物理必修 第一册第三章 相互作用——力1 重力与弹力教学课件ppt

这是一份物理必修 第一册第三章 相互作用——力1 重力与弹力教学课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了自主预习·新知导学，合作探究·释疑解惑，课堂小结，随堂练习，答案如图所示，知识点三胡克定律等内容，欢迎下载使用。
自主预习·新知导学
一、重力1.产生:由于地球的吸引而使物体受到的力。2.大小:(1)重力的计算公式是 G=mg ,公式中G是物体的重力,m是物体的质量,g是自由落体加速度。
(2)怎样测量重力的大小?测量时需要注意什么问题?重力的大小可以用弹簧测力计测出:如图所示,物体静止时弹簧测力计的拉力大小等于物体受到的重力。用弹簧测力计测量时,物体必须保持静止或匀速直线运动。弹簧测力计对物体的拉力和物体所受的重力在本质上是不同的两种力,但根据二力平衡,它们的大小是相等的。
3.方向:总是竖直向下。4.重心:(1)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)物体的重心一定在物体的几何中心吗?提示:物体的重心不一定在物体的几何中心。物体的重心位置由物体的形状和质量分布共同决定:①质量分布均匀、有规则几何形状的物体,重心在物体的几何中心;②质量分布不均匀的物体,重心一般不在它的几何中心。
5.力的图示与力的示意图:(1)力的图示: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:只需画出力的作用点和方向。
二、弹力1.形变:物体在力的作用下形状或体积会发生改变。2.弹力:发生形变的物体,要恢复原状,对与它接触的物体会产生力的作用,这种力叫作弹力。
3.弹力的方向:(1)支持力的方向一定竖直向上吗?压力的方向一定竖直向下吗?提示:不一定。支持力和压力的方向总与接触面垂直,如往墙上按图钉时,手对图钉的压力是水平的;放在斜面上的物体对斜面的压力垂直于斜面向下,斜面对物体的支持力垂直于斜面向上。(2)绳的拉力方向总是沿着绳指向绳收缩的方向。
三、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的形变。2.弹簧的弹力大小一定跟弹簧伸长(或压缩)的长度成正比吗?提示:不一定。只有在弹性限度内,即弹簧发生弹性形变时该关系才成立。
3.胡克定律公式:F= kx 。式中k叫作弹簧的劲度系数,其单位为牛顿每米,符号为N/m。通常说,k越大,弹簧越“硬”;k越小,弹簧越“软”。4.对于同一只弹簧,在弹性限度内对它的拉力越大,它就越长,即弹簧越长反映了弹簧的弹力越大。弹簧的弹力大小是否与其长度成正比?提示:不成正比。在弹性限度内弹簧的弹力大小与弹簧长度的变化量成正比,即F=kx。其中当弹簧伸长时,式中x=l-l0,l、l0为弹簧现在和原来的长度,所以F=k(l-l0),因此弹力大小与l-l0成正比,而不是与弹簧长度l成正比。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)只有静止的物体受重力,而运动的物体不受重力。(　　)(2)重心是物体重力的作用点,也就是物体上最重的点。(　　)(3)同一个物体受多个力作用,要作出各力的图示,不同的力可以用不同的标度。(　　)提示:(1)×　(2)×　(3)×
2.列车在轨道上行驶时,轨道会受列车的弹力的作用,产生这个弹力的直接原因是什么?提示:弹力是由于施力物体发生弹性形变后要恢复原状,从而对受力物体产生的力的作用,故轨道受到的弹力是列车的形变产生的。
3.利用弹簧可以测量物体的重力。将劲度系数为k的弹簧上端固定在铁架台的横梁上,弹簧下端不挂物体时,测得弹簧的长度为x0。将待测物体挂在弹簧下端,如图所示。待物体静止时测得弹簧的长度为x1。测量中弹簧始终在弹性限度内,求待测物体的重力的大小。提示:根据胡克定律可知,弹簧的弹力F=k(x1-x0),弹簧的弹力等于物体的重力, 则待测物体的重力的大小为k(x1-x0)。
合作探究·释疑解惑
知识点一 对重力及重心的理解
问题引领“马踏飞燕”是汉代艺术家高超技术的结晶,如图所示,东汉铜奔马身高34.5 cm,身长45 cm,宽13 cm,质量7.15 kg。形象矫健俊美,别具风姿。马昂首嘶鸣,躯干壮实而四肢修长,腿蹄轻捷,三足腾空、飞驰向前,一足踏飞燕。讨论并回答下列问题:(g取10 m/s2)
(1)铜马所受重力的施力物体和受力物体。(2)铜马所受重力的大小和方向。(3)铜马的重心是否一定在飞燕所在的竖直线上?提示:(1)该重力的施力物体是地球,受力物体是铜马。(2)铜马所受重力的大小G=mg=7.15×10 N=71.5 N,方向竖直向下。(3)铜马的重心一定在飞燕所在的竖直线上,但是马的重心位置在马身上而不在飞燕上。
归纳提升1.重力的大小和方向(1)在同一地点,重力的大小与质量成正比。(2)在不同地点,某一物体的重力的大小与物体所处的纬度位置有关,在纬度越高的位置,所受重力越大;其重力的大小还与物体的海拔有关,在同一纬度,位置越高,重力越小。(3)重力的大小与物体的运动状态无关,与物体是否受其他力无关。(4)重力的方向总是竖直向下,竖直向下不是垂直于支撑面向下,也不是指向地心。
2.对重心的理解(1)重心的意义:重心是物体所受重力的作用点,任何物体都有重心,且只有一个重心。(2)重心的位置:①质量分布均匀的物体,重心位置只跟物体的形状有关。若物体的形状是中心对称的,对称中心就是重心。而轴对称物体的重心在对称轴上,可用二力平衡的方法找到。②质量分布不均匀的物体,重心的位置由物体的形状和质量分布共同决定,可以用“支撑法”或“悬挂法”确定。
(3)分析重心位置的步骤:①以所给物体为研究对象,了解其质量分布的情况及几何形状。②对质量分布均匀、形状规则的物体,其重心在物体的几何中心上。③对于薄板型的物体可利用悬挂法确定。④若物体的质量分布或几何形状改变,物体的重心位置可能变化,注意重心位置不一定在物体上。
3.力的图示与力的示意图的比较
典型例题【例题1】 (多选)下列关于重力和重心的说法,正确的是(　　)A.重力是由于地球的吸引而使物体受到的力B.重力的方向总是竖直向下的,即总是垂直于当地的水平面C.重力的大小可用天平或弹簧测力计测量D.物体的重心一定在物体上
答案:AB解析:重力是物体由于受到地球的吸引而受到的力,故A正确;重力的方向总是竖直向下,故B正确;质量的大小用天平测量,重力的大小用弹簧测力计测量,故C错误;重心不一定在物体上,如圆环的重心,故D错误。此题考查对重力和重心的理解,意在培养学生的理解能力,形成自己的物理观念核心素养。
固定形状的物体的重心,与物体所在的位置及放置方式和运动状态无关。物体形状改变或质量分布发生变化时,其重心位置可能改变。
【变式训练1】 关于重心及重力,下列说法正确的是(　　)A.一个物体放于水中称量时弹簧测力计的示数小于物体在空气中称量时弹簧测力计的示数,因此物体在水中受到的重力小于在空气中受到的重力B.据G=mg可知,两个物体相比较,质量较大的物体的重力不一定较大C.物体放于水平面上时,重力方向垂直于水平面向下,当物体静止于斜面上时,其重力方向垂直于斜面向下D.物体的形状改变后,其重心位置不会改变
答案:B解析:由于物体浸没于水中时,受到向上的浮力,从而减小了弹簧的拉伸形变,弹簧测力计的拉力减小了,但物体的重力并不改变,选项A错误。当两物体所处的地理位置相同时,g值相同,质量大的物体的重力必定大;但当两物体所处的地理位置不同时,如质量较小的物体所处位置的g值大于质量较大的物体所处位置的g值,则质量较大的物体的重力不一定较大,选项B正确。重力的方向是竖直向下的,而不是垂直接触面向下的,选项C错误。
物体的重心位置由物体的形状和质量分布情况共同决定,当物体的形状改变时,其重心位置可能发生改变,选项D错误。
知识点二 对弹力的理解
问题引领足球是深受青少年喜爱的运动项目之一,以下为四种与足球有关的情景。
(1)甲图中,静止在草地上的足球对草地的压力就是它的重力吗?(2)乙图中,静止在地上的两个足球由于接触一定会受到相互作用的弹力吗?(3)丙图中,落在球网中的足球受到弹力的原因是什么?(4)丁图中,足球被踢出后还受到脚对球的弹力吗?
提示: (1)不是。静止在草地上的足球对草地的压力与它的重力大小相等,但不是它的重力。(2)不会。静止在水平地面上的两个足球虽然相互接触,但由于没有弹性形变,所以没有受到相互作用的弹力。(3)落在球网中的足球会受到弹力是由于球网发生了弹性形变。(4)不受弹力。
归纳提升1.弹力产生的条件(1)物体直接接触;(2)接触处发生弹性形变。2.弹力有无的判断方法(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,即物体间相互接触且发生弹性形变,两个条件必须同时满足才有弹力产生。
(2)利用假设法判断:要判断物体在某一接触位置是否受弹力作用,可假设将在此处与物体接触的物体去掉,看物体是否在该位置保持原来的状态,若不能保持原来的状态,则说明物体间有弹力作用。(3)根据物体的运动状态判断:看除了要研究的弹力外,物体所受的其他作用力与物体的运动状态是否满足相应的规律(目前主要应用二力平衡的规律),若满足,则无弹力存在;若不满足,则有弹力存在。
(4)利用力的作用效果分析:如果相互接触的物体间存在弹力,则必有相应的作用效果,或平衡其他作用力,或改变受力物体的运动状态,可利用作用效果确定弹力的有无。
3.弹力的方向弹力的方向总是跟施力物体形变的方向相反,作用在迫使物体发生形变的那个物体上,几种常见情况如下表:
典型例题【例题2】 在如图所示的图中画出物体P受到的各接触点或面对它的弹力的示意图,其中甲、乙、丙中物体P处于静止状态,丁中物体P(即球)在水平面上匀速滚动。
解析:甲中绳对球P的弹力属于绳的拉力,应沿绳指向绳收缩的方向,因此弹力方向沿绳向上。乙中A点属于点与球面相接触,弹力应垂直于球面的切面斜向上,必过球心O;B点属于点与杆相接触,弹力应垂直于杆向上。丙中A、B两点都是球面与平面的接触点,弹力应垂直于平面,且必过球心,所以A处弹力方向水平向右,B处弹力垂直于斜面向左上方,且都过球心。丁中小球P不管运动与否,都是属于平面与球面相接触,弹力应垂直于平面,且过球心,即向上。
A.球A受到两个弹力的作用B.球B受到两个弹力的作用C.球C受到两个弹力的作用D.球D(足球)与斜台作用时斜台给足球的弹力方向先沿v1的方向后沿v2的方向
答案:C解析:对A、B、C三球运用假设法和平衡法,假设球A受斜面的弹力,则球A就不能平衡了;假设球B受右面球的弹力,则球B将向左运动;假设球C不受右侧球的弹力,则球C将向右下方滚动,故A、B错误,C正确。弹力的方向应垂直于接触面,故D错误。
问题引领下表是某同学为探究弹力和弹簧伸长量的关系所测得的几组数据:
(1)请在下图中的坐标纸上作出F-x图像。(2)写出曲线所代表的函数。(3)解释函数表达式中常数的物理意义。(4)该弹簧受到反向压力时,其劲度系数是否变化?
提示:(1)将各点描到坐标纸上,并连成直线,如下图所示。(2)由图像得F=0.21x N/m。(3)函数表达式中的常数表示使弹簧伸长(或压缩)1 cm所需的拉力为0.21 N。(4)弹簧的劲度系数由弹簧本身的性质决定,与弹簧是否受力及受力方向无关。
归纳提升1.定律的成立条件:弹簧发生弹性形变或形变在弹性限度内。2.表达式中的x是弹簧的形变量,即弹簧伸长(或缩短)的长度,不是弹簧的原长,也不是弹簧形变后的实际长度。弹簧伸长量或压缩量相同时,弹力大小相等,但方向不同。3.表达式中的k是弹簧的劲度系数,它反映了弹簧的“软”“硬”程度,是由弹簧本身的性质决定的。在国际单位制中,k的单位为N/m。
4.由于弹簧的形变量x通常以cm为单位,而劲度系数k又常以N/m为单位,因此在应用F=kx时要注意将各物理量单位统一到国际单位制中。5.根据胡克定律,可作出弹力F与形变量x的图像,如图所示,这是一条通过原点的倾斜直线,其斜率 反映了k的大小,故胡克定律还可写成ΔF=kΔx,即弹力的变化量ΔF跟弹簧长度的变化量成正比。同一根弹簧,劲度系数不变。
典型例题【例题3】 一轻质弹簧的弹力大小F和长度l的关系图线如图所示,试由图线确定:(1)弹簧的原长;(2)弹簧的劲度系数;(3)弹簧的长度为15 cm时,弹力的大小;(4)由图像可知,弹力为10 N时,弹簧长度为5 cm或15 cm,由此能得到什么结论 ?
思路点拨:弹簧不受力时的长度为弹簧原长,弹簧劲度系数在F-x图像中可由图线斜率来确定,可利用F=kx求弹力。答案:(1)10 cm(2)200 N/m(3)30 N(4)弹簧的压缩量与伸长量相等时,弹簧的弹力大小相等。
解析:此题主要考查对胡克定律的理解与应用,培养同学们分析问题与解决问题的能力,提升自己的科学思维核心素养。(1)由胡克定律知,当弹力F=0时,弹簧伸长量x=0,即弹簧处于原长,则由题图可得l0=10 cm。(2)由F-l图像知,当弹簧长度为l=15 cm时,弹力F=10 N,弹簧的伸长量x=l-l0=(15-10) cm=0.05 m。
(3)当x=15 cm=0.15 m时,由F=kx得F=200×0.15 N=30 N。
应用胡克定律解题时,F=kx中的x是弹簧的形变量,不是弹簧的长度。弹簧形变量为x时,可能伸长也可能压缩。
【变式训练3】 如图所示,一根竖直悬挂的弹簧长为20 cm,当用15 N的力向下拉弹簧时,量得弹簧长24 cm。若把它竖立在水平桌面上,用30 N的力竖直向下压时,弹簧长多少?(忽略弹簧自重)
答案:12 cm解析:当弹簧受向下的15 N的拉力作用时,由胡克定律知F1=k(l2-l1)
1.(重力的理解)(2018北京大兴期末)关于重力,下列说法正确的是(　　)A.自由下落的物体速度越来越大,说明物体所受的重力越来越大B.抛出的石块轨迹是曲线,说明石块所受的重力方向在改变C.物体受到的重力大小和方向与物体的运动状态无关D.物体所受的重力作用于重心处,物体的其他部分不受重力作用
答案:C解析:重力的大小和方向与物体运动的状态无关,A选项错误,C选项正确;重力的方向是竖直向下的,无论抛出的石块轨迹怎样变化,其重力方向始终不变,B选项错误;重心是重力的等效作用点,物体的其他部分也受重力作用,D选项错误。
2.(弹力的产生条件)一辆汽车停在水平地面上,下列说法正确的是 (　　)A.地面受到了向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变;汽车没有发生形变,所以汽车不受弹力B.地面受到了向下的弹力,是因为地面发生了弹性形变;汽车受到了向上的弹力,是因为汽车也发生了形变C.汽车受到向上的弹力,是因为地面发生了形变;地面受到向下的弹力,是因为汽车发生了形变D.以上说法都不正确
答案:C解析:汽车停在水平地面上,因为地面发生了向下的形变,所以地面为恢复原状对与之接触的汽车产生一个向上的弹力作用;因为汽车的车轮发生了向上的形变,所以车轮为恢复原状对与之接触的地面产生向下的弹力作用,故C选项正确。
3.(胡克定律的简单应用)(2018北京北航附中期中)如图所示,一根劲度系数为k、原长为x0的轻质弹簧,其左端固定在墙上,右端与一个小球相连。当弹簧被拉伸至长度为x时(在弹性限度内),弹簧对小球的弹力大小为(　　)A.kx0B.kx2C.k(x-x0)D.k(x-x0)2答案:C解析:根据胡克定律得,弹簧被拉伸至长度为x时弹簧的弹力为F=k(x-x0)。
4.(力的示意图)画出图中物体A所受弹力的示意图,图中物体均静止。