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

第1节 重力与弹力 第三章 相互作用——力 1.7.2013 同学们，前面我们学习了如何描述运动，今天开始进入第三章“相互作用——力”。 这一节我们要认识两种最基本的力：重力和弹力。 无论是苹果落地，还是运动员跳水，背后都有重力的作用。 本节课还会用微型放大法和弹簧实验，探究弹力的存在与大小。 ‹#› 1.知道重力、重心和弹力三个概念 2.通过微小放大法反映微小弹力的存在 3.会用二力平衡知识确定重心 4.会探究弹簧弹力与伸长量的关系 1.7.2013 先明确本节课的四个学习目标。 第一，要建立重力、重心和弹力三个基本概念。 第二，学会用“微小形变放大”的方法感知弹力的存在。 第三、四，要会用二力平衡确定重心，并通过弹簧实验探究弹力与形变量的定量关系。 ‹#› 跳水运动员和蹦极运动员为什么总是向地面方向下落，而没有向上飞到空中？ 力是物体对物体的作用，怎样认识重力？ ？ 问题 1.7.2013 请看这两幅图：跳水运动员跃入水中，蹦极运动员从高处跳下。 他们最终都落向地面，而不会向上飞走。 这说明地球附近的一切物体都受到一个向下的力。 要认识重力，我们可以从四个方面入手：谁受力、谁施力、怎样量度大小、方向和作用点在哪里。 ‹#› 一、重力 重力的产生 1.重力：由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。 2.产生原因：由于地球的吸引。 3.注意：(1)重力的施力物体是地球； (2)重力的大小与物体的运动状态无关。 注意：不能说重力就是地球对物体的吸引力。 1.7.2013 重力是由于地球的吸引而使物体受到的力。 重力的施力物体是地球，受力物体是研究对象，两者不能颠倒。 特别注意：物体受到的重力与它的运动状态无关，静止和运动时重力一样大。 还要注意，不能说“重力就是地球对物体的吸引力”。 ‹#› 1.关系式：，其中 G 表示重力，m 表示质量。 2.单位：牛顿，简称牛，符号是 N。 3.g 取 9.8 N/kg，粗略计算时取 10 N/kg，。 4.测量：用弹簧测力计测量物体的重力。 重力的大小与物体的质量有什么关系？ 一、重力 重力的大小 1.7.2013 重力的大小用 G 表示，质量用 m 表示，它们的关系是 G=mg。 重力的单位是牛顿，简称牛，符号 N。 g 就是自由落体加速度，取 9.8 N/kg，粗略计算时可取 10 N/kg。 1 N/kg 与 1 m/s² 是等价的；重力可以用弹簧测力计直接测量，不能用天平测。 ‹#› 一、重力 重力的方向 1.方向：竖直向下。 2.注意：竖直向下不能说是“垂直向下”； 竖直向下也不能说是“指向地心”，只有两极和赤道处才指向地心。 3.重力的方向与物体的运动状态无关。 重力的方向总是竖直向下，与物体的运动状态无关。 1.7.2013 重力有确定的方向：总是竖直向下。 “竖直向下”不能换成“垂直向下”，垂直是相对于某个面说的。 也不能简单说成“指向地心”，只有两极和赤道处才指向地心。 不论物体是静止、上升还是下落，重力的方向都不变。 ‹#› 二、重心 重心的定义 1.定义：一个物体的各部分都要受到重力的作用，从效果上看，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.重心是重力的等效作用点，不是物体上最重的点。 1.7.2013 物体各部分都受到重力，为了研究方便，我们认为这些重力集中作用在一点上。 这一点就叫做物体的重心。 重心是重力的等效作用点，是一种等效处理，并不是物体上最重的点。 这个“集中作用于一点”只从效果上看，并不改变物体实际受力的分布。 ‹#› (1)形状规则、质量分布均匀的物体，重心在其几何中心上； (2)质量分布不均匀的物体，重心还跟物体内质量的分布有关； (3)重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。 重心的位置与哪些因素有关？ 二、重心 重心的位置 1.7.2013 重心的位置由两个因素决定：物体的形状和质量的分布。 形状规则、质量分布均匀的物体，重心在它的几何中心上，例如直棒、球和圆柱。 质量分布不均匀时，重心会偏向质量较大的一侧，比如装了货物的卡车。 还要记住，重心可以在物体上，也可以在物体之外。 ‹#› 二、重心 重心的确定 1.悬挂法：用细线把物体悬挂起来，静止时细线的方向一定通过重心；再换一个悬挂点挂一次，两次悬线的交点就是物体的重心。 2.依据：物体静止时受重力和拉力而平衡（二力平衡）。 3.应用：降低重心可以提高物体的稳度，如叉车、不倒翁。 1.7.2013 形状不规则的薄板怎样找到重心？可以用悬挂法。 把物体悬挂起来静止时，细线拉力的方向一定通过重心。 换一个悬挂点再挂一次，两条悬线的交点就是重心。 这个方法的依据是二力平衡；生活中降低重心可以提高物体的稳定程度。 ‹#› 三、力的图示 作图方法 1.用一条带箭头的有向线段表示力的三要素： (1)线段的长度——力的大小； (2)箭头的方向——力的方向； (3)线段的起点（终点）——力的作用点。 2.作图步骤：选定标度→从作用点沿力的方向画线段→画上箭头。 力的图示能同时把力的大小、方向和作用点表示出来。 1.7.2013 要完整描述一个力，必须说明大小、方向和作用点这三个要素。 在物理中我们用一条带箭头的有向线段来表示力，叫做力的图示。 线段的长度表示力的大小，箭头表示方向，起点表示作用点。 作图时先选定标度，再从作用点出发沿力的方向画线段，最后画上箭头。 ‹#› 1.形变：物体在力的作用下形状或体积发生改变，这种变化叫做形变。 2.微小形变：可以通过平面镜把桌面的微小形变放大后观察。 3.弹性形变：撤去外力后能恢复原状的形变。 物体在力的作用下会发生什么变化？ 四、弹力 形变 1.7.2013 物体受到力的作用时，形状或体积会发生改变，这叫形变。 有些形变非常微小，肉眼看不见，比如手压桌面。 我们可以借助平面镜反射光点的方法，把微小形变放大后再观察。 撤去外力后能恢复原状的形变叫做弹性形变，它是产生弹力的前提。 ‹#› 四、弹力 弹力的产生 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.产生条件：(1)相互接触；(2)发生弹性形变。 3.弹力是由施力物体发生形变而产生的。   弹力产生的两个条件缺一不可：接触 + 弹性形变。 1.7.2013 发生弹性形变的物体要恢复原状，就会对使它形变的物体产生力的作用，这个力就是弹力。 弹力的产生需要两个条件：一是两物体相互接触，二是发生弹性形变，缺一不可。 还要注意，弹力是施力物体发生形变产生的，受力物体是形变的一方所作用的那个物体。 ‹#› 四、弹力 弹力的方向 1.弹力的方向与施力物体形变的方向相反，指向施力物体恢复原状的方向。 2.绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向；杆的弹力不一定沿杆，要由受力情况确定。 3.接触面：面与面——垂直于平面；点与面、点与点——过接触点垂直于平面（或切面）。 1.7.2013 弹力的方向有统一规律：与施力物体形变的方向相反，指向它恢复原状的方向。 绳被拉长后产生的拉力，总是沿着绳并指向绳收缩的方向。 杆的弹力方向不一定沿杆，要根据具体受力情况来确定。 接触面之间的弹力方向可以归纳为：面与面垂直于平面，点与面、点与点过接触点垂直于平面或切面。 ‹#› 四、弹力 弹力有无的判断 1.条件法：根据弹力的产生条件（接触 + 弹性形变）直接判断。 2.假设法：假设接触面之间有弹力，看物体能否保持原来的运动状态；常用于判断微小形变。 3.例：斜面光滑，判断两图中的小球与斜面之间是否存在弹力？ 1.7.2013 判断弹力是否存在，首先可以用条件法：看是否接触、是否发生弹性形变。 对于形变很不明显的情况，常用假设法。 假设把接触面撤去，如果物体的运动状态不变，说明原来没有弹力；如果状态改变，说明原来有弹力。 请同学们对照这两幅图，判断小球与斜面之间是否真的有弹力。 ‹#› 1.实验思路：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力 F 的大小等于钩码的重力，即 。 2.弹簧的伸长量 ，用刻度尺测出弹簧的原长和总长度即可求得。 3.数据处理：以 F 为纵轴、x 为横轴描点作图，得到一条过原点的直线。 4.结论：在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比。 弹力与弹簧伸长量有什么关系？ 五、胡克定律 实验探究 1.7.2013 要研究弹力与形变量的关系，需要先解决两个测量问题。 弹簧静止时弹力的大小等于所挂钩码的重力，所以弹力可以用钩码的重力表示。 伸长量等于弹簧总长度减去原长，用刻度尺测出这两个长度即可。 以弹力为纵轴、形变量为横轴描点作图，得到一条过原点的直线，说明弹力与形变量成正比。 ‹#› 五、胡克定律 内容与公式 1.内容：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：。 3.k 叫做弹簧的劲度系数，单位是 N/m，由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数决定，它反映了弹簧的软硬程度。 1.7.2013 大量实验表明，在弹性限度内，弹簧的弹力与形变量成正比，这就是胡克定律。 用公式表示就是 F=kx，其中 x 是弹簧伸长或缩短的长度。 k 叫做劲度系数，单位是 N/m，它由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数决定。 k 越大弹簧越硬，相同的力下形变量越小。 ‹#› 重力 产生：地球的吸引 大小： 方向：竖直向下 作用点：重心 由质量分布和形状决定 弹力 形变：形状或体积改变 条件：接触 + 弹性形变 方向：与施力物体形变方向相反 绳的拉力沿绳收缩方向 杆的弹力不一定沿杆 胡克定律 内容：弹性限度内，弹力与形变量成正比 公式： k：劲度系数，单位 N/m 由弹簧本身决定，反映软硬程度 1.7.2013 这节课我们围绕“重力与弹力”展开，一起来回顾知识网络。 重力部分要抓住四点：产生原因、大小 G=mg、方向竖直向下、作用点重心。 弹力部分要抓住形变、产生条件和方向三个要点。 最后是胡克定律 F=kx，要注意 k 由弹簧本身决定，公式只在弹性限度内成立。 ‹#› 1．下列关于重力的说法正确的是（　　） A．重力的方向不一定竖直向下 B．重力是由于物体受到地球的吸引而产生的 C．重力的方向一定垂直于地面 D．只有静止的物体才受到重力 【答案】B 解析：重力的方向一定竖直向下；重力的大小与物体的运动状态无关；地球附近的一切物体都受到重力的作用。 1.7.2013 请大家独立完成第 1 题。 判断时抓住两点：重力的方向总是竖直向下，重力的大小与运动状态无关。 “垂直于地面”和“竖直向下”不是一回事，静止和运动的物体都受重力。 所以正确选项是 B。 ‹#› 2．古代计时工具沙漏也叫做沙钟，是一种测量时间的装置。如图所示，其中一种沙漏由两个玻璃球和一个狭窄的连接管道组成。最初沙子全部在上方玻璃球内，沙子从狭窄的管道流入底部空玻璃球所需要的时间来对时间进行测量。下列说法正确的是（　　） A．上方玻璃球及内部剩余的沙子整体重心先下降后上升 B．上方玻璃球及内部剩余的沙子整体重心一直下降 C．底部玻璃球及内部流入的沙子整体重心一定在其内部的沙子上 D．沙子全部流入底部玻璃球后，整个沙漏重心变高了 【答案】A 1.7.2013 第 2 题用重心位置的变化来分析，注意整体重心的变化趋势。 沙子不断流出，上方玻璃球与剩余沙子的整体重心先下降，快流完时又回升。 沙子全部流入底部后，整体重心比开始时更低。 综合判断，正确选项是 A。 ‹#› 3．杭州亚运会上，13岁的中国选手崔宸曦成为中国亚运历史上最年轻的金牌得主。下列说法正确的是（　　） A．崔宸曦在完成动作时，其重力方向始终垂直于滑板表面 B．在滑板上跳起做动作时重心不一定在人身上 C．跳起在空中时不受到重力的作用 D．从空中下落过程中，重力越来越大 【答案】B 1.7.2013 第 3 题结合体育运动情境，考查重力的方向和重心。 重力的方向始终竖直向下，不一定垂直于接触面。 做动作时身体弯曲，重心可能移到身体之外；物体在空中仍然受到重力。 所以正确选项是 B。 ‹#› 4．在实验室中可以看到如图所示的实验现象：当用手按压桌面时，反射在天花板上的光点会发生移动。下列说法正确的是（　　） A．桌面受到手的弹力作用是由于桌面发生了非弹性形变 B．桌面受到手的弹力作用是由于桌面发生了弹性形变 C．手对桌面的压力与桌面对手的支持力是一对平衡力 D．反射在天花板上的光点发生移动，说明桌面发生了形变 【答案】D 1.7.2013 第 4 题考查形变的观察方法和相互作用力。 桌面受到手的弹力，是由于手发生了弹性形变。 手对桌面的压力与桌面对手的支持力作用在两个物体上，是相互作用力而不是平衡力。 光点移动说明桌面确实发生了形变，所以正确选项是 D。 ‹#› 5．一轻质弹簧的长度 L 和弹力 F 大小的关系如图所示，根据图像判断，下列结论正确的是（　　） A．弹簧的原长为 10 cm B．弹簧的劲度系数为 1 N/m C．弹簧的劲度系数为 2 N/m D．弹簧压缩 0.05 m 时，弹力的大小为 5 N 【答案】A 1.7.2013 第 5 题是图像信息题，关键是从图线中读出物理量。 图线与横轴的交点表示弹力为零，此时弹簧的长度就是原长。 图线的斜率表示劲度系数，请同学们自己算一算。 对照四个选项，正确选项是 A。 ‹#› $