2024届高考物理大一轮复习：第三章　1　第1课时　重力、弹力的理解

1重力与弹力第1课时重力、弹力的理解[学习目标]1.理解重力及重心的概念，会用二力平衡知识确定重心.2.会用力的图示和力的示意图表示力.3.知道形变的概念及产生弹力的条件.4.知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向．一、力1．定义：一个物体对另一个物体的作用．2．力的三要素：大小、方向和作用点．3．单位：牛顿，简称牛，符号：N.二、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＝mg，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：①物体的形状；②物体的质量分布．三、力的表示方法1．力的图示：力可以用有向线段表示，有向线段的长短表示力的大小，箭头表示力的方向，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．四、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．常见的弹力：压力和支持力都是弹力，方向跟接触面垂直；绳子的拉力也是弹力，方向沿着绳子而指向绳子收缩的方向．判断下列说法的正误．(1)重力的方向总是垂直于地面．(×)(2)重心是物体重力的作用点，重心一定在物体上．(×)(3)力的图示能准确地表示力的大小、作用点和方向．(√)(4)发生形变后的物体撤去外力后都能恢复原状．(×)(5)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．(√)一、重力导学探究如图所示，树上的苹果会落向地面；建筑工地上工人常用重锤来检测墙壁是否竖直．为什么树上的苹果总要落向地面？为什么使用重锤能检测墙壁是否竖直呢？答案苹果落向地面是因为受到了竖直向下的重力作用；重锤能检测墙壁是否竖直，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．知识深化1．重力的大小(1)重力的大小G＝mg，只与物体的质量m和重力加速度g有关，与物体的运动状态无关．(2)重力加速度g与物体所处的纬度和高度有关，在赤道处，g最小，在两极处，g最大(同一高度)；同一纬度，海拔越高，g越小，海拔越低，g越大．2．重力的方向：竖直向下．竖直向下是指垂直于水平面向下，但是并不等同于垂直于支持面向下，也不等同于指向地心．3．重力的作用点——重心(1)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到重力作用．(2)重心的位置除了跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布有关，如图甲所示．质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心，如图乙所示．重心的位置可以在物体上，也可以在物体外．(3)悬挂法确定薄板状物体的重心．①原理：二力平衡时，两个力等大反向．②方法：薄板状物体的重心位置可用悬挂法确定，如图所示，先在A点把薄板状物体悬挂起来，物体静止时，物体所受的重力与悬绳的拉力在同一竖直线上，所以物体的重心一定在通过A点的竖直线AB上．然后在C点把物体悬挂起来，同理知，物体的重心一定在通过C点的竖直线CD上，AB和CD的交点O就是薄板状物体的重心位置．例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．例2关于重心，下列说法中正确的是()A．重心就是物体内最重的一点B．物体发生形变时，其重心位置一定不变C．重心一定在物体的几何中心D．采用背越式跳高的运动员在越过横杆时，重心位置可能在横杆之下答案D解析重心在效果上可以看作物体各部分所受重力作用集中于一点，而不是最重的点，A项错误；物体发生形变时，物体的形状发生改变，所以其重心位置可能改变，B项错误；重心的位置与物体的形状和物体内质量的分布有关，重心不一定在物体的几何中心，C项错误；采用背越式跳高的运动员在越过横杆时，其重心位置可能在横杆之下，D项正确．二、力的图示与力的示意图导学探究如图所示，用10N的力托着一本书，用500N的力推汽车，如何简洁明了地表示出这两个力呢？答案可以用带箭头的线段来表示，线段的长度表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，箭尾或者箭头表示力的作用点．知识深化力的图示与力的示意图的画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3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，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的重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.针对训练在图甲中木箱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Q点，用与竖直方向成60°角斜向左上方的20N的力使木块静止在墙壁上；图丙中物体沿着斜面下滑，作出甲、乙两图中所施加的力的图示；以及图丙中物体所受重力的示意图．答案三、弹力导学探究1.如图所示，取一个扁玻璃瓶，里面盛满水，用穿有透明细管的橡皮塞封口，使水面位于细管中，用手捏玻璃瓶，会看到什么现象？说明什么？答案用手捏玻璃瓶，细管中水面会上升(或下降)．说明受到压力时玻璃瓶发生形变，体积变小(或变大)了．2．用手压橡皮泥，橡皮泥发生形变；脚踩在松软的泥土上，留下了深深的脚印(形变)，这两种形变与玻璃瓶的形变有什么不同？答案橡皮泥、泥土受力后发生的形变，在撤去外力后不能恢复原状(非弹性形变)，玻璃瓶的形变在撤去外力后能恢复原状(弹性形变)．知识深化1．弹力的成因：施力物体发生形变且要恢复原状．2．弹力的产生必须同时具备两个条件(1)两物体直接接触；(2)两物体接触处发生弹性形变．3．几种常见弹力的方向注意：每个接触面最多只能产生一个弹力．例4(2022·广南县第二中学高一阶段练习)如图所示，足球运动员准备罚点球时，一只脚用力踩在足球上面，让足球保持静止．下列说法正确的是()A．如果足球气打得足一点，足球可能不发生形变B．地面对足球的支持力是由于足球的下部发生形变引起的C．足球对地面的压力是由于足球的下部发生形变引起的D．脚对足球的压力是由于足球的上部发生形变引起的答案C解析再小的力都可以使物体发生形变，足球气打得足一点，受力后，依然会发生形变，故A错误；弹力是由施力物体发生形变而产生的，地面对足球的支持力是由于地面发生形变引起的，足球对地面的压力是由于足球的下部发生形变引起的，脚对足球的压力是由于脚发生形变引起的，C正确，B、D错误．例5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，弹力应垂直于两球接触点沿球面的切线；绳的拉力沿绳斜向上，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处的切面垂直，即沿着球半径的方向指向球心，如图(d)所示．考点一重力和重心1．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．2．(2021·上海市第四中学高一期中)关于重力和重心，下列说法正确的是()A．球体的重心一定在球心上B．物体上只有重心处才受到重力作用C．物体向上抛出时受到的重力小于它静止时受到的重力D．同一物体在同一地点，无论运动状态如何，其所受重力都一样大答案D解析质量分布均匀的球体的重心一定在球心上，而非均匀球体的重心不一定在球心上，故A错误；物体各部分都受到重力作用，故B错误；物体的重力是由于地球对物体的吸引而产生的，与物体的运动状态无关，可知物体向上抛出受到的重力等于它静止时受到的重力，故C错误；同一物体在同一地点，重力加速度相等，物体的重力相等，故D正确．3．(多选)关于重心，下列说法中正确的是()A．用线竖直悬挂的物体静止时，线所在的直线一定通过重心B．质量分布均匀、形状规则的物体的重心一定在物体上C．风筝升空后，越升越高，说明风筝的重心相对风筝的位置也越来越高D．舞蹈演员在做各种优美动作的时候，其重心相对身体的位置不断变化答案AD解析用线竖直悬挂的物体静止时，由于只受重力和绳子拉力作用，二力平衡，等大反向，因此线所在的直线一定通过重心，A正确；质量分布均匀、形状规则的物体的重心一定在其几何中心上，不一定在物体上，B错误；重心是物体各个部分所受重力的等效作用点，风筝升空后，越升越高，只能说风筝的重心升高了，但是重心相对风筝的位置是不变的，C错误；舞蹈演员在做各种优美动作的时候，其重心相对身体的位置是不断变化的，D正确．4．宇航员在月球表面测得的g值为地球表面的eq\f(1,6)，一个质量为600kg的飞行器在月球表面时，下列判断正确的是(地球表面的重力加速度为9.8m/s2)()A．质量是100kg，重力是5880NB．质量是100kg，重力是980NC．质量是600kg，重力是980ND．质量是600kg，重力是5880N答案C解析飞行器的质量是不变的，在月球表面仍为600kg，而在月球上的重力为G月＝mg月＝eq\f(1,6)mg＝980N，故选C.5.如图所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家高超的艺术技巧的结晶，是我国古代青铜艺术的稀世珍宝，骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为()A．马是空心的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答案D解析骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为飞燕对马的支持力和马的重力在一条竖直线上，选项A、B、C错误，D正确．6．(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AD考点二弹力的产生及弹力的方向7.(多选)玩具汽车停在模型桥面上，如图所示，下列说法正确的是()A．桥面受向下的弹力，是因为汽车发生了弹性形变B．汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力C．汽车受向上的弹力，是因为桥面发生了弹性形变D．汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了弹性形变答案AC解析汽车与桥面相互挤压，都发生了弹性形变，B错误；由于桥面发生了弹性形变，所以对汽车产生向上的弹力，C正确，D错误；由于汽车发生了弹性形变，所以对桥面产生向下的弹力，A正确．8.体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示，则斜台给足球的弹力方向为()A．沿v1方向B．垂直于斜台斜向左上方C．沿v2的方向D．先沿v1的方向后沿v2的方向答案B9.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，在水从小孔慢慢流出的过程中，空心球壳和壳中余有水的共同重心将会()A．一直下降B．一直上升C．先升高后降低D．先降低后升高答案D解析在注满水时，球壳和水的共同重心在球心，随着水的流出，球壳的重心不变，但是水的重心下降，二者共同的重心在下降，当水流完时，重心又回到球心，故选项D正确．10.(多选)如图所示，底端置于粗糙水平地面上的杆，其顶端被一根细线用手拉住，杆处于静止状态，细线水平．下列说法正确的是()A．杆对细线的弹力方向水平向右B．细线对杆的弹力方向垂直杆向左C．杆受到地面的弹力是由于地面的形变产生的D．地面受到杆的弹力沿杆向左下方答案AC解析细线水平，则细线对杆的弹力方向水平向左，杆对细线的弹力方向水平向右，A正确，B错误；杆受到地面的弹力是由于地面的形变产生的，C正确；地面受到杆的弹力垂直于地面向下，D错误．11.杯子放在水平桌面上，如图所示，下列说法正确的是()A．杆子受到三个力作用，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