人教版高中物理必修第一冊第3章相互作用-力1第1課時重力與彈力課件

1.重力與彈力第1課時重力與彈力自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)合作探究·釋疑解惑課堂小結(jié)隨

堂

練

習(xí)課標(biāo)定位1.知道重力的三要素,知道常見物體重心的確定方法,會畫力的示意圖和力的圖示。2.知道形變的概念,會區(qū)分彈性形變與非彈性形變。掌握彈力的定義及產(chǎn)生條件,會判斷彈力的有無及彈力的方向。3.掌握胡克定律并能解決有關(guān)問題。素養(yǎng)闡釋1.通過重力的學(xué)習(xí),體會借助“等效法”理解物體重心的物理觀念和科學(xué)思維,并通過實驗操作,根據(jù)二力平衡知識掌握確定物體重心的研究方法。2.通過實例分析,體會判斷彈力的有無及彈力的方向的科學(xué)思維。3.通過應(yīng)用胡克定律分析問題,形成科學(xué)態(tài)度與價值觀。

自主預(yù)習(xí)·新知導(dǎo)學(xué)一、重力1.產(chǎn)生:由于地球的吸引而使物體受到的力。2.大小:(1)重力的計算公式是

G=mg

,公式中G是物體的重力,m是物體的質(zhì)量,g是自由落體加速度。(2)怎樣測量重力的大小?測量時需要注意什么問題?重力的大小可以用彈簧測力計測出:如圖所示,物體靜止時彈簧測力計的拉力大小等于物體受到的重力。用彈簧測力計測量時,物體必須保持靜止或勻速直線運動。彈簧測力計對物體的拉力和物體所受的重力在本質(zhì)上是不同的兩種力,但根據(jù)二力平衡,它們的大小是相等的。3.方向:總是豎直向下。4.重心:(1)一個物體的各部分都受到重力的作用,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,這一點叫作物體的重心。(2)物體的重心一定在物體的幾何中心嗎?提示:物體的重心不一定在物體的幾何中心。物體的重心位置由物體的形狀和質(zhì)量分布共同決定:①質(zhì)量分布均勻、有規(guī)則幾何形狀的物體,重心在物體的幾何中心;②質(zhì)量分布不均勻的物體,重心一般不在它的幾何中心。5.力的圖示與力的示意圖:(1)力的圖示:有向線段的長短表示力的大小,箭頭表示力的方向,箭尾(或箭頭)表示力的作用點。(2)力的示意圖:只需畫出力的作用點和方向。二、彈力1.形變:物體在力的作用下形狀或體積會發(fā)生改變。2.彈力:發(fā)生形變的物體,要恢復(fù)原狀,對與它接觸的物體會產(chǎn)生力的作用,這種力叫作彈力。3.彈力的方向:(1)支持力的方向一定豎直向上嗎?壓力的方向一定豎直向下嗎?提示:不一定。支持力和壓力的方向總與接觸面垂直,如往墻上按圖釘時,手對圖釘?shù)膲毫κ撬降?放在斜面上的物體對斜面的壓力垂直于斜面向下,斜面對物體的支持力垂直于斜面向上。(2)繩的拉力方向總是沿著繩指向繩收縮的方向。三、胡克定律1.彈性形變:物體在發(fā)生形變后,如果撤去作用力能夠恢復(fù)原狀的形變。2.彈簧的彈力大小一定跟彈簧伸長(或壓縮)的長度成正比嗎?提示:不一定。只有在彈性限度內(nèi),即彈簧發(fā)生彈性形變時該關(guān)系才成立。3.胡克定律公式:F=

kx

。式中k叫作彈簧的勁度系數(shù),其單位為牛頓每米,符號為N/m。通常說,k越大,彈簧越“硬”;k越小,彈簧越“軟”。4.對于同一只彈簧,在彈性限度內(nèi)對它的拉力越大,它就越長,即彈簧越長反映了彈簧的彈力越大。彈簧的彈力大小是否與其長度成正比?提示:不成正比。在彈性限度內(nèi)彈簧的彈力大小與彈簧長度的變化量成正比,即F=kx。其中當(dāng)彈簧伸長時,式中x=l-l0,l、l0為彈簧現(xiàn)在和原來的長度,所以F=k(l-l0),因此彈力大小與l-l0成正比,而不是與彈簧長度l成正比。【思考討論】

1.判斷下列說法的正誤。(1)只有靜止的物體受重力,而運動的物體不受重力。(

)(2)重心是物體重力的作用點,也就是物體上最重的點。(

)(3)相互接觸的物體間一定有彈力。(

)(4)彈簧的勁度系數(shù)由彈簧自身的性質(zhì)決定。(

)提示:(1)×

(2)×

(3)×

(4)√2.列車在軌道上行駛時,軌道會受列車的彈力的作用,產(chǎn)生這個彈力的直接原因是什么?提示:彈力是由于施力物體發(fā)生彈性形變后要恢復(fù)原狀,從而對受力物體產(chǎn)生的力的作用,故軌道受到的彈力是列車的形變產(chǎn)生的。3.利用彈簧可以測量物體的重力。將勁度系數(shù)為k的彈簧上端固定在鐵架臺的橫梁上,彈簧下端不掛物體時,測得彈簧的長度為x0。將待測物體掛在彈簧下端,如圖所示。待物體靜止時測得彈簧的長度為x1。測量中彈簧始終在彈性限度內(nèi),求待測物體的重力的大小。提示:根據(jù)胡克定律可知,彈簧的彈力F=k(x1-x0),彈簧彈力的大小等于物體的重力,

則待測物體的重力的大小為k(x1-x0)。

合作探究·釋疑解惑知識點一對重力及重心的理解問題引領(lǐng)“馬踏飛燕”是漢代藝術(shù)家高超技術(shù)的結(jié)晶,如圖所示,東漢銅奔馬身高34.5cm,身長45cm,寬13cm,質(zhì)量7.15kg。形象矯健俊美,別具風(fēng)姿。討論并回答下列問題:(g取10m/s2)(1)銅馬所受重力的施力物體和受力物體。(2)銅馬所受重力的大小和方向。(3)銅馬的重心是否一定在飛燕所在的豎直線上?提示:(1)該重力的施力物體是地球,受力物體是銅馬。(2)銅馬所受重力的大小G=mg=7.15×10

N=71.5

N,方向豎直向下。(3)銅馬的重心一定在飛燕所在的豎直線上,但是馬的重心位置在馬身上而不在飛燕上。歸納提升1.重力的大小和方向(1)在同一地點,重力的大小與質(zhì)量成正比。(2)在不同地點,某一物體的重力的大小與物體所處的緯度位置有關(guān),在緯度越高的位置,所受重力越大;其重力的大小還與物體的海拔有關(guān),在同一緯度,位置越高,重力越小。(3)重力的大小與物體的運動狀態(tài)無關(guān),與物體是否受其他力無關(guān)。(4)重力的方向總是豎直向下,豎直向下不一定垂直于支撐面向下,也不一定指向地心。2.對重心的理解(1)重心的意義:重心是物體所受重力的作用點,任何物體都有重心,且只有一個重心。(2)重心的位置:①質(zhì)量分布均勻的物體,重心位置只跟物體的形狀有關(guān)。若物體的形狀是中心對稱的,對稱中心就是重心。而軸對稱物體的重心在對稱軸上,可用二力平衡的方法找到。②質(zhì)量分布不均勻的物體,重心的位置由物體的形狀和質(zhì)量分布共同決定,可以用“支撐法”或“懸掛法”確定。(3)分析重心位置的步驟:①以所給物體為研究對象,了解其質(zhì)量分布的情況及幾何形狀。②對質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體,其重心在物體的幾何中心上。③對于薄板型的物體可利用懸掛法確定。④若物體的質(zhì)量分布或幾何形狀改變,物體的重心位置可能變化,注意重心位置不一定在物體上。3.力的圖示與力的示意圖的比較

作圖步驟力的圖示力的示意圖選標(biāo)度選定標(biāo)度(用某一長度表示一定大小的力)無須選標(biāo)度畫線段從作用點開始沿力的方向畫一線段,根據(jù)選定的標(biāo)度和力的大小按比例確定線段長度從作用點開始沿力的方向畫一適當(dāng)長度線段即可標(biāo)方向在線段的末端標(biāo)出箭頭,表示方向典型例題【例題1】

(多選)下列關(guān)于重力和重心的說法,正確的是(

)A.重力是由于地球的吸引而使物體受到的力B.重力的方向總是豎直向下的,即總是垂直于當(dāng)?shù)氐乃矫鍯.重力的大小可用天平或彈簧測力計測量D.物體的重心一定在物體上答案:AB解析:重力是物體由于受到地球的吸引而受到的力,故A正確;重力的方向總是豎直向下,故B正確;質(zhì)量的大小用天平測量,重力的大小用彈簧測力計測量,故C錯誤;重心不一定在物體上,如圓環(huán)的重心,故D錯誤。此題考查對重力和重心的理解,意在培養(yǎng)學(xué)生的理解能力,形成自己的物理觀念核心素養(yǎng)。固定形狀的物體的重心,與物體所在的位置及放置方式和運動狀態(tài)無關(guān)。物體形狀改變或質(zhì)量分布發(fā)生變化時,其重心位置可能改變。【變式訓(xùn)練1】

關(guān)于重心及重力,下列說法正確的是(

)A.一個物體放于水中稱量時彈簧測力計的示數(shù)小于物體在空氣中稱量時彈簧測力計的示數(shù),因此物體在水中受到的重力小于在空氣中受到的重力B.據(jù)G=mg可知,兩個物體相比較,質(zhì)量較大的物體的重力不一定較大C.物體放于水平面上時,重力方向垂直于水平面向下,當(dāng)物體靜止于斜面上時,其重力方向垂直于斜面向下D.物體的形狀改變后,其重心位置不會改變答案:B解析:由于物體浸沒于水中時,受到向上的浮力,從而減小了彈簧的拉伸形變,彈簧測力計的拉力減小了,但物體的重力并不改變,選項A錯誤。當(dāng)兩物體所處的地理位置相同時,g值相同,質(zhì)量大的物體的重力必定大;但當(dāng)兩物體所處的地理位置不同時,如質(zhì)量較小的物體所處位置的g值大于質(zhì)量較大的物體所處位置的g值,則質(zhì)量較大的物體的重力不一定較大,選項B正確。重力的方向是豎直向下的,而不是垂直接觸面向下的,選項C錯誤。物體的重心位置由物體的形狀和質(zhì)量分布情況共同決定,當(dāng)物體的形狀改變時,其重心位置可能發(fā)生改變,選項D錯誤。知識點二對彈力的理解問題引領(lǐng)足球是深受青少年喜愛的運動項目之一,以下為四種與足球有關(guān)的情景。(1)甲圖中,靜止在草地上的足球?qū)Σ莸氐膲毫褪撬闹亓?(2)乙圖中,靜止在地上的兩個足球由于接觸一定會受到相互作用的彈力嗎?(3)丙圖中,落在球網(wǎng)中的足球受到彈力的原因是什么?(4)丁圖中,足球被踢出后還受到腳對球的彈力嗎?提示:

(1)不是。靜止在草地上的足球?qū)Σ莸氐膲毫εc它的重力大小相等,但不是它的重力。(2)不會。靜止在水平地面上的兩個足球雖然相互接觸,但由于沒有彈性形變,所以沒有受到相互作用的彈力。(3)落在球網(wǎng)中的足球會受到彈力是由于球網(wǎng)發(fā)生了彈性形變。(4)不受彈力。歸納提升1.彈力產(chǎn)生的條件(1)物體直接接觸;(2)接觸處發(fā)生彈性形變。2.彈力有無的判斷方法(1)直接法:對于形變比較明顯的情況,可以根據(jù)彈力產(chǎn)生的條件判斷,即物體間相互接觸且發(fā)生彈性形變,兩個條件必須同時滿足才有彈力產(chǎn)生。(2)利用假設(shè)法判斷:要判斷物體在某一接觸位置是否受彈力作用,可假設(shè)將在此處與物體接觸的物體去掉,看物體是否在該位置保持原來的狀態(tài),若不能保持原來的狀態(tài),則說明物體間有彈力作用。(3)根據(jù)物體的運動狀態(tài)判斷:看除了要研究的彈力外,物體所受的其他作用力與物體的運動狀態(tài)是否滿足相應(yīng)的規(guī)律(目前主要應(yīng)用二力平衡的規(guī)律),若滿足,則無彈力存在;若不滿足,則有彈力存在。(4)利用力的作用效果分析:如果相互接觸的物體間存在彈力,則必有相應(yīng)的作用效果,或平衡其他作用力,或改變受力物體的運動狀態(tài),可利用作用效果確定彈力的有無。3.彈力的方向彈力的方向總是跟施力物體形變的方向相反,作用在迫使物體發(fā)生形變的那個物體上,幾種常見情況如下表:典型例題【例題2】

在如圖所示的圖中畫出物體P受到的各接觸點或面對它的彈力的示意圖,其中甲、乙、丙中物體P處于靜止?fàn)顟B(tài),丁中物體P(即球)在水平面上勻速滾動。答案:如圖所示。

解析:甲中繩對球P的彈力屬于繩的拉力,應(yīng)沿繩指向繩收縮的方向,因此彈力方向沿繩向上。乙中A點屬于點與球面相接觸,彈力應(yīng)垂直于球面的切面斜向上,必過球心O;B點屬于點與桿相接觸,彈力應(yīng)垂直于桿向上。丙中A、B兩點都是球面與平面的接觸點,彈力應(yīng)垂直于平面,且必過球心,所以A處彈力方向水平向右,B處彈力垂直于斜面向左上方,且都過球心。丁中小球P不管運動與否,都是屬于平面與球面相接觸,彈力應(yīng)垂直于水平面,且過球心,即豎直向上。判斷彈力方向的一般步驟(1)確定物體之間彈力作用的類型。

(2)確定產(chǎn)生彈力的物體。(3)找出使物體發(fā)生形變的外力方向。(4)確定物體形變的方向。(5)確定物體產(chǎn)生的彈力方向?！咀兪接?xùn)練2】

如圖甲所示,所有的球都是相同的,且形狀規(guī)則,質(zhì)量分布均勻。球A放在光滑斜面和光滑水平面之間;球B與其右側(cè)的球相互接觸并放在光滑的水平面上;球C與其右側(cè)的球放在另一個大的光滑球殼內(nèi)部并相互接觸;球D是一足球,一學(xué)生將足球踢向斜臺的示意圖如圖乙所示。關(guān)于這四個球的受力情況,甲乙下列說法正確的是(

)A.球A受到兩個彈力的作用B.球B受到兩個彈力的作用C.球C受到兩個彈力的作用D.球D(足球)與斜臺作用時斜臺給足球的彈力方向先沿v1的方向后沿v2的方向答案:C解析:對A、B、C三球運用假設(shè)法和平衡法,假設(shè)球A受斜面的彈力,則球A就不能平衡了;假設(shè)球B受右面球的彈力,則球B將向左運動;假設(shè)球C不受右側(cè)球的彈力,則球C將向右下方滾動,故A、B錯誤,C正確。彈力的方向應(yīng)垂直于接觸面,故D錯誤。知識點三胡克定律問題引領(lǐng)下表是某同學(xué)為探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系所測得的幾組數(shù)據(jù):彈力F/N0.51.01.52.02.5彈簧的伸長量x/cm2.65.06.89.812.4(1)請在下圖中的坐標(biāo)紙上作出F-x圖像。(2)寫出曲線所代表的函數(shù)。(3)解釋函數(shù)表達式中常數(shù)的物理意義。(4)該彈簧受到反向壓力時,其勁度系數(shù)是否變化?提示:(1)將各點描到坐標(biāo)紙上,并連成直線,如下圖所示。(2)由圖像得F=0.21x

N/cm。(3)函數(shù)表達式中的常數(shù)表示使彈簧伸長(或壓縮)1

cm所需的拉力為0.21

N。(4)彈簧的勁度系數(shù)由彈簧本身的性質(zhì)決定,與彈簧是否受力及受力方向無關(guān)。歸納提升1.定律的成立條件:彈簧發(fā)生彈性形變或形變在彈性限度內(nèi)。2.表達式中的x是彈簧的形變量,即彈簧伸長(或縮短)的長度,不是彈簧的原長,也不是彈簧形變后的實際長度。彈簧伸長量或壓縮量相同時,彈力大小相等,但方向不同。3.表達式中的k是彈簧的勁度系數(shù),它反映了彈簧的“軟”“硬”程度,是由彈簧本身的性質(zhì)決定的。在國際單位制中,k的單位為N/m。4.由于彈簧的形變量x通常以cm為單位,而勁度系數(shù)k又常以N/m為單位,因此在應(yīng)用F=kx時要注意將各物理量單位統(tǒng)一到國際單位制中。5.根據(jù)胡克定律,可作出彈力F與形變量x的圖像,如圖所示,這是一條通過原點的傾斜直線,其斜率

反映了k的大小,故胡克定律還可寫成ΔF=kΔx,即彈力的變化量ΔF跟彈簧長度的變化量成正比。同一根彈簧,勁度系數(shù)不變。典型例題【例題3】

一輕質(zhì)彈簧的彈力大小F和長度l的關(guān)系圖線如圖所示,試由圖線確定:(1)彈簧的原長;(2)彈簧的勁度系數(shù);(3)彈簧的長度為15cm時,彈力的大小;(4)由圖像可知,彈力為10N時,彈簧長度為5cm或15cm,由此能得到什么結(jié)論?答案:(1)10cm(2)200N/m(3)30N(4)彈簧的壓縮量與伸長量相等時,彈簧的彈力大小相等。解析:此題主要考查對胡克定律的理解與應(yīng)用,培養(yǎng)同學(xué)們分析問題與解決問題的能力,提升科學(xué)思維核心素養(yǎng)。(1)由胡克定律知,當(dāng)彈力F=0時,彈簧伸長量x=0,即彈簧處于原長,則由題圖可得l0=10

cm。(2)由F-l圖像知,當(dāng)彈簧長度為l=15

cm時,彈力F=10

N,彈簧的伸長量x=l-l0=(15-10)

cm=0.05

m。(3)當(dāng)x=15

cm=0.15

m時,由F=kx得F=200×0.15

N=30

N。應(yīng)用胡克定律解題時,F=kx中的x是彈簧的形變量,不是彈簧的長度。彈簧形變量為x時,可能伸長也可能壓縮?！咀兪接?xùn)練3】

如圖所示,一根豎直懸掛的彈簧長為20cm,當(dāng)用15N的力向下拉彈簧時,量得彈簧長24cm。若把它豎立在水平桌面上,用30N的力豎直向下壓時,彈簧長多少?(忽略彈簧自重)答案:12cm解析:當(dāng)彈簧受向下的15

N的拉力作用時,由胡克定律知F1=k(l2-l1)課堂小結(jié)隨

堂

練

習(xí)1.(重力的理解)關(guān)于重力,下列說法正確的是(