3.1 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

第三章　相互作用——力 1　重力与弹力 1 学习任务目标 1．知道重力的概念，理解重力的大小和方向；认识弹力产生的条件，知道弹力大小的影响因素，掌握胡克定律。(物理观念) 2．掌握判断弹力是否存在的方法，能确定弹力的方向。(科学思维) 3．会使用“微小量放大法”观察物体的微小形变。(科学探究) 4．观察形变的有趣现象，感受自然界的奥秘，培养对科学的好奇心。(科学态度与责任) 2 问题式预习 知识点一 重力 1．产生：由于地球吸引而使物体受到的力。 2．大小：G＝mg。 3．(1)物体所受重力的方向___________，单位是_____，符号为___。 (2)从______上看，可以认为物体各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫作物体的______。它_________(选填“一定”“不一定”或“一定不”)和形状规则的物体的几何中心重合。 竖直向下 牛顿 N 效果 重心 不一定 1　重力与弹力 3 4．一个质量为m的物体，在地球表面附近以3g(g为自由落体加速度)的加速度竖直向下运动，它所受的重力大小为______，重力的施力物体是______。 5．下课时，有同学用力推课桌的下部，课桌会沿地面滑动；而他推课桌的上部时，课桌可能会翻倒。这说明力的作用效果与___________有关。除此之外，力的作用效果还与力的_____、_____有关。 mg 地球 力的作用点 大小 方向 1　重力与弹力 4 [微训练] 根据预习内容判断以下说法的正误。 1．重力的方向总是竖直向下。 ( ) 2．只有物体的重心会受到重力的作用。 ( ) 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、方向和作用点。 ( ) √ × √ × 1　重力与弹力 知识点二 弹力 1．(1)物体在力的作用下形状或体积会发生改变，这种变化叫作______。 (2)发生______ 的物体，由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫作______。 2．弹力的方向：与物体形变的方向相反。 形变 形变 弹力 1　重力与弹力 6 3．水平桌面上放着一个水杯，桌面和水杯都发生了形变，从而在它们之间产生了弹力。水杯所受的弹力是由哪个物体发生形变产生的？方向如何？桌面受到的压力呢？ 提示：水杯所受的弹力是由桌面发生形变而产生的，方向垂直桌面向上。桌面受到的压力是由水杯发生形变而产生的，方向垂直桌面向下。 1　重力与弹力 [微训练] 根据预习内容判断以下说法的正误。 1．只要两个物体接触就一定产生弹力。 ( ) 2．静止在水平地面上的物体受到向上的弹力作用，是因为地面发生了形变。 ( ) × √ 1　重力与弹力 知识点三 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的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比，即 F＝kx。 2．如图甲所示，用一个竖直向下的力将弹簧压缩后保持静止，桌面对弹簧产生弹力是因为______发生了形变。改变手施加的力F的大小，记录力F和弹簧压缩后的长度l，得到的F-l图线是图乙中的___(选填序号)。 桌面 ③ 1　重力与弹力 9 3．一轻质弹簧原长为10 cm，当有两人同时用10 N的力向相反的方向拉弹簧两端时，弹簧长度变为 14 cm，如图甲所示，此弹簧的劲度系数为 _________N/m；若将弹簧一端固定在墙上，另一端由其中一个人用15 N的力向外拉，如图乙所示，这时弹簧长度变为______cm(均在弹性限度内)。 250 16 1　重力与弹力 [微训练] 根据预习内容判断以下说法的正误。 1．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。 ( ) 2．弹簧的形变很大，产生的弹力一定很大。 ( ) 3．弹簧的劲度系数k与所受的外力F无关。 ( ) × × √ 1　重力与弹力 任务式研习 任务一　重力与重心 1．在足球比赛中，专业的足球运动员能够巧妙地踢出“香蕉球”“落叶球”。如图所示，某运动员练习任意球时踢出了快速旋转的“落叶球”。下列说法正确的是 (　　) A．足球的重心在足球的外皮上 B. 在空中运动的过程中，足球的重心发生了变化 C. 足球离开脚后不再受重力的作用 D. 足球所受重力的方向始终竖直向下 √ 1　重力与弹力 12 D　解析：足球的重心在足球的几何中心，即足球的球心；在空中运动过程中，足球仍然受到重力的作用，重心的位置不发生变化；足球所受的重力方向始终竖直向下。故D正确，A、B、C错误。 1　重力与弹力 2．如图所示，一个容器内盛有水，容器的下方有一个阀门K，打开阀门让水从细管中慢慢流出，在水流出的过程中，水和容器的共同重心将 (　　) A. 一直下降 B. 一直上升 C. 先升高，后降低 D. 先降低，后升高 D　解析：水面的下降将导致水和容器这个整体的质量分布发生变化。开始一段时间内，水面下降，重心下降；但由于容器自身质量的影响，水面下降到一定程度后，重心又开始上升，直至水完全流出，重心又回到空容器的重心位置，故选D。 √ 1　重力与弹力 3．如图所示，公园里有一仿制我国古代欹器的U形水桶，桶可绕水平轴转动，水管口持续有水流出，过一段时间桶会翻转一次，决定桶能否翻转的主要因素是 (　　) A. 水桶自身重力的大小 B. 水管每秒出水量的大小 C. 水流对桶撞击力的大小 D. 水桶与水整体的重心高低 √ 1　重力与弹力 D　解析：水管口持续有水流出，而过一段时间桶会翻转一次，主要原因是桶中装的水到一定量后，水桶与水整体的重心往上移动，竖直向下的重力作用线偏离中心转轴，水桶不能保持平衡，从而发生翻转，故选D。 1　重力与弹力 对重力的理解 (1)重力与地球引力之间的关系：重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，但由于地球自转的影响，重力并不等同于地球对物体的吸引力。 (2)重力方向：总是竖直向下，竖直向下不等同于垂直于支持面向下，也不等同于指向地球球心。 (3)重力的大小：与物体的运动状态和放置方式无关，只与质量和重力加速度g有关。 (4)重心在物体上的相对位置：与物体的位置和运动状态无关。 1　重力与弹力 17 1．如图所示是小车所受外力的图示，所选标度都相同，则四个力中对小车的作用效果相同的是 (　　) A．F1和F2 B. F1和F4 C. F1、F3和F4 D. 都不相同 B　解析：由力的图示可知，F1和F4的大小和方向相同，作用点也均等效于小车的重心，因而产生的作用效果相同，故选B。 任务二　力的图示与力的示意图 √ 1　重力与弹力 2．如图所示是一个质量分布均匀的铁球所受重力的图示，下列说法正确的是 (　　) A．力的图示中重力的作用点在重心上，表示其他部分不受重力 B. 力的图示中重力的方向垂直平面向下，当铁球被放在斜 面上时则垂直斜面向下 C. 根据力的图示可读得铁球所受重力的大小为50 N D. 力的图示中标度是唯一的，必须是25 N √ 1　重力与弹力 C　解析：重心是物体各部分所受重力的等效作用点，并不是其他部分不受重力，物体的各个部分都受到重力作用，A错误；重力方向竖直向下，当铁球被放在斜面上时也是竖直向下，B错误；根据力的图示可读得铁球所受重力的大小为50 N，C正确；力的图示中标度是任意的，D错误。 1　重力与弹力 作力的图示和示意图的步骤 作图步骤 力的图示 力的示意图 选标度 选定标度(用某一长度的线段表示一定大小的力) 无须选标度 画线段 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对应长度的线段 从作用点开始沿力的方向画一条适当长度的线段 1　重力与弹力 21 作图步骤 力的图示 力的示意图 标方向 在线段的末端标出箭头，表示力的方向 在线段的末端标出箭头，表示力的方向 示例 1　重力与弹力 22 任务三　弹力的有无和方向的判断 1．足球运动是体育界最具影响力的运动项目之一，深受青少年喜爱。如图所示为三种与足球有关的情境，下列说法正确的是 (　　) 1　重力与弹力 23 A．图甲中，静止在地面上的足球受到的弹力就是它受到的重力 B. 图甲中，静止在地面上的足球受到弹力是因为地面发生了形变 C. 图乙中，静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而相互之间有弹力作用 D. 图丙中，足球被踢起后，在空中受重力、弹力和空气阻力的作用 √ 1　重力与弹力 B　解析：题图甲中，静止在地面上的足球受到的弹力大小等于它受到的重力大小，但是弹力和重力是性质不同的力，不能说弹力就是重力，故A错误；题图甲中，静止在地面上的足球受到弹力是因为地面发生了形变，故B正确；题图乙中，静止在光滑水平地面上的两个足球虽然相互接触，但是两个足球之间无相互作用的弹力，故C错误；题图丙中，足球被踢起后，在空中受到重力和空气阻力作用，不受弹力作用，故D错误。 1　重力与弹力 2．(多选)如图所示，各图中的物体A均处于静止状态，关于物体A受到的弹力，下列说法正确的是 (　　) A．图甲中，如果地面是光滑水平的，则A 与B间存在弹力 B. 图乙中，两斜面与水平地面的夹角分别 为α、β，两斜面对A均有弹力作用 C. 图丙中，A受到斜面B对它的弹力作用 D. 图丁中，A受到斜面B对它的弹力作用 √ √ 1　重力与弹力 BC　解析：题图甲中，对A进行受力分析，A受重力和地面的弹力作用，二力平衡，A静止，不可能再受到B对A的弹力作用，故A错误；采用假设法：题图乙中，若去掉左侧的斜面，A将向左运动，若去掉右侧的斜面，A将向右运动，所以两斜面对A均有弹力作用，故B正确；题图丙中，若去掉斜面B，则A无法在原位置保持静止，所以A受到斜面B的弹力，故C正确；题图丁中，假设斜面B对A有弹力作用，则A不能在水平方向保持静止，所以A不受斜面的弹力作用，故D错误。 1　重力与弹力 3．如图所示的四个球都处于静止状态，O为球心，图甲、乙、丙中球心O与重心C重合，图丁中球心O与重心C不重合。画出四个球所受弹力的示意图。 1　重力与弹力 解析：依题意，可画出四个球所受弹力的示意图，如图所示。 答案：见解析图 1　重力与弹力 1．判断弹力有无的常见方法 (1)直接判断：对于形变较明显的情况，可根据弹力的产生条件直接判断。 (2)“假设法”判断：假设撤去与研究对象接触的物体，判断研究对象的状态是否变化。若状态不变，则此处不存在弹力；若状态变化，则此处存在弹力。 1　重力与弹力 30 2．弹力方向的判断 类型 方向 图示 接触 方式 面与面 垂直于公共接触面 点与面 过点垂直于面 点与点 过点垂直于切面 1　重力与弹力 31 类型 方向 图示 轻绳 沿绳并指向绳收缩的方向 轻杆 可沿杆 可不沿杆 轻弹簧 沿弹簧形变的反方向 1　重力与弹力 如图所示，劲度系数为k的弹簧处于不同状态。图甲表示弹簧处于原长状态，长度为l0；图乙表示在拉力F的作用下，弹簧处于拉伸状态，长度为l1；图丙表示在压力F′的作用下，弹簧处于压缩状态，长度为l2。 任务三　弹力的有无和方向的判断 1　重力与弹力 (1)F和F′分别等于多少？(用题目中的字母表示) 提示：在公式F＝kx中，x表示的是弹簧伸长的长度或缩短的长度，而不是弹簧的长度。题图乙中弹簧伸长量为(l1－l0)，题图丙中弹簧压缩量为(l0－l2)，所以F＝k(l1－l0)，F′＝k(l0－l2)。 (2)在图乙中，将弹簧左端从竖直墙壁上取下，同时在左端施加一个大小为F、方向水平向左的力，则此时弹簧的弹力是多少？(用题目中的字母表示) 提示：弹簧两端的作用力大小相等，弹簧的弹力大小等于弹簧一端的拉力大小，故此时弹簧弹力大小仍为F＝k(l1－l0)。 1　重力与弹力 1．如图所示的复合弹簧是在金属弹簧周围包裹一层橡胶材料复合硫化而成的，这种弹簧已广泛应用于工程技术上以代替金属弹簧，其物理性能与金属弹簧相同。由此可知，复合弹簧 (　　) A. 不再遵循胡克定律 B. 弹力与形变量成正比 C. 劲度系数与弹簧粗细无关 D. 劲度系数与弹簧长短无关 √ 1　重力与弹力 B　解析：复合弹簧的物理性能与金属弹簧相同，仍遵循胡克定律，即弹力与形变量成正比，A错误，B正确；弹簧的劲度系数与其材料、粗细、长短都有关，C、D错误。 1　重力与弹力 √ 1　重力与弹力 1　重力与弹力 3．餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示，三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上，下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300 g，相邻两盘间距为 1.0 cm，重力加速度大小取10 m/s2。弹簧始终在弹性限度内，每根弹簧的劲度系数为 (　　) A. 10 N/m B. 100 N/m C. 200 N/m D. 300 N/m B　解析：设托盘上每减少一个盘子每根弹簧的形变量 为Δx，由题意知mg＝3kΔx，解得k＝100 N/m，B正确， A、C、D错误。 √ 1　重力与弹力 4．如图所示，质量为m的物体A压在放于地面上的竖直轻弹簧B上，现用细绳跨过定滑轮将物体A与另一轻弹簧C连接，当弹簧C处于水平位置且右端位于a点时，弹簧C刚好没有发生形变。已知弹簧B和弹簧C的劲度系数分别为k1和k2，不计定滑轮、细绳的质量和摩擦，重力加速度为g。(结果均用题目中的字母表示) (1)求此时弹簧B的形变量x1的大小。 (2)若将弹簧C的右端由a点沿水平方向拉到b点时， 弹簧B刚好没有发生形变，求此时弹簧C的形变量 x2的大小。 (3)求a、b两点间的距离d。 1　重力与弹力 1　重力与弹力 1　重力与弹力 关于胡克定律的几点提醒 (1)表达式F＝kx中的x是弹簧的形变量，即弹簧伸长或缩短的长度，而不是弹簧形变后的实际长度，弹簧伸长或缩短相同长度，弹力大小相等，但方向不同。 (2)由于弹簧的形变量x通常以cm为单位，而劲度系数k的单位是N/m，因而在应用公式时要特别注意各物理量单位的统一。 (3)弹簧两端的弹力大小相等，即弹簧测力计示数等于一端的拉力大小。 1　重力与弹力 43 2．如图所示，轻弹簧的两端各受20 N拉力F的作用，弹簧平衡时伸长了5 cm(在弹性限度内)。下列说法正确的是 (　　) A. 该弹簧的劲度系数k＝400 N/m B. 根据公式k＝，弹簧的劲度系数k会随弹簧弹力F的增大而增大 C. 弹簧所受的合力为20 N D. 若将该弹簧的左端固定，只在右端施加20 N的拉力，则稳定后弹簧伸长2.5 cm A　解析：根据胡克定律得k＝＝ N/m＝400 N/m，A正确；弹簧的劲度系数只与弹簧本身有关，与受力无关，B错误；弹簧所受到的合力为0，C错误；若将该弹簧的左端固定，只在右端施加 20 N 的拉力，则稳定后弹簧伸长5 cm，因为弹簧的受力与原来一样，所以伸长量一样，D错误。 解析：(1)当弹簧C的右端位于a点时，弹簧C的弹力为0，对物体A，根据平衡条件有mg＝k1x1 解得弹簧B的形变量x1＝。 (2)将弹簧C的右端由a点沿水平方向拉到b点时，弹簧B刚好没有发生形变，可知弹簧C的弹力等于物体A受到的重力，有mg＝k2x2，解得x2＝。 (3)弹簧C右端移动的距离等于弹簧B恢复的形变长度和弹簧C的形变量之和，可知a、b两点间的距离d＝x1＋x2＝＋。 答案：(1)　(2)　(3)＋ $