人教版 (2019)必修 第一册1 重力与弹力优秀第1课时一课一练

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[学习目标] 1.知道重力产生的原因、大小、方向及作用点(重点)。2.理解重心的概念和影响因素，掌握确定重心的方法(重难点)。3.理解弹力产生的原因，会判断弹力的方向(重难点)。4.能区分力的图示和力的示意图，会利用力的图示和力的示意图来表示力(重点)。
一、力及力的表示方法
1．力的概念
(1)定义：力是一个物体对另一个物体的作用，力不能离开物体而存在。
(2)力是矢量，既有大小又有方向。
(3)力的测量：测力计。
(4)力的单位：牛顿，符号为N。
2．力的表示方法
例1 如图所示，一人通过细绳用大小为50 N的力F沿与水平方向成30°角斜向上拉物块A，试画出拉力F的图示和物块重力G的示意图，并指出受力物体与施力物体。
答案 见解析
解析 由题意知，细绳拉物块A，受力物体是物块A，施力物体是细绳。画力的图示时，先选好标度，用点A代表物块A，即力的作用点，从作用点开始沿力的方向画一条线段，最后标上箭头指明拉力的方向，即得力F的图示，如图所示。为了准确无误地表示拉力的方向，图中的虚线是必要的补充。
力的示意图只需把力的方向和作用点表示出来。
从物块A的中心作一条竖直向下的线段，标上箭头，即得重力G的示意图，如图所示。施力物体是地球，受力物体是物块A。
二、重力
干枯的树叶能够飘落到地面；掷出的铅球落向地面；无论你以多大的速度跳起，最终总会落到地面上。你能对这些自然现象和现实情况作出合理的解释吗？
答案 地面附近的一切物体都受到地球的吸引作用，正是由于地球的吸引才使物体落向地面。
1．定义：由于地球的吸引而使物体受到的力。
2．方向：竖直向下。
3．大小：G＝mg，g是自由落体加速度，g与物体所处纬度和高度有关，在赤道处g最小，在两极处g最大。
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集中于一点，这一点叫作物体的重心。
(2)决定因素：①物体的形状；②物体的质量分布。
(3)重心是物体各部分所受重力的等效作用点，并不是只有物体的重心才受重力，确定物体的重心可以利用悬挂法。
(1)重力的方向总是垂直地面向下。( × )
(2)重心是物体上最重的一点。( × )
(3)在地球上不同纬度同一物体所受重力相同。( × )
例2 (2023·江苏高二学业考试)关于重力，下列说法正确的是( )
A．重力没有施力物体
B．在空中飞行的物体不受到重力作用
C．重力的方向总是垂直于接触面向下的
D．同一物体在地球各处所受重力大小不一定相等
答案 D
解析 任何力都有施力物体，重力的施力物体是地球，A错误；在地球上或地球周围的物体都会受到重力的作用，B错误；重力的方向总是竖直向下，不一定垂直于接触面，C错误；由于地球各处的重力加速度大小不一定相等，故同一物体在地球各处所受重力大小不一定相等，D正确。
例3 关于物体的重心，下列说法正确的是( )
A．任何物体的重心一定在这个物体上
B．在物体上只有重心受到重力的作用
C．一个球体的重心一定在球心处
D．一辆空载的货车装上货物后，重心会变化
答案 D
解析 重心是物体各部分所受重力的等效作用点，所以重心可以在物体上，也可以在物体外(比如均匀圆环的重心在环心)，故A、B错误；重心除了与几何形状有关外，还与质量分布有关，因此一个球体的重心不一定在球心处，故C错误；一辆空载的货车装上货物后，货车上方的质量增加，重心会变化，故D正确。
三、弹力
1．是不是所有的物体受力后都发生形变呢？结合课本“观察微小形变示意图”，思考：
(1)把书放在课桌上，课桌是否发生形变？
(2)用手捏水杯，水杯是否发生形变？
答案 桌子和水杯都发生形变。
2．如图所示，将一个装满水的气球挂在弹簧的下端，分析：
(1)弹簧的形变方向及弹簧对气球的弹力方向。
(2)气球对弹簧的弹力方向。
答案 (1)向下 向上
(2)向下
1．形变
(1)定义：物体在力的作用下形状或体积会发生改变，这种变化叫作形变。
(2)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．弹力
(1)定义：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。
(2)产生的条件：接触且发生弹性形变。
(3)方向：与施力物体恢复原状的方向相同。
(1)发生形变后的物体撤去外力后都能恢复原状。( × )
(2)只有相互接触的物体间可能有弹力。( √ )
(3)放在桌面上的书本对桌面的压力是由于桌面发生形变而产生的。( × )
(4)灯绳对电灯的拉力方向与灯绳发生形变的方向相同。( × )
例4 在如图所示的各图中画出杆或球P所受弹力的示意图，已知杆和球均处于静止状态。
答案 见解析图
解析 题图甲中P受到的弹力有球面与球面之间的弹力，方向应垂直于两球接触点的切面向左；绳子对球的力方向沿绳斜向上，如图(a)所示。
题图乙中杆对C、D两处有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直于其切面指向圆弧所对应的圆心，D处弹力垂直于杆斜向上，如图(b)所示。
题图丙中球挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙面垂直；绳子对球的弹力沿绳子斜向上，如图(c)所示。
题图丁中球受到的弹力与棱和球面接触点的切面垂直，即沿着球半径的方向指向球心，如图(d)所示．
几种常见弹力的方向，具体情形如下：
课时对点练
考点一 重力与重心
1．关于重力，以下说法正确的是( )
A．重力的方向总是垂直于接触面向下的
B．把处在空气中的物体浸入水中，物体所受重力变小
C．挂在绳上静止的物体，它受到的重力就是绳对它的拉力
D．同一物体在地球各处所受重力的大小不一定相等
答案 D
解析 重力的方向总是竖直向下的，但不一定是垂直于接触面向下的，比如在斜面上的物体所受的重力方向并不是垂直于斜面向下的，A错误；重力G＝mg，其大小只与物体质量、自由落体加速度g有关，与其他因素无关，B错误；绳子拉力的施力物体是绳子，重力的施力物体是地球，两者的施力物体不同，不是同一个力，C错误；由于自由落体加速度随着纬度、高度的变化而变化，所以同一物体在地球各处所受重力的大小不一定相等，D正确。
2．下列关于重力和重心的说法正确的是( )
A．重力的方向指向地心
B．“重心”的提出，体现的是等效的思想
C．把同一重物从广州移到北京，重力大小不变
D．形状规则的物体的重心一定与它的几何中心重合
答案 B
解析 重力的方向是竖直向下，并不等同于指向地心，故A错误；“重心”的提出，体现的是等效的思想，故B正确；把同一重物从广州移到北京，由于两地的重力加速度不一样，故重力大小不一样，故C错误；质量分布均匀、形状规则的物体的重心一定与它的几何中心重合，故D错误。
3．在足球比赛中，专业的足球运动员能够巧妙地踢出“香蕉球”“落叶球”。如图所示，某运动员主罚任意球时踢出了快速旋转的“落叶球”。关于该足球，下列说法正确的是( )
A．足球的重心在足球的外皮上
B．在空中运动的过程中，足球的重心发生了变化
C．足球离开脚后不再受重力的作用
D．足球所受重力的方向始终竖直向下
答案 D
解析 足球的重心在足球的几何中心，即足球的球心，在空中运动过程中，足球仍然受到重力的作用，重心的位置不发生变化，足球所受的重力方向始终竖直向下，故D正确，A、B、C错误。
4．(2022·上海师大附中高一期末)某物体放在地球表面所受重力为30 N，地球表面重力加速度g＝10 N/kg，如果把它放在某个行星表面，该行星表面的重力加速度为地球表面的2倍，则该物体在此行星表面的( )
A．质量为3 kg，所受重力为30 N
B．质量为6 kg，所受重力为60 N
C．质量为6 kg，所受重力为30 N
D．质量为3 kg，所受重力为60 N
答案 D
解析 物体的质量m＝eq \f(G,g)＝eq \f(30,10) kg＝3 kg
放到行星表面后物体质量不变，行星表面的重力加速度变为2g，则物体在行星表面所受重力为G′＝m·2g＝60 N，故D正确，A、B、C错误。
考点二 弹力
5.(多选)(2023·杭州市高一期中)如图所示，在一张大桌子上放两个平面镜M和N，让一束光依次被这两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点。按压两镜之间的桌面，观察墙上光点位置的变化。下列说法正确的是( )
A．桌面发生形变很明显，直接可以用肉眼观察
B．墙上光点位置的变化说明桌面发生了微小形变
C．墙上光点位置的变化说明平面镜发生了微小形变
D．本实验采用了放大的方法显示微小形变
答案 BD
解析 用力按压桌面，桌面向下发生微小的凹陷，用肉眼无法直接观察，通过题述装置可以把微小形变“放大”到直接看得出来，故A错误，D正确。在两镜之间用力F向下按压桌面，M、N将向中间略微倾斜，墙上光点位置明显变化，表明桌面发生了微小形变，故B正确，C错误。
6.玩具汽车停在模型桥面上，如图所示，下列说法错误的是( )
A．桥面受向下的弹力，是因为汽车发生了弹性形变
B．汽车发生了形变，所以对桥面产生了向下的弹力作用
C．汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了弹性形变
D．桥面发生了弹性形变，所以对汽车产生了向上的弹力作用
答案 C
解析 桥面受向下的弹力，是因为汽车发生了弹性形变，选项A正确，不符合题意；汽车发生了弹性形变，所以对桥面产生了向下的弹力作用，选项B正确，不符合题意；汽车受向上的弹力，是因为桥面发生了弹性形变，选项C错误，符合题意；桥面发生了弹性形变，所以对汽车产生了向上的弹力作用，选项D正确，不符合题意。
7.如图所示，AB为质量均匀分布的细杆，用细线OA吊在天花板上的O点，细杆的B端与水平地面相接触，杆倾斜且静止不动，以下说法正确的是( )
A．细线对杆的拉力方向竖直向上
B．地面对杆的支持力方向由B向A
C．地面对杆的支持力方向竖直向上
D．地面对杆的支持力方向沿BO向上
答案 C
解析 细线对杆的拉力方向沿AO方向，由A指向O点，A错误；地面对杆的支持力方向竖直向上，B、D错误，C正确。
考点三 力的图示和示意图
8．(多选)一个重20 N的物体沿斜面下滑，关于该物体重力的图示，以下四幅图中正确的是( )
答案 AD
9．(2023·淮安市淮阴中学高一期中)如图，在某校运动会跳高项目中，一位同学展示了自己的风采。在此情境中，以下说法正确的是( )
A．该同学在整个过程中，重心在身体中的位置不变
B．该同学在越过杆的过程中，重心一定在杆的上方
C．该同学落在垫子上，对软垫有压力，是因为软垫发生了形变
D．该同学落在垫子上，受到软垫的弹力作用，是因为软垫发生了形变
答案 D
解析 物体的重心与物体的形状和质量分布有关，重心可以在物体上，也可以在物体外，人的重心会随着人的姿态发生变化，该同学在越过杆的过程中，人过横杆，但重心可能在横杆下方，故A、B错误；物体发生弹性形变时，要恢复原状，就会对与它接触的物体施加力的作用，则该同学落在垫子上，对软垫有压力，是因为该同学与软垫接触的位置发生了形变，该同学落在垫子上，受到软垫的弹力作用，是因为软垫发生了形变，故C错误，D正确。
10.杯子放在水平桌面上，如图所示，下列说法正确的是( )
A．杯子受到三个力作用，分别是重力、支持力和压力
B．杯子受到的重力就是它对桌面的压力
C．杯子受到的支持力是由于桌面的形变产生的
D．杯子受到的支持力是由于杯子的形变产生的
答案 C
解析 杯子放在水平桌面上，受到重力和支持力两个力的作用，故A错误；杯子受到的重力的受力物体是杯子，它对桌面的压力的受力物体是桌面，这两个力不是同一个力，故B错误；杯子受到的支持力是由于桌面的形变产生的，故C正确，D错误。
11.(2022·浙江1月选考)如图所示，公园里有一仿制我国古代欹器的U形水桶，桶可绕水平轴转动，水管口持续有水流出，过一段时间桶会翻转一次，决定桶能否翻转的主要因素是( )
A．水桶自身重力的大小
B．水管每秒出水量的大小
C．水流对桶冲击力的大小
D．水桶与水整体的重心高低
答案 D
解析 水管口持续有水流出，而过一段时间桶会翻转一次，主要原因是流入的水导致水桶与水整体的重心往上移动，桶中的水到一定量之后水桶不能保持平衡，发生翻转，故选D。
12．(2023·南通市高一阶段练习)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．注水后，易拉罐的重心位置升高了
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．若将空易拉罐压瘪，则其重心位置不变
答案 B
解析 注水后，易拉罐下部的质量变大，重心下移，故A错误；易拉罐受到的重力(方向竖直向下)与桌面对它的支持力大小相等、方向相反，因此易拉罐的重心位置在过易拉罐与桌面接触点的竖直线上，故B正确；将注水后的易拉罐水平放置，易拉罐里的水质量分布改变，其重心位置改变，故C错误；将空易拉罐压瘪后，易拉罐的形状改变，其重心位置改变，故D错误。
13.如图所示，是我国的极地考察破冰船——“雪龙号”。为满足破冰航行的要求，其船体结构经过特殊设计，船体下部与竖直方向成特殊角度，则船体对冰块的弹力示意图正确的是( )
答案 C
解析 弹力方向垂直于接触面，故C正确。
14．画出图中静止的各球或杆受到的弹力的示意图。
答案 如图所示
作图步骤
力的图示
力的示意图
选标度
选定标度(用某一长度的线段表示一定大小的力)
画线段
从作用点开始沿力的方向画一条线段，根据选定的标度和力的大小按比例确定线段长度
从作用点开始沿力的方向画一条适当长度的线段
标方向
在线段的末端标出箭头，表示方向
在线段的末端标出箭头，表示方向