重力、弹力、摩擦力教案

第七讲 重力 弹力 摩擦力 适用学科 高中物理适用年级高中一年级 适用区域 新课标人教版课时时长 分钟 120 分钟 知识点 1 力的定义 力的三要素 力的图示 种基本相互作用 2 重力的定义 重力的大小 方向 重心 3 弹力的定义 缠上弹力的条件 弹力的大小 方向 4 静摩擦力的定义 静摩擦力的大小 方向及最大静摩擦力概念 5 滑动摩擦力的定义 摩擦因数 滑动摩擦力产生的条件 6 滑动摩擦力的大小 方向 教学目标 1 知识与技能 1 了解力是物体对物体的相互作用 知道力能使物体发生形变或使物 体的运动状态发生改变 2 知道力的三要素 会用力的图示法来表示一个力 会画力的示意图 3 知道重力产生的原因及其定义 会求重力的大小并能确定重力的方 向 知道物体重心的含义 4 知道形变 弹性形变的概念 理解弹性限度 知道什么是弹力 掌 握弹力产生的条件 5 知道压力 支持力 绳子的拉力都是弹力 会确定它们的方向 6 知道形变与弹力的关系 了解胡克定律 7 知道摩擦力的分类和产生的条件 能够联系分析日常生活中摩擦现 象 8 知道滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关 能够对问题提出有根据的 猜想 能设计研究摩擦力大小与哪些因素有关的实验 对自己设计的实验 能搜集数据和证据 并验证自己的猜想 9 能够用动摩擦因数计算摩擦力的大小 并能判断其方向能判断不同 的运动状态下 静摩擦力的有无 大小和方向 知道存在着最大静摩擦力 2 过程与方法 1 通过实例等探究活动让学生来体验力的产生原因 力的作用效果以 及力作用的相互性 2 通过 重心 概念的引入 渗透 等效代换 的物理学方法 观察演示实验 把看到的现象与已有的经验结合起来 经历探究弹簧形变 与弹力的关系 了解科学探究的方法 2 3 通过观察物理现象中发现问题 提出问题 4 学会从物理现象和实验中归纳摩擦力产生的条件及摩擦力的特点 并能运用所学知识去解释某些具体问题 培养学生的分析概括能力 5 通过讨论 回顾等教学活动 培养学生进行交流与反思的习惯 6 体会控制变量法研究问题的方法 3 情感态度与价值观 1 通过实例对知识的探究活动 激发学生对科学的求知欲 培养学生 探索与创新意识 培养学生对生活中的现象进行分析 归纳 总结的能力 和科学猜想的能力 2 培养学生实事求是的科学态度 渗透辩证唯物主义关于 物质世界 是有规律的 规律是可以认识的 这一观点 3 在探究物理规律的过程中 学生感受学习物理的乐趣 把亲自探究 出的规律与平时对弹力的认识相结合 体会物理规律的价值 4 在理解摩擦力的利与弊的过程中 领略自然界的和谐与奇妙 使学 生的价值观得到提升 向学生渗透抓住主要矛盾和主要因素 忽略次要因 素的辨证思想 教学重点 1 力的概念既是本节的重点 2 力产生的条件及其方向的判断 3 在教师的指导下进行探究滑动摩擦力和静摩擦力的大小的探索过程 教学难点 1 力的概念既 2 对重心的理解 3 弹力的有无辨析 4 微小形变的理解 教学过程 一 复习预习 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动 叫做自由落体运动 自由落体运动是初 速度为零的匀加速直线运动 大小 g 9 8m s2 方向 竖直向下 速度公式 v g t 位移公式 速度位移关系 v 2gh 物体上升到最高点所用时间与物体从最高点落回到原跑出点所用的时间相等 物体从 跑出点开始到再次罗辉跑出点所用的时间为上升时间或下降时间的 2 倍 2 1 2 hgt 3 物体在上升过程和下降过程经过同一位置的速度大小相同方向相反 伽利略对落体运动的研究思路 提出问题 合理猜想 数学推理 实验验证 合理外推 得出结论 二 知识讲解 考点 易错点 1 重力 基本相互作用 引入 运动员踢球 球由静止变为运动 守门员接住球 球由 运动变为静止 运动员用头顶球 球的方向改变了 这几种情 况下 我们都说 球的运动状态改变了 火箭点火发射 火箭由静止开始运动 火箭的速度大小变 化了随着火箭上升 方向逐渐倾斜 直至将卫星载入预定轨道 火箭的速度方向发生变化 归纳 只要一个物体速度变化了 不管是速度的大小还是方向 改变了 都说这个物体的运动状态发生了改变 物体之间的相互作用 称为力 力的大小可以用测力计测量 在国际单位制中 力的单位是牛顿简称牛 符号 N 力是矢量 他不但有大小 而且有方向 力的方向不同 他的 作用效果也不同 可以用一条有向线段表示力 线的长短代表力的大小 它的方向代表力 方向 箭尾 或箭头 代表力的作用点 自然界的各种体之间存在着多种相互作用 地面附近的物体都受到地球的吸引作用 由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力 初中学过过 物体受到的重力 G 与物体质量 m 的关系是 G mg 其中 g 就是自由落体加速度 g 的大小会受到高度和纬度的影响 重力的方向竖直向下 从效果上看 我们可以认为各部分受到的重力作用集中于以 4 点 这一点叫做物体的重心 重心的位置跟物体的形状和质量分布有关 形状规则质量分 布均匀的物体 重心在物体的几何中心 重心的位置除了跟物体的形状有关外 还跟物体内质量的分布有关 四种基本相互作用 宇宙万物之间存在着一种随距离增大而减弱的相互作用 称它为 万有引力 电荷之间 同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引 类似地两个此题之间的的相互作用 本质上是同一种相互作用的不同表现 被称为电磁相互作用 使原子核内的质子和中子紧密地保持在一起的力 被称为强相互作用 它的作用范围只有 仅限于原子大小范围 与放射性有关的的另一中基本相互作用 称为弱相互作用 考点 易错点 2 弹力 图片展示 1 弹簧受到手的挤压作用发生形变 放开后弹簧恢复原来形状 2 网球集中球拍 网球拍的球网发生形变 把发生弹性形变的物体由于要恢复原来的形状 对与它接触的物体会发生力的作用 叫做弹力 物体在力的作用下发生的形状或体积改变 称为形变 形变有弹性形变和塑性形变之 分 弹性形变 能恢复原来形状的形变 塑性形变 不能恢复原来形状的形变 形变超过 一定限度 物体形状将不能完全恢复 这个限度叫做弹性限度 学生举例生活中的弹力 老师引导总结弹力产生的条件 1 两物体相互接触 2 接触处产生弹性形变 把书本放在桌面上 没看见桌面发生形变 问题 桌面有没有发生形变 桌面发生了微小形变 可以用如图所示方法测量 5 课后小实验 观察玻璃瓶的微小形变 弹力的方向 1 支持力和压力的方向 垂直于接触面 2 绳的拉力方向 沿着绳而指向绳收缩的方向 弹力的大小 弹力的大小跟形变的大小有关 形变越大 弹力越大 形变消失 弹力随着消失 弹簧的弹力 学生自己设计实验探究弹簧的弹力和形变量之间的关系 1 结论 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 胡克定律 F kx 3 k 劲度系数 描述弹簧的软硬程度 单位是牛顿每米 符号是 N m 考点 易错点 3 静摩擦力 举例 手拿住东西 写粉笔字 擦黑板 写字 拖地 在一堆书中抽出某一本书 换 座位时推桌子 汽车急刹车时 车在路面上行驶 足球在地上滚动 等等 我们的生活中有很多与摩擦力有关的例子 这些例子中的摩擦力都一样吗 6 分如果是一个物体和另外一个物体相对静止时产生的摩擦 这种摩擦我们成为是静摩 擦力 比如 手拿住东西 如上图 小孩轻推箱子 箱子有相对地面运动的趋势 但他没有推动 箱子与地面保 持相对静止 小孩再用较大力推 箱子依然不动 给据初中所学的二力平衡的知识 可以 知道有一个跟推力平衡的力 箱子被推动之前 这个力随推力增大而增大 这个阻碍物体 相对运动的力就是静摩擦力 静摩擦力 的方向 沿着接触面 与和它接触的物体的相对运动方向相反 大小与其 他外力有关 静摩擦力有最大值 称为最大静摩擦力 考点 易错点 4 滑动摩擦力 如果是一个物体在另一物体表面发生相对滑动时受到摩擦力的作用 这种摩擦力我们 称为 滑动摩擦力 比如 擦黑板时擦子与黑板之间的摩擦力 滑动摩擦力 当一个物体在另一个物体表面滑动的时候 会受到另一个物体阻碍它滑 动的力 这种力叫做滑动摩擦力 在例析中总结滑动摩擦力产生的条件 滑动摩擦力的产生条件 接触且挤压 有相对滑动 接触面粗糙 课堂活动 研究滑动摩擦力的方向 1 推动书本在桌面上滑动 2 将书本叠放同时朝不同方向拉动 通过对比得出摩擦力与受力物的方向沿着接触面 与相对运动方向相反 课堂活动 定性研究摩擦力的大小 1 推动书本在桌面上滑动 感受力度 2 在书本上增加压力 感受力度 与 1 比较说明接触面上压力越大摩擦力越大 3 换不同的接触面 比较说明接触面材料 粗糙程度情况影响摩擦力大小 引导学生设计定量研究实验 结论 滑动摩擦力的大小跟压力大小成正比 是比例系数 叫做动摩擦 N FF 因数 下表是一些材料间的动摩擦因数 7 学生活动 思考并讨论摩擦力的利弊 三 例题精析 考点 易错点 1 重力 基本相互作用 基础巩固 例题 1 题干 关于力和重力的概念 下列说法正确的是 A 力可以离开物体而独立存在 B 将木块浮在水上 重力将减小 C 只要两力的大小相等 它们产生的效果一定相等 D 由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力 方向竖直向下 答案 D 解析 力是不可以离开物体而独立存在的 A 错误 重力是由于地球的吸引而使物体 受到的力 它与接触的物体无关 B 错误 D 正确 力大小相等 方向和作用点若不同 它们产生的效果不一定相同 C 错误 中等强化 例题 2 题干 一个物体所受重力在下列哪些情况下要发生变化 A 把它从赤道拿到两极 B 把它送到月球上去 C 把它从地面上浸入水中 D 将物体置于运动的电梯内 答案 AB 解析 由 G mg 可知 物体的质量不随地理位置的变化而变化 当重力加速度 g 发 生变化时 重力 G 随之改变 由于地球两极的 g 值大于赤道上的 g 值 地球上的 g 值大 于月球上的 g 值 所以选项 A B 正确 由于重力大小与物体所处的环境和运动状态无关 所以 C D 两种情况下的重力没有发生变化 故正确答案为 AB 培优拔高 例题 3 题干 如图所示 一杯子的底部有一小孔 在水从小孔不断流出直到流尽的过程中 杯 连同水的共同重心的位置将 A 一直下降 B 一直上升 C 先升后降 D 先降后升 答案 D 解析 由于杯中水逐渐流出 剩余水的重心不断下降 而杯的重心不变 故开始一段 时间内 两者共同的重心将下降 当水流出一定量后 剩余水的重心继续下降 杯中水即 8 将流尽时 水的重心在最底层 但水的质量很小 杯和水的共同重心位置接近于杯子的重 心位置 故杯连同水的共同重心先降后升 选项 D 正确 考点 易错点 2 弹力 基础巩固 例题 4 人民英雄纪念碑坐落在天安门广场上 关于纪念碑对广场的压力 F 下列说法 正确的是 A F 就是纪念碑所受的重力 B F 是由于广场发生微小形变而产生的 C F 的作用点在纪念碑上 D F 的作用点在广场上 答案 D 解析 既然 F 是纪念碑对广场的压力 那么 F 的施力物体是纪念碑 受力物体是广 场 A 错误 F 是由于纪念碑发生微小形变而产生的 B 错误 F 的作用点在广场上 C 错 误 D 正确 中等强化 例题 5 题干 探究弹力和弹簧伸长的关系时 在弹性限度内 悬挂 15 N 重物时 弹簧长度为 0 16 m 悬挂 20 N 重物时 弹簧长度为 0 18 m 则弹簧的原长L0和劲度系数k分别为 A L0 0 02 m k 500 N m B L0 0 10 m k 500 N m C L0 0 02 m k 250 N m D L0 0 10 m k 250 N m 答案 D 解析 设弹簧原长为 L0 劲度系数为 k 弹簧受拉力 F 伸长时胡克定律的形式为 F1 k L1 L0 即 15 k 0 16 L0 弹簧受拉力 F2伸长时胡克定律的形式为 F2 k L2 L0 即 20 k 0 18 L0 由上面两式可得到 L0 0 10 m k 250 N m 培优拔高 例题 6 题干 画出图中小球A所受的弹力方向 答案 9 解析 用假设法判断弹力有无 考点 易错点 3 静摩擦力 基础巩固 例题 7 题干 水平桌面上一重为 200 N 的物体 与桌面间的动摩擦因数为 0 2 当依次用 15 N 30 N 80 N 的水平力拉此物体时 物体受到的摩擦力依次为 设最大静摩擦力等于滑 动摩擦力 A 15 N30 N40 N B 15 N30 N80 N C 0040 ND 40 N40 N40 N 答案 A 解析 物体的最大静摩擦力 Fm mg 40 N 故 F1 15 N Fm 物体受静摩擦力 Ff1 F1 15 N F2 30 N Fm 物体受静摩擦力 Ff2 F2 30 N F3 80 N Fm 物体受滑动摩擦力 Ff3 mg 40 N 故 A 项正确 中等强化 例题 8 题干 有两条黑 白毛巾交替折叠地放在地面上 白毛巾的中部用线与墙壁连接 黑毛 巾的中部用线拉住 设线均水平 若每条毛巾的质量均为 m 毛巾之间及毛巾与地面之间 的动摩擦因数为 欲将黑 白毛巾分离开来 则将黑毛巾匀速拉出需加的水平力为多大 答案 5 mg 解析 对黑毛巾进行研究 要将其拉出需克服四个面所受的 摩擦力 则 F外 mg mg mg 2mg 5 mg 1 2 3 2 培优拔高 例题 9 题干 如图所示 用水平力 F 将同种材料不同质量的物体压到一竖 直墙壁上 下列说法正确的是 A 若物体保持静止 则 F 越大 物体所受摩擦力越大 B 若物体保持静止 则质量越大 物体所受摩擦力越小 C 若物体沿墙壁向下滑动 则 F 越大 物体所受摩擦力越大 D 若物体沿墙壁向下滑动 则质量越大 物体所受摩擦力越大 答案 C 解析 物体静止时 物体受静摩擦力 大小等于其重力 与水平力 F 无关 物体质量 10 越大 所受摩擦力越大 故 A B 错 物体向下滑动时 受到滑动摩擦力作用 大小为 Ff FN F 故 F 越大 摩擦力越大 且与物体的质量无关 C 对 D 错 考点 易错点 4 滑动摩擦力 基础巩固 例题 10 题干 关于摩擦力与弹力的关系 下列说法中正确的是 A 有弹力一定有摩擦力 B 有弹力不一定有摩擦力 C 有摩擦力一定有弹力 D 同一接触面上的弹力和摩擦力的方向一定垂直 答案 BCD 解析 摩擦力的产生条件之一是接触面间存在弹力 故选项 B C 正确 选项 A 错误 弹力垂直于接触面 摩擦力平行于接触面 弹力和摩擦力方向垂直 故选项 D 正确 中等强化 例题 11 题干 如图所示 在粗糙的水平地面上有质量为 m 的物体 连接在一劲度系数为 k 的弹 簧上 物体与地面之间的动摩擦因数为 现用一水平力 F 向 右拉弹簧 使物体 m 做匀速直线运动 则弹簧伸长的长度为 重力加速度为 g A B C D k F mg k k mg mg k 答案 D 解析 设弹簧伸长长度为x 由胡克定律和二力平衡得kx mg 所以x mg k 故选项 D 正确 培优拔高 例题 12 题干 一根质量为 m 长度为 L 的均匀长方体木条放在水平桌面上 木条与桌面间的动 摩擦因数为 现用水平力 F 推木条 当木条经过图所示位置时 桌面对它的摩擦力为 A mgB mgC mgD 以上答案都不对 2 3 1 3 答案 A 解析 重力的等效作用点在它的重心 均匀长方体木条的重心在它的几何中心 木条 和桌面之间的正压力的等效作用点在木条重心的正下方 所以 在木条被推出桌面 0 5L 之 前 即木条翻倒之前 木条与桌面间的正压力大小始终等于木条所受重力 即FN mg 在 图示位置时 桌面对木条的摩擦力F mg 11 四 课堂运用 基础巩固 1 下列说法正确的是 A 静止不动的物体 一定不受任何力的作用 B 物体的形状没有改变 说明该物体一定不受力的作用 C 物体的运动方向改变了 则该物体一定受到力的作用 D 只有运动物体才会受到力的作用 答案 C 解析 物体受到力的作用 可能形状发生改变 也可能运动状态发生变化 C 正确 2 一物体置于水平粗糙地面上 按图 1 所示的不同放法 在水平力 F 的作用下运动 设地面与物体各接触面的动摩擦因数相等 则物体受到的摩擦力的大小关系为 A F甲 F乙 F丙 B F乙 F甲 F丙 C F甲 F乙 F丙D F丙 F乙 F甲 答案 C 解析 物体在三种情况下 均受到向左的滑动摩 擦力 因同一物体在三种放法中对地面的压力 FN均为 mg 与接触面积无关 由 F FN可得 F甲 F乙 F丙 C 正确 中等强化 3 图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 15 cm 时 弹力大小 答案 10 cm 200 N m 30 N 解析 1 由图知 当弹簧长度为 10 cm 时 弹力 F 0 故弹簧的原长 L0 10 cm 2 由图可知 当弹力为 F 10 N 时 弹簧长度变化量 x 5 cm 0 05 m 由 F k x 得 k N m 200 F x 10 0 05 N m 3 x 15 cm 0 15 m 由 F kx 得 F 200 0 15 N 30 N 12 4 如果地面上一切物体受到的重力都消失了 可能出现的现象是 A 江河的水不会流动 B 羽毛和石块都可以悬浮在空中 C 天上不会下雨 D 一切物体的质量都变为零 答案 ABC 解析 水向低处流是自然现象 但这体现了重力的作用 同样 羽毛 石块 雨滴在重 力的作用下会从空中下落 假若重力消失 原来静止的物体就一直保持静止 选项 A B C 正确 质量是物体的固有属性 其所含物质的多少是确定的 不会因为地球对其 引力的变化而变化 也不会因运动状态的改变而改变 选项 D 错误 5 关于摩擦力的方向 下列说法中正确的是 A 摩擦力的方向总是和物体运动的方向相反 B 滑动摩擦力的方向可能和物体运动的方向相同 C 物体所受摩擦力的方向总是和接触面垂直 D 物体受的摩擦力的方向总是和物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反 答案 BD 解析 摩擦力方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反 与运动方向可能相同 且一定沿接触面 B D 正确 A C 错误 培优拔高 6 在图中有两个物体 A B GA 3 N GB 4 N A 用悬线挂在天花板上 B 放在 水平地面上 A B 间的弹簧的弹力为 2 N 则悬线的拉力 FT B 对地面的压力 FN的可能 值分别是 A FT 7 N FN 0 B FT 5 N FN 2 N C FT 1 N FN 6 N D FT 2 N FN 5 N 答案 BC 解析 由题意 A B 间的弹簧的弹力为 2 N 若弹簧处于拉伸状态 则 B 对地面 的压力 FN GB 2 N 2 N 悬绳的拉力 FT GA 2 N 5 N B 项正确 若弹簧处于压缩 状态 则 B 对地面的压力 FN GB 2 N 6 N 悬绳的拉力 FT GA 2 N 1 N C 项正 确 7 如图所示 物体 A 置于倾斜的传送带上 它能随传送带一起向上或向下做匀速运 动 下列关于物体 A 在上述两种情况下的受力描述 正确的是 A 物体 A 随传送带一起向上运动时 A 所受的摩擦力沿斜面向下 B 物体 A 随传送带一起向下运动时 A 所受的摩擦力沿斜面向下 C 物体 A 随传送带一起向下运动时 A 不受摩擦力作用 D 无论传送带向上或向下运动 传送带对物体 A 的作用力均相同 答案 D 13 解析 物体 A 随传送带一起向上或向下做匀速运动时 都有沿斜面向下运动的趋势 但都处于受力平衡状态 故都应受沿传送带向上的摩擦力 D 正确 五 课程小结 重力 由于地球的吸引作用而产生的力 大小 G mg 方向竖直向下 重力的作用点 叫重心 形状规则且质量分布均匀的物体重心在其几何中心 可以用悬挂法找薄板的重心 弹力 发生弹性形变的物体由于要恢复原来的形状 对与它接触的物体会发生力的作 用 弹力产生条件是两物体要接触并挤压产生弹性形变 弹力的大小与形变程度有关 弹 簧中的弹力大小为 F kx 称为胡克定律 弹力的方向垂直于接触面 沿绳 橡皮筋方向 静摩擦力 两物体接触面上有相对运动的趋势 会产生阻碍相对运动趋势的力 称为 静摩擦力 方向 沿着接触面 与和它接触的物体的相对运动方向相反 大小与其他外力 有关 静摩擦力有最大值 称为最大静摩擦力 滑动摩擦力 两物体接触面上发生相对运动 会产生阻碍相对运动的力称为滑动摩擦力 产生条件 1 接触面粗糙 2 两物体接触且挤压 3 两物体有相对运 方向 沿着接 触面 与和它接触的物体的相对运动方向相反 大小 作用点为接触面 N FF 六 课后作业 基础巩固 1 伦敦奥运会上 邹市明蝉联了奥运会拳击冠军 当邹市明用拳击中对手时 下列 说法正确的是 A 邹市明没有受到力的作用 B 邹市明也受到了力的作用 C 双方既是受力者 也是施力者 D 对手只能是受力者 答案 BC 解析 力是相互的 相互作用的两个物体 判断谁为施力物体 谁为受力物体时 是 由研究对象决定的 即研究对象为受力物体 另一个就是施力物体 在没有确定研究对象 的情况下 双方既是施力者 也同时是受力者 2 关于重力的大小 下列说法中正确的是 A 物体的重力大小总是恒定的 14 B 同一地点 物体的重力与物体的质量成正比 C 物体落向地面时 它受到的重力大于它静止时所受的重力 D 物体的重力总等于它对竖直弹簧测力计的拉力 答案 B 解析 根据公式 G mg 不能认为物体的重力是恒定的 故选项 A 错 选项 B 正确 由公式可知 物体所受的重力与物体的质量和 g 值