3.1 第1课时 重力与弹力 课件-2026-2027学年高一上学期人教版物理必修第一册

该高中物理课件聚焦重力、重心、弹力及胡克定律，通过等效法理解重心、放大法分析微小形变，结合悬挂法确定重心实验，构建从概念认知到实验操作再到规律应用的学习支架，衔接力的基本性质与相互作用的核心脉络。 其亮点在于以科学思维为核心，通过情境探究（如桌面光点变化观察微小形变）、典例研习（尖底瓶重心分析）深化物理观念，采用正误辨析与规律方法总结强化知识内化。助力学生提升科学探究能力，为教师提供系统的教学资源与可操作的实验指导。

第1课时　 重力与弹力 第三章　相互作用——力 1　重力与弹力 [定位·学习目标]　 1.通过对重力的学习,体会借助“等效法”理解物体重心的物理观念和科学思维,并通过悬挂法确定物体重心的实验操作,掌握根据二力平衡知识确定物体重心的研究方法。2.通过学习“放大法”研究微小形变实例分析,体会判断弹力产生的条件及弹力方向分析的科学思维。3.通过对胡克定律的学习,掌握应用胡克定律分析问题、解决问题的能力,并形成科学态度与价值观。 探究·必备知识 知识点一　重力及力的表示方法 「探究新知」 1.重力 (1)定义:由于 而使物体受到的力。 (2)矢量性:方向为 ,大小为G= 。 g的单位既可以是 N/kg,又可以是 ,而且1 N/kg= m/s2。 (3)作用点——重心。 ①定义: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 ,这一点叫作物体的重心。 地球的吸引 竖直向下 mg m/s2 1 集中于一点 ②位置:决定于物体的 和物体的 。 ③确定方法。 a.质量分布均匀、形状规则的物体,重心处于几何中心处。 b.对质量分布不均匀或形状不规则的物体,可以应用二力平衡的知识通过实验来确定其重心位置,可以通过支撑法或 法来确定。 形状 质量分布 悬挂 2.力的表示方法 (1)力的图示:用有向线段来表示力。 ①有向线段的长短(严格按标度画)表示力的大小。 ② 表示力的方向。 ③ 表示力的作用点。 (2)力的示意图: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。 箭头 箭尾(或箭头) 正误辨析 (1)重力的方向总是竖直向下的。(　 　) (2)只有物体的重心才受到重力的作用。(　 　) (3)重心的位置可以不在物体上。(　 　) (4)力的示意图能准确表示力的大小、作用点和方向。(　 　) × √ × √ 知识点二　弹力 「探究新知」 1.形变 物体在力的作用下形状或 会发生改变,这种变化叫作形变。 2.弹力 (1)概念:发生形变的物体,要恢复 ,对与它 的物体会产生力的作用,这种力叫作弹力。 (2)方向:跟接触面 ,且指向形变 的方向。如被跳水运动员压弯的跳板,要向上恢复原状,对运动员有一个向上的弹力。 体积 原状 接触 垂直 恢复 (1)弹力一定发生在相互接触的物体之间。(　 　) (2)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。 (　 　) (3)水杯放在桌面上,因为没有观察到桌面发生形变,则没有产生弹力。 (　 　) 正误辨析 √ √ × 知识点三　胡克定律 「探究新知」 1.弹性形变和弹性限度 (1)弹性形变:物体在发生形变后,撤去作用力能够 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。 恢复原状 2.胡克定律 (1)内容:在弹性限度内,弹簧发生弹性形变时,弹力F的大小跟弹簧 的长度x成正比。 (2)公式F= 。式中k叫作弹簧的 ,单位是 ,符号是N/m。其意义表示弹簧“软”“硬”程度。 伸长(或缩短) kx 劲度系数 牛顿每米 (1)由 知,弹簧的劲度系数与弹力成正比。(　 　) (2)由F=kx可知,在弹性限度内,弹力F的大小与弹簧的长度成正比。 (　 　) (3)只要弹簧发生形变,则弹力一定与弹簧伸长(或缩短)的长度成正比。 (　 　) 正误辨析 × × × 突破·关键能力 要点一　对重力和重心的理解 「情境探究」 探究:(1)如图所示,苹果从树上下落,抛出的铅球会落回地面,水会从高处流向低处……这一切都是因为物体受到什么力的作用?方向如何? 【答案】 (1)重力;竖直向下。 (2)观察下列图示重心位置,思考以下问题:重心是物体上最重的一点吗?重心位置与什么有关?物体的重心一定在物体上吗? 【答案】 (2)不是,重心是物体各部分所受重力的等效作用点。重心位置与物体的质量分布及物体的形状有关。重心可以不在物体上,如木匠用的拐尺的重心和圆环的重心都不在物体上。 1.对重力的理解 (1)产生:重力是由于地球的吸引而产生的,凡是由分子、原子构成的物体皆受重力作用,但由于地球自转的影响,重力一般不等于地球对物体的引力。重力大小一般稍小于引力(两极除外),方向竖直向下,但一般不指向地心。 (2)大小:在同一地点,重力大小与物体质量成正比,同一物体的重力随所处纬度的升高而增大,随海拔高度的增大而减小,重力大小G=mg,g为物体所处位置的重力加速度。 「要点归纳」 (3)测量:在实验室里或日常生活中,重力的大小可以用测力计测量;工业上用电子吊秤可以称更重的物体。 ①测量原理:二力平衡时,两个力大小相等。 ②测量条件:物体处于静止或匀速直线运动时。 ③测量方法:用测力计将待测物体悬挂起来处于静止状态,测力计的读数在数值上等于重力的大小。 2.重心的特点及确定方法 (1)特点。 ①重心是重力的等效作用点,并非物体只有重心受重力作用。 ②重心的位置可以在物体上,也可以在物体外。 ③重心的位置会随着质量分布的改变而改变。 (2)确定方法。 ①质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上。 ②形状不规则的薄板,可用支撑法或悬挂法来确定重心。 [例1] 如图,在仰韶文化时期有一款“虚则欹、中则正、满则覆”的尖底瓶,它是古人对重心知识的巧妙应用。下列有关重力与重心的说法正确的是 (　　) [A] 瓶所受重力随瓶盛水的增加而变大 [B] 如果把瓶由河南搬到山西,瓶所受重力不会发生改变 [C] 瓶和水整体的重心位置一定会随瓶盛水的增加而变高 [D] 瓶和水整体的重心位置可能会随瓶盛水的减少而变高 「典例研习」 D 【解析】 瓶盛水增加,对瓶的重力没有影响,故A错误;在地球不同纬度,重力加速度不同,由G=mg,把瓶由河南搬到山西,瓶所受重力会发生改变,故B错误;瓶本身的重心位置不变,水比较少时,随水的增加,整体的重心位置可能先降低后逐渐升高,故C错误;水比较少时,随水的减少,整体的重心位置可能升高,故D正确。 ·规律方法· 对重心的几点认识 (1)重心不是重力的真实作用点,重力作用于物体的各部分,重心是重力的等效作用点。 (2)重心的位置与物体的形状和质量分布有关。重心不是物体上最重的一点,也不一定是物体的几何中心。 (3)物体重心的位置与物体所处位置、放置状态及运动状态无关。 要点二　力的表示方法 「要点归纳」 1.力的图示与力的示意图的画法 作图步骤 力的图示 力的示意图 选标度 选定标度(用某一长度表示一定大小的力) — 画线段 从作用点开始沿力的方向画一条线段,根据选定的标度和力的大小按比例确定线段长度 从作用点开始沿力的方向画一条适当长度的线段即可 标方向 在线段的末端标出箭头,表示方向 在线段的末端标出箭头,表示方向 2.力的图示与力的示意图的区别与联系 项目 力的图示 力的示意图 区别 用来准确地表示力 用来粗略地表示某个力 需要画出力的大小、方向和作用点 只需画出力的方向和作用点 联系 都是用有向线段来表示力,使抽象的力具体、直观 [例2] 如图所示,一个重力为6 N的木块放在水平桌面上处于静止状态,画出木块对桌面压力的图示并画出木块所受重力和支持力的示意图。 「典例研习」 【答案及解析】 先画一条大小表示3 N的线段,然后过重心沿竖直向下的方向画一条长度是标度2倍的线段,并表示出方向和大小;支持力过重心,沿垂直于桌面向上画一条带箭头的线段,用符号FN表示;重力过重心,方向竖直向下。如图所示。 ·规律方法· 画力的图示应注意选定标度的科学性、作图的正确性及规范性。 注意:(1)不能用不同标度画同一物体所受的不同的力。 (2)选标度应根据力的大小合理设计。一般情况下,线段应分为2～5段,不宜过多,过多使图不清晰;也不可过少,不能少于2段。 (3)对于规则物体,力的作用点一般画在受力物体的几何中心处。 要点三　弹力的产生和方向 「情境探究」 1.观察微小形变,如图所示。图甲为教材“演示”中的微小形变示意图,用力压桌面,观察到墙上光点的位置会发生变化。图乙,用力挤压玻璃瓶瓶身,细管中的水面会上升,松手后水面下降。 探究:(1)图甲光点位置的变化说明了什么?图乙细管中水面的变化说明了什么? 【答案】 (1)题图甲光点位置的变化说明桌面发生了形变。题图乙细管中水面的变化说明玻璃瓶发生了形变。 (2)上面两种现象说明什么?观察微小形变所采用的物理研究方法是什么? 【答案】 (2)两种现象说明物体在力的作用下,都会产生形变,只是有的现象明显,有的现象不明显。采用了物理研究方法中的放大法。 2.根据教材中弹力的定义,思考:如图所示,水平桌面上放一水杯,桌面和水杯都发生了形变,从而在它们之间产生了弹力。 探究:(1)水杯所受的弹力是由哪个物体形变产生的?弹力的方向如何? 【答案】 (1)水杯受到的弹力是由桌面发生形变产生的,弹力方向垂直于桌面向上。 (2)水平桌面所受的弹力是由哪个物体形变产生的?弹力的方向如何? 【答案】 (2)桌面受到的弹力是由水杯发生形变产生的,弹力方向垂直于桌面向下。 「要点归纳」 1.弹力产生的原因:相互接触且挤压的两个物体均发生弹性形变,由于要恢复原状,会对对方产生弹力作用,方向与恢复原状的方向一致。 2.产生弹力的两个条件 (1)相互接触。 (2)接触处发生弹性形变。 3.微小形变的判断 (1)通过技术手段将形变放大。 (2)确定物体间是否有挤压的情况。 4.几种常见弹力的方向 [例3] 按下列要求在图中画出物体所受的弹力的示意图。 (1)图甲中斜面对物块的支持力; (2)图乙中大半球对小球的支持力; (3)图丙中光滑但质量分布不均的小球的球心在O处,重心在P处,静止在竖直墙和桌边之间,试画出小球所受的弹力; (4)图丁中均匀杆被细绳拉住而静止,画出杆所受的弹力; (5)图戊中小球静止,画出小球所受杆的弹力。 「典例研习」 【答案及解析】 各物体所受弹力的示意图如图所示。 ·方法总结· (1)点与平面接触时的弹力方向:过接触点垂直于接触面并指向受力物体。 (2)点与曲面接触时的弹力方向:垂直于过接触点的切面并指向受力物体。 (3)平面与平面接触时的弹力方向:垂直于接触面并指向受力物体。 (4)平面与曲面接触时的弹力方向:过接触点垂直于平面并指向受力物体。 要点四　对胡克定律的理解和应用 「情境探究」 如图所示为一端固定的轻弹簧,劲度系数为k,图甲表示弹簧处于原长状态,图乙表示弹簧处于拉伸状态,图丙表示弹簧处于压缩状态。 探究:(1)在公式F=kx中, x表示的是弹簧的长度吗?若不是,它表示什么意思? 【答案】 (1)不是; x表示的是弹簧的形变量。 (2)图甲中弹簧的原长为l0,图乙在拉力F的作用下弹簧的长度为l1,图丙在压力F′的作用下弹簧的长度为l2,则F和F′分别为多少? 【答案】 (2)题图乙中弹簧伸长量x1=l1-l0,拉力F=k(l1-l0);题图丙中弹簧压缩量x2=l0-l2,压力F′=k(l0-l2)。 「要点归纳」 1.对胡克定律F=kx的理解 (1)适用条件:弹簧的形变必须在弹性限度内。 (2)x的意义:表示弹簧的形变量,即弹簧的伸长量(l-l0)或压缩量(l0-l),注意不是弹簧的长度。 (3)k的意义:表示弹簧的劲度系数,由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。 2.F-x图像 3.弹簧弹力大小的计算方法 (1)公式法:利用公式F=kx计算。适用于在弹性限度内弹簧、橡皮筋等物体弹力的计算。 (2)平衡法:利用二力平衡的条件计算。例如,悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时,细绳对物体的拉力大小等于物体受的重力大小。 [例4] 由实验测得某弹簧所受弹力F和弹簧的长度L的关系图像如图所示,求: 「典例研习」 (1)该弹簧的原长; 【答案】 (1)0.15 m 【解析】 (1)弹簧处于原长时,弹簧所受弹力为0,则从题图中可知,F=0时, L0=15 cm=0.15 m。 (2)该弹簧的劲度系数。 【答案】 (2)500 N/m 【解析】 (2)由胡克定律有F=kΔx,从题图中可知弹簧长度L=25 cm=0.25 m时,弹簧伸长量 Δx=L-L0=0.25 m-0.15 m=0.1 m, 弹力F=50 N, ·规律方法· 计算弹簧弹力时应注意的问题 (1)胡克定律只能计算弹力的大小,而弹力的方向要根据弹簧的伸缩来确定,其方向总是与弹簧恢复原状的方向相同。 (2)弹簧弹力的大小(在弹性限度内)任何时候都可以用胡克定律求解,但只有在物体处于静止或匀速直线运动状态时,才能用二力平衡求解与物体相连的弹簧弹力。 (3)轻弹簧(或橡皮绳)的重力可视为零,即同一弹簧的两端及中间各点的弹力相等。 提升·核心素养 微小形变弹力的判断方法 「核心归纳」 对于形变不明显的物体,通常用“假设法”“替换法”或“状态法”来判断物体是否受弹力。 (1)假设法:①假设将与研究对象接触的物体“拿走”,即解除接触,判断物体的运动状态是否与实际相符,如果符合,则此处不存在弹力;如果不符合,则此处一定存在弹力。②假设接触处存在(或不存在)弹力,判断物体的运动状态是否与实际相符,如果符合,则假设正确;如果不符合,则假设错误。 (2)替换法:用软的、易产生明显形变的物体替换硬的、形变不明显的施力物体,看物体是否能保持原来的形状。例如将接触面用海绵代替,将硬杆用轻弹簧(橡皮筋)或细绳代替。 (3)状态法:由运动状态分析弹力是否存在。物体的受力情况必须与运动状态相对应,依据物体的运动状态,由二力平衡或牛顿运动定律(后面将学习)列方程,可以求解物体间弹力的有无及大小。 「典例研习」 [例题] (2025·广东广州期中)图甲、乙、丙中的A、B、C和D球均为光滑球,图丁中的E球是一足球,一学生将足球踢向斜台,下列说法正确的是 (　　) [A] A球与斜面之间可能有弹力作用 [B] B球与C球间一定有弹力作用 [C] 倾斜的细线对D球有拉力作用 [D] E球(足球)与斜台作用时斜台给足球的弹力方向先沿v1的方向后沿v2的方向 B 【解析】 假设将斜面撤去,A球仍保持静止状态,因此A球和斜面之间没有弹力作用,A错误;假设将C球撤去,B球无法保持静止状态,则B球和C球间有弹力作用,B正确;假设将倾斜的细线撤去,D球仍保持静止状态,故倾斜细线对D球没有拉力作用,C错误;E球(足球)与斜台作用时斜台给足球的弹力方向总是垂直于接触面,即垂直于斜台指向左上方方向,D错误。 检测·学习效果 1.(多选)关于重心,下列说法正确的是(　 　) [A] 用绳竖直悬挂的物体静止时,绳所在的直线一定通过重心 [B] 质量分布均匀、形状规则的物体的重心一定在物体上 [C] 风筝升空后,越升越高,说明风筝的重心相对风筝的位置也越来越高 [D] 舞蹈演员在做各种优美动作的时候,其重心相对身体的位置不断变化 AD 【解析】 用绳竖直悬挂的物体静止时,由于只受重力和绳子拉力作用,二力平衡,等大反向,因此绳所在的直线一定通过重心,A正确;质量分布均匀、形状规则的物体的重心一定在其几何中心,不一定在物体上,例如质量分布均匀的圆环的重心在其圆心位置而不在圆环上,B错误;重心是物体各个部分所受重力的等效作用点,风筝升空后,越升越高,风筝的形状和质量分布几乎不变,只能说风筝的重心升高了,但是重心相对风筝的位置是不变的,C错误;舞蹈演员在做各种优美动作的时候,其形状和质量分布在不断变化,所以其重心相对身体的位置是不断变化的,D正确。 2.下表中分别表示了四个力的图示,其中正确的是(　　) B 序号 甲 乙 丙 丁 力的图示 施力物体 电灯 地球 铁锤 书 受力物体 灯绳 热气球 道钉 桌面 [A] 图甲:重3 N的电灯受到灯绳的拉力 [B] 图乙:静止在空中重力为2 500 N的热气球受到的重力 [C] 图丙:铁锤对道钉竖直向下的大小为2.5×103 N 的打击力 [D] 图丁:重5 N的书对桌面的压力 【解析】 题图甲中,灯绳对电灯的拉力,施力物体是绳,受力物体是电灯,且方向竖直向上,同时力的刻度应均匀,故A错误;题图乙中,力的图示所表示的力的方向、大小及作用点都正确,图示为静止在空中重力是2 500 N的热气球受到的重力,故B正确;题图丙中,力的刻度不均匀,故C错误;题图丁中,书对桌面的压力的受力物体为桌面,所以力的图示中作用点不应画在书上,应画于桌面上,故D错误。 3.(2025·重庆期中)如图所示,茶杯放在桌面上,下列说法正确的是(　　) [A] 茶杯受到向上的弹力,是由于茶杯发生了形变 [B] 茶杯受到向上的弹力,是由于桌面发生了形变 [C] 桌面受到向下的弹力,是由于桌面发生了形变 [D] 茶杯和桌面之间没有弹力作用,其原因是桌面、茶杯均未发生形变 B 【解析】 茶杯受到向上的弹力,施力物体是桌面,是由于桌面发生了形变,故A错误,B正确;桌面受到向下的弹力,施力物体是茶杯,是由于茶杯发生了形变,故C错误;桌面、茶杯均发生了肉眼不易观察到的微小形变,二者之间存在弹力作用,故D错误。 4.(多选)下列各图中,静止的球P分别与两个物体(或面)接触,设各接触面均光滑,P受到两个弹力的是(注意:图B中力F是非接触力)(　 　) BC [A] [B] [C] [D] 【解析】 图A中,球受竖直方向的拉力和重力,且二力平衡,不存在斜面支持力,故球受一个弹力,A错误;图B中,由于外力作用,球受水平面和斜面的弹力,B正确;图C中,绳拉力斜向上,若球静止,则球一定受斜面支持力,即受两个弹力,C正确;图D中,球受重力与水平面支持力平衡,球与竖直面只接触,不存在弹力,球只受一个弹力,D错误。 5.弹簧的原长为10 cm,它下面挂一个重为4 N的物体时,弹簧长为12 cm。 (1)求该弹簧的劲度系数; 【答案】 (1)200 N/m 【解析】 (1)根据胡克定律F=kΔx, Δx=12 cm-10 cm=2 cm=0.02 m, 代入可得弹簧的劲度系数为k=200 N/m。 (2)在它下面挂一个重为6 N的物体时,弹簧的长度为多少?(在弹性限度内) 【答案】 (2)13 cm 【解析】 (2)在它下面挂一个重为6 N的物体时, 由F′=kΔx′, 解得Δx′=3 cm, 因此弹簧的长度为l=10 cm+3 cm=13 cm。 感谢观看 k = 如图所示,Fx图像是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。 即k=,由此得ΔF=kΔx,可知弹簧形变量发生变化时,相应的弹力也发生变化。 则该弹簧的劲度系数k==500 N/m。 $