重力與彈力（導(dǎo)學(xué)案）高一物理

第1節(jié)重力與彈力導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.理解重力及重心概念，會(huì)用二力平衡知識(shí)確定重心。2.知道形變的概念及產(chǎn)生彈力的條件。3.知道壓力、支持力和繩的拉力都是彈力，會(huì)分析彈力的方向。4.理解胡克定律，并能解決有關(guān)問(wèn)題?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】 1．重心的概念以及質(zhì)量分布均勻的物體重心的位置。（重點(diǎn)）2．彈力的產(chǎn)生條件和方向。（重點(diǎn)難點(diǎn)）3．胡克定律的應(yīng)用。（重點(diǎn)難點(diǎn)）【知識(shí)回顧】(1)產(chǎn)生：由于地球的吸引而使物體受到的力。(2)大?。篏＝mg(3)方向：豎直向下(1)力的三要素：力的大小、方向、作用點(diǎn)。(2)力的示意圖：畫力的示意圖方法：①確定受力物體；②在受力物體上找好作用點(diǎn)；（線段的起點(diǎn)或終點(diǎn)：表示力的作用點(diǎn)。）③沿力的方向畫一條帶箭頭的線段；（線段的長(zhǎng)短：表示力的大小；箭頭：表示力的方向。）④標(biāo)出力的大小和單位。3.彈力(1)形變：物體在力的作用下形狀或體積發(fā)生的變化。(2)彈力：發(fā)生形變的物體，要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用，這種力叫作彈力。(3)產(chǎn)生彈力必備的兩個(gè)條件：(1)兩物體間相互接觸。(2)發(fā)生彈性形變?！咀灾黝A(yù)習(xí)】(1)產(chǎn)生：由于地球的吸引而使物體受到的力。(2)大?。篏＝mg(3)方向：豎直向下(4)重心：①定義：一個(gè)物體的各部分都受到重力作用，從效果上看，可以認(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫作物體的重心。因此，重心可以看作是物體所受重力的作用點(diǎn)。②決定重心位置的因素：a.物體的形狀；b.物體質(zhì)量的分布。2.彈力(1)形變：物體在力的作用下形狀或體積發(fā)生的變化。(2)彈力：發(fā)生形變的物體，要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用，這種力叫作彈力。(3)三種常見(jiàn)彈力的方向常見(jiàn)彈力彈力方向壓力垂直于物體的接觸面，指向被壓縮或被支持的物體支持力繩的拉力沿著繩子指向繩子收縮的方向(1)彈性形變：物體在發(fā)生形變后，撤去作用力能夠恢復(fù)原狀的形變。(2)彈性限度：如果形變過(guò)大，超過(guò)一定的限度，撤去作用力后物體不能完全恢復(fù)原來(lái)的形狀，這個(gè)限度叫作彈性限度。(3)胡克定律：在彈性限度內(nèi)，彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力F的大小跟彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度x成正比，即F＝kx。(4)勁度系數(shù)：其中k為彈簧的勁度系數(shù)，單位為牛頓每米，符號(hào)是N/m，勁度系數(shù)是表示彈簧“軟”“硬”程度的物理量?！菊n堂探究】思考與討論：(1)跳水運(yùn)動(dòng)員和蹦極運(yùn)動(dòng)員為什么總是向地面方向下落，而沒(méi)有向上飛到空中？(2)力是一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體的作用。結(jié)合你初中所學(xué)，你認(rèn)為應(yīng)從哪幾個(gè)方面來(lái)認(rèn)識(shí)重力呢？①誰(shuí)受到的力，誰(shuí)施加的力？②怎樣量度它的大??？③它的方向如何？作用點(diǎn)在哪里？重力（一）重力的產(chǎn)生1.重力：由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力。2.產(chǎn)生原因：由于地球的吸引。3.注意：(1)重力的施力物體是地球。(2)物體所受的重力與它所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。(3)不能說(shuō)重力就是地球?qū)ξ矬w的吸引力（必修二解釋）。（二）重力大小1.物體所受重力G與物體的質(zhì)量m的關(guān)系式：G=mg2.單位：牛頓，簡(jiǎn)稱牛，符號(hào)用N表示。3.g值：自由落體加速度。g=9.8N/kg，粗略計(jì)算取10N/Kg。g的單位可以是N/Kg，也可以是m/s2，而且1N/Kg=1m/s2【思考與討論】(1)用何種儀器測(cè)量物體的重力呢？是用天平還是測(cè)力計(jì)？(2)如何用測(cè)力計(jì)測(cè)量物體的重力？(3)我們可以說(shuō)測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力大小等于物體的重力，能說(shuō)成測(cè)力計(jì)對(duì)物體的拉力就是物體的重力嗎？為什么？【觀察與思考】自由下落的物體下落的方向和靜止懸掛物體繩子的方向有什么共同特點(diǎn)？（三）重力的方向1.方向：豎直向下2.注意：(1)豎直向下不能說(shuō)垂直向下；(2)豎直向下不能說(shuō)指向地心，只有兩極和赤道處指向地心。(必修二解釋)【觀察與思考】你認(rèn)為用什么物理知識(shí)可以解釋這一現(xiàn)象呢？（四）重心1.定義:一個(gè)物體的各部分都要受到重力的作用，從效果上看，我們可以認(rèn)為各部分受到的重力集中作用于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做物體的重心。2.重心的位置：(1)形狀規(guī)則、質(zhì)量分布的物體的重心的位置在其幾何中心；(2)質(zhì)量分布不均勻的物體，重心的位置除了跟物體的形狀有關(guān)外，還跟物體內(nèi)質(zhì)量分布有關(guān)；(3)重心的位置可以在物體上，也可以在物體外。3.懸掛法確定重心【思考與討論】你是否可以用剛才所學(xué)到的知識(shí)解釋“錐體上滾”這一現(xiàn)象？【總結(jié)與思考】(1)通過(guò)以上學(xué)習(xí)，你認(rèn)為要描述物體所受的重力需要那幾個(gè)重要要素？(2)根據(jù)初中所學(xué)知識(shí)，在物理的學(xué)習(xí)中我們通過(guò)什么方式體現(xiàn)出這三個(gè)要素呢？（五）力的圖示1.用一條有向線段來(lái)表示力的三要素：(1)線段的長(zhǎng)度—大??；(2)箭頭的方向—方向；(3)起點(diǎn)(終點(diǎn))—作用點(diǎn)2.作圖步驟：(1)選定合適的標(biāo)度；(2)從作用點(diǎn)開(kāi)始沿力的方向畫一線段，線段的長(zhǎng)度由力的大小和所選標(biāo)度確定；(3)畫上箭頭（表示力的方向）二、彈力（一）形變物體在力的作用下的形狀或體積會(huì)發(fā)生改變，這種變化叫做形變。思考：是否任何物體受到力，都會(huì)發(fā)生形變呢？【思路與討論】(1)發(fā)生形變的物體，會(huì)對(duì)使它發(fā)生形變的物體產(chǎn)生什么作用效果呢？(2)它產(chǎn)生這樣效果的原因是什么？（二）彈力1.彈力：發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力。2.彈力的產(chǎn)生條件：(1)相互接觸（互相擠壓拉伸或扭曲）；(2)發(fā)生彈性形變3.彈力的施力物體：思考：手受到彈簧的作用力中，誰(shuí)是施力物體？(1)左圖小車受到的彈力，誰(shuí)是施力物體，誰(shuí)發(fā)生了形變？(2)右圖桌子受到的力F1受到的彈力，誰(shuí)是施力物體，誰(shuí)發(fā)生了形變？(3)右圖書(shū)受到的力F2受到的彈力，誰(shuí)是施力物體，誰(shuí)發(fā)生了形變？思考：手受到彈簧的彈力作用，彈力的方向與施力物體彈簧恢復(fù)形變的方向和形變的方向有什么關(guān)系？（1）繩的拉力方向：請(qǐng)畫出繩提供彈力的方向（2）桿的彈力方向：請(qǐng)畫出桿提供彈力的方向思考：桿給物體的彈力方向一定沿著桿的方向嗎？（3）各類接觸面的方向：請(qǐng)畫出各個(gè)面提供彈力的方向（1）根據(jù)彈力的產(chǎn)生條件直接判斷法（2）假設(shè)法（常用于微小形變）例如：斜面光滑，使分析左右兩圖中的小球與斜面之間是否存在彈力？三、胡克定律【思考與討論】彈簧在形變時(shí)產(chǎn)生的彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量是有關(guān)系的。那么，彈簧在彈性限度內(nèi)，彈力大小與其伸長(zhǎng)量有什么關(guān)系呢？（一）探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系1.實(shí)驗(yàn)思路：(1)彈簧彈力F如何測(cè)量？(2)彈簧的伸長(zhǎng)量x如何測(cè)量？(3)如何能直觀找出彈簧彈力與形變量的關(guān)系？2.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：(1)按如圖所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置，記下彈簧下端不掛鉤碼時(shí)所對(duì)應(yīng)的刻度l0。(2)在彈簧下端懸掛一個(gè)鉤碼，平衡時(shí)記下彈簧的總長(zhǎng)度和鉤碼所受的重力。(3)增加鉤碼的個(gè)數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，將數(shù)據(jù)填入表格，以F表示彈力，l表示彈簧的總長(zhǎng)度，x＝l－l0表示彈簧的形變量。(4)記錄收集數(shù)據(jù)1234567F/Nl/cmx/cm3.數(shù)據(jù)處理：(1)以彈力F(大小等于所掛鉤碼受到的重力)為縱坐標(biāo)，以彈簧的形變量x為橫坐標(biāo)，用描點(diǎn)法作圖。連接各點(diǎn)，得出彈力F隨彈簧形變量x變化的圖像。由實(shí)際作出的F-x圖像可知，圖像為過(guò)原點(diǎn)的直線。(2)以彈簧形變量為自變量，寫出彈力和彈簧形變量之間的函數(shù)關(guān)系，函數(shù)表達(dá)式中常數(shù)即為彈簧的勁度系數(shù)，這個(gè)常數(shù)也可根據(jù)F-x圖像的斜率求解，k＝ΔF/Δx。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力F的大小跟彈簧伸長(zhǎng)（或縮短）的長(zhǎng)度x成正比。4.注意事項(xiàng)：(1)所掛鉤碼不要過(guò)重，以免彈簧被過(guò)分拉伸，超出其彈性限度。(2)每次所掛鉤碼的質(zhì)量差盡量大一些，從而使坐標(biāo)上描的點(diǎn)盡可能稀一些，這樣作出的圖像更精確。(3)測(cè)彈簧長(zhǎng)度時(shí)，一定要在彈簧豎直懸掛且處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)測(cè)量，刻度尺要保持豎直并靠近彈簧，以免增大讀數(shù)誤差。(4)描點(diǎn)畫線時(shí)，所描的點(diǎn)不一定都落在一條直線上，但應(yīng)注意一定要使各點(diǎn)均勻分布在直線的兩側(cè)。(5)記錄數(shù)據(jù)時(shí)要注意彈力及彈簧形變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及單位。（二）胡克定律1.內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力的大小F跟彈簧伸長(zhǎng)（或縮短）的長(zhǎng)度x成正比。2.公式：F＝kx3.k為彈簧的勁度系數(shù)，單位是N/m，只與彈簧本身有關(guān)，由彈簧本身的材料、長(zhǎng)度、粗細(xì)、匝數(shù)等因素決定，它反映了彈簧的軟硬程度，k越大，彈簧越硬，其長(zhǎng)度越難改變．課堂小結(jié)：【自我測(cè)評(píng)】1．關(guān)于重力和彈力，下列說(shuō)法正確的是（）A．據(jù)可知，質(zhì)量較大的物體受到的重力一定較大B．幾何形狀規(guī)則的物體重心一定在其幾何中心C．兩物體間有彈力時(shí)，兩物體必接觸D．放在水平桌面上的木塊，由于木塊發(fā)生微小形變而產(chǎn)生對(duì)木塊的支持力【答案】C【詳解】A．當(dāng)兩物體所處的地理位置相同時(shí)，g值相同，質(zhì)量大的物體受到的重力必定大，但當(dāng)兩物體所處的地理位置不同時(shí)。如質(zhì)量較小的物體放在北極，質(zhì)量較大的物體放在赤道上，赤道上g值較小，導(dǎo)致質(zhì)量大的物體受到的重力不一定大，A錯(cuò)誤；B．幾何形狀規(guī)則且質(zhì)量分布均勻的物體重心一定在其幾何中心，B錯(cuò)誤；C．產(chǎn)生彈力的條件之一是物體必須相互接觸，不相互接觸，無(wú)法產(chǎn)生彈力的作用，C正確；D．放在水平桌面上的木塊，由于桌面發(fā)生微小形變要恢復(fù)原狀而對(duì)木塊產(chǎn)生力的作用，D錯(cuò)誤。故選C。2．如圖所示，在水杯中將一顆實(shí)心鐵球從圖中位置釋放直到觸碰杯底，則杯中水的重心位置（

）A．一直降低 B．一直升高 C．先降低再升高 D．先升高再降低【答案】B【詳解】在實(shí)心鐵球下降過(guò)程中，可以認(rèn)為有一個(gè)等大的水球在上升，所以杯中水的重心位置在一直升高，故選B。3．體育課上一學(xué)生在水平籃球場(chǎng)上拍籃球，如圖所示，試分析籃球與地面作用時(shí)，地面給籃球的彈力的方向?yàn)椋ǎ〢．斜左上 B．斜右上 C．豎直向上 D．豎直向下【答案】C【詳解】彈力方向總垂直于接觸面指向受力物體。故選C。4．關(guān)于書(shū)和桌面所受彈力，下列說(shuō)法正確的是（）A．桌面發(fā)生了形變，為了恢復(fù)原狀，給書(shū)向下的支持力B．桌面發(fā)生了形變，為了恢復(fù)原狀，給桌面向下的壓力C．書(shū)發(fā)生了形變，為了恢復(fù)原狀，給書(shū)向上的支持力D．書(shū)發(fā)生了形變，為了恢復(fù)原狀，給桌面向下的壓力【答案】D【詳解】AB．桌面發(fā)生了形變，為了恢復(fù)原狀，給書(shū)向上的支持力，故AB錯(cuò)誤；CD．書(shū)發(fā)生了形變，為了恢復(fù)原狀，給桌面向下的壓力，故C錯(cuò)誤，D正確。故選D。5．下列各圖中，a、b表面均光滑，天花板和地面均為水平，a、b間沒(méi)有彈力的是（）A．

B．

C．

D．

【答案】ACD【詳解】A．兩小球均受到豎直向上繩子的拉力以及豎直向下的重力，若a、b間有彈力，則a、b兩球在水平方向受力均不平衡，不能處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此可知a、b間沒(méi)有彈力，故A正確；B．球a受豎直向下的重力和沿著繩子斜向右上方的拉力，根據(jù)平行四邊形定則可知，這兩個(gè)力不能使球a平衡，因此可知a、b間有彈力，且b給a的彈力水平向左，同理可知a給b的彈力水平向右，即a、b間有彈力，故B錯(cuò)誤；C．分析b球，其受到豎直向下的重力和地面給它豎直向上的彈力，在豎直方向上這兩個(gè)力平衡，若a、b間有彈力，則b球在水平方向合力不為零，受力不平衡，將發(fā)生運(yùn)動(dòng)，而實(shí)際上b球靜止，因此可知a、b間沒(méi)有彈力，故C正確；D．根據(jù)圖示，b球受豎直向上繩子的拉力和豎直向下的重力，若斜面a對(duì)b球有彈力，則該彈力垂直于斜面斜向左上方，顯然b球在垂直斜面的方向上合力不為零將發(fā)生運(yùn)動(dòng)，而實(shí)際上b球靜止，因此可知a、b間沒(méi)有彈力，故D正確。故選ACD。6．彈簧拉力器是一種適合大眾的健身器材。如圖所示的拉力器由四根完全相同的彈簧組成。某人用400N的水平拉力將拉力器從50cm拉伸至150cm(未超出彈性限度、且未與身體其他部位接觸)，下列說(shuō)法正確的是（）A．每根彈簧的勁度系數(shù)為400N/mB．若將彈簧換為硬彈簧，則拉伸至同樣長(zhǎng)度需要更大的力C．拉伸過(guò)程中彈簧的勁度系數(shù)隨彈簧長(zhǎng)度的增加而增大D．若將拉力器的一端固定后再水平拉伸至同樣長(zhǎng)度，另一端仍需施加400N的水平拉力【答案】BD【詳解】A．某人用400N的水平拉力將拉力器從50cm拉伸至150cm，每根彈簧的拉力解得故A錯(cuò)誤；B．若將彈簧換為硬彈簧，勁度系數(shù)變大，根據(jù)可知，則拉伸至同樣長(zhǎng)度需要更大的力，故B正確；C．彈簧的勁度系數(shù)由彈簧自身決定，與彈簧所受拉力無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)誤；D．若將拉力器的一端固定后再水平拉伸至同樣長(zhǎng)度，每根彈簧彈力仍是100N，根據(jù)平衡可知，另一端仍需施加400N的水平拉力，故D正確。故選BD。7．某同學(xué)利用如圖甲所示的裝置做實(shí)驗(yàn)，探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系。（1）實(shí)驗(yàn)得到如圖乙所示彈力F與彈簧長(zhǎng)度l關(guān)系圖線（不計(jì)彈簧重力），該彈簧原長(zhǎng)cm。實(shí)驗(yàn)得出彈簧彈力與形變量成正比，該彈簧的勁度系數(shù)N/m。（2）選取了1、2兩根不同的彈簧，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，彈簧始終在彈性限度內(nèi)，彈簧質(zhì)量可忽略不計(jì)，他在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)作出了彈力與彈簧形變量的Fx圖像，如圖丙所示。據(jù)此可知，彈簧1、2的勁度系數(shù)k1和k2的關(guān)系為()A．k1>k2B．k1<k2C．k1=k2D．不能確定【答案】450A【詳解】（1）[1]根據(jù)圖乙所示彈力F與彈簧長(zhǎng)度l關(guān)系圖線可知，當(dāng)彈力為零時(shí)彈簧的長(zhǎng)度即為彈簧原長(zhǎng)，即l0=4cm[2]由圖可知，當(dāng)彈力為2.0N時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度l=8cm根據(jù)胡克定律F=k（ll0）代入數(shù)據(jù)解得（2）[3]根據(jù)胡克定律F=kx可知，圖象的斜率表示勁度系數(shù)的大小，由此可得可知彈簧1、2的勁度系數(shù)k1和k2的關(guān)系為k1＞k2故選A。8．小明同學(xué)做“探究彈簧彈力和彈簧形變量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。（1）實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲，下列操作規(guī)范的有。A．實(shí)驗(yàn)前，必須先把彈簧水平放置測(cè)量其原長(zhǎng)B．逐一增掛鉤碼，記下每增加一只鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重C．隨意增減鉤碼，記下增減鉤碼后指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度和對(duì)應(yīng)的鉤碼總重D．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)拆除實(shí)