高中物理人教版（2019）必修1：3.1 第1课时重力与弹力 学案

1、 PAGE 15【标题】第三章相互作用力第一节重力与弹力第1课时重力与弹力解读课程学科素养课标要点核心素养1了解重力产生的原因，会确定重力的大小和方向，知道重心的概念及均匀物体重心的位置2知道弹力的定义及产生条件，会判断两个物体间弹力的有无和方向3掌握胡克定律并能解决有关问题1形成初步的重力、弹力概念，应用重力、弹力的知识解决实际问题（物理观念）2能对简单的重力、弹力现象进行分析和推理，获得弹力有无和方向的结论（科学思维）3能根据弹力大小探究方案，获得弹力大小与形变量的关系（科学探究）预习新知自主学习一、重力1定义：由于地球的吸引而使物体受到的力2大小：Gmg，g就是自由落体加速度3方向：竖直

2、向下重力的方向总是竖直向下，但需注意的是，“竖直向下”不等同于“垂直当地水平面向下”，也不能将“竖直向下”当成“指向地心”，实际上，只有在两极或赤道时，重力的方向才指向“地心”4作用点重心（1）重心：一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心（2）决定因素：物体的形状；物体的质量分布（3）不规则薄板重心的确定：应用二力平衡的知识通过实验来确定形状不规则物体的重心位置5力的表示方法（1）力的图示力可以用有向线段表示有向线段的长短表示力的大小，箭头表示力的方向，箭尾（或箭头）表示力的作用点这种表示力的方法，叫作力的图示（2）力的示意图

3、在不需要准确标度力的大小时，通常只需画出力的作用点和方向，这种表示力的方法，叫作力的示意图二、弹力1接触力：物体与物体接触时发生的相互作用称为接触力接触力按其性质可以分为弹力和摩擦力2形变：物体在力的作用下形状或体积会发生改变，这种变化叫作形变3弹力：发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫作弹力4弹力的方向：压力和支持力的方向跟接触面垂直；绳子拉力的方向是沿着绳子指向绳子收缩的方向我们通常所说的拉力、压力、支持力、杆力、手拉物体的力等都属于弹力三、胡克定律1弹性形变：物体在发生形变后，撤去作用力能够恢复原状的形变弹性限度：如果形变过大，撤去作用力后物体不能完全恢复

4、原来的形状，这个限度叫弹性限度3胡克定律内容：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2公式：Fkx，其中k为弹簧的劲度系数，单位为牛顿每米，符号N/m，它的大小反映了弹簧的软硬程度Fkx的适用条件是在弹簧的弹性限度内，超过了弹簧的弹性限度，这个公式是不成立的探究知识提升素养知识点1力的图示与力的示意图兴趣探究如图所示是足球撞击球网的瞬间足球撞击球网时对球网产生了巨大的冲击力，若足球对球网的作用点为图中的A点，且作用力方向水平向右，大小为50 N，如何简洁明了地表示出这个力呢？【答案】可以用一带箭头的线段来表示，线段的长度表示力的大小，箭头的指向表示力的

5、方向，箭尾或箭头表示力的作用点如图所示知识归纳1力的图示与力的示意图的区别（1）力的图示能表示力的三要素，精确表示力时经常用到（2）力的示意图只能表示力的作用点和方向，在对物体的受力情况进行分析时经常用到2力的图示和力的示意图的画法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）画线段从作用点开始沿力的方向画一线段，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一适当长度线段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，表示力的方向考向例题考向力的图示画法【例1】如图所示，一人通过细绳用大小为50 N的力F沿与水平方向成30角斜向

6、上拉物块A，试画出拉力F的图示，并指出受力物体与施力物体【解析】依题意知，细绳拉物块A，受力物体是物块A，施力物体是细绳画力的图示时，先选好标度，以4mm长的线段表示10N的力，则拉力F共长20mm，用点A代表物块A，即力的作用点，最后标上箭头指明拉力的方向，即得力F的图示，如图所示为了准确无误地表示拉力的方向，图中的虚线是必要的补充【答案】力的图示见解析，受力物体是物块A，施力物体是细绳方法技巧：对于几何形状规则的物体，在画力的图示和示意图的时候，有向线段的起点可画在几何中心为简化，也可以把物体用质点代替知识点2重力与重心兴趣探究（1）建筑工地上常用重垂线来检测墙壁是否竖直，为什么使用重垂线

7、就能够检测墙壁是否竖直？（2）重心是物体上最重的一点吗？重心位置与什么有关？物体的重心一定在物体上吗？请举例说明【答案】（1）重力的方向竖直向下，所以悬挂重锤的细线一定在竖直方向上，如果墙壁与细线平行，则说明墙壁竖直（2）不是重心是物体各部分所受重力的等效作用点重心位置与物体的质量分布及形状有关重心可以不在物体上，如木匠用的拐尺、圆环的重心都不在物体上知识归纳1重力的大小（1）重力的大小Gmg，只与质量和重力加速度g有关，与物体的运动状态无关（2）重力加速度g与物体所处的纬度和高度有关，在赤道处，g最小，在两极处，g最大（同一高度）；海拔越高，g越小，离地面越近，g越大2重力的方向：总是竖直向

8、下竖直向下是指与水平面垂直向下，但是并不等同于垂直于支持面向下，也不等同于指向地心3重力的作用点重心（1）重心是物体各部分所受重力的等效作用点，并不是只有物体的重心才受到重力作用重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布有关质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心重心的位置可以在物体上，也可以在物体外（2）重心位置的确定方法：薄板状物体的重心可以用悬挂法确定考向例题考向对重心的理解【例2】如图所示，一被吊着的空心的均匀球壳内装满了细沙，底部有一阀门，打开阀门让细沙慢慢流出的过程中，球壳与球壳内剩余细沙组成的系统的重心将会（）A一直下降B一直不变C先下降后上升D先上升后下降【解析】

9、装满细沙的球壳和细沙整体的重心在球心，随着细沙从阀门不断流出，重心位置不断下降，当细沙流完后，重心又上升，处于球心，故重心的位置先下降后上升，故A、B、D错误，C正确故选C【答案】C题后反思：物体的重心与物体的质量分布有关系，分析细沙下降过程中质量分布情况，可以分析出系统重心如何变化即时巩固1一条放在地面上长为L的柔软匀质粗绳，将其一端向上提至粗绳刚好离地时，它的重心位置升高了多少？长为L的均匀直钢管平放在水平地面上，现抬起一端，使其与水平面成30角时，它的重心位置升高了多少？【解析】匀质粗绳放在地面上时重心在地面上，将它一端上提至下端刚要离地时，重心在L2高度，重心升高了L2；均匀钢管平放时

10、重心在地面上，将其抬至与水平面成30角时，重心即钢管的中心上升L2sin30L4【答案】L2L4知识点3弹力的产生及弹力的方向兴趣探究（1）如图所示，取一个扁玻璃瓶，里面盛满水，用穿有透明细管的橡皮塞封口，使水面位于细管中，用手捏玻璃瓶，会看到什么现象？说明什么？（2）用手压橡皮泥，橡皮泥发生形变；脚踩在松软的泥土上，留下了深深的脚印（形变），这两种形变与玻璃瓶的形变有什么不同？（3）如图所示，被拉长的弹簧对手有一个拉力的作用，这个拉力是如何产生的？【答案】（1）用手捏玻璃瓶，管中水面会上升（或下降）说明受压时玻璃瓶发生形变，体积变小（或变大）了（2）橡皮泥、泥土受力后发生的形变，在撤去外力后

11、不能恢复原状（非弹性形变），玻璃瓶的形变在撤去外力后能恢复原状（弹性形变）（3）弹簧受到拉力后发生形变（伸长），发生形变的弹簧要恢复原状，对手就产生了拉力知识归纳1弹性形变和非弹性形变弹性形变：撤去外力后能恢复原状的形变非弹性形变：撤去外力后不能恢复原状的形变发生弹性形变的物体，外力过大，超过一定的限度（弹性限度），会变成非弹性形变2弹力的产生必须同时具备两个条件：（1）两物体直接接触；（2）两物体接触处发生弹性形变3弹力的方向与施力物体形变方向相反，作用在迫使物体发生形变的那个物体上，几种常见情况如下：（1）压力、支持力的方向：总是垂直于接触面，若接触面是曲面，则垂直于接触面的切线；若接触面

12、是球面，弹力方向的延长线或反向延长线过球心，如图所示（2）绳的拉力方向：总是沿着绳并指向绳收缩的方向（3）杆对物体的力：杆产生的力可以沿着杆，也可以不沿杆；沿着杆时可以是拉力，也可以是支持力如图所示（三个物体均处于静止）4弹力有无的判断：（1）对于明显形变的情况，可以根据弹力产生的条件直接进行判断（2）对于不明显形变的情况，可利用假设法进行判断，具体有下列三种方法：假设与研究对象接触的物体解除接触，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，则此处存在弹力假设有弹力，看看研究对象还能否保持平衡或原来的运动状态若能保持，则说明有弹力；若不能保持，则说明没有弹力假设没有弹

13、力，看看研究对象还能否保持平衡或原来的运动状态若能保持，则说明没有弹力；若不能保持，则说明有弹力考向例题考向一弹力有无的判断【例3】（多选）如图所示，图中的物体A均处于静止状态，受到弹力作用的说法正确的是（）甲乙丙丁A图甲中地面是光滑水平的，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、，A对两斜面均有压力的作用C图丙中A受到斜面B对它的弹力的作用D图丁中A受到斜面B对它的弹力的作用【解析】题图甲中对B进行受力分析，B球受重力和地面的弹力的作用，二力平衡，B球静止不可能再受到A对B的弹力作用；B选项中采用假设法，若去掉左侧的斜面，A将运动，若去掉右侧的斜面，A也将运动，所以球A对两斜面

14、均有力的作用；C选项中假设斜面B不存在，则小球A无法在原位置保持静止，故丙图中小球受到斜面的弹力D选项中假设斜面B对小球A有弹力作用，则小球A不能保持静止，所以丁图中小球不受斜面弹力的作用【答案】BC题后反思：判断弹力有无的两个误区（1）误认为两物体只要接触就一定存在弹力作用，而忽视了弹力产生的另一条件发生弹性形变（2）误认为有形变一定有弹力，而忽视了弹性形变和非弹性形变的区别考向二弹力方向的判断【例4】在图中画出物体A所受弹力的示意图【解析】支持力、压力的方向都要与接触面垂直并指向被支持或被压的物体，物体A所受弹力的示意图如图所示【答案】见解析图知识点4胡克定律兴趣探究对于同一根弹簧，被拉得

15、越长，弹簧的弹力越大，关于弹簧弹力的大小，甲说：弹簧弹力大小与其长度成正比；乙说：弹力的变化量F与弹簧形变的变化量x成正比哪个同学说法正确？【答案】甲错，乙对弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，即Fkx，也有Fkx知识归纳1成立条件：在弹性限度内2对Fkx的理解（1）x是弹簧的形变量，而不是弹簧形变后的长度（2）k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和伸长量x无关（3）Fx图像是一条过原点的倾斜直线（如图所示），直线的斜率表示弹簧的劲度系数k（4）弹簧弹力的变化量F与形变量的变化量x也成正比，即Fkx考向例题考向胡克定律的理解【例5】一根轻质

16、弹簧一端固定，用大小为50 N的力压弹簧的另一端，平衡时长度为L120 cm；改用大小为25 N的力拉弹簧，平衡时长度为L235 cm；若弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，求弹簧的原长和劲度系数【解析】设弹簧原长为L0，劲度系数为k由胡克定律得：F1k（L0L1）F2k（L2L0）联立两式得：L003m30cm，k500N/m【答案】30 cm500 N/m题后反思：（1）轻弹簧有压缩和拉伸形变，既能产生压力，又能产生拉力，方向均沿弹簧的轴线方向（2）如果题目中只告诉弹簧的形变量，并没有指出是伸长还是压缩，或只告诉弹簧弹力的大小，并没有指出弹簧处于拉伸状态还是处于压缩状态，就要分别进行讨论即时巩

17、固2（多选）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20 cmB弹簧的劲度系数为2 N/mC弹簧的劲度系数为200 N/mD弹簧伸长005 m时，弹力的大小为10 N【解析】由题图知，当F0时，弹簧原长L010cm，A错；弹簧长度L15cm时，F10N，由胡克定律得，劲度系数kFL-L0100.15-0.1N/m200N/m，B错，C对；弹簧伸长005m时，即弹簧长度为15cm时，弹力的大小为10N，D对【答案】CD基础性达标作业1（多选）一个物体所受重力在下列哪些情况下会发生变化（）A把它从赤道拿到南极B把它送到月球上去C把它放到水里D改

18、变它的运动状态【解析】根据重力的计算公式Gmg，物体的大小不但与物体的质量有关，而且也与重力加速度的大小有关，而重力加速度的大小与地球上的位置、离地面的高度有关，不同的天体上重力加速度不同，所以正确的答案是A、B【答案】AB2关于重心及重力，下列说法中正确的是（）A一个物体放于水中称量时弹簧测力计的示数小于物体在空气中称量时弹簧测力计的示数，因此物体在水中受到的重力小于在空气中受到的重力B据Gmg可知，两个物体相比较，质量较大的物体的重力不一定较大C物体放于水平面上时，重力方向垂直于水平面向下，当物体静止于斜面上时，其重力方向垂直于斜面向下D物体的形状改变后，其重心位置不会改变【解析】由于物体

19、浸没于水中时，受到向上的浮力从而减小了弹簧的拉伸形变，弹簧测力计的拉力减小了，但物体的重力并不改变，选项A错误当两物体所处的地理位置相同时，g值相同，质量大的物体的重力必定大，但当两物体所处的地理位置不同时，如质量较小的物体放在地球上，质量较大的物体放在月球上，由于月球上g值较小，而使质量较大的物体的重力不一定较大，选项B正确重力的方向是竖直向下的，而不是垂直向下的，选项C错误物体的重心位置由物体的形状和质量分布情况共同决定，当物体的形状改变时，其重心可能发生改变，故选项D错误【答案】B3（多选）关于胡克定律，下列说法中正确的是（）A由Fkx可知，弹力F的大小与弹簧的长度x成正比B由kFx可知

20、，劲度系数k与弹力F成正比，与弹簧的长度形变量x成反比C弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的，与弹力F的大小和弹簧形变量x的大小无关D弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时弹力的大小【解析】胡克定律Fkx中，x是弹簧伸长或缩短的长度；k是劲度系数，与弹簧本身的性质有关，与F、x均无关故选项A、B错误，C、D正确【答案】CD4关于图所示的两个力F1和F2，下列说法正确的是（）AF1F2，因为表示两个力的线段一样长BF1F2，因为表示F1的标度大CF1F2，因为F1只有两个标度的长度，而F2具有三个标度的长度D无法比较，因为两个力的标度的大小未知【解析】在力的图示中，所表示的力的大小取决于图中标度的大小和线段的长度离开了标度的大小，仅由线段的长度无法比较F1和F2的大小【答案】D5在下图中，A、B均处于静止状态，则A、B之间一定有弹力的是（）ABCD【解析】假设将与研究对象接触的物体逐一移走，如果研究对象的状态发生变化，则表示它们之间有弹力；如果状态无变化，则表示它