹力需要物体相互接触，并且发生能恢复原状的弹性形变。 【教师总结】弹力是一种接触力，其产生需同时满足“接触”和发生“弹性形变”两个条件。本质上，拉力、支持力、压力等初中所学的不同名称的力，都属于弹力，只是根据其效果命名不同。 【教师演示】用力捏玻璃瓶、压桌子，这些物体是否发生形变？我们可以通过“放大法”观察这些微小形变。例如： 利用细玻璃管中液柱的上升反映玻璃瓶体积变化； 通过彩色条纹移动显示玻璃砖形状改变； 借助激光点在标尺上的偏移表明桌面弯曲。 这类将微小效应放大以便观察的方法，称为“放大法”，是物理学中常用的实验手段。 (四)探究弹力的大小和方向 【提出问题】如图所示的三种情况,请按要求画出弹力。通过分析,你能总结出弹力方向有什么特点? 　钢管一端放在水平地面上,另一端用竖直的绳子吊起,请画出地面和绳子对钢管的弹力。 　物体静止在斜面上,请画出斜面对物体的弹力和物体对斜面的弹力。 　物块静止在墙角,接触面均为光滑平面,请画出物块受到的弹力。 【学生回答】弹力方向总是与形变方向相反,垂直于接触面或者沿着绳子。接触的物体间不一定有弹力。 【教师总结】通过上面问题我们可以总结如下: (1)弹力方向总是垂直接触面或沿绳子,指向形变恢复的方向,或与形变方向相反。 (2)根据弹力的定义,某个弹力的施力物体,总是发生形变的物体。如上面问题中,斜面对物块的弹力的施力物体为斜面,弹力是由于斜面要恢复形变而产生的;物块对斜面弹力的施力物体是物块,弹力是由于物块要恢复形变而产生的。 (3)接触的物体间未必有弹力,我们可以根据二力平衡的原则,用“假设法”来判断弹力有无。 【学生实验】探究弹簧弹力与形变量的关系,实验装置如图甲所示,请带着5个问题完成本探究实验: 甲 乙 1.实验探究的目的? 2.如何测量弹簧的形变量x? 3.如何测量弹簧弹力F的大小? 4．如何描绘F-x关系最简洁直观? 5.根据图像你能得到什么结论? 【教师总结】胡克定律:在弹性限度内,弹力和弹簧形变大小成正比。表达式:F=kx,其中,k为劲度系数,单位:牛顿每米(N/m),其大小由弹簧本身的性质决定,x为形变量。 三、例题展示 【例题1】关于重力，下列说法正确的是(　　) A．物体受到的重力是由于地球吸引而产生的 B．地球上的物体只有静止时才受到重力作用 C．自由下落的石块速度越来越大，说明它受到的重力越来越大 D．质量为m的物体受到的重力大小为mg，只要m一定，它受到的重力大小就保持不变 解析：重力是由于地球的吸引而产生的，A对；重力与物体的运动状态无关，B错；自由下落的石块所受重力大小与速度无关，C错；地球上不同位置，同一物体所受重力大小一般不同，D错。 答案：A 【例题2】关于书和桌面所受弹力，下列说法正确的是（　　） A．桌面发生了形变，为了恢复原状，给书向下的支持力 B．桌面发生了形变，为了恢复原状，给桌面向下的压力 C．书发生了形变，为了恢复原状，给书向上的支持力 D．书发生了形变，为了恢复原状，给桌面向下的压力 解析：桌面发生了形变，为了恢复原状，给书向上的支持力，故AB错误；书发生了形变，为了恢复原状，给桌面向下的压力，故C错误，D正确。 答案：D 【例题3】一根轻弹簧在10 N的拉力作用下,长度由原来的5.00 cm伸长为6.00 cm。则 (1)当这根弹簧长度为4.20 cm时,受到的压力有多大? (2)当弹簧受到15 N的拉力时,弹簧的长度是多少? 例题分析 本题由胡克定律可求解,需要注意的是,弹力大小与形变量成正比,而与原长无关,与压缩还是伸长也无关;劲度系数体现了弹簧的软硬程度,计算时注意要统一单位,且有效数字位数应统一。 例题解答 (1)由胡克定律F=kx可得,k==10 N/cm, 故F'=kx'=10 N/cm×(5.00 cm-4.20 cm)=8 N。 (2)l″=+l0=+5.00 cm=6.50 cm。 课堂小结 【教师引导】回顾本节课的学习,掌握重力和弹力的概念,从大小、方向和作用点三要素,在初中基础上进一步认识重力和弹力。教师提问,学生回答。 【学生总结】本节课学到的知识:从力的三要素掌握重力和弹力。本节课运用的科学方法:放大法、假设法。 布置作业 【掌握巩固】完成课本课后习题和学案 【课外百科】查阅资料,了解重力场的概念,形成“场”的物理观念 板书设计 第三章　相互作用——力 第1节　重力与弹力 一、重力 1.重力的产生 2.重力的大小和方向 3.重力的作用点——重心 (1)影响重心位置的因素 (2)简单确定重心的方法 二、形变 弹性形变:撤去外力后能恢复原状的形变。 三、弹力 1.发生形变的物体,要恢复原状,对与它接触的物体会产生力的作用。 2.产生条件:接触、要恢复原状的形变。 3.方向:与物体的形变方向相反。 (1)压力或支持力的方向总是垂直接触面指向受力物体。 (2)绳的拉力总是沿着绳子指向要收缩的方向。 4.胡克定律: (1)内容:在弹性限度内,弹力大小和弹簧形变量成正比。 (2)表达式:F=kx，其中,k为劲度系数,单位为牛顿每米(N/m),其大小由弹簧本身的性质决定。 教学反思 课程设计 学生引导 教材挖掘 作业设计 自我鉴定 备课资源 1.弹力产生的原因(微观解释) 由于物体都是由分子组成的。分子间同时存在着相互作用的引力和斥力,这两种力都随分子间距离的增大而减小,但斥力随分子间距离的变化而发生的变化总要比引力的变化要大一些。当两个分子间的距离恰好等于平衡距离r0时,分子间作用的引力和斥力大小相等,此时分子力(引力与斥力的合力)为零,物体对外就不显弹力;若对物体施加拉力,分子间距离就会增大,分子间的引力和斥力均要减小,但斥力减小得更大,使得分子间作用的引力占有优势,此时物体对外就表现出弹性拉力;若对物体施加压力,分子间的距离就会减小,分子间的引力和斥力均要增大,但斥力增大得更大,使得分子间斥力占有优势,此时物体对外就表现出弹性压力。总之,物体能否产生弹力,与物体内部分子间距离的变化有关系,而分子间距离的变化在宏观上又表现为物体的形变。 2.弹力有无的判断 对于显著形变(如弹簧、橡皮筋)的情况,可以根据其形变的情况对弹力有无做出直接判断;对那些形变极其微小的情况,由于形变很小,难于直接观察到,此时要判断有无弹力,通常需要采用“假设法”。 用假设法判断弹力有无的基本思路为:先假设与研究对象相接触的物体没有接触,然后分析研究对象的运动状态是否发生变化,若其运动状态不变,则可判定原接触处不存在弹力;若其运动状态发生变化,则原接触处一定存在弹力。 “假设法”判断弹力有无的另一种思路为:假设所有的接触面对研究对象均存在弹力的作用,再作出假设状态下研究对象的受力分析图,判断出物体的受力情况是否与其原来题设的运动状态相矛盾。若不发生矛盾,则假设正确;若发生矛盾,则假设不正确。 3.弹力的方向 弹力作用于使一物体发生形变的另一物体上,弹力的方向与使该物体发生形变的外力的方向相反(与该物体恢复形变的方向相同)。 相互接触的两个物体间弹力的方向总是垂直于它们的接触面。具体地说:如果接触处的一方是平面(另一方是平面、曲面、点都可以),则其弹力方向一定垂直于这个平面;如果接触处的一方是曲面(另一方是曲面、点都可以),则其弹力方向一定垂直于该面在接触点处的切面,就是与曲面接触点处的曲率半径在同一直线上。 相互连接的两个物体,其连接处的弹力方向要根据连接方式而确定。当用细绳连接时,连接处的弹力方向总是与绳在同一直线上;当用轻杆连接时,连接处的弹力方向往往比较复杂,其弹力方向并不一定与轻杆在同一直线上,此时弹力方向因情况而异,要具体问题具体分析,这一点务必要注意。常见的弹力方向主要有以下几种情况: (1)弹簧两端的弹力方向,与弹簧中心轴线相重合,指向弹簧恢复原状的方向。 (2)轻绳对物体的弹力方向,沿绳指向绳收缩的方向。 (3)面与面接触时的弹力方向,垂直于接触面且指向受力物体。 (4)点与面接触时的弹力方向,过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)而指向受力物体。 (5)球与球相接触受到的弹力方向,在接触点与球心连线上,指向受力物体。 (6)由于轻杆可以拉伸、压挤还可以斜着支撑物体,故轻杆的弹力很复杂,要具体问题具体分析。 第 1 页 共 7 页 学科网（北京）股份有限公司 $