第3章相互作用教师用书-物理批注版

第三章相互作用

1'重力基本相互作用

［学习目标］

1.理解力的概念，知道力的物质性及其作用效果.

2.知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图.（重点）

3.知道重力产生的原因、重力的方向，会计算重力.（重点）

4.知道重心的概念及其确定方法.（难点）

5.了解四种相互作用.

环节1自主学习，基础知识

知识1力和力的图示

［先填空］

1.运动状态的变化

物体的运动状态用速度来描述.只要物体的速度变化了，不管是大小还是方向改变了,都说

这个物体的运动状态发生了变化.

2.力

（1）定义：物理学中把物体与物体之间的相互作用称做力.

（2）作用效果

①使物体的运动状态发生变化:

②使物体产生形变.

3.力的矢标性

力是矢量，既有大小又有方向.力的大小可以用弹簧测力计测量.国际单位制中，力的单位

是牛顿,简称牛，符号是N.

4.力的三要素

大小、方向和作用点.

5.力的表示

（1）力的图示：能表示出力的大小、方向和作用点.

（2）力的示意图：只表示出力的作用点和方向.

［再思考］

1.力可以离开物体而独立存在吗？

【提示】不能.任何力都有它的施力物体和受力物体.

2.要完整的表示某一力需要表示出哪些方面？

【提示】需表示出力的大小、方向、作用点这三个方面，这种表示方法叫力的图示.

［后判断］

1.只有接触的物体间才会有力的作用.（X）

2.一个物体对另一个物体施加力的作用，但不会受到对方的力的作用.（义）

3.力的作用效果仅由力的大小决定.（X）

知识2重力

［先填空］

1.产生：由于地球的吸引而使物体受到的力.

2.大小：6=2豆其中g是自由落体的加速度，一般计算中g取笑mH.

3.方向：竖直向下.

4.重心:从效果上可以认为物体各部分受到的重力作用集中于一点,这一点叫物体的重心.形

状规则的均匀物体重心在其几何中心处,质量分布不均匀的物体，重心位置与形状和质量分

布有关.

［再思考］

1.试画出以下甲、乙两图中物体A、8所受重力的示意图.

甲乙

【提示】甲、乙两图中物体A、B所受重力的示意图所示:

2.如图3—1—2所示，身体素质和技术相当的跳高运动员，为什么采用“背越式”的要比

采用“跨越式”的成绩好呢？

图3—1—2

【提示】跳高运动员在越过横杆时，“背越式”运动员的重心比“跨越式”运动员的重心

升高的高度低，因此运动员越过相同高度的横杆，“背越式”跳法要比“跨越式”容易些.

［后判断］

1.重心是物体重力的作用点，重心一定在物体上.（X）

2.地球对物体有吸引力，而物体对地球无吸引力.（X）

3.物体的重心可以用悬挂法确定.（J）

知识3四种相互作用

［先填空］

1.万有引力：在宇宙中，相互吸引的作用力存在于一切物体之间,强度随物体间距离增大

而减弱.

2.电磁相互作用：电荷和电荷,磁体和磁体间的相互作用.

3.强相互作用：在原子核内把质子和中子紧蜜地保持在一起的作用力，它的作用范围约

1015m,超出这个界限该力已经不存在了.

4.弱相互作用：在放射现象中起作用的力,作用范围与强相互作用相同，但强度只有强相

互作用的IOm倍.

［再思考］

1.质子带正电，但质子（与中子一起）却能聚在一起构成原子核，这是为什么？

【提示】因为质子与质子间，质子与中子间，中子与中子间存在强相互作用.

2.强相互作用有何特点？

【提示】只存在于原子核内部，是一种短程力，作用范围约10-l5m,大小远大于万有引

力.

［后判断］

1.万有引力只发生在天体与天体之间，质量小的物体（如人与人）之间无万有引力.（X）

2.强相互作用只发生在宇宙天体等宏观物体之间.（X）

3.强相互作用就是非常小的物体间的相互作用.（X）

疑难问题卡片

预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中

问题1

问题2

问题3

问题4

环节2合作探究•重难疑点

学生分组探究一对力的进一步理解（深化理解）

第1步探究——分层设问，破解疑难

I.成语“孤掌难鸣”隐含了什么道理？

【提示】“孤掌难鸣”即一个巴掌拍不响，反映了力的作用是相互的.

2.用力拉弹簧时，弹簧伸长了一定的长度，这体现了力的什么作用效果？

【提示】用力拉弹簧，使它变长，形状发生了改变，表明力可以使物体发生形变.

第2步结论——自我总结，素能培养

1.力的四个性质

（1）物质性：力是物体对物体的作用，脱离物体而独立存在的力是不存在的，一个力一定

同时具有受力物体和施力物体.

（2）相互性：物体之间力的作用是相互的，只要一个物体对另一个物体施加了作用力，另

一个物体也一定会对这个物体施加反作用力.

（3）同时性：发生相互作用的两个物体4与B,A对B作用的同时，B也一定对4发生作

用.

（4）矢量性：力是矢量，不仅有大小，而且有方向.

2.力的作用效果

（1）静力效果一使物体的形状发生改变（形变），如把物体拉伸、压缩、扭转、剪切等.

（2）动力效果一改变物体的运动状态，即改变物体的速度.

根据力的作用效果判断物体是否受力，是受力分析的基本方法.

第3步例证——典例印证，思维深化

【例1】下列说法中正确的是（）

（A）“风吹草动”，草受到了力，但没有施力物体，说明没有施力物体的力也是存在的

（B）网球运动员用力击球，网球受力后飞出，网球受力的施力物体是人

（C）每个力都必有施力物体和受力物体

（D）只有直接接触的物体间才有力的作用

【思路点拨】解答本题时应把握以下三点：

（1）找不到施力物体的力是不存在的.

（2）力的作用是相互的，受力物体同时也是施力物体.

（3）力可以分为接触力和非接触力两大类.

【解析】力是物体对物体的作用，任何力都有它的施力物体和受力物体，A错误，C正确。

网球受力的施力物体是球拍，B错误。有些力如重力、磁力等物体间不接触就可以发生作用，

D错误，故选C。

【答案】C

规律总结

关于力的理解的两个误区

（1）误认为力可以没有施力物体或受力物体.

实际上力是物体与物体间的相互作用，任何力同时具有施力物体与受力物体.

（2）误认为只有相互接触的物体间才存在作用力.

实际上有些力可以发生在不接触的物体间，如重力、磁力等.

第4步巧练——精选习题，落实强化

1.（2014・包头高一检测）下列有关力的说法中正确的是（）

（A）力的产生离不开施力物体，但可以没有受力物体

（B）力的产生离不开受力物体，但可以没有施力物体

（C）力是物体对物体的作用，如果找不到施力物体或受力物体，这个力就不存在

（D）不接触的物体间也可以产生力的作用。例如，磁铁吸引铁钉，可见力可以离开物体单

独存在

【解析】任何力都有它的施力物体和受力物体，只有施力物体而没有受力物体，或只有受力

物体，没有施力物体的力是不存在的，A、B错误。磁铁吸引铁钉，说明不接触的物体之间

也可以产生力的作用，力不能离开物体单独存在，任何力都有它的施力物体或受力物体，C

对，D错误。

【答案】C

2.（2015•杭州高一检测）关于力的作用效果的说法中正确的是（）

（A）物体的运动状态发生变化，一定受到外力作用

（B）物体的运动状态不发生变化，一定不受外力作用

（C）力对物体的作用效果完全由力的大小决定

（D）物体受到力的作用后，一定同时出现形变和运动状态发生变化现象

【解析】力是改变物体运动状态的原因，物体的运动状态发生变化，物体一定受到外力的作

用，A正确。弹簧受外力被拉伸稳定后，发生了形变，但运动状态并没有发生变化，B、D

不正确。力的作用效果由力的大小、方向、作用点三要素共同决定，C错误。

【答案】A

学生分组探究二力的图示和力的示意图（深化理解）

第1步探究——分层设问，破解疑难

1.要用作图法准确地表示一个力，是作力的图示呢，还是作力的示意图？

【提示】由于力的图示可以同时表示出力的三要素，而力的示意图只能表示出力的作用点

和方向，不能准确表示出力的大小，故采用力的图示法表示力较为准确.

2.在力的示意图中，力的三要素中哪一个要素不能准确地反映？

【提示】力的示意图重点描述力的作用点和力的方向，并不能严格描述力的大小.

第2步结论——自我总结，素能培养

1.力的图示与力的示意图的区别：力的图示能表示力的三要素，精确表示力时经常用到;

力的示意图只能表示力的作用点和方向，在对物体的受力情况进行分析时经常用到.

2.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

选定标度(用某一长度表示一定大小的

选标度

力)

从作用点开始沿力的方向画一线段,根

从作用点开始沿力的方向画一适当

画线度据选定的标度和力的大小按比例确定

长度线段即可

线段长度

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

第3步例证——典例印证，思维深化

【例1】如图所示，物体A对物体B的压力是10N,试画出这个力的图示和示意图.

【思路点拨】解答该题可按以下顺序进行：选标度一画线段一判方向、加箭头.

【解析】画力的图示，要严格按照以下步骤进行.

(1)选定标度：此题选单位长度的线段表示2N的力

(2)从力的作用点沿力的方向画一线段，线段长短根据选定的标度和力的大小成正比，线

段上加刻度，如图甲所示，也可以如图乙所示，从。点(用。点代替8物体)竖直向下画

一段五倍于标度的线段.

(3)在线段上加箭头表示力的方向.

画力的示意图：从作用点或从B的中心处沿力的方向画一线段，并加上箭头，表示方向，

然后标明FN=10N即可，如图丙所示.

【答案】见解析

规律总结

力的图示应用

1.力的图示的应用：

①力的图示反映了力的三要素，用作图法解决力的问题时经常用到.

②用力的图示把力表示出来，这是一种科学方法，通过这种方法，把力译成几何语言，能更

直观和形象地表示力.

2.力的图不法口决：

要想表示力，方法很简单，选好比例尺，再画一线段，长短表大小，箭头表方向，注意线尾

巴，放在作用点.

第4步巧练——精选习题，落实强化

3.（2015.南京高一检测）如图表示的是小车所受外力厂的图示，所选标度都相同，则对于

小车的运动，作用效果相同的是（

(A)F|和F2（B）尸1和几

(C)尸1和尸3、尸4（D）都不相同

【解析】如图示的四个力中只有Q和B的大小相等，方向相同，对小车的作用效果相同,

B正确。

【答案】B

4.如图甲、乙中A的重量均为10N,画出它们所受重力的图示.

甲乙

【解析】①选定标度：此题用单位长度的线段表示2N的力.

②从作用点（重心）沿力的方向画一线段，根据选定的标度，线段长短和力的大小成正比,

线段上加刻度，如图所示，沿竖直向下的方向画一段五倍于标度的线段.

③在线段上加箭头表示力的方向.

2N

【答案】见解析

学生分组探究三重力与重心（拓展延伸）

第1步探究——分层设问，破解疑难

i.重力的大小与物体的运动状态的变化有关吗？

【提示】无关.重力的大小是由物体的质量和物体的所处的地理位置共同决定的，与物体

的运动状态及其变化无关.

2.物体的重心一定在物体的几何中心吗？

【提示】物体重心的位置与物体的形状及质量分布均有关，不一定在物体的几何中心.

第2步结论——自我总结，素能培养

1.对重力的理解

(1)重力与万有引力的关系

重力是地球的万有引力在地球表面附近的一种表现，是由于地球对物体的吸引而使物体受到

的力，但由于地球自转的影响，重力并不等同于万有引力.

(2)重力大小

①同一地点，物体重力的大小与其质量成正比，即6=m?，其中g为当地的重力加速度.

②不同地点，同一物体在地面上所在位置的纬度越高，所受重力越大；在地球上空的位置海

拔越高，重力越小.

(3)重力方向

重力的方向总是竖直向下,竖直向下不等同于垂直于支撑面向下，也不等同于指向地球球心.

2.对重心的理解

(1)重心是重力的等效作用点，并非物体的全部重力都作用于重心.

(2)重心的位置可以在物体上，也可以在物体外，如一个圆形平板的重心在板上，而一个

铜环的重心就不在环上.

(3)重心在物体上的相对位置与物体的位置、放置状态及运动状态无关，但一个物体的质

量分布或形状发生变化时，其重心在物体上的位置可能发生变化.

(4)质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上；对形状不规则的薄物体，可

用支撑法或悬挂法来确定其重心.

第3步例证——典例印证，思维深化

【例3】关于重力的大小及重心的位置，以下说法中正确的是()

(A)重力是物体本身具有的力，大小与物体的质量成正比

(B)静止在水平面上的物体对水平面的压力一定小于其所受的重力

(C)重力只作用在物体的重心上，重心的位置总在物体的几何中心

(D)重力是由于地球对物体的吸引而产生的，重力的施力物体是地球

【解析】重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，而不是物体本身具有的力，物体

重力的计算式G=/ng,其中g的值与物体所处的地理位置有关，同一地点，g值相同，物体

的重力与物体的质量成正比，不同地点，不同高度，g值一般不同，因此，不能说物体的重

力大小与物体的质量成正比，选项A错误；静止在水平面上的物体，对水平面的压力大小

等于物体的重力，选项B错误；

重心是物体所受重力的等效作用点，重心的位置与物体的形状和质量分布均有关，只有形状

规则、质量均匀分布时，重心的位置才总在物体的几何中心，故选项C错误；由重力的产

生可知，选项D正确。

【答案】D

规律总结

在处理重力的有关问题时，容易产生的4种错误

(1)重力与地球对物体的引力相同.

(2)重力的方向垂直于支撑面.

(3)重力的重心必在物体上.

(4)重力的大小与物体运动状态有关.

第4步巧练——精选习题，落实强化

5.关于地面上物体的重力，下列说法正确的是（）

（A）只有静止时，物体才受重力

（B）物体对地面的压力就是物体的重力

（C）弹簧测力计和杆秤都能称量物体的重力大小

（D）同一地点，物体的重力与其质量成正比

【解析】物体是否受重力与运动状态无关，A错误；物体对她面的压力与物体的重力的施力

物体和受力物体不同，故不是一个力，B错误；杆杆的原理是杠杆原理，只测质量不测重力，

C错误；在同一地点g为常数，由6=加8可知，重力与质量成正比，D正确。

【答案】D

6.（2014•绍兴一中高一检测）下列说法中正确的是（）

（A）地球对物体的吸引力就是重力

（B）重心不一定在物体上

（C）形状规则的物体其重心一定在物体的几何中心

（D）当物体浮出水中时，所受重力比在地面上时要小

【解析】地球对物体的吸引力产生重力，但引力不等同于重力，A错。重心可以在物体上，

也可能不在物体上，B对。形状规则而且质量分布均匀的物体的重心才位于其几何中心，C

错。在同一位置，物体的重力为一常量，与它所处运动状态或环境无关，D错。

【答案】B

环节3解题技巧•素养培优

确定重心的方法

重心与人类的生产、生活有着密切的联系.如给货车装载货物时，要考虑重心的高低、

左右、前后位置对货车稳度、能量损失的影响；体育运动格斗比赛时，重心低不易被击倒;

爬山走下坡时要放低重心，可增加身体的稳定性.

如图所示的ABC是木匠用的曲尺，它是用粗细不同、质量分布凡三二二£不习8

均匀、AB和BC质量相等的木料做成的。D是AC连线的中点，'、'、、、、

E是AB的中点F和BC的中点G连线的中点，则曲尺的重心在"'、、、七

（A）B点（B）D点C

（C）E点（D）G点

【解析】由于质量分布均匀，F为AB边重心的位置，G为BC边重心的位置.则该曲尺

重心为F与G连线的中点，即E点。

【答案】C

——［先看名师指津］-----------------------------

1.利用二力平衡寻找重心的方法

原理：二力平衡时，两个力等大反向.

方法一：（支撑法）

轴对称的碗、碟等，它们的重心在中垂线上，它们的重心可用二力平衡的方法找到，用一个

手指将碟子挑起静止，即可找到其重心.

方法二：（悬挂法）

薄板形物体的重心可用悬挂法确定.如图3—1—7所示，先在A点把板悬挂起来，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CO上，AB和CC的交点0,就是薄板的重.心位置.

图3—1—7

2.质量分布均匀的物体的重心，可由几何关系确定.形状或质量分布发生变化时，重心会

随之变化.

------［再演练应用］-----------------------------

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

（O先升高后降低（D）先降低后升高cN

【解析】当注满水时，球壳和水的重心均在球心，故它们共同的重心在球

心.随着水的流出，球壳的重心虽然仍在球心，但水的重心逐渐下降，开始

一段时间内，球壳内剩余的水较多，随着水的重心下降，球壳和水共同的重

心也下降；后来一段时间内，球壳内剩余的水较少，随着水的重心下降，球壳和水共同的重

心却升高；最后，水流完时，重心又回到球心.故球壳和水的共同重心先降低后升高，D正

确。

【答案】D

L定义物体^物体之间白跑互作用

厂力工作用效果:改变物解勺运动状态或使物体发生

形变力的图示:用头的有向线段表

「示力白武小就向

一力的表示法一|_力白际意图:用一端箭头的有向线段

表示力的作用点和方向

产生:由于地球的吸引而使

r物体策|」的力

―31^~「大小:G=mg

L方向:竖直向下

「重力~^|心'_

L定义:物体重力的作用点

「重决定因素.质量分布和物体

自飕

I四种相互作用力:万有引力作用、电磁相互作用、强相

互作用、弱期作用

课时作业（十一）

［全员参与•基础练］

1.（多选）下列关于力的说法中，正确的是（）

（A）只有相互接触的两物体之间才会产生力的作用

（B）力是不能离开物体而独立存在的，一个力既有施力物体，又有受力物体

（C）一个物体先对别的物体施加力后，才能受到其他物体的作用力

（D）物体的施力和受力是同时的

【解析】有些力如重力、磁力等不需接触就可以产生，A错。力的作用具有相互性和同时

性，一个物体对别的物体施加作用力的同时，也一定受其他物体对它的作用力，一个力既有

施力物体，又有受力物体，B、D对，C错。

【答案】BD

2.在世界壮汉大赛上有拉汽车前进的一项比赛，如图是

某壮汉正通过绳索拉汽车运动，则汽车所受拉力的施力物

体和受力物体分别是（）

（A）壮汉、汽车（B）壮汉、绳索

（C）绳索、汽车（D）汽车、绳索

【解析】汽车所受拉力的施力物体是绳索，受力物体是汽

车，C正确。

【答案】C

3.（多选）下列关于物体间相互作用的说法中正确的是（）

（A）地面上物体受到重力是引力在地球表面附近的一种表现

（B）爬山时越向上爬，感觉越吃力，这是因为自己的体重增加了

（C）科学家在研究原子核的构成时发现了弱相互作用

（D）科学家在研究原子核放射现象中发现了弱相互作用

【解析】地面上物体受到的重力是由于地球的吸引而产生，是引力在地球表面附近的一种表

现，A正确。同一物体的重力在同一个地点不变，B错误。科学家在研究原子核衰变放射现

象中发现了弱相互作用，C错误，D正确。

【答案】AD

4.（2014•哈尔滨三中高一期末）关于地球上的物体，下列说法中正确的是（）

（A）物体静止时不受重力作用

（B）物体只有落向地面时才受到重力作用

（C）物体落向地面时比物体上抛时所受的重力小

（D）物体所受重力的大小与物体的质量有关，与物体是否运动及怎样运动无关

【解析】重力是由地球的吸引而产生的，不管物体静止还是运动,也不管物体上升还是下落，

地面附近同一物体的重力大小、方向都不会发生改变，重力的大小可由公式G=，咫求出.可

见，重力大小仅与物体的质量m有关，与运动状态无关，故D正确。

【答案】D

5.（2014.济宁高一检测）关于物体的重力，下列说法正确的是（）

（A）重力的方向总是垂直地面向下

（B）重力可以用弹簧测力计测量

（C）物体在地球任何地方重力大小都相等

（D）挂在绳子上静止的物体，它受到的重力就是绳子对它的拉力

【解析】重力的方向总是竖直向下，也可以表述为垂直水平面向下，A错。弹簧测力计可以

测量力的大小，包括重力的大小，B对。同一物体，处在地球表面的不同位置，重力大小一

般不同，C错.用绳子悬挂处于静止状态的物体，所受重力等于绳子对它的拉力大小，但两

力性质不同，D错。

【答案】B

6.（多选）（2014•青岛二中高一期末）一个物体所受重力在下列哪些情况下会发生变化

（）

（A）把它从赤道拿到南极（B）把它送到月球上去

（C）把它放到水里（D）改变它的运动状态

【解析】根据重力的计算公式G=mg知：它的大小不但与物体的质量有关，而且也与重

力加速度的大小有关，而重力加速度的大小与地球上的位置、离地面的高度有关，不同的天

体上重力加速度不同，所以正确的答案是A、Bo

【答案】AB

7.如图所示为两个力的图示，则以下说法中正确的是（）,---------1

（A）F|=F2,是因为表示两个力的线段一样长।图：*--------'-------

（B）Q>B，是因为表示Fi的标度大'------'

1

（C）F,<F2,是因为居具有两个标准长度，而F2有三个标乙图：'------------►尸2

准长度

（D）无法比较，是因为两图示没有标明一个标准长度所表示的力的大小是多少

【解析】因两图都没有标度，所以无法确定力的大小0

【答案】D

【解析】重力竖直向下，画力的图示时，标度可以任意选取.

【答案】AD

I超越自我•提升练1

9.足球运动员已将足球踢向空中，如图所示，下列描述足球在向斜

上方飞行过程中某时刻的受力图中，正确的是（G为重力，F为脚对

球的作用力、尸网为阻力）（）

(A)(B)(C)(D)

【解析】足球在向斜上方飞行的过程中，脚对球己经没有作用力，球只受重力和空气阻力,

重力的方向竖直向下，空气阻力的方向与球的运动方向相反，故选B。

【答案】B

10.（多选）如图所示，两辆车在以相同的速度做匀速运动，根据图中所给信息和所学知识

可以得出的结论是（）

（A）物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中于一点

（B）重力的方向总是垂直向下的

（C）物体重心的位置与物体形状和质量分布有关

（D）物体只有重心受重力作用，其他部分不受重力作用

【解析】重力作用在物体的各部分，重心是物体所受重力的等效作用点，A正确，D错误;

重力的方向总是竖直向下的，B错误;物体的形状和质量分布影响物体的重心位置,C正确。

【答案】AC

11.一个质量为60kg的人，在地球上的重力为588N,在月球上的重力为98N。该人在地

球上的弹跳高度为0.5m,那么，他在月球上的弹跳高度为多少？

【解析】人在地球和月球上的质量相等，由G=mg得地球表面的自由落体加速度

面s?=9.8m/s2

oO

月球表面的自由落体加速度

,G'9822

g=-=60向s%L63m/s~

设人在地球上的弹跳高度为〃，在月球上的弹跳高度为〃'，人跳起时的初速度为。o

由V—VQ=2.UX和。=0得丁!"""=',

ng

oQ8

解得/=V~〃=7tTX0.5mg3.0m.

g1.63

【答案】3.0m

12.如图所示，把一个平放着的、边长为/的均质立方体绕be棱翻转，

使对角面AbeD处于竖直平面内，则它的重心位置升高了多少？4KT\T

【解析】均质立方体的重心位于中心，也就是对角面AbeD两对角线卜J

Ac、bD的交点O,立方体平放时O点离地面的高度人=（当把立方

体绕be棱翻转到使对角面AbeD处于竖直平面内时，O点离地的高度等于O点到be棱的距

离,即等于对角面边长Ab或cD的一半，故后来O点离地的高度"=等/,所以翻转后这

个均质立方体的重心位置升高了△、="_〃=坐/_；/=，）a

【答案】存1/

2、弹力

［学习目标J

1.了解形变、弹性形变、弹性限度等概念.

2.知道弹力产生的原因和条件.（重点）

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.（重点、难点）

4.知道影响弹力大小的因素，理解胡克定律，了解科学研究的方法.（重点）

环节1自主学习•基础知识

知识1弹性形变和弹力

［先填空］

I.形变

（1）形变：物体在力的作用下形状或体积的变化.

（2）弹性形变：物体形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变.

（3）弹性限度

当形变超过一定限度时，撤去作用力后物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹性限度.

2.弹力

（1）定义：发生能变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生的力.

（2）方向

①压力和支持力的方向垂直于物体的接触面.

②绳的拉力沿着绳而指向绳蝴的方向.

I再思考I

1.如图所示，弹簧被压缩后能使小车向右运动，橡皮泥被压缩后不能使小车向右运动，弹

簧和橡皮泥被压缩后产生的效果为什么会不同？

4

Q

^777777777777777777777777777777777777：

【提示】弹簧被压缩后发生弹性形变，由于恢复原状，对小车产生弹力，使小车向右运动.橡

皮泥被压缩后发生的形变不能恢复原状，对小车没有弹力，所以橡皮泥被压缩后不能使小车

向右运动。

2.如图所示的情景中，运动员、箭、小车的运动状态为什么能发生变化？

跳板弹起拉紧的弦拉伸的弹簧使

跳水运动员把箭射出小车向右运动

图3-2-2

【解析】运动员、箭、小车的运动状态发生变化是因为受到了跳板、弓弦或弹簧对它弹力

的作用。

［后判断］

1.若两物体间存在弹力，则它们一定接触.（J）

2.只要物体接触，物体间就存在弹力.（X）

3.平常我们说的物体间的压力和支持力都是弹力，绳中的张力叫绳的弹力.（J）

知识2胡克定律

［先填空］

1.内容

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=kx,其中k为弹簧的劲度系数,单位为牛顿每米,符号N/m,它的大小反映了弹簧的软

硬程度.

3.适用条件：在弹簧的弹性限度内.

［再思考］

1.能否将胡克定律表述为“弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧的长度成正比”？

为什么？

【提示】不能.公式尸=近中的x指的是弹簧的伸长或缩短的长度（形变量），而不是弹

黄的长度.

2.由尸=五，得z=£总结出"人与弹力F成正比，与弹簧的形变量x成反比”对吗？为什

么？

【提示】不对.上的大小只与弹簧本身组成有关，与尸和x的大小无关.对同一个弹簧，

F增大，x就增大，F与x的比值不变.

［后判断］

1.弹簧的弹力总是与其形变量成正比.（X）

2.对某一只弹簧，把它拉的越长，其劲度系数上越大.（X）

3.弹簧的劲度系数与弹力大小无关.（J）

疑难问题卡片

预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中

问题1

问题2

问题3

问题4

环节2合作探究•重难疑点

学生分组探究一弹力有无的判断（深化理解）

第1步探究——分层设问，破解疑难

1.如图所示：物体A、B并排静止在光滑水平面上，A、B之间有弹力吗？

AB

【提示】A、B间无弹力，因为A、B两物体并排接触，物体没有发生弹性形变，不满足产

生弹力的条件。

2.两物体相互挤压或拉伸时，施力物体和受力物体都发生了形变，弹力是由哪个物体发生

形变产生的？

【提示】弹力是由施力物体发生弹性形变引起的.例如，放在桌子上的书本，受到桌子的

支持力是由施力物体桌面发生弹性形变引起的.

第2步结论——自我总结，素能培养

1.直接法

对于形变比较明显的情况，可以根据弹力产生的条件判断.

（1）物体间相互接触.

（2）发生弹性形变.

注意：两个条件必须同时满足才有弹力产生.

2.特殊法

假设将与研究对象接触的物体撤去，判断研究对象

思

的运动状态是否发生改变，若运动状态不变，则此处

路

不存在弹力，若运动状态改变,则此处一定存在弹力

假如图所示，将甲图中与小球接触的斜面去掉，小球无

设

法法在原位置保持静止,而把乙图中的斜面去掉，小球

仍静止，故甲球受斜面的弹力，乙球不受斜面的弹力

例

证

甲乙

可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生

思明显形变的物体来替换，看能不能维持原来的力学

路状态.如将侧壁、斜面用海绵来替换，将硬杆用轻弹

簧（橡皮条）或细绳来替换

如图甲中的侧壁和底部分别用海绵替换，则侧壁海

替绵不发生形变，说明侧壁对球无弹力;而底部海绵明

换

显凹陷，说明底部有弹力.另外还可将硬杆用轻弹簧

法

（橡皮条）或细绳替换（接触面光滑）

例

证

因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所

思

以可以依据物体的运动状态由相应的规律（如二力

路

平衡等）来判断物体间的弹力

状如图所示，光滑球静止在水

态

法平面AC上且和面接触，

由于离开4C面的弹力，球

例

将无法静止，故AC面对球

证

的弹力是存在的.但是如果AB面对球有弹力，球

就不能保持静止状态，与实际情况不符.故43面

对球的弹力是不存在的

第3步例证——典例印证，思维深化

【例1］在下列各图中，A、B两球间一定有弹力作用的是（）

(A)(B)(C)(D)

【思路点拨】解答本题可按以下思路进行分析:

选取研究

对象4—

（或8）

【解析】A、C图中若拿去B球，A球均静止不动，故A、B间无弹力作用，B图中若拿去

B球，悬挂A球的细绳将会变成竖直方向，故A、B间一定有弹力作用，D图中A、B两球

在上面小球的压力下有向两侧运动的趋势，A、B两球相互间应无弹力作用，故B正确。

【答案】B

规律总结

判断弹力有无的两大误区

1.误认为只要有接触一定存在弹力作用，而忽略了弹力产生的另一个条件——发生弹性形

变.

2.误认为有形变一定有弹力，忽略了弹性形变与范性形变（撒去外力后不能恢复原状的形

变）的区别.

第4步巧练——精选习题，落实强化

1.如图所示，将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角烧杯中，钢球与各容

器的底部和侧壁相接触，处于静止状态.若钢球和各容器都是光滑的，各容器的底部均处于

水平面内，则以下说法中正确的是（）

（A）各容器的侧壁对钢球均无弹力作用

（B）各容器的侧壁对钢球均有弹力作用

（C）量杯的侧壁对钢球无弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用

（D）口大底小的普通茶杯的侧壁对钢球有弹力作用，其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力

作用

【解析】钢球与容器的侧壁接触，是否有弹力作用就看接触处是否发生弹性形变，但微小形

变难以觉察，只能借助假设法判断。

假设容器侧壁对钢球无弹力作用，则钢球受重力和容器底部对它的支持力作用，钢球仍将处

于静止状态，故钢球与容器侧壁虽然接触但没有发生弹性形变，容器侧壁对钢球无弹力作用

的假设成立。

我们也可以假设容器侧壁对钢球有弹力作用，作出各容器中钢球的受力示意图如图所示，可

见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾，所以原假设不成立，各容器的侧壁对钢球均无

弹力作用。因此，本题正确选项为A。

【答案】A

2.如图所示，一小球用两绳挂于天花板上，球静止，绳1倾斜，绳

2恰好竖直，则关于小球受弹力个数正确的是（）

（A）1个（B）2个（C）3个（D）4个\

【解析】解答该题可用消除法，若撤去绳1球的状态不变，即绳1无2

弹力，同理可判断绳2有弹力，由此知A正确。\

【答案】AN

学生分组探究二弹力方向的确定（深化理解）

第1步探究——分层设问，破解疑难

1.弹力的方向可以与物体的接触面平行吗？

【提示】弹力的方向只能垂直于两物体的接触面，不能与接触面平行.

2.弹力的方向与哪个物体形变的方向相反？

【提示】弹力的方向与施力物体形变的方向相反.

第2步结论——自我总结，素能培养

1.弹力方向的特点

发生弹性形变的物体，由于要恢复原状产生弹力，弹力的方向由施力物体的形变的方向决定,

总是与施力物体形变的方向相反.

2.弹力产生的三种接触方式

类型弹力方向图示

接触方

式

面与面垂直公共接触面

点与面过点垂直于面1

点与点垂直于切面

____1

3.常见三类模型的弹力方向

类型弹力方向图示

轻绳沿绳指向绳收缩方向

可沿杆

轻杆伸长方向收缩方位

可不沿杆

轻弹簧沿弹簧形变的反方向

第3步例证——典例印证，思维深化

【例2】请在图中画出杆或球所受的弹力.

(a)(b)(c)(d)

(a)杆靠在墙上

(b)杆放在半球形的槽中

(c)球用细线悬挂在竖直墙上

(d)点1、2、3都可能是球的重心位置，点2是球心，1、2、3点在同一竖直线上

【解析】(a)杆靠在墙上，挤压墙壁和地面，因此受到墙对杆的弹力与墙垂直，受到地面对

杆的弹力与地面垂直，如图甲所示。

（b）杆放在半球形的槽中，C处为杆与球面的接触点，D处为支撑点，所以C处弹力垂直

于其切面指向球心，D处弹力垂直于杆斜向上.如图乙所示。

（c）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.如图丙所示。

（d）当重心不在球心处时，弹力作用也必通过球心0,如图丁所示.应注意不要错误地认

为弹力作用线必定通过球的重心。

【答案】见解析图

规律总结

三种情况下弹力的方向

1.平面与平面接触时，弹力的方向与接触平面垂直.

2.点与平面接触时，弹力的方向与接触平面垂直.

3.点与曲面接触时，弹力与曲面的切平面垂直.

第4步巧练——精选习题，落实强化

3.（2015・连云港高一检测）如图为P物体对Q物体的压力的示意图，其中正确的是（）

【解析】P对Q物体的压力应作用在Q物体上，且力的方向应垂直于接触面并指向Q物体,

故B、C、D均是错误的。

【答案】A

4.（2014•古田一中高一检测）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为2N的小球，小球处

于静止状态，则关于弹性杆对小球的弹力，下列结论正确的是（）

（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

【解析】小球受重力和杆的支持力（弹力）作用处于静止状态，由二力平衡知识可知，杆

对小球的弹力与重力等大、反向。

【答案】D

学生分组探究三弹力大小的计算（拓展延伸）

第1步探究——分层设问，破解疑难

1.当你用力拉一个弹簧时，所用的拉力越大则弹簧越长，因此弹力的大小与弹簧的长度有

关，这种说法对吗？

【提示】不对，决定弹簧弹力大小的是弹簧的劲度系数和形变量，而不是弹簧的长度.

2.弹簧的形变量是指弹簧后来状态的长度与开始状态的长度之差吗？

【提示】不是，弹簧的形变量是指弹簧后来状态的长度与弹簧原长的差值大小.

第2步结论——自我总结，素能培养

1.弹簧的弹力

（1）对公式F=区的理解.

公式中x为弹簧的形变量（可能为伸长量/—4）,也可能为缩短量一/）；%为弹簧的劲度系

数，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.

（2）F-x图象

①F-x图象的斜率即为弹簧的劲度系数.

②由于尸2=后2，故△尸=&—尸］=履2—丘1=氏（沏一xi）=kAx,因此，弹簧上弹力

的变化量\F与形变量的变化量也成正比关系.

2.弹力大小的计算

（1）公式法：用尸="计算（适用于弹簧类弹性体弹力的计算）.

（2）平衡法：如悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时，物体受绳竖直向上的拉力和竖

直向下的重力作用.根据二力平衡得到绳的拉力大小等于物体重力的大小.

第3步例证——典例印证，思维深化

【例3】（2015•潍坊高一检测）一轻弹簧在10.0N的拉力作用下，长度由原长5.00cm伸长

为6.00cm。则：

（1）弹簧的劲度系数为多大？

（2）当该弹簧长度为4.20cm时，弹簧的弹力有多大？

【思路点拨】（1）注意弹簧是处于伸长状态还是压缩状态？

（2）同一弹簧在伸长状态和压缩状态的劲度系数相同.

3

［解析】（1）由F-kx得F|（Z|一卜）即k—,,=/z,yin-2-1XION/m

i\—iQ（o.UU—Jx1m

（2）当该弹簧长度为4.20cm时，弹簧处于压缩状态，此时弹簧的弹力尸2=/（/0-6）=

1X1O3X（5.00-4.20）X10-2N=8N

【答案】(1)1X103N/m(2)8N

第4步巧练——精选习题，落实强化

5.(2014.宜昌高一检测)一根轻质弹簧一端固定，用大小为Q的力压弹簧的另一端，平衡

时长度为人改用大小为尸2的力拉弹簧，平衡时长度为氏弹簧的拉伸或压缩均在弹性限

度内，该弹簧的劲度系数为()

F?+Q⑴)竹

(B)/2+/1

hi，2十八

【解析】由胡克定律F—kx得,式中x为形变量,设弹簧原长为lo,则有Fi=k(/0-/1),

F=k(/-/),联立方程组可以解得上=所以A项正确。

220h一h,'

【答案】A

6.如图所示，轻质弹簧的劲度系数为匕小球重为G,平衡时

球在A处，今用力产压球使弹簧缩短x,球至B处，则此时弹

簧的弹力为()

(A)kx(B)kx+G

(C)G-kx(D)以上都不对

【解析】设球在A处时弹簧已压缩了Ax,球平衡时弹力FA=

G=k\x,球在B处时，弹簧又压缩了x,球再达平衡时弹力FB

=k(Ax+x)=G+fcv,故选B。

【答案】B

环节3解题技巧•素养培优

弹簧F-x图象问题的解题技巧

在弹性限度内，弹簧的弹力F1与弹簧的形变量x之间成正比，其关系图线为一条过原点的

直线，但弹力F与弹簧的长度/之间满足线性关系，其图线为一倾斜且不过原点的直线.

【例】(2014•衡水高一检测)某物理兴趣小组的同学在研

究弹簧弹力的时候，测得弹力的大小F和弹簧长度L的关

系如图所示，则由图线可知：

(1)弹簧的劲度系数为N/m；

(2)当弹簧被压缩，弹力大小为5N时，弹簧的长度为

_cm。

【解析】(1)由图读出，弹簧的弹力尸=0时，弹簧的

长度为Lo=10cm,即弹簧的原长为10cm,由图读出弹

力为F|=10N,弹簧的长度为乙|=5cm,弹簧压缩的长度xi=L()—4=5cm=0.05m,由胡

克定律得弹簧的劲度系数为仁*20。N/m。

(2)弹簧的弹力为5N,弹簧的形变量Ar=J=2.5cm,弹簧的原长为10cm,弹簧处于压

K

缩状态，所以弹簧的长度为7.5cm。

【答案】(1)200(2)7.5

——［先看名师指津］-----------------------------

F-x图象问题求解“三步走”

1.找截距——图象在横轴的截距表示弹簧的原长；

2.求斜率——图象的斜率表示弹簧的劲度系数；

3.列方程——恰当选取图象上的点列方程或方程组，