重力与弹力（导学案）高一物理

第1节重力与弹力导学案【学习目标】1.理解重力及重心概念，会用二力平衡知识确定重心。2.知道形变的概念及产生弹力的条件。3.知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向。4.理解胡克定律，并能解决有关问题。【学习重难点】 1．重心的概念以及质量分布均匀的物体重心的位置。（重点）2．弹力的产生条件和方向。（重点难点）3．胡克定律的应用。（重点难点）【知识回顾】(1)产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。(2)大小：G＝mg(3)方向：竖直向下(1)力的三要素：力的大小、方向、作用点。(2)力的示意图：画力的示意图方法：①确定受力物体；②在受力物体上找好作用点；（线段的起点或终点：表示力的作用点。）③沿力的方向画一条带箭头的线段；（线段的长短：表示力的大小；箭头：表示力的方向。）④标出力的大小和单位。3.弹力(1)形变：物体在力的作用下形状或体积发生的变化。(2)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。(3)产生弹力必备的两个条件：(1)两物体间相互接触。(2)发生弹性形变。【自主预习】(1)产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。(2)大小：G＝mg(3)方向：竖直向下(4)重心：①定义：一个物体的各部分都受到重力作用，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。因此，重心可以看作是物体所受重力的作用点。②决定重心位置的因素：a.物体的形状；b.物体质量的分布。2.弹力(1)形变：物体在力的作用下形状或体积发生的变化。(2)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。(3)三种常见弹力的方向常见弹力弹力方向压力垂直于物体的接触面，指向被压缩或被支持的物体支持力绳的拉力沿着绳子指向绳子收缩的方向(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。(2)弹性限度：如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。(3)胡克定律：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。(4)劲度系数：其中k为弹簧的劲度系数，单位为牛顿每米，符号是N/m，劲度系数是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量。【课堂探究】思考与讨论：(1)跳水运动员和蹦极运动员为什么总是向地面方向下落，而没有向上飞到空中？(2)力是一个物体对另一个物体的作用。结合你初中所学，你认为应从哪几个方面来认识重力呢？①谁受到的力，谁施加的力？②怎样量度它的大小？③它的方向如何？作用点在哪里？重力（一）重力的产生1.重力：由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。2.产生原因：由于地球的吸引。3.注意：(1)重力的施力物体是地球。(2)物体所受的重力与它所处的运动状态无关。(3)不能说重力就是地球对物体的吸引力（必修二解释）。（二）重力大小1.物体所受重力G与物体的质量m的关系式：G=mg2.单位：牛顿，简称牛，符号用N表示。3.g值：自由落体加速度。g=9.8N/kg，粗略计算取10N/Kg。g的单位可以是N/Kg，也可以是m/s2，而且1N/Kg=1m/s2【思考与讨论】(1)用何种仪器测量物体的重力呢？是用天平还是测力计？(2)如何用测力计测量物体的重力？(3)我们可以说测力计对物体的拉力大小等于物体的重力，能说成测力计对物体的拉力就是物体的重力吗？为什么？【观察与思考】自由下落的物体下落的方向和静止悬挂物体绳子的方向有什么共同特点？（三）重力的方向1.方向：竖直向下2.注意：(1)竖直向下不能说垂直向下；(2)竖直向下不能说指向地心，只有两极和赤道处指向地心。(必修二解释)【观察与思考】你认为用什么物理知识可以解释这一现象呢？（四）重心1.定义:一个物体的各部分都要受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力集中作用于一点，这一点叫做物体的重心。2.重心的位置：(1)形状规则、质量分布的物体的重心的位置在其几何中心；(2)质量分布不均匀的物体，重心的位置除了跟物体的形状有关外，还跟物体内质量分布有关；(3)重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。3.悬挂法确定重心【思考与讨论】你是否可以用刚才所学到的知识解释“锥体上滚”这一现象？【总结与思考】(1)通过以上学习，你认为要描述物体所受的重力需要那几个重要要素？(2)根据初中所学知识，在物理的学习中我们通过什么方式体现出这三个要素呢？（五）力的图示1.用一条有向线段来表示力的三要素：(1)线段的长度—大小；(2)箭头的方向—方向；(3)起点(终点)—作用点2.作图步骤：(1)选定合适的标度；(2)从作用点开始沿力的方向画一线段，线段的长度由力的大小和所选标度确定；(3)画上箭头（表示力的方向）二、弹力（一）形变物体在力的作用下的形状或体积会发生改变，这种变化叫做形变。思考：是否任何物体受到力，都会发生形变呢？【思路与讨论】(1)发生形变的物体，会对使它发生形变的物体产生什么作用效果呢？(2)它产生这样效果的原因是什么？（二）弹力1.弹力：发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。2.弹力的产生条件：(1)相互接触（互相挤压拉伸或扭曲）；(2)发生弹性形变3.弹力的施力物体：思考：手受到弹簧的作用力中，谁是施力物体？(1)左图小车受到的弹力，谁是施力物体，谁发生了形变？(2)右图桌子受到的力F1受到的弹力，谁是施力物体，谁发生了形变？(3)右图书受到的力F2受到的弹力，谁是施力物体，谁发生了形变？思考：手受到弹簧的弹力作用，弹力的方向与施力物体弹簧恢复形变的方向和形变的方向有什么关系？（1）绳的拉力方向：请画出绳提供弹力的方向（2）杆的弹力方向：请画出杆提供弹力的方向思考：杆给物体的弹力方向一定沿着杆的方向吗？（3）各类接触面的方向：请画出各个面提供弹力的方向（1）根据弹力的产生条件直接判断法（2）假设法（常用于微小形变）例如：斜面光滑，使分析左右两图中的小球与斜面之间是否存在弹力？三、胡克定律【思考与讨论】弹簧在形变时产生的弹力与弹簧的伸长量是有关系的。那么，弹簧在弹性限度内，弹力大小与其伸长量有什么关系呢？（一）探究弹簧弹力与形变量的关系1.实验思路：(1)弹簧弹力F如何测量？(2)弹簧的伸长量x如何测量？(3)如何能直观找出弹簧弹力与形变量的关系？2.进行实验：(1)按如图所示安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0。(2)在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度和钩码所受的重力。(3)增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，x＝l－l0表示弹簧的形变量。(4)记录收集数据1234567F/Nl/cmx/cm3.数据处理：(1)以弹力F(大小等于所挂钩码受到的重力)为纵坐标，以弹簧的形变量x为横坐标，用描点法作图。连接各点，得出弹力F随弹簧形变量x变化的图像。由实际作出的F­x图像可知，图像为过原点的直线。(2)以弹簧形变量为自变量，写出弹力和弹簧形变量之间的函数关系，函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可根据F­x图像的斜率求解，k＝ΔF/Δx。(3)实验结论：实验结果表明，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。4.注意事项：(1)所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出其弹性限度。(2)每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图像更精确。(3)测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大读数误差。(4)描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。(5)记录数据时要注意弹力及弹簧形变量的对应关系及单位。（二）胡克定律1.内容：在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比。2.公式：F＝kx3.k为弹簧的劲度系数，单位是N/m，只与弹簧本身有关，由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定，它反映了弹簧的软硬程度，k越大，弹簧越硬，其长度越难改变．课堂小结：【自我测评】1．关于重力和弹力，下列说法正确的是（）A．据可知，质量较大的物体受到的重力一定较大B．几何形状规则的物体重心一定在其几何中心C．两物体间有弹力时，两物体必接触D．放在水平桌面上的木块，由于木块发生微小形变而产生对木块的支持力【答案】C【详解】A．当两物体所处的地理位置相同时，g值相同，质量大的物体受到的重力必定大，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北极，质量较大的物体放在赤道上，赤道上g值较小，导致质量大的物体受到的重力不一定大，A错误；B．几何形状规则且质量分布均匀的物体重心一定在其几何中心，B错误；C．产生弹力的条件之一是物体必须相互接触，不相互接触，无法产生弹力的作用，C正确；D．放在水平桌面上的木块，由于桌面发生微小形变要恢复原状而对木块产生力的作用，D错误。故选C。2．如图所示，在水杯中将一颗实心铁球从图中位置释放直到触碰杯底，则杯中水的重心位置（

）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【详解】在实心铁球下降过程中，可以认为有一个等大的水球在上升，所以杯中水的重心位置在一直升高，故选B。3．体育课上一学生在水平篮球场上拍篮球，如图所示，试分析篮球与地面作用时，地面给篮球的弹力的方向为（）A．斜左上 B．斜右上 C．竖直向上 D．竖直向下【答案】C【详解】弹力方向总垂直于接触面指向受力物体。故选C。4．关于书和桌面所受弹力，下列说法正确的是（）A．桌面发生了形变，为了恢复原状，给书向下的支持力B．桌面发生了形变，为了恢复原状，给桌面向下的压力C．书发生了形变，为了恢复原状，给书向上的支持力D．书发生了形变，为了恢复原状，给桌面向下的压力【答案】D【详解】AB．桌面发生了形变，为了恢复原状，给书向上的支持力，故AB错误；CD．书发生了形变，为了恢复原状，给桌面向下的压力，故C错误，D正确。故选D。5．下列各图中，a、b表面均光滑，天花板和地面均为水平，a、b间没有弹力的是（）A．

B．

C．

D．

【答案】ACD【详解】A．两小球均受到竖直向上绳子的拉力以及竖直向下的重力，若a、b间有弹力，则a、b两球在水平方向受力均不平衡，不能处于静止状态，因此可知a、b间没有弹力，故A正确；B．球a受竖直向下的重力和沿着绳子斜向右上方的拉力，根据平行四边形定则可知，这两个力不能使球a平衡，因此可知a、b间有弹力，且b给a的弹力水平向左，同理可知a给b的弹力水平向右，即a、b间有弹力，故B错误；C．分析b球，其受到竖直向下的重力和地面给它竖直向上的弹力，在竖直方向上这两个力平衡，若a、b间有弹力，则b球在水平方向合力不为零，受力不平衡，将发生运动，而实际上b球静止，因此可知a、b间没有弹力，故C正确；D．根据图示，b球受竖直向上绳子的拉力和竖直向下的重力，若斜面a对b球有弹力，则该弹力垂直于斜面斜向左上方，显然b球在垂直斜面的方向上合力不为零将发生运动，而实际上b球静止，因此可知a、b间没有弹力，故D正确。故选ACD。6．弹簧拉力器是一种适合大众的健身器材。如图所示的拉力器由四根完全相同的弹簧组成。某人用400N的水平拉力将拉力器从50cm拉伸至150cm(未超出弹性限度、且未与身体其他部位接触)，下列说法正确的是（）A．每根弹簧的劲度系数为400N/mB．若将弹簧换为硬弹簧，则拉伸至同样长度需要更大的力C．拉伸过程中弹簧的劲度系数随弹簧长度的增加而增大D．若将拉力器的一端固定后再水平拉伸至同样长度，另一端仍需施加400N的水平拉力【答案】BD【详解】A．某人用400N的水平拉力将拉力器从50cm拉伸至150cm，每根弹簧的拉力解得故A错误；B．若将弹簧换为硬弹簧，劲度系数变大，根据可知，则拉伸至同样长度需要更大的力，故B正确；C．弹簧的劲度系数由弹簧自身决定，与弹簧所受拉力无关，故C错误；D．若将拉力器的一端固定后再水平拉伸至同样长度，每根弹簧弹力仍是100N，根据平衡可知，另一端仍需施加400N的水平拉力，故D正确。故选BD。7．某同学利用如图甲所示的装置做实验，探究弹簧弹力与形变量的关系。（1）实验得到如图乙所示弹力F与弹簧长度l关系图线（不计弹簧重力），该弹簧原长cm。实验得出弹簧弹力与形变量成正比，该弹簧的劲度系数N/m。（2）选取了1、2两根不同的弹簧，在实验过程中，弹簧始终在弹性限度内，弹簧质量可忽略不计，他在同一个坐标系内作出了弹力与弹簧形变量的Fx图像，如图丙所示。据此可知，弹簧1、2的劲度系数k1和k2的关系为()A．k1>k2B．k1<k2C．k1=k2D．不能确定【答案】450A【详解】（1）[1]根据图乙所示弹力F与弹簧长度l关系图线可知，当弹力为零时弹簧的长度即为弹簧原长，即l0=4cm[2]由图可知，当弹力为2.0N时，弹簧的长度l=8cm根据胡克定律F=k（ll0）代入数据解得（2）[3]根据胡克定律F=kx可知，图象的斜率表示劲度系数的大小，由此可得可知弹簧1、2的劲度系数k1和k2的关系为k1＞k2故选A。8．小明同学做“探究弹簧弹力和弹簧形变量的关系”的实验。（1）实验装置如图甲，下列操作规范的有。A．实验前，必须先把弹簧水平放置测量其原长B．逐一增挂钩码，记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重C．随意增减钩码，记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重D．实验结束后，应拆除实