新教材2023年高中物理新人教版必修第一册：重力与弹力教师用书

1.重力与弹力

1.知道重力产生的原因、大小和方向，知道重心的概念。

2.会用力的图示和示意图表示力，知道其区别。

学习任务

3.知道弹力的定义及产生的条件，会判断弹力的有无及方向。

4.知道胡克定律的内容、表达式，会用胡克定律解决相关问题。

必备知识•自主预习储备课前自主学习•必备知识感知

知识点一重力

1.重力

(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=ms，g是自由落体加速度。

(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：a.物体的质量分布;b.物体的形状。

提醒g的单位既可以是N/kg,又可以是m/s,,且1N/kg=lm/s%

2.力的图示和示意图

(1)力的图示：用有向线段来表示力。

①有向线段的长短(严格按标度画)表示力的大小。

②箭头表示力的方向。

③箭尾或箭头表示力的作用点。

(2)力的示意图：只用带箭头的有向线段来表示力的方向和作用点，不需要准确标度力

的大小。

思考声力是物体间的相互作用，是否只有相互接触的物体，它们之间才有相互作

用？风吹草动，是谁对谁的作用？

提示：没有相互接触的物体，它们之间也能产生力的作用，如磁铁吸引铁钉；风吹草动

是气流对草的作用。

体验机：思考辨析(正确的打“，错误的打“X”)

(1)重力的方向总是竖直向下。(J)

(2)只有物体的重心才受到重力的作用。(X)

(3)重心的位置可以不在物体上。(J)

(4)力的示意图能准确表示力的大小、作用点和方向。(X)

知识点二弹力

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,对与它接触的物体产生的力。

3.弹力的方向

(1)压力和支持力的方向：都跟接触面垂直，指向被压或被支持的物体。

(2)绳的拉力沿着绳指向绳典通的方向。

提醒上如果两个物体间有弹力的作用，则它们一定直接接触了，但两个物体直接接

触，它们之间却不一定有弹力的作用。

体验仅2：思考辨析(正确的打“J”，错误的打“X”)

(1)只要两物体接触就一定产生弹力。(X)

(2)发生形变的两个物体之间一定有弹力。(X)

(3)静止在水平地面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变。

(J)

知识点三胡克定律

1.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

(1)内容：在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力尸的大小跟弹簧伸长(或缩短)的

长度x成正比。

(2)表达式：F—kx^

(3)劲度系数：其中《为弹簧的劲度系数,单位为牛顿每米，符号是N/m。a是表示弹簧

“软”“硬”程度的物理量。

体验)3：思考辨析(正确的打“J”，错误的打“义”)

(1)由尸=而可知，在弹性限度内，弹力尸的大小与弹簧的长度成正比。

(X)

(2)弹簧的形变很大，弹力一定很大。(X)

(3)弹簧的劲度系数衣与所受的外力厂无关。(J)

关犍能力•情境探究达成核心问题解惑-学科素养形成

【情境探究】

如图所示，树上的苹果会落向地面；建筑工地上工人常用重垂线来检验墙壁是否竖直。

为什么树上的苹果总要落向地面？为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直呢？落在地上的

苹果受到地面的支持力方向如何？

提示：苹果落向地面是因为受到了竖直向下的重力作用；重垂线能检验墙壁是否竖直，

也是因为重力的方向是竖直向下的，重锤静止时，悬挂重锤的细线方向一定是沿竖直方向的,

如果墙壁与细线平行，就说明墙壁是竖直的，没有倾斜；地面对苹果的支持力方向垂直接触

面向上。

□考点1重力和重心

1.对重力的理解

(1)产生：重力是由于地球的吸引而产生的，但由于地球自转的影响，重力一般不等于

地球对物体的引力。与引力相比，重力大小稍微小一些(两极除外)，方向稍微偏一些(两极

和赤道除外)。

⑵大小：G=mg,同一物体的重力随所处纬度的升高而增大，随海拔高度的增大而减小。

(3)方向：竖直向下，除了赤道和两极，竖直向下并不是指向地球的球心。

名师点睛：竖直向下也就是沿重垂线的方向，不能将竖直向下说成“垂直向下”或“指

向地心”。“竖直向下”是指垂直于当地的水平面向下，而“垂直向下”可以指垂直于任何

支持面向下。只有在地球两极或赤道处，重力的方向才“指向地心”(将在必修第二册中进

行详解)。

2.重心的性质及确定方法

(1)重心的特点：重心是重力的等效作用点，并非物体的其他部分不受重力作用。

(2)重心的位置及决定因素

①位置：重心的位置可以在物体上，也可以在物体外，如图甲、乙。

②决定因素

a.物体质量分布情况。

b.物体的形状。

(3)重心位置的确定方法

①质量分布不均匀、形状不规则的物体，重心与物体的形状、质量分布情况均有关，如

图丙。

②质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上，如图丁。

③形状不规则的薄形物体，可用悬挂法或支撑法来确定重心，如图所示。

【典例1】（2022•山西应县一中高一期中）关于重力的大小及重心的位置，以下说法

中正确的是（）

A.静止在水平面上的物体对水平面的压力就是重力

B.重力是物体本身具有的且作用在重心上的力，大小与物体的质量成正比

C.重力的方向总是垂直于接触面向下的

D.重心是物体所受重力的等效作用点，质量分布均匀、形状规则的物体其重心一定在

物体的几何中心

D［静止在水平面上的物体对水平面的压力可以等于其所受的重力大小，但压力是弹

力，重力是由地球的吸引而产生的，两者的产生原因是不同的，故A错误；重力的施力物体

是地球，不是物体本身具有的力，重力的大小由质量和重力加速度共同决定，即G=mg,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，比如在斜面上的物体受到的重力

并不垂直于斜面，故B、C错误；质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心，故

D正确。］

［跟进训练］

1.（2022•南昌市新建一中高一月考）中国结是一种中国特有的手工编织工艺品，它身

上所显示的情致与智慧正是中华古老文明中的一个侧面。如图所示，一质量为加的中国结悬

挂于。点且处于静止状态。重力加速度为g,下列说法正确的是（）

A.中国结受到的重力都集中在重心上

B.中国结的重心一定在它的几何中心

C.中国结的重心一定在通过力的直线上

D.中国结受到的重力大小为2

S

C［重心可以理解为重力的作用点，但不能认为重力都集中在重心上，所以中国结受到

的重力不是都集中在重心上，故A错误；质量分布均匀、形状规则的物体重心在几何中心上,

中国结质量分布不均匀，形状不规则，则它的重心不一定在它的几何中心，故B错误；对结

点4受力分析，其受到向下的拉力即中国结的重力和绳力的拉力，根据二力平衡可知，中

国结的重心一定在通过力的直线上，故C正确；中国结受到的重力大小为侬，故D错误。］

口考点2力的图示与力的示意图

1.两种方式的比较

项目力的图示力的示意图

为了更形象、直观地表达力，可以用

只画出力的方向和作用点，表示物体

一根带箭头的线段表示力的大小、方

定义在这个方向受到了力，这种粗略地表

向和作用点，这种表示力的方法叫作

示力的方法叫作力的示意图

力的图示

(D选定标度(用某一长度表示一定大

小的力)(1)无须选标度

(2)从作用点开始沿力的方向画一线(2)从作用点开始沿力的方向画一适

画图步骤

段，根据选定的标度及力的大小按比当长度的线段即可

例确定线段的长度(3)在线段的末端画出箭头，表示方向

(3)在线段的末端画出箭头，表示方向

FN=3N\

1

示例l_N

G=4N

2.两点说明

(1)一个物体受多个力作用，作力的图示时须选用同一标度，线段长度与力的大小成正

比，而力的示意图只是粗略地表示物体在某个方向受到力，表示力的线段长度与力的大小大

致对应即可。

(2)高中阶段分析物体受力时，如无特殊说明，作出力的示意图即可。

【典例2】在下表中，分别表示了四个力的图示，其中正确的是()

题号ABCD

田5四N

十~777~77T77T77

-5OON

力的图示T

施力物体电灯地球铁锤书本

受力物体灯绳气球道钉桌面

A.重3N的电灯受到灯绳的拉力

B.静止在空中重力是2500N的气球受到的重力

C.铁锤对道钉竖直向下的大小为2.5X10：'N的打击力

D.重5N的书对桌面的压力

B［四种情况下各力的图示中线段长度都是正确的。A项中灯绳对电灯的拉力，施力物

体是绳，受力物体是电灯，则方向应竖直向上，且力的刻度不均匀；B项中力的图示所表示

的力的方向、大小及作用点都正确；C项中的力的刻度不均匀；D项中力的图示的作用点不

应画在书上，应画于桌面上。故B项正确，A、C、D三项错误。］

［跟进训练］

2.在图甲中木箱的P点，用与水平方向成30°角斜向右上方的150N的力拉木箱；在

图乙中木块的0点，用与竖直方向成60°角斜向左上方的20N的力将木块抵在墙壁上，试

作出甲、乙两图中所给力的图示，并作出图丙中电灯所受重力和拉力的示意图。

0I

甲乙

［解析］选取标度，力的图示和示意图如图所示:

［答案］见解析

口考点3弹力的有无和方向的判断

1.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。

2.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)对于形变不明显的情况，可利用假设法进行判断。①假设无弹力：假设撤去接触面,

看物体还能否在原位置保持原来的状态，若能保持原来的状态，则说明物体间无弹力作用；

否则，有弹力作用。

②假设有弹力：假设接触物体间有弹力，画出假设状态下的受力分析图，判断受力情况

与所处状态是否矛盾，若矛盾，则不存在弹力；若不矛盾，则存在弹力。

如图，接触面光滑，若/处有弹力，则无法使球处于静止状态，故4处无弹力。

3.弹力的方向

（1）弹力方向的分析：弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力的方向相

反。

（2）判断弹力方向的步骤

找出使该物体确定该物体

明确产生弹

＞发生形变的外产生的弹力

力的物体

力方向的方向

⑶几种常见弹力的接触方式及方向

F、\

T面与面H垂直于公共接触面卜一；

师面H过点垂直于面卜一

弹

为过点垂直于切面一

的

接

方―沿绳收缩方向1

式

及

Cwg)

不带r

校链

可不沿杆（常用二_t小车匀速运动

4W-1力平希莱加断）7^777

■｛带较链H一定沿杆）—,,

-（^陵I沿弹簧形变反方向）~~►*/L

I角度1对弹力产生条件的理解

【典例3】（2022•福建宁德高一检测）如图所示，下列四个图中，所有的球都是相同

的，且形状规则质量分布均匀。甲球放在光滑斜面和光滑水平面之间，乙球与其右侧的球相

互接触并放在光滑的水平面上，丙球与其右侧的球放在另一个大的光滑球壳内部并相互接

触，丁球用两根轻质细线吊在天花板上，且右侧的细线是沿竖直方向的。关于这四个球的受

力情况，下列说法正确的是（）

A.甲球受到两个弹力的作用

B.乙球受到两个弹力的作用

C.丙球受到两个弹力的作用

D.丁球受到两个弹力的作用

C［甲球受重力和地面给它的竖直向上的弹力两个力，斜面没有给其弹力，如果有弹力，

则甲球不会静止，A错；乙球受重力和地面给它的竖直向上的弹力两个力，与乙球接触的球

不会给乙球弹力，如果有弹力，则乙球不会静止，B错；丙球受重力、大球壳内部给它的指

向球心的斜向右上的弹力和与它接触的小球给它的沿它们球心连线向左的弹力，如果它接触

的小球不给它沿它们球心连线向左的弹力，则丙球不能保持静止状态，故丙球受到两个弹力

的作用，C对；丁球受重力和绳子给它的竖直向上的拉力，倾斜的绳子不会给它弹力的作用，

如果有弹力，则右侧细线不会沿竖直方向，故丁球只受一个向上的弹力，D错。］

角度2对弹力方向的判断

【典例4】请在下图中画出物体/所受的弹力示意图。

［解析］轻绳的弹力沿绳并指向绳收缩的方向；点与面接触或面与面接触的弹力方向则

垂直于接触面；若接触面为曲面，则弹力方向与切面垂直。题图丙中，物体与曲面之间的弹

力方向垂直于过接触点的切面。题图己中，弹力的方向垂直于过接触点的切面，弹力方向必

通过球心，与重心位置无关。

［答案］如图所示

F、、FT"L4小

甲乙丙

厂.......律方法..........-->

（1）点与平面接触时的弹力方向，过接触点垂直于接触面指向受力物体。

（2）点与曲面接触时，弹力的方向垂直于过接触点的切面，指向受力物体。

（3）平面与平面接触，则弹力的方向垂直于接触面并指向受力物体。

（4）平面与曲面接触，弹力方向过接触点垂直于平面并指向受力物体。

k；

［跟进训练］

3.（角度1）下列各图中，从8两球间一定有弹力作用的是（都静止）（）

B［利用“假设法”进行判断，在A图中，若拿去力球，则6球静止不动，故4、6间

没有挤压，即从B间没有弹力；在B图中，若拿去力球，则8球将向左运动，故从8间存

在相互挤压，即从8间存在弹力；在C图中，若拿去力球，则6球静止，故4、8间没有挤

压，即/、8间没有弹力；在D图中，不能判断4、8间是否有弹力，故应选B。］

4.（角度2）下列图中各物体均处于静止状态。图中画出了小球｛所受弹力的情况，其

中正确的是（）

C［选项A中小球只受重力和杆的弹力且处于静止状态，由二力平衡可得小球受到的弹

力方向应竖直向上，故A错误；选项B中，因为右边的绳竖直向上，如果左边的绳有拉力，

则竖直向上的那根绳就会发生倾斜，所以左边的绳没有拉力，故B错误；球与球接触处的弹

力方向，垂直于过接触点的公切面（即在两球心的连线上），且指向受力物体，故C正确；球

与面接触处的弹力方向，过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上)，即选项D

中大半圆对小球的支持力反应是沿着过小球与大半圆接触点的半径，且指向大半圆圆心，

故D错误。］

门考点4弹力的大小

1.应用胡克定律的四个关键

(1)弹簧发生形变时必须在弹性限度内。

(2)x是弹簧的形变量，不是弹簧的原长，也不是弹簧形变后的长度。

(3)Ax图像为一条经过原点的倾斜直线，图像斜率表示弹簧的劲度系数。同一根弹簧,

劲度系数不变。

(4)一个有用的推论：XF=k△X。

推导：R=kx\,Fz-kx-i,故AF=FLF、=kxz—kx尸kkx。因此，弹簧弹力的变化量△F

与形变量的变化量△了也成正比关系。

2.计算弹力大小的两种方法

(1)公式法：利用公式尸=取计算，适用于弹簧、橡皮筋等物体的弹力的计算。

(2)二力平衡法：若物体处于静止状态，物体所受弹力与物体所受的其他力应为平衡力，

可根据其他力的大小确定弹力的大小。

【典例5］一根轻质弹簧一端固定，用大小为50N的力压弹簧的另一端，平衡时长

度为乙=20cm；改用大小为25N的力拉弹簧，平衡时长度为乙=35cm；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。

思路点拨：①弹簧压缩量为%—20cm时弹力为50N。②弹簧伸长量为35cm-4时弹

力为25No

［解析］设弹簧原长为〃，劲度系数为上由胡克定律得：

F\=k(Lo—Zi)①

-ZLZO)②

代入数据并联立①②两式得Zo=O.3m=30cm,

4=500N/mo

［答案］30cm500N/m

厂.........易错警示)........A.

关于胡克定律的两点提醒

(1)表达式中的X是弹簧的形变量，是弹簧伸长(或缩短)的长度，而不是弹簧形变后的

实际长度，弹簧伸长或压缩相同长度，弹力大小相等，但方向不同。

（2）由于弹簧的形变量x通常以“cm”为单位，而劲度系数"又往往以“N/m”为单位，

因而在应用上式时要特别注意各物理量的单位。

k）

［跟进训练］

5.（多选）一轻质弹簧的长度/和弹力£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20cm

B.弹簧的劲度系数为2N/m

C.弹簧的劲度系数为200N/m

D.弹簧伸长0.05m时，弹力的大小为10N

CD［由题图知，当夕=0时，弹簧原长Zo=10cm,A错误；弹簧长度/=15cm时，F

F10

=10N,由胡克定律得，劲度系数7~=T-z_7N/m=200N/m,B错误，C正确；

L—LoU.lb—U.1

弹簧伸长0.05m时，即弹簧长度为15cm时，弹力的大小为10N,D正确。］

学习效果・随堂评估自测课堂知识夯实•耒养落实评价

1.（2022•山东济南高一阶段检测）关于重力及重心，下列说法中正确的是（）

A.一个物体放在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.据餐侬可知，两个物体相比较，质量较大的物体的重力一定较大

C.物体放在水平面上时，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，其重心位置往往改变

D［由于物体放在水中时，受到向上的浮力，从而减小了弹簧的拉伸形变，弹簧测力计

的示数减小了，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，导致质量大的物体的重

力不一定大，选项B错误；重力的方向是竖直向下的，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，物体的形状改变后，其重心位置往往发生改变，选项D

正确。］

2.如图所示，弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计，重物的重力G=5N,则弹簧

测力计4和6的示数分别为（）

A.5N,10N

C.10N,5ND.5N,5N

1）［弹簧测力计的示数等于挂钩上的拉力，与弹簧测力计外壳受力无关，物体平衡时细

线对物体的拉力厂与重力G是一对平衡力，所以F=G=5N,两图中挂钩上的拉力均为F=5

N,所以I）项正确。］

3.画出下列各图中/物体所受弹力的示意图。（各图中的物体均处于静止状态）

［解析］图甲中4物体一端与水平地面接触，支持力方向为垂