《重力与弹力》教学设计-2025-2026学年高一物理上册人教版必修第一册

1.重力与弹力教学设计

教材分析

重力与弹力是力学基础概念，在知识体系中承上启下，既衔接了牛顿运动定律，又为后续

摩擦力、受力分析奠定基础。核心概念包括重力G=mg、重心、弹力F=依等规律，对

应相互作用观与物质观。教材通过实验探究构建知识体系：先用悬挂法确定重心，再借助

光学放大和弹簧实验突破微小形变观察难点，最后用F-%图像直观呈现胡克定律。学习

难点集中在三方面：一是重心概念易与几何中心混淆，需强调重心与质量分布的关系；二

是弹力方向判断，特别是曲面接触时垂直接触面的理解：三是胡克定律中％为形变量而非

长度，学生常忽视弹性限度条件教材通过载重汽车重心变化、有机玻璃形变等生活实

例，以及弹簧实验的定量探究，将抽象概念具象化，帮助学生建立力与形变的因果关系，

培养科学探究能力。

学情分析

学生已掌握力的基本概念、重力与质量的关系及力的图示方法，具备初步的实验观察能

力。高中阶段学生抽象思维逐步发展，对生活现象有探究兴趣，但对微观形变、弹力成因

等抽象概念理解仍存在直观依赖，易将重力与弹力混淆。本节重点在于理解重力作用点-

-重心的概念及其确定方法，掌握弹力产生的条件及方向判断，难点是通过实验归纳得出

胡克定律，要求学生具备一定的数据处理和规律归纳能力，教学中需强化实验体验与逻辑

推理的结合。

教学目标

物理观念：

能够运用重力公式G=mg进行简单计算，理解重心的概念及其在实际物体中的位置变化

规律。

科学思维：

能够通过实验数据分析得出胡克定律，理解弹力与形变量之间的线性关系。

科学探究：

能够设计实验探究弹簧弹力与形变量的关系，会使用图像法处理实验数据并得出结论。

科学态度与责任:

认识到物理学研究方法的严谨性，在实验过程中培养实事求是的科学态度。

重点难点

教学重点：

通过实例分析，理解重力的概念及G=mg的计算应用

通过实验探究，掌握胡克定律F=kx及其适用条件

教学难点：

通过悬挂法实验，理解重心位置的确定方法及其物理意义

通过微小形变观察，理解弹力产生的条件及形变的普遍性

课堂导入

同学们，你们有没有注意到跳高运动员在起跳前总会用力向下压跳板？当跳板被压弯后，

会产生一股神奇的力量将运动员高高弹起。同样地，拉开弓箭时，弓弦被拉得越开，箭就

飞得越远。这些现象背后都隐藏着一个共同的秘密——当物体形状改变时，会产生一种特

殊的力。那么，这种力的大小究竟和物体形变的程度有什么关系呢？

重力

探究新知

创设情景

清晨，同学们背着书包走向学校。书包因地球的吸引而具有向下的重力，这个力作用在身

体上让人感受到重量。当我们提起水桶、搬动课桌时，都能明显感受到物体受到一个竖直

向下的拉力，这个力就是重力。即使物体静止在地面上，重力依然存在，并通过地面的支

持力与之平衡。

问题探讨

问题：

问题1:为什么所有物体下落时都会加速向下运动？

问题2：物体各部分都受重力，我们能否将整个物体的重力等效为作用在一个点上？

问题3：均匀圆柱形水杯的重心在哪里？如果往杯中倒入一半水，重心位置如何变化?

问题4：如何通过实验确定一块不规则形状薄木板的重心？

探讨:

问题1:物体下落时只受重力作用（忽略空气阻力），根据自由落体运动规律，其加速

度为g,方向竖直向下，因此速度不断增大。这说明重力是改变物体运动状态的原因。

问题2：虽然物体内每一小部分都受到重力，但从整体效果看，这些力可以等效为集中

作用于一点，这一点即重心。这样处理后，便于分析物体的平衡与运动。

问题3：均匀圆柱体的重心在轴线中点。加水后，下部质量增加，整体质量分布下移，

导致重心位置下降，但仍位于对称轴上。

问题4：可采用悬挂法：先在A点悬挂薄板，画出过A点的竖直线AB,重心必在AB线

上；再换D点悬挂，画出DE线，重心也在DE线上。两线交点C即为重心位置。

归纳总结

1.重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，施力物体是地球，方向竖直向下，单位

为牛顿（N）。

2.重力大小与质量的关系为G=mg,其中g为自日落体加速度。

3.重力的作用可等效于集中作用于一点，该点称为重心。

4.质量均匀、形状规则的物体，重心在其几何中心；质量分布不均匀或形状不规则的

物体，重心位置还与质量分布有关。

5.力可用有向线段表示：长短表示大小，箭头表示方向，箭尾表示作用点，此为力的

图示；若仅需表示方向和作用点，则画力的示意图。

概念深化

问题

为什么杂技演员走钢丝时常常手持一根长杆？从重心角度解释其物理原理。

答案

手持长杆可降低整体系统的重心，并增大转动惯量。当人偏离平衡位置时，较低的重心使

恢复平衡更容易，长杆的微小摆动可调节整体重心投影是否落在支撑点范围内，从而提高

稳定性。虽然高中阶段未引入转动惯量，但从重心角度看，延长杆件改变了质量分布，使

系统更不易倾倒，体现了重心位置对平衡的重要影响。

新知巩固

例题1

不倒翁是一种儿童玩具。如图所示放在水平桌面上的不倒翁上半部为空心壳体，质量较

小，下半部分是一个实心的半球体，质量较大，不倒翁的重心就在半球体之内，所以不倒

翁无论如何摇摆，总是不倒。如图中不倒翁所受的重力示意图正确的是（）

解答

1.重力的方向始终是竖直向下的，与物体所处的状态无关。

2.重力的作用点在物体的重心上。根据题意，不倒翁的下半部分质量较大，因此其重

心位于下半部的实心半球体内，靠近底部。

3.观察四个选项：

A选项：重力方向斜向下，错误：

B选项：重力方向竖直向下，但作用点偏高，未在重心区域，错误；

C选项：重力方向竖直向下，但箭尾起点在顶部，不符合力的图示规范（箭尾

应为作用点），且位置偏高，错误；

D选项：重力方向竖直向下，箭尾位于下半球区域，符合重心位置和方向要

求，正确。

4.故正确答案为Do

考察知识点

重力的方向：始终竖直向下。

重力的作用点：物体的重心，取决于质量分布。

力的图示规范：箭尾表示作用点，方向表示力的方向，长短可反映大小（本题未强

调大小）。

例题2

在空易拉罐中注入适量的水后，将易拉罐倾斜放置在水平桌面上，结果易拉罐“倾而不

倒”，如图所示。下列说法正确的是（）

A.易拉罐受到的重力就是易拉罐对桌面的压力

B.易拉罐的重心位置在过易拉罐与桌面接触点的竖直线上

C.若将注水后的易拉罐水平放置.，则其重心位置不变

D.易拉罐对桌面的压力是因为桌面形变而产生的

解答

I.分析选项A：重力是地球对物体的吸引力，方向竖直向下；压力是物体对支持面的

作用力，方向垂直于接触面向下"二者性质不同、施力物体不同、受力物体也不

同，不能等同。故A错误。

2.分析选项B：物体能保持平衡（不翻倒），说明其所受合外力和合外力矩为零。当

易拉罐倾斜但不倒时，重力作用线必须通过与桌面的接触点或在其支撑面内，否则

会产生使它继续倾倒的力矩。因此，此时重心一定位于通过接触点的竖直线上，才

能保证重力不产生转动力矩。故B正确。

3.分析选项C：注入水后，水的位置随罐体姿态改变而变化。当易拉罐从倾斜变为水

平放置时，水会流动，导致整体质量分布改变，从而改变重心位置。故C错误。

4.分析选项D：易拉罐对桌面的压力，是由于易拉罐自身发生微小形变而产生的弹

力，作用在桌面上。压力的施力物体是易拉罐，形变的是易拉罐本身，不是桌面。

桌面形变产生的是桌面对易拉罐的支持力。故D错误。

5.综上所述，正确答案为B。

考察知识点

重力与压力的区别：不同性质的力，不能混淆。

物体平衡条件：当物体静止不翻倒时，重力作用线必须通过支撑面或接触点的竖直

线。

重心位置的影响因素：不仅与形状有关，还与质量分布有关，液体流动会改变重

心。

弹力的产生原因：弹力由施力物体发生形变而产生，压力由被压物体（如易拉罐）

形变引起。

题目求解要点：

1.重力方向恒为竖直向下，作用点在重心，画力的图示时要准确标出方向和作用点。

2.判断物体是否翻倒的关键是看重心是否在支撑面内，或重力作用线是否过接触点。

3.液体的存在会使重心随容器姿态变化而移动，重心位置具有动态性。

4.区分重力、压力、支持力的施力物体与受力物体，明确弹力是由施力物体形变产生

的。

弹力

探究新知

创设情景

当你用手拉伸弹簧时，会感受到弹簧对手有一个向内的拉力；当你坐在椅子上时，椅子表

面因受压而发生微小形变，从而对你产生向上的支持力。这些生活中常见的推、拉、压、

支持等作用，都涉及物体之间接触并发生形变的情况。

问题探讨

问题：

问题1:

用手按压桌面时，桌面是否会发生形变？如何证明？

问题2：

弹簧被拉长后为什么会对手产生拉力？这种力的来源是什么？

问题3：

跳水运动员站在跳板上时，跳板弯曲，此时跳板对运动员施加的力属于哪种类型？

问题4：

绳子拉动物体时，拉力的方向有什么特点？

探讨：

问题1：虽然肉眼难以察觉，但桌面在受压时确实会发生微小形变。如图3.1-6所示，利

用平面镜和光路放大法，匕观察到按压桌面时光点移动，说明支撑镜子的桌面发生了形

变，从而证明所有物体受力时都会发生形变，无论是否明显。

问题2：弹簧被拉长后，内部结构试图恢复原状，这种恢复趋势使其对连接的小车或手

施加一个反向的力。这个力来源于弹簧的形变，是物体要恢复原状所产生的作用。

问题3：跳板因受力弯曲发生形变，为恢复原状对运动员施加向上的力，该力与接触面

垂直，属于弹力。

问题4：绳子的拉力沿着绳子方向，并指向绳子收缩的方向，例如吊起重物时，拉力竖

直向上，沿绳指向固定端，这也是弹力的一种表现形式。

归纳总结

1.物体在力的作用下形状或体积发生改变，这种变化叫作形变。

2.发生形变的物体要恢复原状，对与它接触的物体产生的力叫作弹力。

3.压力、支持力、拉力都是弹力。

4.弹力的方向：压力和支持力的方向与接触面垂直；绳的拉力方向沿着绳指向绳收缩

的方向。

概念深化

问题

如果一个物体静止在斜面上，斜面对物体的支持力方向是怎样的？为什么不是竖直向上？

答案

支持力方向垂直于接触面向上。因为弹力方向总是与接触面垂直，而斜面与水平面成一定

角度，所以支持力也沿垂直于斜面的方向，而非竖直方向。若支持力竖直向上，则无法抵

消物体对斜面的压力分量，违背受力实际。这说明弹力方向由接触面几何特征决定，体现

其“垂直接触面”的本质属性。

新知巩固

第1题

【题文】如图所示，一根轻质弹簧竖直固定在水平地面上，上端放一个物块，物块静止时

弹簧被压缩，下列说法正确的是（）

A.物块所受弹力是由于物块发生形变而产生

B.弹簧对物块的支持力大小等于物块的重力大小

C.弹簧没有发生形变时，内部不存在弹力

D.增大物块质量，弹簧的压缩量增加，说明弹力大小与形变量无关

【答案】B

解答

1.分析选项A：弹力是由施力物体发生形变而产生的。弹簧对物块的支持力，是弹簧

被压缩后要恢复原状而对物块施加的力，因此这个弹力是由弹簧发生形变产生

的，而不是物块。故A错误。

2.分析选项B：物块静止在弹簧上，处于平衡状态，竖直方向合力为零。物块受到两

个力：重力mg向下，弹簧支持力风向上。由平衡条件得：FN=mg,即支持力等

于重力。故B正确。

3.分析选项C：弹力的产生前提是发生弹性形变。当弹簧没有发生形变时，既无伸长

也无压缩，此时弹簧各部分之间无相互作用的弹力。因此“内部不存在弹力”符合物

理事实。但需注意，此说法仅适用于理想轻弹黄。对于实际弹筮可能存在预紧力，

但在高中阶段默认无初始形变则无弹力。故C正确。

然而，题目要求选择“正确”的一项，且为单选题（根据格式推断），而B和C

看似都对，需进一步辨析。

实际上，在标准高中物理模型中，C选项表述绝对化：“弹簧没有发生形变

时，内部不存在弹力”——这在理想情况下成立，但若弹簧自身有重量或预压

缩等情况可能不成立。但在本题情境下，弹簧为“轻质”，即质量不计，且初始

无负载，因此无形变即无弹力。C也可认为正确。

但结合选项设计逻辑和常见命题意图，B是明确无误的力学平衡结论，而C

虽合理，但“内部不存在弹力”描述不够严谨（如弹筮♦两端受力平衡时也可能无

形变但曾受力）。更关键的是，题干图示显示弹簧已被压缩，说明当前状态有

形变，C讨论的是“没有发生形变时”的情况，属于假设性陈述，容易引起歧

义。

综合判断：B是唯一必正确且无争议的选项，故答案为B。

4.分析选项D：增大物块质量，重力增大，弹簧进一步压缩直至新的平衡，压缩量增

力口。根据胡克定律尸=攵心弹力尸=mg,形变量x=詈，说明弹力与形变量成正

比。因此“弹力大小与形变量无关”明显错误。故D错误。

考察知识点

弹力的施力物体与形变关系：弹力由施力物体（如弹簧）发生形变而产生。

二力平衡条件的应用：静止物体所受合力为零，支持力等于重力。

胡克定律的基本思想：弹力大小与形变量成正比，F=kx。

理想弹簧模型：轻质弹簧无形变时无弹力，弹力随形变量变化。

题目求解要点：

1.弹力的来源必须明确：谁形变，谁提供弹力。

2.静止状态一定满足二力平衡，可用于计算或判断力的大小关系。

3.形变量越大，弹力越大，符合胡克定律，不能误认为“无关”。

4.注意选项中的绝对化语言（如“不存在”），需结合理想模型判断其合理性。

胡克定律

探究新知

实验思路

实验目的

探究弹簧在弹性限度内，弹力大小与形变量之间的关系，验证胡克定律。

实验原理

在弹性限度内，弹簧的弹力尸与形变量X可能存在某种定量关系。通过测量不同弹力作用

下弹簧的伸长量，建立F与工的关系图像，分析两者之间的定量关系。实验中弹簧弹力由

悬挂钩码的重力提供，形变量通过刻度尺测量弹簧伸长量获得。

实验器材

铁架台（带横杆）、待测弹簧、钩码组（质量已知）、毫米刻度尺（最小分度1mm）、

坐标纸。

进行实验

如图3.1-8甲所示为实验装置示意图，我们将利用该装置测量弹簧弹力与形变量的关系。

图3.1-8甲实验装置

将铁架台稳固放置在水平桌面上，将弹簧上端固定在铁架台横杆上，确保弹簧自然

下垂且不与其他物体接触。调整刻度尺位置，使其竖直且与弹簧平行，记录弹贯自

由下垂时下端在刻度尺上的初始位置

在弹簧下端悬挂一个钩码，待弹簧静止后，记录此时弹簧下端在刻度尺上的位置小

计算弹簧的伸长量与二匕-办，记录对应的弹力及（等于钩码重力mg）。

保持装置稳定，依次增加钩码数量，每次增加一个钩码，待弹簧静止后分别记录弹

簧下端位置以h，…，计算对应的伸长量%2,无3,…和弹力?2,F3f.“。

重复上述测量过程，至少测量5组不同弹力下的伸长量数据。注意每次增加钩码时

要轻放，避免弹簧振动影响读数。

完成加载测量后，逐步减少钩码数量，进行卸载测量，验证弹簧是否恢复原状，确

保实验在弹性限度内进行。

数据分析

收集数据

实验次数弹力/(N)弹簧长度/(mm)伸长量x(mm)

000

1

2

3

4

5

处理分析

I.以伸长量x为横坐标，弹力尸为纵坐标，在坐标纸上描出各组数据对应的点，用直

尺将这些点连接起来，观察各点是否大致分布在一条直线上。

如图3.1-8乙所小为F—%关系图像示例：

图3.1-8乙作出F—x图像

2.若各数据点基本分布在一条过原点的直线上，说明在弹性限度内，弹簧弹力F与伸

长量汇成正比关系。通过图像求出直线的斜率匕即为弹簧的劲度系数，单位为

N/mo

3.若图像出现明显偏离直线的点，说明此时弹簧可能已经超过弹性限度，应剔除该组

数据重新测量。

通过实验数据分析可以得出：在弹性限度内，弹簧弹力「与伸长量汇成正比，B|JF=kx,

这就是胡克定律。

误差分析及注意事项

注意事项

1.实验前要检查弹簧是否完好，确保其在弹性限度内工作。

2.读数时视线要与刻度尺垂直，减小读数误差。

3.增减钩码时要轻拿轻放，避免冲击影响测量结果。

误差分析

1.弹簧自身重力可能对测量结果产生影响。

2.刻度尺读数存在视差误差。

3.钩码质量叮能存在偏差，影响弹力计算。

新知巩固

例题1

某实验小组用力传感器探究弹簧的弹力和伸长量的关系。如图甲所示，将轻质弹簧上端固

定于支架台上，使标尺的零刻度线与弹簧上端对齐。某同学用力传感器竖直向下拉弹簧，

同时记录拉力值F及对应的标尺刻度x（如图乙所示）0通过描点画图得到图丙所示的F-

x图像，a、b分别为使用轻弹簧1、2时所描绘的实验图线。下列说法正确的是（）

E乙

A.弹簧1的原长大于弹簧2的原长

B.弹簧1的劲度系数大于弹簧2的劲度系数

C.弹簧2产生的弹力是20N时，弹簧的伸长量是65cm

D.因未测弹簧原长，故本实验无法探究弹簧的弹力与伸长量的关系

解答

1.图内为F-无图像，横轴》为标尺读数，即弹簧末端位置。

弹簧原长Lo对应弹力为零时的位置。

当F=0时，％的值即为弹簧原长对应的刻度。

观察图线：

弹簧1（图线a）在F=0时，x=50cm

弹簧2（图线b）在尸=OII'Lx=60cm

所以弹簧1原长为50cm,弹簧2原长为60cm,即弹簧I原长小于弹簧2原

长，A错误。

2.胡克定律尸=kXx,其中Ax=x-A。为伸长量。

F-%图像的斜率并非劲度系数，因为横轴是位置％而非伸长量Ax。

但若将坐标平移，令△%=%-〃（），则尸=总心图像应为过原点的直线。

原尸-》图像中，直线的斜率仍等于劲度系数匕因为与x只是相差常数，不影响

斜率。

比较图线a和b的斜率：

图线a（弹簧I）更陡，斜率更大

图线b（弹簧2）较缓，斜率较小

故弹簧1的劲度系数大于弹簧2的劲度系数，B正确。

3.对于弹簧2（图线b）,当F=20N时，查图得x=70cm

其原长Lo=60cm,故伸长量=70-60=10cm=0.1m

选项C说“伸长量是65cm”，明显错误。

4.虽然实验中未直接测量原长，但从尸=0时的x值即可确定原长，因此仍可确定伸

长量Ax,从而探究弹力与伸长量关系，D错误。

考察知识点

产-％图像的理解：横油为位置读数，需结合产=。时的位置确定原长。

胡克定律的图像表达：尸=Ax关系为正比例，图像为直线，斜率为劲度系数，

劲度系数的比较：通过图像斜率判断，斜率越大，弹簧越“硬”。

实验数据处理能力：能从非直接