人教版高中物理新教材同步讲义 必修第一册第3章　1　第1课时　重力与弹力（含解析）

1重力与弹力第1课时重力与弹力[学习目标]1.知道重力产生的原因、大小、方向及作用点(重点)。2.理解重心的概念和影响因素，掌握确定重心的方法(重难点)。3.理解弹力产生的原因，会判断弹力的方向(重难点)。4.能区分力的图示和力的示意图，会利用力的图示和力的示意图来表示力(重点)。一、力及力的表示方法1．力的概念(1)定义：力是一个物体对另一个物体的作用，力不能离开物体而存在。(2)力是矢量，既有大小又有方向。(3)力的测量：测力计。(4)力的单位：牛顿，符号为N。2．力的表示方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条线段，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条适当长度的线段标方向在线段的末端标出箭头，表示方向在线段的末端标出箭头，表示方向例1如图所示，一人通过细绳用大小为50N的力F沿与水平方向成30°角斜向上拉物块A，试画出拉力F的图示和物块重力G的示意图，并指出受力物体与施力物体。答案见解析解析由题意知，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，用点A代表物块A，即力的作用点，从作用点开始沿力的方向画一条线段，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。力的示意图只需把力的方向和作用点表示出来。从物块A的中心作一条竖直向下的线段，标上箭头，即得重力G的示意图，如图所示。施力物体是地球，受力物体是物块A。二、重力干枯的树叶能够飘落到地面；掷出的铅球落向地面；无论你以多大的速度跳起，最终总会落到地面上。你能对这些自然现象和现实情况作出合理的解释吗？答案地面附近的一切物体都受到地球的吸引作用，正是由于地球的吸引才使物体落向地面。1．定义：由于地球的吸引而使物体受到的力。2．方向：竖直向下。3．大小：G＝mg，g是自由落体加速度，g与物体所处纬度和高度有关，在赤道处g最小，在两极处g最大。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，这一点叫作物体的重心。(2)决定因素：①物体的形状；②物体的质量分布。(3)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重力，确定物体的重心可以利用悬挂法。(1)重力的方向总是垂直地面向下。(×)(2)重心是物体上最重的一点。(×)(3)在地球上不同纬度同一物体所受重力相同。(×)例2(2023·江苏高二学业考试)关于重力，下列说法正确的是()A．重力没有施力物体B．在空中飞行的物体不受到重力作用C．重力的方向总是垂直于接触面向下的D．同一物体在地球各处所受重力大小不一定相等答案D解析任何力都有施力物体，重力的施力物体是地球，A错误；在地球上或地球周围的物体都会受到重力的作用，B错误；重力的方向总是竖直向下，不一定垂直于接触面，C错误；由于地球各处的重力加速度大小不一定相等，故同一物体在地球各处所受重力大小不一定相等，D正确。例3关于物体的重心，下列说法正确的是()A．任何物体的重心一定在这个物体上B．在物体上只有重心受到重力的作用C．一个球体的重心一定在球心处D．一辆空载的货车装上货物后，重心会变化答案D解析重心是物体各部分所受重力的等效作用点，所以重心可以在物体上，也可以在物体外(比如均匀圆环的重心在环心)，故A、B错误；重心除了与几何形状有关外，还与质量分布有关，因此一个球体的重心不一定在球心处，故C错误；一辆空载的货车装上货物后，货车上方的质量增加，重心会变化，故D正确。三、弹力1．是不是所有的物体受力后都发生形变呢？结合课本“观察微小形变示意图”，思考：(1)把书放在课桌上，课桌是否发生形变？(2)用手捏水杯，水杯是否发生形变？答案桌子和水杯都发生形变。2．如图所示，将一个装满水的气球挂在弹簧的下端，分析：(1)弹簧的形变方向及弹簧对气球的弹力方向。(2)气球对弹簧的弹力方向。答案(1)向下向上(2)向下1．形变(1)定义：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。(2)弹性形变：物体在发生形变后，如果撤去作用力能够恢复原状，这种形变叫作弹性形变。2．弹力(1)定义：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。(2)产生的条件：接触且发生弹性形变。(3)方向：与施力物体恢复原状的方向相同。(1)发生形变后的物体撤去外力后都能恢复原状。(×)(2)只有相互接触的物体间可能有弹力。(√)(3)放在桌面上的书本对桌面的压力是由于桌面发生形变而产生的。(×)(4)灯绳对电灯的拉力方向与灯绳发生形变的方向相同。(×)例4在如图所示的各图中画出杆或球P所受弹力的示意图，已知杆和球均处于静止状态。答案见解析图解析题图甲中P受到的弹力有球面与球面之间的弹力，方向应垂直于两球接触点的切面向左；绳子对球的力方向沿绳斜向上，如图(a)所示。题图乙中杆对C、D两处有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直于其切面指向圆弧所对应的圆心，D处弹力垂直于杆斜向上，如图(b)所示。题图丙中球挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙面垂直；绳子对球的弹力沿绳子斜向上，如图(c)所示。题图丁中球受到的弹力与棱和球面接触点的切面垂直，即沿着球半径的方向指向球心，如图(d)所示．几种常见弹力的方向，具体情形如下：课时对点练考点一重力与重心1．关于重力，以下说法正确的是()A．重力的方向总是垂直于接触面向下的B．把处在空气中的物体浸入水中，物体所受重力变小C．挂在绳上静止的物体，它受到的重力就是绳对它的拉力D．同一物体在地球各处所受重力的大小不一定相等答案D解析重力的方向总是竖直向下的，但不一定是垂直于接触面向下的，比如在斜面上的物体所受的重力方向并不是垂直于斜面向下的，A错误；重力G＝mg，其大小只与物体质量、自由落体加速度g有关，与其他因素无关，B错误；绳子拉力的施力物体是绳子，重力的施力物体是地球，两者的施力物体不同，不是同一个力，C错误；由于自由落体加速度随着纬度、高度的变化而变化，所以同一物体在地球各处所受重力的大小不一定相等，D正确。2．下列关于重力和重心的说法正确的是()A．重力的方向指向地心B．“重心”的提出，体现的是等效的思想C．把同一重物从广州移到北京，重力大小不变D．形状规则的物体的重心一定与它的几何中心重合答案B解析重力的方向是竖直向下，并不等同于指向地心，故A错误；“重心”的提出，体现的是等效的思想，故B正确；把同一重物从广州移到北京，由于两地的重力加速度不一样，故重力大小不一样，故C错误；质量分布均匀、形状规则的物体的重心一定与它的几何中心重合，故D错误。3．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，某运动员主罚任意球时踢出了快速旋转的“落叶球”。关于该足球，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答案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。4．(2022·上海师大附中高一期末)某物体放在地球表面所受重力为30N，地球表面重力加速度g＝10N/kg，如果把它放在某个行星表面，该行星表面的重力加速度为地球表面的2倍，则该物体在此行星表面的()A．质量为3kg，所受重力为30NB．质量为6kg，所受重力为60NC．质量为6kg，所受重力为30ND．质量为3kg，所受重力为60N答案D解析物体的质量m＝eq\f(G,g)＝eq\f(30,10)kg＝3kg放到行星表面后物体质量不变，行星表面的重力加速度变为2g，则物体在行星表面所受重力为G′＝m·2g＝60N，故D正确，A、B、C错误。考点二弹力5.(多选)(2023·杭州市高一期中)如图所示，在一张大桌子上放两个平面镜M和N，让一束光依次被这两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点。按压两镜之间的桌面，观察墙上光点位置的变化。下列说法正确的是()A．桌面发生形变很明显，直接可以用肉眼观察B．墙上光点位置的变化说明桌面发生了微小形变C．墙上光点位置的变化说明平面镜发生了微小形变D．本实验采用了放大的方法显示微小形变答案BD解析用力按压桌面，桌面向下发生微小的凹陷，用肉眼无法直接观察，通过题述装置可以把微小形变“放大”到直接看得出来，故A错误，D正确。在两镜之间用力F向下按压桌面，M、N将向中间略微倾斜，墙上光点位置明显变化，表明桌面发生了微小形变，故B正确，C错误。6.玩具汽车停在模型桥面上，如图所示，下列说法错误的是()A．桥面受向下的弹力，是因为汽车发生了弹性形变B．汽车发生了形变，所以对桥面产生了向下的弹力作用C．汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了弹性形变D．桥面发生了弹性形变，所以对汽车产生了向上的弹力作用答案C解析桥面受向下的弹力，是因为汽车发生了弹性形变，选项A正确，不符合题意；汽车发生了弹性形变，所以对桥面产生了向下的弹力作用，选项B正确，不符合题意；汽车受向上的弹力，是因为桥面发生了弹性形变，选项C错误，符合题意；桥面发生了弹性形变，所以对汽车产生了向上的弹力作用，选项D正确，不符合题意。7.如图所示，AB为质量均匀分布的细杆，用细线OA吊在天花板上的O点，细杆的B端与水平地面相接触，杆倾斜且静止不动，以下说法正确的是()A．细线对杆的拉力方向竖直向上B．地面对杆的支持力方向由B向AC．地面对杆的支持力方向竖直向上D．地面对杆的支持力方向沿BO向上答案C解析细线对杆的拉力方向沿AO方向，由A指向O点，A错误；地面对杆的支持力方向竖直向上，B、D错误，C正确。考点三力的图示和示意图8．(多选)一个重20N的物体沿斜面下滑，关于该物体重力的图示，以下四幅图中正确的是()答案AD9．(2023·淮安市淮阴中学高一期中)如图，在某校运动会跳高项目中，一位同学展示了自己的风采。在此情境中，以下说法正确的是()A．该同学在整个过程中，重心在身体中的位置不变B．该同学在越过杆的过程中，重心一定在杆的上方C．该同学落在垫子上，对软垫有压力，是因为软垫发生了形变D．该同学落在垫子上，受到软垫的弹力作用，是因为软垫发生了形变答案D解析物体的重心与物体的形状和质量分布有关，重心可以在物体上，也可以在物体外，人的重心会随着人的姿态发生变化，该同学在越过杆的过程中，人过横杆，但重心可能在横杆下方，故A、B错误；物体发生弹性形变时，要恢复原状，就会对与它接触的物体施加力的作用，则该同学落在垫子上，对软垫有压力，是因为该同学与软垫接触的位置发生了形变，该同学落在垫子上，受到软垫的弹力作用，是因为软垫发生了形变，故C错误，D正确。10.杯子放在水平桌面上，如图所示，下列说法正确的是()A．杯子受到三个力作用，分别是重力、支持力和压力B．杯子受到的重力就是它对桌面的压力C．杯子受到的支持力是由于桌面的形变产生的D．杯子受到的支持力是由于杯子的形变产生的答案C解析杯子放在水平桌面上，受到重力和支持力两个力的作用，故A错误；杯子受到的重力的受力物体是杯子，它对桌面的压力的受力物体是桌面，这两个力不是同一个力，故B错误；杯子受到的支持力是由于桌面的形变产生的，故C正确，D错误。11.(2022·浙江1月选考)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．水流对桶冲击力的大小D．水桶与水整体的重心高低答案D解析水管口持续有水流出，而过一段时间桶会翻转一次，主要原因是流入的水导致水桶与水整体的重心往上移动，桶中的水到一定量之后水桶不能保持平衡，发生翻转，故选D。12．(2023·南通市高一阶段练习)在空易拉罐中注入适量的水后，将易拉罐倾斜放置在水平桌面上，结果易拉罐“倾而不倒”，如图所示。下列说法正确的是()A．注水后，易拉罐的重心位置升高了B．易拉罐的重心位置在过易拉罐与桌面接触点的竖直线上C．若将注水后的易拉罐水平放置，则其重心位置不变D．若将空易拉罐压瘪，则其重心位置不变答案B解析注水后，易拉罐下部的质量变大，重心下移，故A错误；