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

该高中物理学习任务单聚焦《重力与弹力》核心内容，从力的基本要素切入，以重力为实例学习施力受力物体、大小方向，通过重心理解等效替代思想，再探究形变与弹力产生条件，最后实验得出胡克定律，构建从概念到规律的递进式学习支架。 资料以问题链驱动探究，强化物理观念建构（如重力三要素、弹力条件），渗透科学思维（等效替代、模型建构）与科学探究（微量放大法、图像分析），参考答案引导概念本质理解，习题设计注重实验过程与规律应用，有效提升学生学习效果。

人教版《物理》必修第一册 第1节《重力与弹力》预习问题 ——预习要求：认真阅读教材第3.1节，独立思考以下问题 问题一　力与重力——认识一个力，先问“谁对谁” 力是一个物体对另一个物体的作用。教材开篇提出：认识一个力，需要弄清四个问题——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。本节先以最常见的重力为例，学习分析物体所受的力。请结合教材思考： 1．重力是怎样产生的？重力的施力物体是谁、受力物体是谁？ 2．物体所受的重力 。式中 是什么物理量？它的大小通常取多少？为什么 的单位既可以写作 ，又可以写作 ，且 ？ 3．重力的方向是“竖直向下”。它与“垂直向下”有什么不同？建筑工地上用重垂线检查墙壁是否竖直，用到了重力的什么特点？ 问题二　重心——重力的作用“集中”在哪里 一个物体的各部分都受到重力作用，从效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫作物体的重心（教材图3.1-1）。请结合教材思考： 4．为什么可以“从效果上看”重力集中于一点？质量分布均匀、形状规则的物体，重心的位置有什么规律？重心一定在物体上吗？（想一想质量均匀的圆环） 5．质量分布不均匀的物体，重心的位置还与什么有关？结合教材图3.1-2说明：载重汽车装货后，重心的位置会发生怎样的变化？这对汽车的稳定性有什么影响？ 6．用什么方法可以确定形状不规则的薄板的重心？两次悬挂得到的两条竖直线，为什么它们的交点就是重心？这个方法的依据是什么？ 问题三　形变与弹力——从“恢复原状”认识弹力 推、拉、提、举等相互作用都是在物体接触时发生的，这类力称为接触力。物体在力的作用下形状或体积发生改变，叫作形变；有的形变明显，有的形变很小、不易觉察。发生形变的物体要恢复原状，就会对与它接触的物体产生力的作用——弹力。请结合教材思考： 7．什么叫形变？什么样的形变叫弹性形变？“弹性限度”是什么意思？请举一个形变过大会造成危害的实例。 8．用手轻压桌面，桌面发生形变了吗？你如何“看到”这种肉眼看不见的微小形变？（参考教材“演示：通过平面镜观察桌面的微小形变”与图3.1-5有机玻璃的形变）这类实验体现了怎样的物理研究方法？ 9．弹力是怎样产生的？产生弹力需要满足哪些条件？压力和支持力的方向有什么规律？绳的拉力方向又如何？ 问题四　胡克定律——弹簧的“软”与“硬” 弹簧在形变时产生的弹力与它的伸长量有关。教材通过“实验：探究弹簧弹力与形变量的关系”研究了这一规律。请结合教材思考： 10．实验中怎样测量弹簧的弹力？为什么弹簧下端挂上钩码、静止时，弹簧弹力的大小等于钩码所受的重力？怎样测量弹簧的形变量，即伸长量 ？ 11．以弹力 为纵轴、伸长量 为横轴建立直角坐标系，作出 图像。图像是什么形状？由此可以得出什么结论？胡克定律 中，各量的物理意义和单位是什么？劲度系数 的大小反映弹簧的什么特性？ 12．如果挂的钩码过多，实验数据会偏离“过原点的直线”，原因可能是什么？应当怎样改进实验？ 参考答案：设计意图与引导要点 问题一　力与重力 设计意图：从“力的概念”切入，明确认识一个力的基本要素（施力物体与受力物体、大小、方向、作用点），在此基础上掌握重力产生的原因、大小与方向，会运用 进行简单计算，理解 的双重单位与数值，落实物理观念。 引导要点：（1）重力的施力物体是地球，受力物体是地面附近的物体；由于地球的吸引而使物体受到的力叫作重力。（2）式中 是自由落体加速度（重力加速度），方向竖直向下，大小通常取 ，粗略计算可取 ；因为 ，所以 ，两种单位写法完全等价。（3）“竖直向下”指与水平面垂直、指向地面的一侧，不一定指向地心；“垂直向下”通常指垂直于所接触的表面，在斜面上二者方向不同；重垂线利用了重力方向竖直向下的特点。 问题二　重心 设计意图：通过“等效集中”理解重心概念，知道重心位置由形状和质量分布共同决定，会用二力平衡知识解释悬挂法确定重心的原理，渗透等效替代思想，落实科学思维。 引导要点：（1）物体各部分都受到重力，研究整体效果时可以用一个力等效代替各部分重力，该力的作用点即重心；重心不一定在物体上，如质量均匀的圆环，重心在圆心处。（2）形状规则、质量分布均匀的物体，重心在其几何中心——均匀细直棒在中点、均匀球体在球心、均匀圆柱体在轴线中点；载重汽车装货后，重心随装载多少和装载位置而变化（货物装得过高或过偏，重心升高或偏移），稳定性变差、容易侧翻。（3）悬挂法：把薄板悬挂起来静止时，薄板受重力和悬线拉力而平衡，二力等大、反向、共线，重心必在过悬点的竖直线 AB 上；再另选一点 D 悬挂，得竖直线 DE，两线交点 C 即重心——依据正是二力平衡条件。 问题三　形变与弹力 设计意图：从常见接触力入手建立形变与弹力的概念，通过微小形变的“放大”实验体会微量放大法（转换法），掌握弹力产生的条件与方向的判断方法，为后续受力分析打基础，落实科学探究与模型建构。 引导要点：（1）形状或体积的改变叫形变；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，撤去外力后不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹性限度，如弹簧拉伸过度会失去弹性、弓拉得过满会损坏。（2）桌面发生了形变，只是很小、不易觉察；让一束光依次被桌子上两块平面镜反射、射到墙上形成光点，压桌面时两镜微微倾斜，墙上光点的位置发生明显移动——把微小形变“放大”为光点的明显移动，便于观察，这类方法称为微量放大法；有机玻璃受压时花纹发生变化也是同样道理。（3）发生形变的物体要恢复原状，对与它接触并使之发生形变的物体产生力的作用，这就是弹力；产生弹力的条件：两物体直接接触，且发生了弹性形变；压力和支持力的方向都垂直于接触面（指向被压或被支持的物体），绳的拉力沿绳、指向绳收缩的方向。 问题四　胡克定律 设计意图：经历“探究弹簧弹力与形变量的关系”的完整过程——测量多组数据、作出 图像、由图像发现规律，体会图像法处理实验数据的优势，建立胡克定律并理解劲度系数的物理意义，落实科学探究。 引导要点：（1）钩码静止时受重力与弹簧拉力而二力平衡，故弹簧弹力大小等于钩码所受重力，逐次增挂钩码即可获得多组弹力与形变量的数据；弹簧长度 与原长 之差即伸长量 。（2） 图像是过原点的倾斜直线，说明在弹性限度内弹力与形变量成正比；胡克定律 ，式中 为弹力（单位 N）， 为弹簧伸长（或缩短）的长度（单位 m）， 叫弹簧的劲度系数（单位 N/m）； 越大，弹簧越“硬”，发生同样的形变需要的弹力越大。（3）钩码过重使弹簧的形变超过了弹性限度，胡克定律不再成立，图像末端偏离直线；应换用劲度系数合适的弹簧或减少钩码，使实验始终在弹性限度内进行。 学科网（北京）股份有限公司 $