人教版高中物理必修一3.1 重力与弹力（原卷版） 讲义

2020-2021学年高一物理卓越同步讲义（新教材人教A版必修第一册）第三章相互作用--力第1节重力与弹力一、知识点归纳知识点一重力的性质和重心的位置1．重力的产生、方向、大小和重心产生由于地球的吸引而使物体受到的力，一般不等于地球吸引力方向竖直向下或垂直于水平面向下大小G＝mg(1)在同一地点，重力的大小与质量成正比(2)在不同地点，同一物体的重力随纬度的增加而增大，随海拔高度的增加而减小(3)重力的大小与物体的运动状态无关，与物体是否受其他的力无关作用点(重心)定义等效作用点决定因素物体的形状、质量分布情况位置质量分布均匀、形状规则的物体的重心为其几何中心质量分布均匀、形状不规则的薄物体，采用悬挂法确定重心2.重心与物体形状、质量分布情况的关系知识点二弹力的有无和方向的判断1．弹力产生的条件(1)接触且发生相互作用；(2)有弹性形变．2．判断弹力有无的常见方法方法思路例证假设法假设将与研究对象接触的物体解除接触，若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力图中细线竖直、斜面光滑，因去掉斜面体，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力替换法用细绳替换装置中的杆，看能不能维持原来的力学状态，如果能维持，则说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是支持力图中轻杆AB、AC.用绳替换AB，原装置状态不变，说明AB对A施加的是拉力；用绳替换AC，原状态不能维持，说明AC对A施加的是支持力状态法物体的受力必须与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由力的平衡条件(或牛顿第二定律，第四章学到)列方程，求解物体间的弹力图中各接触面均光滑，小球处于静止，由二力平衡可知，地面对小球的支持力和重力就可使小球处于平衡，因此竖直墙面对小球不产生弹力作用3.几种常见弹力的方向知识点三弹力大小的计算1．对胡克定律的理解内容在弹性限度内，弹力的大小弹簧伸长(或缩短)的长度成正比公式F＝kx，劲度系数k是由弹簧本身的性质(材料、长度、粗细等)决定，反映弹簧的“软”“硬”程度F－x图象形状：过原点的直线斜率：劲度系数k＝eq\f(ΔF,Δx)适用条件弹簧发生弹性形变且在弹性限度内2.弹力大小的计算方法公式法利用公式F＝kx计算，适用于弹性体弹力的计算平衡法如果悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态，求解细绳的拉力时，可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小知识点四实验：探究弹簧弹力与形变量的关系一、实验目的1．探究弹簧弹力与形变量的关系．2．学会利用图象研究两个物理量之间关系的方法．二、实验原理1．弹簧的弹力F的测量：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂钩码的重力大小相等，即F＝mg.2．弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长量x＝l－l0.3．作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图象，根据图象可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系．三、实验器材轻质弹簧(一根)，钩码(一盒)，刻度尺，铁架台，坐标纸．四、实验步骤1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长．2．在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1.3．改变所挂钩码的质量，重复步骤2，记录m2、m3、m4、m5、…和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、….4．计算出每次弹簧的伸长量x(x＝l－l0)和弹簧受到的拉力F(F＝mg)，并将数据填入表格．1234567F/N0l/cmx/cm0五、数据处理1．以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，用描点法作图．连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，如图所示．2．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，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F－x图线的斜率求解，k＝eq\f(ΔF,Δx).3．得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．六、误差分析1．偶然误差：由于读数和作图不准产生的误差，为了减小偶然误差，要尽量多测几组数据．2．系统误差：弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差，为减小系统误差，应使用较轻的弹簧．七、注意事项1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度．2．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差．3．描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧．4．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．二、题型分析题型一关于重力与重心的理解【例1】(2019-2020学年·兴庆校级期末)下列关于重力、重心的说法，正确的是()A．任何有规则形状的物体，它的重心一定与它的几何中心重合B．任何物体的重心都在物体内，不可能在物体外C．用一绳子将物体悬挂起来，物体静止时，该物体的重心不一定在绳子的延长线上D．重力是由于地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的【方法总结】____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________【变式1】(2019-2020学年·桐庐校级月考)从科学方法角度来说，物理学中引入“重心”概念主要运用了()A．控制变量方法 B．等效替代方法C．理想实验方法 D．建立模型方法【变式2】(2019-2020学年·广西玉林高一期中)关于重力的说法，正确的是()A．重力就是地球对物体的吸引力B．只有静止的物体才受到重力作用C．同一物体在地球上无论向上或向下运动，都受到重力D．物体只有在向下运动时才受到重力作用题型二弹力的有无及方向的判断【例2】(2019-2020学年·如皋月考)下列各图中所有接触面都是光滑的，P、Q两球之间不存在弹力的是()【例2】按下列要求在图中画出物体所受的弹力的示意图．(1)图甲中斜面对物块的支持力；(2)图乙中大半球面对小球的支持力；(3)图丙中光滑但质量分布不均的小球的球心在O处，重心在P处，静止在竖直墙和桌边之间，试画出小球所受的弹力；(4)图丁中均匀杆被细绳拉住而静止，画出杆所受的弹力．【变式1】．(2019-2020学年·封丘校级月考)下列关于弹力的说法中，正确的是()A．物体互相接触，就有弹力的相互作用B．物体发生弹性形变，不一定对跟它接触的物体产生力作用C．A物体对B物体有弹力，是因为B物体发生了弹性形变D．压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面，绳的拉力沿绳而指向绳收缩的方向【变式2】．(2019-2020学年·平罗校级期中)在半球形光滑碗内斜放一根筷子，如图所示，筷子与碗的接触点分别为A、B，则碗对筷子A、B两点处的作用力方向分别为()A．均指向球心OB．A点处指向球心O，B点处竖直向上C．A点处平行于筷子向上，B点处垂直于筷子斜向上D．A点处指向球心O，B点处垂直于筷子斜向上题型三弹力大小的计算【例3】如图所示，一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上，杆的另一端固定一个重力为2N的小球，小球处于静止状态，则弹性杆对小球的弹力()A．大小为2N，方向平行于斜面向上B．大小为1N，方向平行于斜面向上C．大小为2N，方向垂直于斜面向上D．大小为2N，方向竖直向上【方法总结】________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________【例2】．如图所示为一轻质弹簧的长度L和弹力F的关系图线，试由图线确定：(1)弹簧的原长；(2)弹簧的劲度系数；(3)弹簧伸长15cm(在弹性限度内)时，弹力的大小．【方法总结】___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________题型四实验：探究弹簧弹力与形变量的关系【例4】(2019-2020学年·衡水高一检测)某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系．(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧．弹簧轴线和刻度尺都应在____________方向(选填“水平”或“竖直”)．(2)弹簧自然悬挂，待弹簧______时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如表所示：代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范，代表符号为________．由表可知所用刻度尺的最小分度为________．(3)如图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________的差值(选填“L0”或“Lx”)．(4)由图可知弹簧的劲度系数为________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为________g(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8N/kg)．【变式】(2019-2020学年·平谷期末)某同学利用如图甲所示的装置探究弹簧的弹力F与弹簧伸长量x的关系．在实验过程中，弹簧的形变始终在弹性限度内，弹簧自身质量可忽略不计．根据实验数据，他作出了F－x图象，如图乙所示，据此可知()A．弹簧的劲度系数k＝100N/mB．弹簧的弹力F跟弹簧的长度成正比C．弹簧的弹力F跟弹簧伸长量x成正比D．弹簧的弹力F跟弹簧伸长量x成反比三、课堂检测1.（2019-2020学年·信阳高一检测）关于物体的重心，下列说法不正确的是()A．物体的重心有可能不在物体上B．用线竖直悬挂的物体静止时，线的方向一定通过重心C．一砖块平放、侧放或立放时，其重心在砖内的位置不变D．舞蹈演员在做各种优美的动作时，其重心在体内的位置不变2.如图所示，一个空心均匀球壳里面注满水，球的正下方有一个小孔，在水由小孔慢慢流出的过程中，空心球壳和水的共同重心将会()A．一直下降B．一直上升C．先升高后降低D．先降低后升高3.（2019-2020学年·唐山高一检测）下列关于弹力的说法中正确的是()A．相互接触的两个物体间必然有弹力存在B．不接触的物体间也可能存在弹力C．只要物体发生形变就一定有弹力D．在相互接触且发生弹性形变的物体间才产生弹力4.(2019-2020学年·惠州期末)如图所示，四个完全相同的弹簧都处于水平位置，它们的右端受到大小皆为F的拉力作用，而左端的情况各不相同：①中弹簧的左端固定在墙上，②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用，③中弹簧的左端拴一小物块，物块在光滑的桌面上滑动，④中弹簧的左端拴一小物块，物块在有摩擦的桌面上滑动．若认为弹簧的质量都为零，以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量，则有()A．l4＝l3＝l2＝l1 B．l4＞l3＞l2＞l1C．l1＞l3＞l4＞l2 D．l1＞l3＝l4＞l2四、课后提升作业一、选择题1．(2019-2020学年·慈溪期末)嫦娥四号探月过程时，把一块矿石从月球运到地球，则矿石所受重力与质量的变化是()A．重力变小，质量变大 B．重力变大，质量变大C．重力不变，质量不变 D．重力变大，质量不变2．(2019-2020学年·清流校级期中)如图甲是演示桌面在压力作用下发生形变的装置；图乙是演示玻璃瓶在压力作用下发生形变的装置．这两个实验都用到了()A．控制变量法 B．微小放大法C．比较法 D．等效法2.如图所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家高度智慧、丰富想象、浪漫主义精神和高超的艺术技巧的结晶，是我国古代雕塑艺术的稀世之宝，飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为()A．马跑得快B．马蹄大C．马的重心在飞燕上D．马的重心位置和飞燕在一条竖直线上3．(2019-2020学年·封丘校级月考)下列关于弹力的说法中，正确的是()A．物体互相接触，就有弹力的相互作用B．物体发生弹性形变，不一定对跟它接触的物体产生力作用C．A物体对B物体有弹力，是因为B物体发生了弹性形变D．压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面，绳的拉力沿绳而指向绳收缩的方向4．(2019-2020学年·安吉校级期末)杂技演员有高超的技术，能轻松地顶接从高处落下的坛子．关于他顶坛时头顶受到的压力产生的直接原因是()A．物体受到的重力B．头的形变C．坛子的形变D．人受到的重力5．(2019-2020学年·平罗校级期中)在半球形光滑碗内斜放一根筷子，如图所示，筷子与碗的接触点分别为A、B，则碗对筷子A、B两点处的作用力方向分别为()A．均指向球心OB．A点处指向球心O，B点处竖直向上C．A点处平行于筷子向上，B点处垂直于筷子斜向上D．A点处指向球心O，B点处垂直于筷子斜向上6.(多选)如图所示，A、B两物体的重力分别是GA＝3N，GB＝4N．A用细线悬挂在顶板上，B放在水平面上，A、B间轻弹簧的弹力F＝2N，则细线中的张力FT及B对地面的压力FN的可能值分别是()A．5N和6N B．5N和2NC．1N和6N D．1N和2N7．(2019-2020学年·湖南学业考试)一轻弹簧原长为10cm，在它的下端挂一个重为4N的物体时，弹簧的长度为12cm，若在它的下端挂一个重为8N的物体时，弹簧的长度应为()A．24cm B．20cmC．15cm D．14cm8．（多选）(2019-2020学年·天津南开中学高一期中)有关弹力，下列说法正确的是()A．木块放在桌面上要受到一个向上的弹力，是由于木块发生微小形变而产生的B．拿一根细竹杆拨动水中木头，木头受到竹杆的弹力，是由于木头发生形变而产生的C．绳对物体的拉力的方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向D．挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小形变而产生的9.如图所示，为一轻质弹簧的长度和弹力大小的关系，根据图象判断，正确的结论有()A．弹簧的劲度系数为1N/mB．弹簧的原长为6cmC．弹簧伸长8cm时，弹力为2ND．当弹力为4N时，弹簧长度为10cm或2cm10.(2019-2020学年·腾冲校级月考)如图所示，一劲度系数为k，原长为L0的轻弹簧，下端固定在水平面上，先用向下的力F压缩弹簧至稳定，然后改用向上的力F拉弹簧，再次至稳定，则弹簧上端上升的高度()A.eq\f(F,k) B.eq\f(2F,k)C．L0＋eq\f(F,k) D．L0－eq\f(F,k)二、非选择题11．在“探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图甲所示．所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．甲(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系图乙中，请作出F－L图线．乙(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.(3)试根据该同学以上的实验情况，帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)．(4)该同学实验时把弹簧水平放置，与弹簧悬挂放置相比较，优点在于：_______________________________________________________________________