3.1重力与弹力 课件-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理课件聚焦“重力和弹力”核心内容，系统阐述重力的产生、大小、方向及重心，弹力的形变分类、产生条件、方向判断，以及胡克定律的实验探究与应用。通过生活现象提问（如物体落地、形变实例）衔接初中知识，以问题链搭建从具体到抽象的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，运用等效替代法（重心）、假设法（弹力判断）等方法，结合双椎体滚动、弹簧串并联等实例，通过胡克定律实验设计与误差分析培养探究能力。采用实验与问题驱动结合的教学方法，帮助学生深化相互作用观念，教师可提升教学效率。

第三章 ——相互作用——力 本章目录 第1节 重力和弹力 第2节 摩擦力 第3节 牛顿第三定律 第4节 力的合成与分解 第5节 共点力平衡 第三章 ——相互作用——力 第1节 重力和弹力 本节目录 第1部分 重力 第2部分 弹力 第3部分 胡克定律 新课引入 我们知道地面上掉落的物体最终会落回地面是由于受重力作用的缘故。 那么，重力有何特点，我们该从哪些方面了解和认识重力？ 力是一个物体对另一个物体的作用。结合初中所学，你认为应从哪几个方面来认识重力呢？ 1、重力的施力物体和受力物体？ 2、重力的三要素 （1）大小 （2）方向 （3）作用点 决定力的作用效果（改变物体形状或运动状态） 01 PART 01 第一部分 重力 2、产生原因或条件:由于地球的吸引。 3、重力产生的理解： （1）施力物体：重力的施力物体是地球 （2）地球引力和重力关系：因果关系不是等同关系 （3）重力性质：属于万有引力，不需相互接触也可产生 （4）重力有无判断：地球附近一切物体都受重力作用，与到地球远近和运动状态无关。 1、重力：由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。 一、重力的产生 地球吸引物体的同时，物体会不会吸引地球？如果会，施力物体是谁？ 1、重力大小：G = mg 2、力的单位：牛顿，简称牛，符号用N表示。 （1）m:为物体质量,国际单位kg （2）g：自由落体加速度 ①g大小：相同位置g相同，一般g = 9.8 N/kg=9.8m/s2，粗略可取10N/Kg。 ②g单位: 1N/Kg=1m/s2 二、重力的大小 问题：怎么测量物体的重力大小？ 用何种仪器测量物体的重力呢？是用天平还是测力计？ （1）测力计测量原理：二力平衡 问题：物体静止后可以说测力计对物体的拉力大小等于物体的重力，能说成测力计对物体的拉力就是物体的重力吗？为什么？ 3、重力大小测量 （2）测量注意事项： ①指针要调零 ②要竖直悬挂 ③待重物静止后读数 自由下落的物体下落的方向和静止悬挂物体绳子的方向有什么共同特点？ 观察与思考 观察图片，回答问题 三、重力的方向 1、重力方向： 竖直向下（垂直水平面向下） 2、重力方向的理解： （2）竖直向下≠指向地心，只有两极和赤道处指向地心。(必修二解释) G G （1）竖直向下不能说垂直向下； 观察与思考 自由释放的双椎体为什么从V形槽底端滚向顶端，与自由释放物体总会向下运动矛盾吗？为什么？ 不矛盾，双椎体看似向上滚动，但实质是双椎体重心在下降。 那么，什么是物体重心？ G1 G2 G3 Gi Gi+1 Gn 每个葡萄受到重力作用如图所示，如果需作出一串葡萄的重力示意图，该怎么作？作用点在哪？重力的作用点是怎么定义的？ 动手与思考 重力的作用点位置与什么因素有关？ 重力作用点在哪？ G 四、重力的作用点（重心） 1、重心: 一个物体的各部分都要受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力集中作用于一点，这一点叫做物体的重心。 2、重心的位置决定因素： 重心定义的思想方法:等效替代法 （1）物体的形状（2）物体的质量分布 （2）形状不规则、质量分布不均匀的物体，其重心的位置随形状或质量分布变化而变化； （1）形状规则、质量分布均匀的物体的重心的位置在其几何中心； 2、重心的位置： （3）重心位置不一定在物体上 3、较薄较细物体重心的位置确定方法： o （1）悬挂法：（二力平衡） B A A （2）支撑法：（二力平衡） 问题：能否用悬挂法或支撑法确定一石块的重心位置？为什么 ？ 五、重力的图示和示意图 (1)线段的长度—大小（统一单位长度精确表示） (2)箭头的方向—方向 (3)起点(终点)—作用点 1、力的图示：用一条有向线段来表示力的三要素 2、力的示意图：用一条有向线段来粗略表示力的三要素 (1)线段的长度—大小（大概表示） (2)箭头的方向—方向 (3)起点(终点)—作用点 G F拉 02 PART 02 第二部分 弹力 问题与思考 力有什么作用效果是？ ①改变物体的运动状态 ②改变物体的形状 如下图所示，轻杆、弓弦、皮球在力的作用下发生什么变化？ 形状或体积的变化，物理学中将种变化称为形变。 一、形变及分类 1、形变：物体在力的作用下形状或体积发生改变叫做形变。 思考：是否任何物体受到力，都会发生形变呢？ （1）水平桌面形变放大图 A A B （2）玻璃瓶被形变放大图 探究方法：科学放大法 （2）按形变方式分类： （3）按形变是否可恢复分类： ①塑性形变：外力撤销后形变不能恢复，如橡皮泥 ②弹性形变：外力撤销后形变能够完全恢复，如弹簧、橡皮筋的形变 ①拉伸形变 ②压缩形变 ③弯曲形变 ④扭转形变 （1）按形变程度分类： ①明显形变:（弹性物体，如橡皮筋、弹簧等） ②微小形变:（刚性物体，如绳、杆、玻璃瓶等） 2、形变的分类： 放手后，轻杆、弓弦、皮球形变会怎样？这类形变都属于什么形变？ 问题与思考 未放手时，握住轻杆、弓弦、皮球的手有什么感觉?什么原因产生的？ 说明发生弹性形变的物体总有恢复形变的趋势，并对与它接触的物体产生力的作用。 二、弹力 1、弹力：发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。 2、弹力产生条件： （2）发生弹性形变 （1）相互接触（互相挤压拉伸或扭曲） 3、弹力有无的判断： ①假设该接触面无弹力（删除该接触面） ②若状态改变，则有弹力 反之则无 （2）假设法（微小形变） （1）条件法（明显形变） （3）状态法（微小形变同方向弹力）假设有，看合力是否符合平衡状态 4、弹力条件的理解： （1）弹力性质：属于接触力 （2）弹力的相互性：物体间相互挤压，必产生一对弹力 （3）常见弹力：由形变而产生的力都属弹力，如拉力、压力、支持力 （4）弹力的施力物体：发生弹性形变的物体 5、弹力的施力物体（或形变物体）判断： F1 F2 （1）确认施力物体 （2）确定发生弹性形变的物体 讨论与思考 F F 分析图中弹簧发生形变和恢复形变方向以及弹簧产生的弹力方向，再比较各自发生形变方向（恢复形变方向）和弹力方向有何关系？ 恢复形变方向 弹簧形变方向 恢复形变方向 弹簧形变方向 弹簧产生的弹力方向总和它们的形变方向相反，指向恢复形变方向。 同理可推，除弹簧弹力方向有以上特点外，细绳、轻杆、接触面间产生的弹力也满足以上特点。 三、常见弹力方向 1、弹簧弹力方向：沿着弹簧指向形变恢复方向 F 2、细绳弹力方向：沿着细绳指向形变恢复方向 3、轻杆弹力方向： （1）拉伸和压缩形变：沿着轻杆指向形变恢复方向 （2）弯曲形变：不沿轻杆但仍指向形变恢复方向 F F F 3、各种接触面间弹力方向： （1）平面与平面：垂直接触面指向形变恢复方向，即指向受力物体。 书 板 F2 F1 （2）平面与点：过接触点垂直接触面指向受力物体。 A B A B F2 F1 F2 F1 需要注意：谁“点”谁“面” （3）平面与球面： （4）球面与点： F F2 F1 （5）球面与球面： A B F2 F1 ①过接触点，垂直接触面，指向受力物体。 ②两点一线法：过接触点和球心，指向受力物体 过接触点垂直接触面指向受力物体。需要注意：谁“点”谁“面” 过接触点和球心，指向受力物体 1、弹力大小求值：二力平衡(或多力共线平衡) 四、平衡时弹力大小 G F1 F2 G F G F （1）二力平衡：①先判断弹力方向②再据二力平衡求值 AB （2）多力共线力平衡： ①先确认受力个数 ②再判断弹力方向 ③再据多力平衡等式求值 G F1 F2 03 PART 03 第3部分 胡克定律 下列情景中，用手拉伸和压缩弹簧时，哪种情况感觉更吃力，说明什么？ 问题与思考 那么，在弹性限度内，弹簧弹力大小与形变量具体有何关系？ 该如何探究？ 形变量越大越吃力，说明形变量越大，弹簧弹力越大。 一、实验设计 1、弹簧弹力F测量 2、弹簧伸长量x测量 弹簧悬挂钩码静止时，弹簧弹力大小与钩码重力大小相等，即F=mg。 测出弹簧原长l0与挂上钩码之后弹簧总长度l，弹簧的伸长量x=l-l0。 3、探究弹簧弹力F与形变量x的关系？ 以纵坐标表示弹力大小F，以横坐标表示弹簧形变量x，作F-x图像探究弹簧弹力与形变量间的关系。 二、实验步骤 1、安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。 2、悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧总长度l 和钩码重力G即弹簧弹力大小F。则弹簧原长x＝l－l0 3、增加钩码个数，重复上述实验。 4、记录收集数据 1 2 3 4 5 6 F/N 0 l/cm x/cm 0 三、数据处理 1、以弹力F为纵坐标，以弹簧的形变量x为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹力F随弹簧形变量x变化的图像。由实际作出的F ­x图像可知，图像为过原点的直线。 2、以弹簧形变量x为自变量，写出弹力F和弹簧形变量x之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数k，这个常数也可根据F ­x图像的斜率求解，k＝。 3、实验结论：实验结果表明，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。 四、误差分析 1、F-x图像末端向下弯曲： 弯曲部分超过弹性限度。 F x O 3、F-x图像有横截距x0: 以弹簧的总长度为形变量x (1)x0表示弹簧原长 (2)斜率仍为劲度系数k，对求劲度系数没有影响。 F x O x0 F x O x0 2、F-x图像有横截距x0: 平放测量弹簧原长， x0为自身重力拉伸的长度 五、注意事项 1、所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出其弹性限度。 2、每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图像更精确。 3、测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大读数误差。 4、描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。 5、记录数据时要注意弹力及弹簧形变量的对应关系及单位。 六、胡克定律 1、胡克定律：在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比。 2、公式：F＝kx (知二求一) 3、公式理解 （1）k为弹簧劲度系数， 单位是N/m，只与弹簧本身有关，与F、x无关 ①k由弹簧材料、长度、粗细、匝数等因素决定； ②k反映了弹簧的软硬程度，k越大，弹簧越硬，其长度越难改变． （2）x为弹簧形变量，拉伸时x=l－l0，压缩时x=l0-l. 1、胡克定律推论：在弹性限度内，弹簧弹力的变化量ΔF跟弹簧形变量的变化量Δx成正比。 2、公式：ΔF＝kΔx (知二求一) 七、胡克定律推论 推导过程 F1＝kx1 F2＝kx2 两式相减得 ΔF＝kΔx 3、公式理解和应用 （1）k为弹簧劲度系数 （2）Δx为弹簧形变量的变化量其大小等于弹簧长度的变化量Δl Δx=x2-x1=(l2-l0)-(l1-l0)=l2-l1=Δl 八、胡克定律相关图像 1、F-x图像：弹力随形变量变化图像 (1)斜率k表示劲度系数 (2)F>0表示拉伸弹力；F<0表示压缩弹力 F x O 2、F-l图像：弹力随弹簧长度l变化图像 (1)表达式F=k(l－l0)=kl－kl0 (2)斜率k表示劲度系数 (3)横截距l0表示弹簧原长 F l O l0 拉伸 压缩 3、ΔF-Δx图像：弹力随弹簧长度l变化图像 (1)斜率k表示劲度系数k== ΔF Δx O 九、胡克定律及推论应用 1、弹簧测力计原理： （1）竖直测量: G F1弹簧 （2）水平测量:忽略滑轮摩擦和细绳质量结论相同。 G F2 F3弹簧 对弹簧上端质点：F2=F3弹簧=kx 所以G=F2=F3弹簧=kx 弹簧各处弹力大小相等F1弹簧=F3弹簧 G F1 F3弹簧 F2 ①对物体：G=F1弹簧=kx ②对弹簧(质量忽略)和物体:G=F2 2、弹簧的串并联： （1）弹簧串联: F 对串联后的两根弹簧：F=k(x1+x2) 则弹簧串联后的劲度系数：k’= = = = F （1）两根相同的弹簧并联: 弹簧总伸长量x’=0.5x 则k’==2k 由于弹簧各处弹力相同 ①对k1：F=k1x1 ②对k2：F=k2x2 ①对k1：0.5F=kx ②对k2：0.5F=kx 弹簧总伸长量x’=x1+x2 十、常见弹力的比较 细绳 弹簧 轻杆 接触面 相同点 原因 方向 不同点 方向 类型 大小 施力物体发生弹性形变而产生 都与形变方向相反 沿细绳 沿弹簧 不一定沿杆 垂直接触面 拉力 拉力支持力 拉力支持力 拉力支持力 二力或多力平衡 二力或多力平衡、胡克定律 二力或多力平衡 二力或多力平衡 04 PART 04 第4部分 课堂练习 【练习1】如图所示，小齐同学做化学实验时，将一空烧杯水平静止放置在带有石棉网的三脚架上，向空烧杯内缓慢加水直至加满的过程中，则（　　） A．烧杯的重心在烧杯上 B．杯与水的共同重心将一直上升 C．杯与水的共同重心将先上升后降低 D．杯与水的共同重心将先降低后上升 D 【练习2】如图是汽车特技表演中的镜头，汽车只有两个轮子着地并在水平地面上匀速前进，下列关于这个现象的说法正确的是（　　） A．研究汽车车轮转动的时候，可以将汽车看成质点 B．地面发生弹性形变，对汽车施加了支持力 C．地面对汽车的支持力大小大于汽车的重力 D．因车身倾斜，地面对汽车的支持力方向平行轮胎平面斜向上 B 【练习3】下列图中各物体均处于静止状态．图中画出了小球A所受弹力的情况，其中正确的是(　　) C 【练习4】如图所示的装置中，各小球的质量均相同，弹簧和细线的质量均不计，一切摩擦忽略不计，平衡时各弹簧的弹力大小分别为F1、F2、F3，其大小关系是(　　) A．F1＝F2＝F3   B．F1＝F2＜F3 C．F1＝F3＞F2   D．F3＞F1＞F2 A 【练习5】如图所示的四个图中，AB、BC均为轻质杆，各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接，两杆都在B处由铰链连接，且系统均处于静止状态。现用等长的轻绳来代替轻杆，能保持平衡的是(　　) A．图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丙 B．图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、丙、丁 C．图中的BC杆可以用轻绳代替的有乙、丙、丁 D．图中的BC杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丁 B 【练习6】一个长度为L的轻弹簧，将其上端固定，下端挂一个质量为m的小球时，弹簧的总长度变为2L。现将两个这样的弹簧按如图所示方式连接，A、B两小球的质量均为m，则两小球平衡时，B小球距悬点O的距离为(不考虑小球的大小，且弹簧都在弹性限度范围内)(　　 ) A．3L   B．4L C．5L   D．6L C 【练习7】(1)某次研究弹簧弹力F与弹簧长度x关系实验时，得到如图甲所示的F-x图像。由图像可知：弹簧原长x0＝________cm，由此求得弹簧的劲度系数k＝________N/m。 (2)如图乙所示毫米刻度尺水平放置 ，“0”刻度线上方固定一个有孔挡板，一条不可伸长的轻质细线一端下面悬挂一个钩码，另一端跨过光滑定滑轮并穿过光滑小孔与(1)中研究的轻弹簧右端相连接，使其压缩，稳定后指针指示如图乙所示，则指针所指刻度尺示数为________cm，由此可得钩码重为________N 8 25 1.00 0.25 谢谢 聆听！ Lavf58.12.100 $