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与弹力，系统讲解重力（G=mg，竖直向下，重心）和弹力（弹性形变，胡克定律F=kx）核心知识，通过蹦床弹人、桌面托书等情境问题导入，衔接初中重力公式，以问题链（Q1-Q6）为支架引导学生从力的三要素逐步深入。 其亮点在于融合科学探究（如平面镜放大微小形变实验）与科学思维（等效替代确定重心，图像法处理弹簧实验数据），结合规范例题与开放练习。助力学生构建物理观念，提升探究能力，教师可直接使用结构化资源与实验方案，提高教学效率。

第三章 · 相互作用——力 重力与弹力 从力的三要素出发，认识最常见的两种力 重力 · 重心 · 形变 · 弹力 · 胡克定律 人教版《物理》必修第一册　第三章 第 1 节 01 / 24 力是一个物体对另一个物体的作用。认识一个力，需要弄清以下问题：谁受到的力、谁施加的力？怎样量度它的大小？它的方向如何、作用点在哪里？ 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 学习目标 环节 · 目标导航 【课标要求】1.2.1 认识重力、弹力与摩擦力。通过实验，了解胡克定律。 【课标例 2】 制作一个简易弹簧测力计，用胡克定律解释其原理。 （1）物理观念 能说出重力产生的原因与方向，会写出 G = mg 并进行简单计算，知道 g 的单位与数值。 （2）科学思维 能说明重心位置与形状、质量分布的关系，会用二力平衡解释悬挂法确定重心的原理。 （3）科学探究 通过平面镜放大微小形变的演示和弹簧实验，掌握弹力产生的条件与方向，了解胡克定律。 （4）规范表达 能在具体情境中正确判断压力、支持力、绳的拉力的方向，并规范作出力的图示。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 02 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 温故知新 · 预习检测 环节 · 预习检测 问题 Q0 认识一个力，需要弄清哪四个问题？ 1．谁受到的力、谁施加的力？（受力物体与施力物体） 2．怎样量度它的大小？3．它的方向如何？4．作用点在哪里？ 初中已学：物体所受重力 G 与质量 m 的关系式为 G = mg，其中 g 通常取 9.8 N/kg，粗略计算取 10 N/kg。 本节问题链 Q1 怎样表示一个力？ Q2 重力的大小与方向？ Q3 重心在哪里、怎么找？ Q4 形变与弹力有什么关系？ Q5 弹力的方向怎样判断？ Q6 弹簧弹力与形变量有何定量关系？ 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 03 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 情境导入 · 提出问题 环节 · 问题情境 人落到跳床上为什么会被弹起来？ 问题 Q1 蹦床把人弹起、桌面托住书本、绳子吊起灯——这些力有什么共同点？它们是怎样产生的？ 本节从最常见的重力与弹力出发，学会“认识一个力”的基本方法。 教材“问题”栏提出的三个追问 ① 谁受到的力，谁施加的力？② 怎样量度它的大小？③ 它的方向如何？作用点在哪里？ 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 04 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块一 · 怎样表示一个力 环节 · 概念建构 力的概念 力是一个物体对另一个物体的作用——有受力物体必有施力物体，力不能脱离物体存在。 力的三要素 大小、方向、作用点——三者共同决定力的作用效果。 力的图示 用有向线段表示：线段长短表示大小（先选定标度）、箭头表示方向、箭尾（或箭头）表示作用点。 力的示意图 不需要准确标度大小时，只需画出作用点和方向。 图 3.1-4：球所受重力 6 N，标度 2 N，方向竖直向下。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 05 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块一 · 重力的大小 环节 · 概念建构 重力（gravity） 由于地球的吸引而使物体受到的力叫作重力。重力的施力物体是地球，受力物体是地面附近的物体。 重力与质量的关系 G = mg 式中 m 为物体质量（单位 kg），G 为重力（单位 N），g 为自由落体加速度。 由第二章可知 从静止开始、只受重力下落的物体做自由落体运动，其加速度 g 就是这一关系式的比例系数。 g 的值与单位 通常取 9.8 N/kg（即 9.8 m/s2）， 粗略计算取 10 N/kg。 单位等价 因 1 N = 1 kg·m/s2，故 1 N/kg = 1 m/s2， 两种写法完全等价。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 06 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块一 · 重力的方向 环节 · 深化理解 重力的方向总是竖直向下——“竖直”是相对水平面而言，与物体所处的运动状态、位置均无关。 重力方向：竖直向下（指向地面一侧） 为什么重垂线能检查墙壁是否竖直？ 重垂线静止时受重力与绳的拉力而平衡，绳沿竖直方向——若墙壁与重垂线平行，说明墙是竖直的。 易错辨析 “竖直向下”≠“垂直向下”。在斜面上，垂直于斜面向下与重力方向并不相同（见左图右半）。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 07 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块二 · 重心（一） 环节 · 等效替代 问题 Q2 物体各部分都受重力，凭什么可以说“重力的作用集中在一点”？ 从效果上看 物体的各部分都受到重力作用，从效果上看可以认为各部分所受重力集中于一点，这一点叫作物体的重心（center of gravity）。 规则均匀物体的重心 质量分布均匀、形状规则的物体，重心在其几何中心：均匀细直棒→中点；均匀球体→球心；均匀圆柱体→轴线中点。 重心一定在物体上吗？ 不一定。如质量均匀的圆环（呼啦圈），其重心在圆心处，并不在圆环上。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 08 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块二 · 重心（二） 环节 · 联系实际 图 3.1-2　载重汽车的重心（甲：装货前　乙：装货后） 质量分布不均匀时 重心的位置除了跟物体的形状有关外，还跟物体内质量的分布有关。载重汽车的重心随装货多少和装载位置而变化。 装货后重心怎样变化？ 货物使车上部的质量增大，重心升高；若装载偏于一侧，重心还会水平偏移。 重心越低、越靠近支撑面中央，物体越稳定——装载过高或过偏，易发生侧翻。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 09 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块二 · 悬挂法确定重心 环节 · 实验方法 图 3.1-3　确定薄板的重心：两次悬挂，两条竖直线的交点即重心。 第一步 在 A 点把物体悬挂起来，静止时过 A 画一条竖直线 AB。 第二步 另选一处 D 点悬挂，同样画出竖直线 DE。 第三步 两条竖直线的交点 C 就是薄板的重心。 依据：二力平衡——拉力与重力等大、反向、共线，故重心必在过悬点的竖直线上。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 10 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块三 · 形变与弹性限度 环节 · 概念建构 形变（deformation） 物体在力的作用下形状或体积发生改变，这种变化叫作形变。推、拉、提、举等相互作用都在物体接触时发生，这类力称为接触力。 弹性形变与弹性限度 撤去作用力后能够恢复原状的形变叫弹性形变；形变过大、超过一定限度后不能完全恢复，这个限度叫弹性限度（elastic limit）。 生活中的例子 弹簧拉伸过度会失去弹性；弓拉得过满会损坏；橡皮筋用久了变松。 图 3.1-5　剖面为三角形的有机玻璃压在另一块有机玻璃上：形变肉眼不能看出，但通过特殊光观察花纹的变化即可显示形变。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 11 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块三 · 演示：观察桌面的微小形变 环节 · 演示实验 两镜间距很小，桌面极小的弯曲就足以使两镜明显倾斜，光点的移动被光路放大。 实验做法 在大桌上放两个平面镜 M 和 N，让一束光依次被两镜反射、射到墙上形成光点；按压两镜之间的桌面，观察墙上光点位置的变化。 看到什么？ 桌面被压下时两镜微微倾斜，光点位置发生明显移动。 桌面确实发生了形变，只是很小——光点的移动把微小形变“放大”了。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 12 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块三 · 体验微小形变 环节 · 拓展体验 微量放大法 把不易直接观察的微小变化，通过物理手段转化为可观察的显著现象——这是物理实验中常用的重要方法（也叫“放大法”）。 还有哪些方法？ ① 玻璃瓶插细管，按压瓶壁看液面升降；② 微小形变引起电容、电阻变化的传感器测量；③ 光学干涉法。 思考 用手压桌面，桌面的形变属于弹性形变吗？撤去手的压力后桌面会怎样？ 一切物体受力都会发生形变，只是多数形变很小、需要放大才能观察。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 13 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块四 · 弹力 环节 · 概念建构 问题 Q3 被拉长的弹簧为什么会把小车拉回来？被压弯的跳板为什么会把人弹起？ 弹力（elastic force） 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，这种力叫作弹力。 产生弹力的两个条件 ① 两物体直接接触；② 物体发生了弹性形变（要恢复原状）。 接触力家族 拉力、压力、支持力等都是接触力；接触力按其性质可分为弹力和摩擦力。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 14 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块四 · 弹力的方向 环节 · 规律归纳 弹力的方向总是与使物体发生形变的外力方向相反，且与接触面（或绳）有关。 规律一：面接触 压力和支持力的方向都垂直于接触面——压力指向被压的物体，支持力指向被支持的物体。 规律二：绳的拉力 绳的拉力沿着绳，指向绳收缩的方向。 图 3.1-7　被拉长的弹簧对小车产生拉力 F 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 15 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块五 · 实验：探究弹簧弹力与形变量的关系（一） 环节 · 实验探究 问题 Q4 弹簧在形变时产生的弹力与它的伸长量有什么关系？怎样测量？ 实验思路 需要测量多组“弹簧弹力—伸长量”的数据：① 弹力怎么测？② 形变量怎么测？ 关键：钩码静止时 钩码受重力与弹簧拉力而二力平衡，故弹簧弹力大小 F = mg（等于钩码重力）； 弹簧伸长量 x = l − l0（总长减去原长）。 图 3.1-8　甲：把弹簧上端固定在铁架台横杆上，下端悬挂不同质量的钩码；乙：以 F 为纵轴、x 为横轴作图。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 16 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块五 · 实验（二）数据处理 环节 · 数据分析 数据处理三步 ① 建坐标系（F 纵、x 横）；② 描点；③ 用平滑直线连接各点。 图线是一条过原点的倾斜直线 → 在弹性限度内，弹力与形变量成正比。 （教材练习 6 的实验数据：细实线为拟合直线） 注意 描点后连线时应使直线尽量通过多数点、其余点均匀分布在直线两侧，不能简单地把点依次相连。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 17 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 板块五 · 胡克定律 环节 · 规律建立 胡克（Hooke）经过研究发现，在弹性限度内： F = kx 式中各量 F——弹力，单位 N；x——弹簧伸长（或缩短）的长度，单位 m；k——弹簧的劲度系数（coefficient of stiffness），单位 N/m。 “软”与“硬” 生活中说弹簧有“硬”有“软”，指的就是它们的劲度系数不同：k 越大，弹簧越“硬”，发生同样形变需要的弹力越大。 胡克定律的适用条件：形变在弹性限度内——超出后图线弯曲，定律不再成立。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 18 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 例题 1 · 重力与力的图示 环节 · 规范解题 【题目】 竖直向上飞行的火箭受到的重力是多少？指出重力的施力物体和受力物体，并画出重力的图示。 已知火箭质量 m = 2×105 kg，g 取 10 N/kg。 【解】 依据 G = mg，代入数据： G = 2×105 kg × 10 N/kg = 2×106 N 重力的施力物体是地球，受力物体是火箭；重力方向竖直向下。作图：取标度“1 cm 长的线段表示 5×105 N”， 则重力应画成 4 cm 长的线段，方向竖直向下，作用点画在火箭的重心上。 重力的施力物体永远是地球；力的图示必须“先标度、再画线、标方向、标作用点”。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 19 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 例题 2 · 胡克定律的应用 环节 · 规范解题 【题目】 某弹簧原长 10 cm，下端挂 100 g 的钩码、静止时弹簧长 12 cm，g 取 10 N/kg。求：(1) 该弹簧的劲度系数；(2) 挂 150 g 钩码时弹簧的长度（仍在弹性限度内）。 【解】(1) 求劲度系数 钩码静止，弹簧弹力 F = mg = 0.10 kg × 10 N/kg = 1.0 N；伸长量 x = 12 cm − 10 cm = 2 cm = 0.02 m。 k = F x = 1.0 N 0.02 m = 50 N/m 【解】(2) 求弹簧长度 弹力 F′ = 0.15 kg × 10 N/kg = 1.5 N，由 F = kx 得 x′ = F′ k = 1.5 N 50 N/m = 0.03 m = 3 cm 故弹簧长度 l = l0 + x′ = 10 cm + 3 cm = 13 cm。 解题规范：先写公式，再代入数据（数据带单位），最后给出结果与单位。 易错提醒　x 是“伸长量”而非“弹簧长度”，代入时须统一为国际单位（m、N）。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 20 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 练习 1 · 教材练习 6（图像法求劲度系数） 环节 · 先练后讲 请完成： (1) 根据数据在坐标纸上作出 F-x 图像；(2) 根据图像计算弹簧的劲度系数。 （某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码，研究弹力与弹簧伸长量的关系；实验时弹力始终未超过弹性限度，g 取 10 N/kg。） 参考答案 (1) 图线是一条过原点的倾斜直线（如图）。 (2) 取图线上相距较远的两点求斜率：逐点计算 k = F/x 得 25.0～26.1 N/m，取平均得 k ≈ 26 N/m。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 21 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 练习 2 · 教材练习 5（开放设计） 环节 · 方法迁移 【题目】 物体在力的作用下产生的形变有时不容易被觉察，教科书列举了两个观察微小形变的实例，你还能想到用什么方法来观察力作用下的微小形变？请画示意图说明你的方法。 思路提示 核心是“把微小变化放大”：① 选择对形变敏感的可观测输出量（光点位移、液面高度、电容/电阻变化）；② 用几何放大（长杠杆、长光路）放大位移；③ 用多次反射、干涉等光学手段提高灵敏度。 参考方案（示例） 方案一（液面放大）：在扁玻璃瓶中装满水、瓶口插一根细长玻璃管，用手按压瓶壁，细管中的液面明显升降。 方案二（激光放大）：把激光笔固定在桌面一端，光束斜射到远处的墙上，用手压桌面，观察墙上的光点移动。 只要输出量的变化被放大，微小的形变就能“看见”——这就是微量放大法的价值。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 22 / 24 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 课堂小结 · 知识结构与方法线 环节 · 总结提升 重力与弹力是本章“相互作用——力”的起点，也是后续受力分析的基础。 思维方法线 ① 等效替代：重心 ② 微量放大：微小形变的观察 ③ 二力平衡：悬挂法测重心、测弹簧弹力 ④ 图像法：用 F-x 图像寻找规律 核心结论 重力 G = mg，方向竖直向下；弹力产生于接触 + 弹性形变；胡克定律 F = kx（弹性限度内）。 人教版高中物理必修第一册 · 第三章 相互作用——力 23 / 24 第三章 第 1 节 · 重力与弹力 课后作业 人教版《物理》必修第一册　第三章 第 1 节 24 / 24 作业一 · 教材练习 完成教材第 61–62 页“练习与应用”第 3、4、7 题：用悬挂法确定三角形薄板的重心；分析水平放置的钢管受力并画出受力示意图；设计“自动冲水装置”。 作业二 · 家庭小实验 用一只弹簧（或橡皮筋）与若干相同硬币，完成“探究弹力与形变量的关系”小实验：记录 5 组以上数据，作出 F-x 图像并求出劲度系数，注意不要超过弹性限度。 作业三 · 预习 阅读 §3.2 摩擦力：手压着桌面向前移动时会感到有阻力，这个力与本节所学的弹力有什么本质不同？它的大小又可能与什么因素有关？ 下节课见！ Lavf58.12.100 $