3.1重力与弹力（课件）高中物理一体化资源

知识回顾一、自由落体运动1.定义：物体只在

作用下，从

的运动叫自由落体运动。2.特点：

.二、自由落体加速度1.定义：物体在自由落体运动中的加速度叫作自由落体加速度，也叫作

加速度。2.符号：通常用

表示。3.方向：

。4.大小：一般g=

，粗略计算g=

m/s2。

三、自由落体运动的规律

自由落体运动是

运动，所以，匀变速直线运动公式也适用于自由落体运动。重力静止开始下落①从静止开始下落，即初速度v0为零。

②只受重力。重力g竖直向下9.8m/s210初速度为零的匀加速直线3.1重力与弹力

第三章相互作用——力人教版高中物理必修一自然界的物体不是孤立存在的，它们之间具有多种多样的相互作用。正是由于这些相互作用，物体在形状、运动状态等许多方面会发生变化。如何来研究这些相互作用呢？在力学中，物体间的相互作用抽象为一个概念——力（force）。在研究物体做机械运动时，最常见的力有重力、弹力和摩擦力，本章研究这几种常见力的特点和规律。学习目标l.知道力的三要素﹐会用力的图示和力的示意图表示力。(物理观念)2.知道重力产生的原因，理解重力的大小和方向，知道重心的概念。(科学思维)3.知道形变和弹力产生的原因，会分析弹力的方向﹐能正确画出弹力的示意图。(科学思维)4.通过实验探究弹簧弹力与形变量的关系﹐理解胡克定律，了解实验的科学探究方法。(科学探究)导入新课力是一个物体对另一个物体的作用。认识一个力，需要弄清以下几个问题：1.谁受到的力，谁施加的力？2.怎样量度它的大小？3.它的方向如何？作用点在哪里？分析空中人所受的重力。关于上述问题，你知道哪些？一、重力和重心（一）力1.定义：力是物体和物体间的

。⒉单位:在国际单位制中,力的单位是

,简称

,用符号

表示3.力的三要素:力的

,称为力的三要素。4.力的作用效果:使物体

;改变物体的

。相互作用牛顿牛N大小、方向和作用点发生形变运动状态一、重力和重心5.力的性质矢量性物质性相互性瞬时性独立性一个物体可同时受到多个力的作用,每个力都产生独立的作用效果。相互作用的力的大小可以突然变化,即可以瞬时产生,也可以瞬时消失物体间力的作用是相互的,施力物体同时也是受力物体,受力物体同时也是施力物体,力总是成对出现,且物体间的这一对力总是同时产生、同时变化、同时消失,不存在先后关系。力是物体对物体的作用,力不能离开物体而独立存在,每个力的产生都必须同时存在两个物体,即施力物体和受力物体。力是矢量,它不但有大小,而且有方向。力的方向不同,它的作用效果也不同。力可以突变，速度不能突变D一、重力和重心6.力的图示和力的示意图（1）力的图示①定义：为了更形象、直观地表达力,可以用一根带箭头的有向线段表示力的大小、方向和作用点，这种表示力的方法叫作

。②步骤：Ⅰ.选定

（用一定长度的线段表示一定大小的力）。Ⅱ.从

开始﹐沿力的方向画一线段,根据选定的标度和力的大小按比例确定线段的长度。Ⅲ.在线段的末端标出

表示力的方向。力的图示标度箭头作用点在力的图示中必须标明标度。表示力的有向线段的长度必须严格按照比例确定。一、重力和重心（1）力的图示①定义：只画出力的方向和作用点表示物体在这个方向受到了力,这种

表示力的方法叫作

。②步骤：Ⅰ.从作用点开始沿力的方向画一

长度的线段。Ⅱ.在线段的末端标出箭头表示力的方向（不需要选定标度）。粗略力的示意图适当D一、重力和重心（二）重力1.定义：由于

而使物体受到的力叫作重力。【说明】1.在地面附近的一切物体都受到重力作用。2.重力是由于地球的吸引而产生的,在通常情况下,重力的大小不等于地球对物体的吸引力。3.重力是非接触力。4.重力的施力物体是地球。5.物体所受的重力与物体所处的运动状态以及是否受其他力无关。地球的吸引虽然二者不相等，但差异很小，在近似计算中，一般认为重力等于引力。一、重力和重心2.大小：重力大小与质量的关系为

,其中m是物体的

，g是前面学过的

，通常情况下，g取

N/kg，表示质量为1kg的物体受到的重力是9.8N。3.方向：总是

的。G=mg质量自由落体加速度9.8竖直向下1.由于g随地球上的纬度及海拔高度的变化而变化,所以相同质量的物体在不同地点重力不同。

2.在同一地点﹐物体受到的重力与其质量成正比。一、重力和重心（三）重心1.定义：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

。2.对重心的理解：①重心是重力的

，

物体的全部重力都作用于重心。②重心的位置

。如质量分布均匀的圆环,其重心在

处,而不在圆环上。③重心的位置与

有关，与物体所在的位置及运动状态

。重心等效作用点并非可以在物体上,也可以不在物体上圆心物体的质量分布和形状无关一、重力和重心3.重心的确定：①质量分布均匀的物体,重心的位置只跟

有关。若物体的形状是规则的,则重心在其

上。例如，均匀细直棒的重心在棒的中点，均匀球体的重心在球心，均匀圆柱体的重心在轴线的中点（图3.1-1）。物体的形状几何中心一、重力和重心②质量分布不均匀的物体,重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体的

有关。如载重汽车的重心随着装货多少和装载位置而变化（图3.1-2）。质量分布情况一、重力和重心③质量分布不均匀的物体重心的确定方法我们还可以应用

的知识通过实验来确定形状不规则物体的重心位置。例如，要确定图3.1-3中薄板的重心位置，可以先在A点把物体悬挂起来，通过A点画一条竖直线AB，由于A点悬线的拉力跟薄板的重力平衡，薄板的重心必定在AB连线上；然后，再选另一处D点把物体悬挂起来，过D点画一条竖直线DE，薄板的重心必定在DE连线上。因此，AB和DE的交点C，就是薄板的重心。二力平衡悬挂法C拉力、压力、支持力等属于弹力。二、弹力日常生活中的很多相互作用，无论是对物体推、拉、提、举，还是牵引列车、锻打工件、击球、弯弓射箭等，都是在物体与物体接触时发生的，这种相互作用可以称为

。我们通常所说的拉力、压力、支持力等都是接触力。接触力按其性质可以分为

，下面我们先研究弹力。接触力弹力和摩擦力二、弹力（一）形变1.定义：物体在力的作用下形状或体积会发生改变，这种变化叫做

。有时物体的形变很小，不易被觉察。在图3.1-5中，一块剖面为三角形的有机玻璃压在另一块有机玻璃上，发生的形变肉眼不能看出。但是形变后，当特殊的光通过有机玻璃不同部位时，产生的花纹会发生变化，利用仪器可以看到这种差异。在工程设计时，常用这种方法研究按比例缩小的有机玻璃模型的形变，进而推测实际工程中物体各部位的受力情况。形变二、弹力二、弹力A也叫塑性形变。二、弹力2.形变的分类①

形变:物体在发生形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变。②

形变:物体在发生形变后撤去作用力时不能恢复原状的形变。被拉长的弹簧，要恢复原状，对相连接的小车产生了拉力F（图3.1-7）；被跳水运动员压弯的跳板，要恢复原状，对上面的人产生了支持力。弹性非弹性二、弹力（二）弹力1.定义：发生

的物体，要恢复原状，对与它接触的物体会产生

，这种力叫作弹力。2.产生条件:

。如图甲所示,A、B两小球接触,但没有发生弹性形变,二者之间无弹力;乙图中两小球发生弹性形变,产生弹力。形变力的作用施力物体受力物体两物体相互接触且接触面之间发生弹性形变这两个条件必须同时满足才会产生弹力。二、弹力3.几种常见的弹力及弹力的方向（1）几种常见的弹力书在桌面上，书和桌面在接触处

发生微小形变，它们产生了

的弹力，即

；电灯用绳子吊起，绳子和电灯在接触处都发生了微小形变，它们之间也产生了相互作用的弹力，即

。下面我们就讨论这几种弹力及弹力方向的判定。均相互作用压力和支持力拉力综上可得，压力和支持力均为

，方向

指向

。二、弹力①压力和支持力如图所示，由于书发生了形变，对与它接触的桌面产生弹力

，这就是

力，方向是

指向

。由于桌面发生形变，对与它接触的书产生弹力

，,这就是

力，方向是垂直于接触面指向被支持的物体。F1F2F1压垂直于接触面被压的物体F2支持弹力垂直于接触面受力物体二、弹力②绳的拉力如图所示，绳吊起电灯，由于灯的重力作用，绳发生微小形变，对与它接触的电灯产生弹力F2，即绳对灯向上的

力，方向

。由于电灯发生微小形变，对与它接触的绳产生了弹力F1，即电灯对绳的拉力，方向沿绳向下。F1F2拉沿绳向上综上可得，绳的拉力是弹力，方向

的方向。沿绳指向绳收缩二、弹力（2）弹力方向判断①根据

方向判断弹力的方向与施力物体形变的方向

。判断步骤:②根据不同类型的弹力的方向的特点判断支持力、压力总是垂直于接触面指向被支持或被压的物体，绳上的拉力总是沿绳指向绳收缩的方向。形变相反明确被分析的弹力确定施力物体分析施力物体形变的方向确定该弹力的方向二、弹力③几种常见弹力方向的判断情况如下表所示。类型弹力方向示意图接触方式面与面F垂直于公共接触面指向受力物体二、弹力类型弹力方向示意图接触方式点与面F1F2过点垂直于接触面指向受力物体二、弹力类型弹力方向示意图接触方式点与点垂直于接触点的切面指向受力物体F二、弹力类型弹力方向示意图轻绳沿绳指向绳收缩的方向（同一根轻绳上拉力相等）F可突变二、弹力类型弹力方向示意图轻杆可突变可沿杆FF二、弹力类型弹力方向示意图轻杆可不沿杆（常根据二力平衡知识判断）F二、弹力类型弹力方向示意图轻弹簧指向弹簧恢复原长的方向FFB三、胡克定律物体在发生形变后，如果撤去作用力能够恢复原状，这种形变叫作

形变。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

。弹簧在形变时产生的弹力与弹簧的伸长量是有关系的。那么，弹簧在弹性限度内，弹力大小与其伸长量有什么关系呢？弹性弹性限度三、胡克定律三、胡克定律三、胡克定律实验目的：（1）探究

之间的关系。（2）学会利用列表法、

法、函数法处理实验数据。弹力与弹簧形变量图像三、胡克定律实验原理：（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

，即

。（2）弹簧的伸长量x的确定:弹簧的原长与挂上钩码后弹簧的长度l可以用

测出，弹簧的伸长量x=.（3）作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像，根据图像分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系。相等F=mg刻度尺1-l0二力平衡原理三、胡克定律实验器材：弹簧、毫米刻度尺、铁架台、钩码若干、坐标纸、铅笔等。三、胡克定律（1）按图甲安装实验装置,记下弹簧下端不挂钩码时弹簧的

。（2）在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的

，并记下钩码的

。（3）增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格中，以F表示弹力，l表示弹簧总长度,x=l-l0表示弹簧的伸长量。实验步骤：长度总长度重力注意：1.所挂钩码不要过多，以免超过弹簧的弹性限度。2.测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂处于平衡状态时测量。3.尽量选用轻质弹簧，以减小弹簧自身重力的影响。三、胡克定律钩码个数123456……钩码质量m/g弹力大小F/N弹簧总长度l/cm弹簧的伸长量x/m（1）以

为纵轴、

为横轴建立直角坐标系，如图乙所示依据表格中的实验数据，用

法作图，连接各点,得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。三、胡克定律（2）以弹簧伸长量为

量，写出图线所代表的函数，若图线为直线,则F与为

关系；若为曲线，可依次尝试反比例函数、二次函数。（3）得出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系，研究并解释函数表达式中常数的物理意义。数据处理：弹力F弹簧的伸长量x描点自变线性三、胡克定律实验结论：实验结果表明，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比，即三、胡克定律（1）由于弹簧本身重力的影响,直线只是近似过坐标原点。（2）刻度尺读数不准确造成误差。误差分析：三、胡克定律6.00

83.1偏大三、胡克定律这个规律是由英国科学家胡克发现的，叫作

定律。式中弹力F、弹簧伸长（或缩短）的长度x的单位分别是

、

，k叫作弹簧的

单位是

，符号是

。生活中说有的弹簧“硬”，有的弹簧“软”，指的就是它们的

不同。胡克牛顿（N）米（m）劲度系数牛顿每米N/m劲度系数B四、弹力有无的判断方法相互接触的物体间