人教版 (2019)必修 第一册1 重力与弹力导学案

第三章  相互作用——力

3.1   重力与弹力

1.知道力是物体间的相互作用，知道力既有大小又有方向，区分力的图示与力的示意图。

2.知道重力产生的原因、大小和方向；知道重心的概念和均匀物体重心的位置。

3．知道常见的形变；知道弹力产生的原因和条件。

4．知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向，能正确画出弹力的示意图。

5．通过实验探究弹力和弹簧形变量的关系，理解胡克定律，了解科学研究方法。

一、力的概念

在国际单位制中，力的单位是                 ，符号为           。

力是                     作用，一个物体受到力的作用，一定有            对它施加这种 作用。

力不能离开             和           而独立存在，力可以用一根           来表示，它的表示力的大小，它的                             表示力的方向，               表示力的作用点。这种表示 力的方法称为力的               。

二、重力

重力是由于                的吸引而产生的力，方向总是           向下。

重力的大小：G＝         ，g 为重力加速度，g＝9.8 m/s2，同一地点，重力的大小与质量成  ， 不同地点因 g 值不同而不同．

重心位置与  和物体  有关，质量分布均匀、形状规则的物体的重心在物体的 上．重心(填“可以不在”或“一定在”)                             物体上．

三、弹力

1.形变：物体在力的作用下________（形状）或_______（体积）发生的变化.

2.弹性形变：物体在形变后撤去作用力时能够_________（恢复原状）的形变.

3.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）(填“能”或“不能”)完全恢复原来的形状，这个限度叫做弹性限度.

4.弹力

(1)定义：发生_______（形变）的物体，由于要恢复原状，对________（与它接触）的物体产生的力.

(2)产生的条件：①两物体_________（直接接触）；②发生________（弹性形变）

5、几种弹力及方向

（1）压力和支持力的方向都________（垂直）于物体的接触面.

（2）绳的拉力方向总是沿着绳子而指向绳子_______（收缩）的方向.绳中的弹力常常叫做张力.

四、胡克定律

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，即F＝kx.

2.劲度系数：其中k为弹簧的_______（劲度系数），单位为_______（牛顿每米），符号是N/m.是表示弹簧“软”　“硬”程度的物理量.

一、力的概念

情景设置：运动员踢球，球由静止变为运动；汽车刹车后会慢慢停下来；球撞到地面上会弹起来；弹簧被压缩长度会变短；用手压锯条，锯条会变弯。

1、前三个现象是物体的运动状态发生了改变，后两个现象是说物体的形状发生了改变，请你分析一下，为什么会出现这种现象？

[来源:学科网]

2、通过上例分析，一个力的存在需要几个物体？有人说力总是成对出现的，你认为呢？

3、有人说物体间有力作用时，两物体必须直接接触，你同意这种观点吗？请举例说明。

4、通过以上学习和讨论请你总结力有哪些性质？力的作用效果又有哪些？力的作用效果是由哪些因素来决定的？

5、请你说出力的图示和力的示意图的区别？

二、重力

情景设置：抛出的物体会落回地面；树上掉下的苹果也会落向地面

1、你能对这些自然现象做出合理的解释吗？

2、有人说重力就是地球对物体的吸引力，你是否赞成这种说法，说出你的理由？

3、有人说：地球表面附近的一切物体，不论是静止的，还是运动的，不论是否与地面接触，都受重力作用。重力与运动状态和接触面情况均无关。你赞成这种观点吗？

4、有一种观点，重力的方向是指向地心的，所以地面上所有物体的重力的方向都相同。你是否同意这种观点，说出你的理由。

5、我们把重力的等效作用点叫重心，那么如何来确定物体的重心呢？物体的重心是不是一定在物体上？物体的重心与哪些因素有关呢？

三、弹力

（一）、形变和弹力

【自学指导一】

(1)如图所示，取一个扁玻璃瓶，里面盛满水，用穿有透明细管的橡皮塞封口，使水面位于细管中，用手捏玻璃瓶，会看到什么现象？说明什么？

(2)用手压橡皮泥，橡皮泥发生形变；脚踩在松软的泥土上，留下了深深的脚印(形变)，这两种形变与玻璃瓶的形变有什么不同？

(3)如图所示，被拉长的弹簧对手有一个拉力的作用，这个拉力是如何产生的？

【答案】　(1)用手捏玻璃瓶，管中水面会上升(或下降).说明受压时玻璃瓶发生形变，体积变小(或变大)了.

(2)橡皮泥、泥土受力后发生的形变，在撤去外力后不能恢复原状(非弹性形变)，玻璃瓶的形变在撤去外力后能恢复原状(弹性形变).

(3)弹簧受到拉力后发生形变(伸长)，发生形变的弹簧要恢复原状，对手就产生了拉力.

【升华总结】

1.弹性形变和非弹性形变

弹性形变：撤去外力后能恢复原状的形变.

非弹性形变：撤去外力后不能恢复原状的形变.

发生弹性形变的物体，外力过大，超过一定的限度(弹性限度)，会变成非弹性形变.

2.   弹力的产生必须同时具备两个条件：
3.   (1)两物体直接接触；

(2)两物体接触处发生弹性形变.

3.显示微小形变的方法

显示微小形变可以用光学放大法(图)和力学放大法(图)，它们都是把微小的形变进行放大，便于观察.

（二）、弹力的方向　弹力有无的判断

（三）1.弹力的方向与施力物体形变方向相反，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：

(1)压力、支持力的方向：总是垂直于接触面，若接触面是曲面，则垂直于接触面的切线；若接触面是球面，弹力方向的延长线或反向延长线过球心，如图所示.

(2)绳的拉力方向：总是沿着绳并指向绳收缩的方向.

【易错点分析】

判断弹力有无的两个误区

1.误认为两物体只要接触就一定存在弹力作用，而忽视了弹力产生的另一条件——发生弹性形变.

2.误认为有形变一定有弹力，而忽视了弹性形变和非弹性形变的区别.

（三）、胡克定律

对于同一根弹簧，被拉得越长，弹簧的弹力越大，关于弹簧弹力的大小，甲说：弹簧弹力大小与其长度成正比；乙说：弹力的变化量ΔF与弹簧形变的变化量Δx成正比.哪个同学说法正确？

【答案】　甲错，乙对.弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，即F＝kx，也有ΔF＝k·Δx.

【升华总结】　胡克定律

1.成立条件：在弹性限度内.

2.对F＝kx的理解

(1)x是弹簧的形变量，而不是弹簧形变后的长度.

(2)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的大小和伸长量x无关.

(3)F－x图象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)弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比，即ΔF＝kΔx.

【易错点分析】

1.轻弹簧有压缩和拉伸形变，既能产生压力，又能产生拉力，方向均沿弹簧的轴线方向.

2.如果题目中只告诉弹簧的形变量，并没有指出是伸长还是压缩，或只告诉弹簧弹力的大小，并没有指出弹簧处于拉伸状态还是处于压缩状态，就要分别进行讨论.

3.轻弹簧的一端空载时弹力为零，不空载时两端弹力必然相等.

一、单选题

1、下列关于重力、重心的说法，正确的是（　　）

A．任何有规则形状的物体，它的重心一定与它的几何中心重合

B．任何物体的重心都在物体内，不可能在物体外

C．用一绳子将物体悬挂起来，物体静止时，该物体的重心不一定在绳子的延长线上

D．重力是由于地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的

2、有关重力和重心的说法正确的是（     ）

A．形状规则的物体其重心一定在其几何中心

B．重心一定在物体上

C．重力的大小与物体的运动状态无关

D．可以用悬挂法测一切物体的重心

3、如图所示，四种情境中物体A均处于静止状态，它与外界的接触面（点）均光滑，其中物体A所受弹力示意图不正确的是（　　）

A．两球完全相同且接触，O为A球的球心 B．O为A球的球心，C为A球重心

C．O为A球的球心，墙壁竖直 D．O为半球形的球心，A为一根均匀直棒

4、关于重力的说法中正确的是

A．重力G跟质量m的关系式中，g一定等于

B．重力的方向总是垂直向下的

C．重力就是物体对水平桌面的压力

D．不论物体是静止还是运动，受到的重力都一样

二、多选题

5、足球运动是目前全球体育界最具影响力的项目之一，深受青少年喜爱。如图所示为四种与足球有关的情景。下列说法正确的是　　

A．甲图中，静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力

B．乙图中，足球被踢出后飞行过程中受到重力和运动员对它弹力的作用

C．丙图中，足球入网时球网绳子中的弹力都沿绳子收缩方向

D．丁图中，运动员争顶头球时头部受到的弹力是由于足球发生了形变

6、关于力的说法，正确的是

A．强相互作用力和弱相互作用力都属于短程力

B．物体同时受几个力作用时，运动状态一定发生改变

C．物体悬挂静止不动，物体的重心必与悬点在同一竖直线上

D．两个相互作用的物体中，一个物体如果是受力物体、则必定不是施力物体

三、非选择题

7、薄板重力的位置可以通过两次悬挂来确定，如图所示：先在点用细线把物体悬挂起来，通过点沿绳所在直线在薄板上画一条竖直线，然后再选另一处点用细绳把物体悬挂起来，同样通过点沿绳所在直线在薄板上面一条竖直线，和的交点，就是薄板的重心．请你证明用这种方法确定重心的合理性．

8、如图为一轻质弹簧的长度l和弹力F大小的关系，试由图线确定：

（1）弹簧的原长；

（2）弹簧的劲度系数；

（3）弹簧伸长了15cm时弹力的大小．

一、单选题

1、霞浦纳海容山，水产品种类多样，农产品产量丰富。今年柚子丰收。一个柚子静止放在水平桌面上时，下列说法正确的是

A．柚子对桌面的压力就是柚子受的重力

B．柚子对桌面的压力是弹力，是由于桌面的形变而产生的

C．桌面对柚子的支持力是弹力，是由于桌面的形变而产生的

D．只有柚子发生了微小形变

2、如图所示，一劲度系数为k的轻弹簧，上端固定在天花板上，下端悬挂一木块。木块处于静止状态时弹簧的伸长量为弹簧的形变量在弹性限度内，则木块所受重力的大小等于　　

A． B． C． D．

3、某同学利用如图甲所示的装置探究弹簧的弹力F与弹簧伸长量x的关系。在实验过程中，弹簧的形变始终在弹性限度内，弹簧自身质量可忽略不计。根据实验数据，他作出了F-x图像，如图乙所示，据此可知：

A．弹簧的劲度系数k=100N/m。

B．弹簧的弹力F跟弹簧的长度成正比

C．弹簧的弹力F跟弹簧伸长量x成正比

D．弹簧的弹力F跟弹簧伸长量x成反比

4、三个同学用同一个弹簧拉力器(如图)来比试臂力，大家都不甘示弱，结果每个人都能把手臂撑直，则(   )

A．手臂长的人所用的拉力大 B．臂力大的人所用的拉力大

C．体重大的人所用的拉力大 D．三个人所用的拉力一样大

二、多选题

5、下列说法中正确的是（）

A．重力的方向总是指向地心

B．质量分布均匀、几何形状规则的物体的重心与物体的几何中心重合

C．地球表面的重力加速度随高度的增大而减小，在山顶的重力加速度小于山底的重力加速度

D．地球表面的重力加速度随纬度增大而减小，在南、北两极重力加速度最小

6、在光滑半球形容器内，放置一细杆，细杆与容器的接触点分别为A.B两点，如图所示.关于细杆在A.B两点所受支持力的说法，正确的是

A．A点处方向指向球心，是由于容器的形变产生的

B．A点处方向垂直细杆向上，是由于容器的形变产生的

C．B点处方向垂直细杆向上，是由于容器的形变产生的

D．B点处方向竖直向上，是由于细杆的形变产生的

三、非选择题

7、如图所示，把一个直立于水平面上的边长为a的正方形匀质薄板ABCD绕C点翻转到对角线AC处于竖直位置，其重心位置升高了多少？

8、某同学利用如图（a）装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验．

（1）在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持_____状态．

（2）他通过实验得到如图（b）所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图线，由此图线可得劲度系数k=____N/m．

（3）他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧秤，当弹簧秤上的示数如图（c）所示时，该弹簧的长度x=_____cm．

参考答案

【实践研究】

1、D；2、C；3、D；4、D；5、CD；6、AC；

7、【答案】   见解析

【解析】因为重力方向竖直向下，将物体沿A点吊起，然后沿A点竖直方向画一条线段AB，将物体再沿D点吊起，然后沿D点竖直方向画一条线段DE，两条线段的交点C即为该物体的重心；将物体吊起后，物体处于静止状态，它受到的地球的吸引力和绳子对它的拉力是一对平衡力，故这种方法运用了二力平衡和重力的方向是竖直向下的知识。

8、【答案】   （1）10cm；（2）200N/m；（3）30N

【解析】

（1）当F=0时，弹簧处于原长状态，由图读出F=0时，l=10cm，即弹簧的原长为l0=10cm．

（2）由图知：F=10N，l=5cm

则弹簧被压缩的长度x=l0-l=10cm-5cm=5cm=0.05m．

根据胡克定律F=kx得：k==N/m=200N/m；

（3）当弹簧伸长了x′=15cm=0.15m，弹力的大小为F′=kx′=200×0.15N=30N；

【课后巩固】

1、C；2、D；3、C；4、A；5、BC；6、AC；

7、【答案】  

【解析】试题分析：知道正方形匀质薄板的重心在几何中心，在物体上的位置是不变的。

板的重心在板的几何中心，开始时重心高度为：

翻转到对角线AC处于竖直位置时重心的高度为：

故重心位置升高了：

8、【答案】   竖直    50    10

【解析】

（1）弹簧是竖直的，要减小误差，刻度尺必须与弹簧平行，故刻度尺要保持竖直状态；

（2）弹簧处于原长时，弹力为零，故原长为4cm；弹簧弹力为2N时，弹簧的长度为8cm，伸长量为4cm；根据胡克定律F=k△x，有：。

（3）由图可知，弹簧秤的拉力为3N；则由胡克定律可知：，则弹簧的长度为：6cm+4cm=10cm。