物理必修 第一册第三章 相互作用——力1 重力与弹力备课ppt课件

这是一份物理必修 第一册第三章 相互作用——力1 重力与弹力备课ppt课件，共44页。PPT课件主要包含了本章素养概述，重力与弹力，目标体系构建，课前预习反馈，地球的吸引，竖直向下，集中于一点，质量分布，线段的长短，箭尾或箭头等内容，欢迎下载使用。
“它不是物，但不能离开物而存在；它不孤独，总是成双成对地出现；它不让你看见，但你能觉察到它的作用效果；它不能像数那样相加，而是遵循另外的法则。”你知道这是什么吗？它就是我们即将要学习的——力。自然界的力现象无处不在，无奇不有。那么，在生活中接触到的力有什么特点呢？如何发挥力的作用，避免力的危害？本章将探讨这些问题。
1．知道重力产生的原因、大小和方向。知道重心的概念，初步体会等效替代的思想。2．会画力的图示和示意图。3．抽象概括弹力产生的条件。知道压力、支持力和拉力都是弹力，会分析弹力的方向。
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_______。(3)对形状不规则的物体，可以应用二力平衡的知识通过实验来确定其重心位置。如薄板状物体的重心位置可以通过_______法来确定。
注意：g的单位既可以是N/kg，又可以是m/s2，而且1 N/kg＝1 m/s2。
1．力的图示：用有向线段来表示力。(1)有向_____________(严格按标度画)表示力的大小。(2)_______表示力的方向。(3)_________________表示力的作用点。2．力的示意图：只用带箭头的有向线段来表示力的方向和作用点，不需要准确标度力的大小。
『微训练』1．根据预习内容，判断下列说法正误：(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。( )
2．(2023·福建福州高一校考期末)下列关于重力的说法正确的是( )A．自由下落的石块速度越来越大，说明石块所受的重力越来越大B．抛出的石块运动轨迹是曲线，说明石块所受的重力的方向在改变C．物体受到重力的大小和方向与物体的运动状态有关D．物体所受重力的方向一定竖直向下
解析：自由落体运动的物体只受重力，速度越来越大，是因为加速度方向与速度方向相同，做加速运动，而重力保持不变，故A错误；重力的方向始终竖直向下，不发生变化，故B错误，D正确；重力的大小与物体的质量和当地的重力加速度有关，而与物体的运动状态无关，故C错误。
1．形变与弹性形变(1)形变：物体在力的作用下_____________发生改变，叫作形变。(2)弹性形变：有些物体在形变后能够___________，这种形变叫作弹性形变。2．弹力(1)概念：发生______的物体，由于要恢复______，对与它________物体产生力的作用，这种力叫作弹力。(2)弹性限度：当形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体______ ____________________，这个限度叫弹性限度。
注意：如果两个物体间有弹力的作用，则它们一定直接接触了，但两个物体直接接触，它们之间却不一定有弹力的作用。『微训练』1．根据预习内容，判断下列说法正误：(1)若两物体间存在弹力，则它们一定接触。( )(2)支持力的方向垂直于物体的接触面。( )
2．(2023·新疆高一校考阶段练习)下列关于弹力产生的条件说法正确的是( )A．只要两个物体接触就会产生弹力B．压力、支持力、绳的拉力都是弹力C．物体发生形变就会产生弹力D．压力、支持力的方向可能不垂直于支持面
解析：两个相互接触并挤压，发生弹性形变的物体间才会产生弹力，故A错误；压力、支持力、绳的拉力都是弹力，故B正确；瘪下去的乒乓球发生了形变，但是对与之接触的物体没有受到弹力，物体发生形变不一定就会产生弹力，故C错误；支持力和压力的方向总是垂直于支持面，故D错误。
1．内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟________________ __________成正比。2．表达式：F＝_______，其中k为弹簧的___________，单位：牛顿每米，符号_______，它的大小反映了弹簧的软硬程度。
『微训练』(多选)(2023·河北保定高一阶段练习)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C．弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的，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
要点提炼1．重力的概念：由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。(1)地球上的物体都受到重力作用，不管质量大小，也不论有无生命，凡是由分子、原子构成的物体皆受重力作用。(2)重力是由于地球的吸引而产生的，但重力的大小不一定等于地球对物体的吸引力，重力一般小于地球对物体的吸引力。在有的情况下，认为物体所受的重力与地球对物体的吸引力大小相等，原因是两者相差很小。(3)重力是非接触力。(4)重力的施力物体是地球。
2．重力的测量：在实验室里，重力的大小可以用测力计测量；工业上用电子吊秤可以称更重的物体。测量原理：二力平衡时，两个力大小相等。测量条件：物体处于静止或匀速直线运动时。测量方法：用测力计将待测物体悬挂起来处于静止状态，测力计的读数在数值上等于重力的大小。3．重力的大小：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，如从两极到赤道或离地面越高，g值均减小，从而使同一物体的重力也有所不同；物体的重力与其运动状态无关。
4．重力的方向：竖直向下，除了赤道和两极，竖直向下并不是指向地球的球心。注意：竖直向下也就是沿重垂线的方向，不能将竖直向下说成“垂直向下”或“指向地心”。“竖直向下”是指垂直于当地的水平面向下，而“垂直向下”可以指垂直于任何支持面向下。只有在两极或赤道时，重力的方向才“指向地心”(将在必修第二册中进行详解)。
5．对重心的理解(1)重心的特点：重心是重力的等效作用点，并非物体的其他部分不受重力作用。(2)重心的位置及决定因素①位置：重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。②决定因素a．物体质量分布情况。b．物体的形状。
(3)重心与物体形状、质量分布情况的关系
(4)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点即为物体的重心，但该方法仅适用于薄板状物体。
关于重心理解的三点注意：(1)重心不是重力的真实作用点，重力作用于整个物体，重心是重力的等效作用点。(2)重心不是物体上最重的一点，也不一定是物体的几何中心。(3)重心在物体上的相对位置与物体的位置、放置状态及运动状态无关。重心的位置可以不在物体上。
典例剖析 (2023·海南高一校考期中)关于物体的重力和重心，下列说法正确的是( )A．物体所受的重力是由于受到地球的吸引而产生的，所以方向总是指向地心B．物体的重心就是物体各部分所受重力的等效作用点C．同一物体在地球上的不同位置，当用弹簧秤测量时其所受重力大小一定相同D．形状规则的物体，重心在其几何中心处
解析：物体所受的重力是由于受到地球的吸引而产生的，方向竖直向下，但不一定指向地心，故A错误；物体的重心就是物体各部分所受重力的等效作用点，故B正确；同一物体在地球上的不同位置，由于重力加速度不一定相等，当用弹簧秤测量时其所受重力大小不一定相同，故C错误；只有质量分布均匀，形状规则的物体，重心才一定在其几何中心处，故D错误。
(2023·湖北荆州高一统考期末)小明在参观科技馆时观察到有一个十分有趣的“锥体上滚”实验。如图所示，将一个双圆锥体轻轻放在倾斜轨道的低端，就会看到它似乎在向“上”滚去，关于锥体的运动说法正确的是( )A．双圆锥体的重心在锥体的外部，不在锥体上B．在双圆锥体上滚的过程中，锥体的重心在向上运动C．双圆锥体上滚实验中，虽然看到的现象好像是锥体在上滚，但是从侧面观察的话锥体重心其实是下移的D．当双圆锥体在轨道的最低处时，它的重心在最低处：当双锥体在轨道最高处时，它的重心在最高处
解析：锥体上滚的原理是重心运动，虽然看到的现象好像是锥体在上滚，但是从侧面观察的话锥体重心其实是下移的，B错误，C正确；锥体的重心在锥体的内部几何重心上，不在物体外面，重心的具体位置在锥体的中心轴的中间，A错误；双锥体放在轨道的低处时，放手后它会向轨道高处滚动，这是因为当双锥体在轨道的最低处时，它的重心在最高处；当双锥体在轨道最高处时，它的重心却在最低处，D错误。
要点提炼1．力的图示与力的示意图的区别(1)力的图示能表示力的三要素，精确表示力时经常用到。(2)力的示意图只能表示力的作用点和方向，在对物体的受力情况进行分析时经常用到。
2．力的图示和力的示意图的画法比较
(1)标度的选取应根据力的大小合理设计。一般情况下，线段应取2～5段整数段标度的长度。　 　(2)要用同一标度画同一物体受到的不同的力。
典例剖析 (2023·山东烟台高一期中)如图所示，静止在水平操场上的篮球的重力为6 N，在图中按选定的标度画出它对水平操场的压力的图示。答案：见解析解析：对球受力分析知操场对球支持力与球重力等大反向，根据牛顿第三定律球对水平操场的压力作用在操场地面上，方向竖直向下，如图。
思维升华：力的图示的“四定三标”(1)四定：做力的图示要定作用点、作用线、比例标度、线的长度。(2)三标：做力的图示要标力的方向、力的数值、力的符号。
(2023·陕西咸阳高一阶段练习)如图是一个质量分布均匀铁球的重力的图示，下列说法正确的是( )A．力的图示中标度是唯一的，必须是25 NB．根据力的图示可读得铅球重力的大小为50 NC．力的图示中重力的作用点在重心上，表示其他部分不受重力D．力的图示中重力的方向垂直平面向下，当放在斜面上则垂直斜面向下
解析：力的图示中标度不是唯一的，可以是5 N、10 N等，A错误；根据力的图示可读得铅球重力的大小为50 N，B正确；力的图示中重力的作用点在重心上，表示其他部分也受重力，可以将所有重力看成是集中于重心上，C错误； 力的图示中重力的方向总是竖直向下的，无论放在什么位置，重力的方向都是竖直向下的，D错误。
弹力的有无和方向的判断
要点提炼1．产生弹力必备的两个条件(1)两物体间相互接触；(2)发生弹性形变。2．判断弹力有无的常见方法(1)直接判定：对于发生明显形变的物体(如弹簧、橡皮条等)，可根据弹力产生的条件由形变直接判断。
(2)对于形变不明显的情况，通常用以下方法来判定a．假设法：假设将与研究对象接触的物体撤去，判断研究对象的运动状态是否发生改变，若运动状态不变，则此处可能不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力。b．替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能不能维持原来的力学状态。如将侧壁、斜面用海绵来替换，将硬杆用轻弹簧(橡皮条)或细绳来替换。c．状态法：因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所以可以依据物体的运动状态由相应的规律(如二力平衡知识等)来判断物体间的弹力。
接触的物体间不一定存在弹力，但两物体间若有弹力，则它们一定接触。
3．弹力的方向(1)弹力的方向总与引起施力物体形变的外力方向相反，与施力物体恢复原状的方向相同。(2)常见的三种接触方式
(3)常见三类弹力的方向
(1)压力、支持力的方向都垂直于接触面，确定它们方向的关键是找准它们的接触面或接触点的切面。(2)轻杆的弹力方向具有不确定性，一般要根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向。
典例剖析 请在下图中画出物体A所受的弹力示意图。
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，故弹力方向必通过球心，与重心位置无关。它们所受弹力的示意图如图所示：
思维升华：弹力的方向(1)点与平面接触时的弹力方向，过接触点垂直于接触面指向受力物体。(2)点与曲面接触时，弹力的方向垂直于过接触点的切面，指向受力物体。(3)平面与平面接触，则弹力的方向垂直于接触面并指向受力物体。(4)平面与曲面接触，弹力方向过接触点垂直于平面并指向受力物体。
(2023·江苏南通高一统考期末)卡塔尔世界杯吸引了全世界球迷的目光。如图所示为四种与足球有关的情景，则( )A．甲图中，静止在草地上的足球对草地的压力就是它的重力B．乙图中，静止在地上的两个足球由于接触一定受到相互作用的弹力C．丙图中，落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变D．丁图中，被踢出在空中运动的足球受到重力、踢力、空气的阻力
解析：甲图中，静止在草地上的足球对草地的压力是由于足球的形变而产生的弹力，不是它的重力，只是大小等于重力，A错误；乙图中，静止在水平地上的两个足球虽然有接触，但如果没有相互挤压，则不存在相互作用的弹力，B错误；丙图中，落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变而产生的，C正确；丁图中，被踢出在空中运动的足球受到重力、空气的阻力，由于足球已离开脚，没有受到踢力的作用，D错误。
要点提炼1．胡克定律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。2．F－x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。
3．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。4．胡克定律的适用条件：弹簧在弹性限度内发生形变。5．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)二力平衡法：若物体处于静止状态，物体所受弹力与物体所受的其他力应为平衡力，可根据其他力的大小确定弹力的大小。
典例剖析 (2023·陕西渭南高一阶段练习)拉力器是一种很好的健身器材，由脚环、两根相同的弹性绳、把手等组成。如图所示，女子用100 N的力拉开拉力器，使其比原长伸长了40 cm，假设弹性绳的弹力与伸长量遵循胡克定律，且未超过弹性限度，则下面说法正确的是( )A．每根弹性绳的劲度系数为1.25 N/mB．每根弹性绳的劲度系数为250 N/mC．若对拉力器的拉力增大，则弹性绳的劲度系数也增大D．若对拉力器的拉力减为50 N，则弹性绳的形变量变为20 cm
思维升华：计算弹簧弹力时应注意的问题(1)胡克定律只能计算弹力的大小，而弹力的方向要根据弹簧的伸缩来确定，其方向总是与弹簧恢复原状的方向相同。(2)弹簧弹力的大小(在弹性限度内)任何时候都可以用胡克定律求解，但只有在物体处于静止或匀速直线运动状态时，才能用二力平衡求解与物体相连的弹簧弹力。
(多选)(2023·山西吕梁高一统考期末)如图所示，为一个轻质弹簧的长度和弹力大小的关系，请根据图像判断，下列正确的结论是( )A．弹簧的劲度系数为100 N/mB．弹簧的劲度系数为200 N/mC．弹簧的原长为6 cmD．弹簧伸长0.02 m时，弹力的大小为4 N
利用假设法判断弹力的有无 (多选)(2023·宁夏银川高一唐徕回民中学校考期中)如图所示，固定斜面上有一光滑小球，有一竖直轻弹簧P与一平行斜面的轻弹簧Q连接着，小球处于静止状态，则关于小球所受弹力的个数可能的是( )A．1 　B．2 C．3 D．4
解析：若P弹簧对小球向上的弹力等于小球的重力，此时Q弹簧无弹力，小球受2个力平衡，只有1个弹力；若P弹簧弹力为零，小球受重力、支持力、弹簧Q的拉力处于平衡，小球受3个力，有2个弹力；若P弹簧弹力不为零，小球受重力、弹簧P的拉力、支持力、弹簧Q的拉力，小球受4个力平衡，有3个弹力。故选ABC。
核心素养　科学思维假设法是判断弹力有无的最常用的方法。可以假设存在弹力，也可以假设不存在弹力，再分析在假设有(或没有)弹力的情况下，物体的运动状态与题目所给运动状态是否相同，若相同说明假设可能成立，若不相同说明假设不成立。
一、重力和重心1．(2023·重庆高一校考阶段练习)关于重力和重心，下列说法正确的是( )A．物体的重心就是物体所受重力的等效作用点B．规则物体的重心与几何中心重合C．重力可以用天平测量D．飞行员从北京飞往上海，他所受到的重力增大
解析：物体的重心就是物体所受重力的等效作用点，故A正确；只有形状规则、质量分布均匀的物体，其重心才与几何中心重合，故B错误；重力的大小可用弹簧秤来测量，天平是用来测量质量的，故C错误；上海纬度低于北京，飞行员从北京飞往上海，他所受到的重力变小，故D错误。
二、弹力的理解2．(2023·上海青浦高一期末)下列说法正确的是( )A．书放在水平桌面上，桌面受到了弹力，但书没有发生形变，所以书不受弹力B．在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的长度成正比C．细杆对物体的弹力总是沿着杆，并指向杆收缩的方向D．书放在水平桌面上，桌面会受到弹力的作用，这个弹力是书的形变产生的
解析：书放在水平桌面上，桌面会受到弹力的作用，这个弹力是书的形变产生的；同时桌面也发生形变，对书产生弹力，故A错误，D正确；在弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，故B错误；细杆对物体的弹力方向一定与杆形变的方向相反，不一定沿着杆的方向，故C错误。
三、弹力的有无及方向的判断3．(2023·广东广州高一期末)下列对图中弹力有无的判断，正确的是( )A．小球随车厢(底部光滑)一起向右做匀速直线运动，则车厢左壁对小球有弹力B．两相同小球被两根等长的竖直轻绳悬挂而静止，则两球对彼此有弹力作用C．小球被a、b两轻绳悬挂而静止，其中a绳处于竖直方向，则b绳对小球一定没有拉力D．小球静止在光滑的三角槽中，三角槽底面水平，倾斜面对球有弹力
解析：小球随车厢(底部光滑)一起向右做匀速直线运动，小球受重力与小车底板给小球的支持力，二力平衡，车厢左壁对小球无弹力，故A错误；两相同小球被两根等长的竖直轻绳悬挂而静止，两小球各自受重力与竖直轻绳给小球的拉力，二力平衡，则两球对彼此无弹力作用，故B错误；小球被a、b两轻绳悬挂而静止，其中a绳处于竖直方向，小球受重力与竖直轻绳a给小球的拉力，二力平衡，则b绳对小球一定没有拉力，故C正确；小球静止在光滑的三角槽中，三角槽底面水平，小球受重力与槽底面给小球的支持力，二力平衡，倾斜面对球无弹力，故D错误。
四、胡克定律的应用4．(2023·陕西渭南高一统考期末)如图所示，轻弹簧的两端各受20 N拉力F的作用，弹簧平衡时伸长了5 cm(在弹性限度内)，下列说法正确的是( )A．弹簧受到的拉力是由于弹簧本身发生形变产生的B．该弹簧的劲度系数k＝200 N/mC．弹簧的劲度系数k会随弹簧弹力F的增大而增大D．若将该弹簧的左端固定，只在右端施加10 N的拉力，则稳定后弹簧伸长2.5 cm