高中物理必修第一册(人教版)学生用书-第三章-1-重力与弹力

第三章相互作用——力1.重力与弹力新课程标准1．认识重力．2．认识弹力．3．通过实验，了解胡克定律．核心素养目标物理观念通过对形变的认识等概括出重力、弹力的概念．科学思维会采用等效的思想确定物体重心的位置；利用放大法观察微小形变；利用假设、替代法判断弹力的有无及方向．科学探究利用弹簧探究弹力大小与形变量的定量关系．科学态度与责任在应用重力解释现象、弹力在生产生活的应用中体会物理与生产生活的关系．必备知识·自主学习——突出基础性素养夯基一、重力1．定义：由于____________而使物体受到的力．2．方向：________．3．大小：G＝________，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____________，这一点叫作物体的重心．(2)决定因素：①物体的________；②物体的________．【情境思考】建筑工人在施工时总会用如图所示的装置检测墙壁，该装置我们称之为“重垂线”．思考：为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直？答：二、力的表示方法1．力的图示：力可以用________表示，有向线段的________表示力的大小，________表示力的方向，箭尾(或箭头)表示力的________．2．力的示意图：只用带箭头的有向线段来表示力的________和________，不需要准确标度力的大小．三、弹力1．形变：物体在力的作用下________或________发生的变化．2．弹力：发生形变的物体，要________，对与它________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______________；绳子的拉力也是弹力，方向________________．【情境思考】玩具汽车停在模型桥面上，如图所示，压力和支持力各是怎么产生的？答：四、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F的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比，即________．(2)k为弹簧的________，单位是牛顿每米，符号用________表示．(3)弹簧的劲度系数反映了弹簧的软硬程度，劲度系数k越大，________；k越小，________．【思考辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”．(1)地球上所有物体的重力的施力物体都是地球．()(2)重力的方向也可以表述为指向地心．()(3)重心是物体重力的作用点，重心一定在物体上．()(4)力的图示能准确地表示力的大小、作用点和方向．()(5)海绵受挤压会发生形变，桌面受挤压不会发生形变．()(6)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．()(7)由F＝kx可知，在弹性限度内弹力F的大小与弹簧的长度成正比．()关键能力·合作探究——突出综合性素养形成探究点一重力和重心归纳总结1.重力的理解(1)产生：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，但由于地球自转的影响，重力一般不等于地球对物体的吸引力．(2)大小：由于G＝mg，在同一地点，重力的大小与质量成正比；在不同地点，重力也有所不同；物体的重力与其运动状态无关．(3)方向：重力的方向始终竖直向下．不能表述为指向地心、垂直向下、垂直地面向下．2．重心的理解(1)重心是一个等效的概念，引入重心，就把实际作用于物体各部分的重力，用作用于重心的一个力等效替代了，从而使问题大为简化．(2)重心的位置可以在物体上，也可以在物体外．如图，重心就在物体外．(3)质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上．(4)重心在物体上的位置与物体的位置、放置状态及运动状态无关，重心位置的决定因素：①物体质量分布情况；②物体的形状．(5)对薄板类物体，可用支撑法或悬挂法来确定重心，如图所示，C点即物体的重心．典例示范例1如图所示，两辆车正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无关D．物体静止时受到的重力最大，沿水平面运动时变小针对训练1关于重力与重心，下列说法正确的是()A．物体在空中下落时受到的重力比静止时受到的重力大B．形状规则的物体的重心一定在其几何中心C．放在桌面上的书对桌面的压力就是该书的重力D．重心是物体各部分所受重力的等效作用点探究点二力的表示方法归纳总结1.力的图示与示意图作图步骤力的图示力的示意图(1)选标度选定标度(用某一长度表示多少牛的力)无需选标度(2)画线段从作用点开始沿力的方向画一线段，根据选定的标度及力的大小确定线段的长度从作用点开始沿力的方向画一适当长度的线段即可(3)标方向在线段的末端画出箭头，表示方向2.实例：如图所示，物体A对物体B的压力是10N典例示范例2某人通过细绳用大小为50N的力F斜向上与水平方向呈30°角拉物块A，试画出拉力F的图示，并指出受力物体与施力物体．答：画力的图示的顺序——“四定”“三标”(1)“四定”：定作用点、定作用线、定比例标度、定线段长度．(2)“三标”：标力的方向、标力的符号、标力的数值．针对训练2在下表中，分别表示了A、B、C、D四个力的图示，其中正确的是()选项ABCD力的图示施力物体地球地球铁锤书本受力物体灯绳热气球道钉桌面A.重3N的电灯受到灯绳的拉力B.静止在空中、重力是2500N的热气球受到的重力C.铁锤对道钉竖直向下、大小为2.0×103N的打击力D.重5N的书对桌面的压力探究点三弹力的产生和方向导学探究如图所示：(1)图甲中物体A、B并排静止在光滑水平面上，A、B之间有弹力吗？(2)图乙中光滑物体A、B叠放在光滑水平面上，处于静止状态，A、B之间有弹力吗？答：归纳总结1.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．2．弹力有无的判断方法条件法方法根据物体间是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力，此方法多用来判断形变较明显的情况举例图中人落在蹦床上的过程中，即脚与床面接触的过程中，床面发生弹性形变，脚与床面间一定存在弹力假设法方法对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若状态不变，则此处不存在弹力；若状态改变，则此处一定有弹力举例图中为用细线悬挂的小球，细线竖直，斜面是光滑的，若去掉斜面体，小球的状态不变，则小球只受细线的拉力和重力，不受斜面的支持力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3[2022·天津实验中学高一检测](多选)如图中，静止的小球m分别与两个物体(或面)接触，设各接触面光滑，A受到两个弹力的是()【例4】请在下图中画出物体A所受弹力的示意图．判断弹力方向的一般步骤针对训练3(多选)如图所示，底端置于粗糙水平地面上的杆，其顶端通过一根细线用手拉住，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上方C．杆受到地面的弹力是由地面的形变产生的D．地面受到杆的弹力沿杆斜向左下方针对训练4[2022·湖南邵东第一中学高一检测]如图中画出的弹力F示意图合理的是()探究点四胡克定律的应用归纳总结1.弹力大小的计算(1)利用公式F＝kx计算，适用于弹簧的计算．(2)平衡法：如果物体在二力作用下处于平衡状态，可利用已知力求解未知弹力．2．胡克定律的理解和应用(1)适用条件：弹簧在弹性限度内发生形变．(2)物理量的含义：x是弹簧的形变量，而不是弹簧形变后的长度；k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和形变量x无关．(3)F­x图像：F­x图像是一条过原点的倾斜直线(如图所示)，直线的斜率表示弹簧的劲度系数k.(4)胡克定律的推论：ΔF＝kΔx.弹簧弹力的变化量ΔF跟弹簧形变量的变化量Δx成正比．典例示范例5(多选)关于胡克定律，下列说法正确的是()A．由F＝kx可知，在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变量x成正比B．由k＝Fx可知，劲度系数k与弹力F成正比，C．弹簧的劲度系数k与弹力F的大小和弹簧形变量x的大小无关D．弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时弹力的大小例6如图所示，一根轻弹簧长度由原来的5.00cm伸长为6.00cm时，手受到的弹力为10.0N．那么，当这根弹簧伸长到6.20cm时(在弹性限度内)，手受到的弹力有多大？迁移拓展在[例6]中，如果弹簧被压缩到4.30cm，那么弹簧受到的压力有多大？(在弹簧的弹性限度内)计算弹力大小的两种方法(1)公式法：利用公式F＝kx计算．适用于弹簧、橡皮筋等物体的弹力的计算．(2)平衡法：利用二力平衡的条件计算．例如：悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时，细绳对物体的拉力大小等于物体重力的大小．针对训练5(多选)某人用来锻炼身体的拉力器并列装有三根相同的弹簧，每根弹簧的自然长度都是40cm，一次锻炼时，他用600N的力把弹簧拉长至1.4m，如图所示，则()A．人的每只手受到拉力器的拉力为300NB．每根弹簧产生的弹力为200NC．每根弹簧的劲度系数为200N/mD．每根弹簧的劲度系数为600N/m第三章相互作用——力1．重力与弹力必备知识·自主学习一、1．地球的吸引2．竖直向下3．mg4．(1)集中于一点(2)形状质量分布情境思考：提示：因为重力方向始终竖直向下．二、1．有向线段长短箭头作用点2．方向作用点三、1．形状体积2．恢复原状接触3．跟接触面垂直沿着绳子收缩的方向情境思考：提示：桥面受向下的弹力，是因为玩具汽车车轮发生了弹性形变，由于要恢复原状，对桥面有向下的作用力．玩具汽车受向上的弹力，是因为桥面发生了弹性形变，由于要恢复原状，对玩具汽车有向上的作用力．四、3．(1)F＝kx(2)劲度系数N/m(3)弹簧越“硬”弹簧越“软”思考辨析答案：(1)√(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√(7)×关键能力·合作探究探究点一【例1】【解析】重心是一个等效概念，物体各部分都受到重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中在一点，A项正确；重力的方向总是竖直向下的，B项错误；重心的位置与物体的形状和质量分布都有关系，C项错误；重力的大小与物体的运动状态无关，D项错误．【答案】A针对训练1解析：A错：重力与运动状态无关，下落时重物的重力与静止时物体的重力相同．B错：形状规则的物体的重心不一定在其几何中心上，重心位置还与物体的质量分布有关，当物体的质量分布均匀时，形状规则物体的重心一定在其几何中心上．C错：书对桌面的压力的施力物体是书，重力的施力物体是地球，二者不是同一个力．D对：重心是物体各部分所受重力的等效作用点．答案：D探究点二【例2】【解析】画力的图示时，先选好标度：比如以5mm长的线段表示10N的力，则拉力F共长25mm，用A点代表物块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．为了准确无误地表示拉力的方向，图中的虚线是必要的辅助线．【答案】物体A细绳针对训练2解析：A错：绳对灯的拉力，施力物体是绳，受力物体是灯，且方向竖直向上．B对：图中力的方向、大小及作用点都正确，施力物体、受力物体也都正确．C错：力的刻度不均匀．D错：压力的作用点不应画在书上，应画在桌面上；力的大小也是错误的．答案：B探究点三提示：(1)若移走物体A，物体B仍然静止，说明虽然A、B接触但相互之间没有弹力的作用．(2)如果将物体A快速撤出，物体B会立即下落，这说明A阻止了B的下落，说明A、B之间有弹力的作用．【例3】【解析】A错：物体A受到的绳的拉力与重力是一对平衡力，由于A与斜面没有发生弹性形变，则A与斜面之间没有弹力，物体只受一个弹力作用．B对：在水平力F的作用下，物体A与两个接触面都发生了弹性形变，均受到两个接触面的弹力．C对：物体A受绳的拉力和斜面的支持力，这两个力都属于弹力．D错：物体A受到水平面的支持力是弹力，这个力和重力是一对平衡力，A与竖直侧面没有发生弹性形变，没有弹力产生，只受到一个弹力作用．【答案】BC【例4】【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则垂直于接触面；若接触面为曲面，则弹力与切面垂直．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．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】如图所示针对训练3解析：A对，B错：细线弹力的方向沿着细线收缩的方向，细线水平，则细线对杆的作用力方向水平向左，杆对细线的弹力方向水平向右．C对：杆受到地面弹力的施力物体是地面，是由于地面的形变产生的．D错：杆受到地面的弹力方向垂直于地面向上，所以地面受到杆的弹力垂直于地面向下．答案：AC针对训练4解析：A错：弹力F应该过接触点和球心向上．B错：弹力F应该过接触点垂直接触面竖直向上．C错：OB面无弹力，OA面弹力竖直向上．D对：B点弹力垂直杆斜向上．答案：D【例5】【解析】在弹性限度内，弹簧的弹力与形变量遵守胡克定律F＝kx，A正确；弹簧的劲度系数是由弹簧本身的性质决定，与弹力F及形变量x无关，B错误，C正确；由胡克定律得k＝Fx，可理解为弹簧伸长(或缩短)单位长度时受到的弹力的值与k相等，D【答案】ACD【例6】【解析】已知弹