物理必修一第三章相互作用重力與彈力

1、重力、彈力【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1 .明確力的概念一一力是物體間的相互作用2 .知道重力及重心的概念3 .掌握力的圖示，會(huì)畫(huà)力的示意圖4 .知道形變的含義及產(chǎn)生彈力的原因和條件5 .知遒壓力、支持力和繩的拉力都是彈力，會(huì)分析彈力的方向6 .理解胡克定律，并能利用胡克定律解決問(wèn)題【要點(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、對(duì)力的理解要點(diǎn)階：1 .力的定義力是物體與物體之間的相互作用2 .力具有物質(zhì)性、矢量性、相互性（1）力的物質(zhì)性力不能離開(kāi)物體而單獨(dú)存在.力可以發(fā)生在相互接觸的物體之間，也可以發(fā)生在不相互接觸的物體 之間.比如不接觸的電荷、不接觸的磁鐵，這些物體間也同樣有力.它們之間沒(méi)有離開(kāi)物質(zhì)，它們之間存 在著電場(chǎng)或磁場(chǎng).（2

2、）力的矢量性力有三要素：大小、方向和作用點(diǎn).之所以稱為要素，是因?yàn)檫@三個(gè)要素中的任一個(gè)發(fā)生變化，都 會(huì)直接影響力的作用效果力是矢量，因此求力時(shí)，不僅要寫(xiě)出力的大小，同時(shí)還要說(shuō)明力的方向.（3）力的相互性提到力一定涉及兩個(gè)物體.一個(gè)是施力物體，一個(gè)是受力物體.施力物體也一定是受力物體，關(guān)鍵看 研究的對(duì)象是誰(shuí). A對(duì)B有力，B對(duì)A也一定有力.3 .力的作用效果力可以使物體發(fā)生形變，也可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即改變物體運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向.（1）靜力效果一一使物體的形狀發(fā)生變化（形變），如把物體拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切等.（2）動(dòng)力效果一一改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如使物體從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，從運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止（或

3、使物體的 運(yùn)動(dòng)速度從小變大、從大變小）；或使物體的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化等，根據(jù)力的作用效果，判斷物體是否受力是受力分析的基本方法.4 .力的圖示與力的示意圖：（1）力的圖示：為了更形象、直觀地表達(dá)力，我們可以用一根帶箭頭的線段來(lái)表示一個(gè)力的大小、方向和作用點(diǎn)（即 力的三要素），這種表示力的方法，叫做力的圖示.畫(huà)力的圖示的步驟：選定標(biāo)度（用多長(zhǎng)的線段表示多少牛的力）.從作用點(diǎn)沿力的方向畫(huà)一線段，根據(jù)選定的標(biāo)度和力的大小按比例確定線段的長(zhǎng)度，并在線段上 加刻度.在線段的一端加箭頭表示力的方向，箭頭或箭尾表示力的作用點(diǎn)，力的方向所沿的直線叫做力的 作用線.（2）力的示意圖：即只畫(huà)出力的作用點(diǎn)和方向，表示

4、物體在這個(gè)方向上受到了力.【注意】力的圖示與力的示意圖不同，力的示意圖只表示物體受哪些力的作用及力的方向如何，不需要選定標(biāo)度嚴(yán)格畫(huà)出線段的長(zhǎng)度.5 .力的分類力的分類有兩種，按性質(zhì)和效果分：(1)根據(jù)力的性質(zhì)命名：如重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力等.(2)根據(jù)力的效果命名：如拉力、壓力、動(dòng)力、阻力等.根據(jù)效果命名時(shí)，不同名稱的力，性質(zhì)可能相同，如物體在上升過(guò)程，重力為阻力，物體下落時(shí)， 重力為動(dòng)力，所謂動(dòng)力，其效果是加快物體運(yùn)動(dòng)的，而阻礙物體運(yùn)動(dòng)的力則叫阻力，同一性質(zhì)的力.效 果可能不同，如摩擦力可以是動(dòng)力.也可以是阻力."".要點(diǎn)二、四種基本相互作用要索進(jìn)階：包括引力

5、相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用和弱相互作用.1、引力相互作用它是自然界的一種基本相互作用，地而物體所受的重力只是引力在地球表面附近的一種表現(xiàn).眾多 的天體聚在一起形成星系，也是由于萬(wàn)有引力的作用.這種作用的強(qiáng)度隨距離的增大而減弱.2、電磁相互作用電荷間的相互作用、磁體間的相互作用，本質(zhì)是同一種相互作用的不同表現(xiàn)，這就是電磁相互作用 或電磁力.電磁力隨距離減小的規(guī)律與萬(wàn)有引力相似.3、強(qiáng)相互作用原子核是由若干帶正電荷的質(zhì)子和不帶電的中子組成，而帶正電的質(zhì)子間存在斥力.能使得原子核 緊密保持在一起的力就是強(qiáng)相互作用.它屬于短程力.距離增大，強(qiáng)相互作用急劇減小，它的范圍只有約 10 1Bm,即原

6、子核的大小，超過(guò)這個(gè)界限，這種相互作用實(shí)際上已經(jīng)不存在了.4、弱相互作用有些原子核能自發(fā)地放出射線，在放射現(xiàn)象中起作用的就是弱相互作用.弱相互作用的范圍也很小, 其強(qiáng)度只有強(qiáng)相互作用的10-15.要點(diǎn)三、重力要點(diǎn)進(jìn)階：(1)重力的定義：由于地球的吸引而使物體受到的力.地球上的物體都受到重力作用，不論質(zhì)量大小，也不論有無(wú)生命.重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的，但重力的大小不一定等于地球?qū)ξ矬w的吸引力，重力一般小于 地球?qū)ξ矬w的吸引力.重力是非接觸力，同一物體在空中運(yùn)動(dòng)與靜止時(shí)所受重力相等.重力的施力物體是地球.(2)重力的大小重力與質(zhì)量的關(guān)系：G=mg, g是自由落體加速度，通常取g=9. 8N/k

7、g,表示質(zhì)量為1kg的物體 受到的重力是9. 8N.【說(shuō)明】a. g會(huì)隨地球上緯度的改變而改變，緯度越高，g值越大，兩極最大，赤道最小，導(dǎo)致同一物體在 不同緯度處所受重力不同.b. g值會(huì)隨海拔高度改變.在同一緯度處，高度越大，g值越小，致使同一物體受到的重力隨高度 增加而減小.重力的測(cè)量實(shí)驗(yàn)室里，重力大小可以用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出.當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)吊起物體靜止時(shí)，物體對(duì)測(cè)力計(jì)的拉力 才等于物體受到的重力.【注意】a.測(cè)量時(shí)物體必須保持靜止(或勻速直線運(yùn)動(dòng))狀態(tài).b.物體對(duì)測(cè)力計(jì)的拉力等于物體的重力，不能說(shuō)物體對(duì)測(cè)力計(jì)的拉力就是物體的重力，因?yàn)檫@兩 種力的本質(zhì)是不同的.其他的測(cè)量工具：測(cè)體重的磅秤，測(cè)工

8、業(yè)重物的電子吊秤，測(cè)物料和車輛的電子地秤等.(3)重力的方向重力的方向總是豎直向下，可利用鉛錘線確定其方向.【注意】“豎直向下”，既不能說(shuō)成“垂直向下”，也不能說(shuō)成“指向地心”.“豎直向下”是垂直于當(dāng)?shù)氐?水平而向下，而“垂直向下”可以垂直于任何支持面向下：只有在兩極或赤道時(shí)，重力的方向才指向地 心，其他位置并不指向地心.重力的方向不受其他作用力的影響，與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也沒(méi)有關(guān)系.下圖中 是地球表而上物體所受重力方向的示意圖.(4)重心重心的概念：一個(gè)物體的各部分都受到重力的作用，從效果上看，我們可以認(rèn)為各部分所受重力 的作用都集中于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做物體的重心.引入重心的概念后，研究具體的物體時(shí)，可

9、以把整個(gè)物體各部分的重力用作用于重心的一個(gè)力來(lái)表 示，于是原來(lái)的一個(gè)物體就可以用一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)來(lái)表示.重心的確定a.質(zhì)量分布均勻的物體，重心位置只跟物體的形狀有關(guān).若物體的形狀是規(guī)則的，重心在其幾何中心上.b.質(zhì)量分布不均勻的物體，重心位置除跟物體的形狀有關(guān)外，還跟物體的質(zhì)量分布情況有關(guān)，如: 起重機(jī)重心位置隨吊升貨物的多少和位置的變化而變化.【注意】重心不是最重的點(diǎn).各部分所受重力的效果，與只在重心處受到各部分重力的合力是等效的，因此可以認(rèn)為物體各部分 所受重力集中于重心.但實(shí)際上物體的各部分都受重力，重力并不只作用于重心上，重心也不是物體上 最重的點(diǎn).物體的重心可以不在物體上.由于重心是一

10、個(gè)等效作用點(diǎn)，它就可以不在物體上.例如：質(zhì)量分布均勻的球殼，其重心在球心， 并不在殼體上.要點(diǎn)四、彈性形變和彈力要點(diǎn)進(jìn)階：(1)彈性形變束在頭上的橡皮筋，凹陷的沙發(fā)，撥動(dòng)的琴弦與原來(lái)的形狀是不同的，我們說(shuō)它們發(fā)生了形 變.物體在力的作用下而發(fā)生的形狀或體積的改變叫形變.形變包括兩方面，即形狀的改變和體積的改變.形狀的改變：指受力時(shí)物體的外觀發(fā)生變化，如橡皮條拉緊時(shí)，由短變長(zhǎng)：跳水館中的跳板本來(lái) 是水平伸直的，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員在上而跳時(shí)，平直的板跳變得彎曲：撐竿跳高時(shí)，運(yùn)動(dòng)員手中的撐竿由直變彎.體積的改變：指受力物體的體枳發(fā)生變化.如用力捏排球，排球的體積變?。挥昧汉＞d，海綿 的體積變小.彈性形變：有

11、些物體在形變后能夠恢復(fù)原狀，如彈簧、橡皮筋等，這樣的形變叫做彈性形變.彈力產(chǎn)生的條件：a.兩物體間直接接觸：b.接觸面發(fā)生彈性形變.(2)彈力彈力的概念：發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復(fù)原狀而對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫 做彈力.彈性限度：若物體形變過(guò)大，超過(guò)一定限度，撤去作用力后，物體不能完全恢復(fù)原來(lái)的形狀.這個(gè)限度叫彈性限度.要點(diǎn)五、幾種常見(jiàn)彈力及彈力方向的判定要點(diǎn)階：幾種常見(jiàn)彈力方向的判斷情況如表所示：類型方向示意圖說(shuō)明接觸 方式面與面垂直公共接觸面1生1支持力、壓力一定垂直于 接觸面指向被支持或被 壓的物體，關(guān)鍵在于“面” 的判斷點(diǎn)與面過(guò)點(diǎn)垂直于面點(diǎn)“點(diǎn)垂直于切而&r輕繩

12、沿繩收縮方向24IZXZZyF輕繩、輕彈簧的彈力一定 沿繩或彈簧方向,但注意 彈簧可垃可支輕質(zhì)彈簧沿彈簧形變的反方向1黑F輕桿可沿桿半XXVSFA輕桿彈力不一定沿桿方 向，要依具體情形確定可不沿桿要點(diǎn)六、彈力大小和胡克定律 要點(diǎn)進(jìn)階：（1）彈力的大小與物體的形變程度有關(guān)，形變量越大，產(chǎn)生彈力越大；形變量越小，產(chǎn)生的彈力越小，形變消失, 彈力消失輕繩、輕彈簧內(nèi)部各處彈力大小相等.（2）胡克定律內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈簧彈力F的大小與彈簧的伸長(zhǎng)（或縮短）量x成正比.公式：F=kx,式中k為彈簧的勁度系數(shù)，單位是牛頓每米，符號(hào)是N/m.圖象：根據(jù)胡克定律，彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系可用F-x圖象表示，如圖

13、所示.這是一條通過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，其斜率tana = £ = k.X利用F-X圖象，很容易得到胡克定律的另一種表達(dá)式：F=kx, AX是彈簧長(zhǎng)度的變化量， 是彈力的變化量.說(shuō)明尸二依中的X是彈簧的形變量，是彈簧伸長(zhǎng)（或縮短）的長(zhǎng)度，而不是彈簧的總長(zhǎng)度.尸二代中的k是彈簧的勁度系數(shù)，它反映了彈簧的“軟”“硬”程度，大小由彈簧本身的性質(zhì)決定, 與彈力大小無(wú)關(guān)，k大就是“硬”彈簧.在應(yīng)用F=kx時(shí)，要把各物理量的單位統(tǒng)一到國(guó)際單位制中.（4）胡克定律只能計(jì)算輕彈簧的彈力，而其他的彈力與形變量間的關(guān)系比較復(fù)雜，要找其大小，只 能依物體的受力及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)確定.【典型例題】力例1、下列關(guān)于力的說(shuō)

14、法正確的是（）A.先有施力物體，后才有受力物體B.拳擊運(yùn)動(dòng)員一拳打出去卻沒(méi)有擊中對(duì)方，看來(lái)力可以沒(méi)有受力物體C.飛行的子彈能水平前進(jìn)，也可以存在沒(méi)有施力物體的力D.有施力物體就一定有受力物體舉一反三【變式1】下列說(shuō)法中正確的是（）A.射出槍口的子彈，能打到很遠(yuǎn)的距離，是因?yàn)樽訌楇x開(kāi)槍口后受到一個(gè)推力作用B.甲用力把乙推倒，說(shuō)明只是甲對(duì)乙有力的作用，乙對(duì)甲沒(méi)有力的作用C.只有有生命或有動(dòng)力的物體才會(huì)施力，無(wú)生命或無(wú)動(dòng)力的物體只會(huì)受到力，不會(huì)施力D.任何一個(gè)物體，一定既是受力物體，也是施力物體【變式2】關(guān)于力的下述說(shuō)法，正確的是（）A.甲用力將乙推倒，說(shuō)明甲對(duì)乙有力的作用，乙對(duì)甲沒(méi)有力的作用B.只

15、有有生命或有動(dòng)力的物體才能施力，無(wú)生命或無(wú)動(dòng)力的物體只能受力，不能施力C.兩磁鐵不相互接觸而有力的作用，說(shuō)明力可離開(kāi)物體而獨(dú)立存在D.找不到施力物體的力是不存在的類型二重力例2、如果地面上一切物體受到的重力都消失了，則可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是（）A.人跳高將懸浮在空中B.天不會(huì)下雨C. 一切物體的質(zhì)量都.變?yōu)榱鉊.不可以用天平稱物體質(zhì)量舉一反三【變式1】以下關(guān)于重心及重力的說(shuō)法中，正確的是（）A. 一個(gè)物體放于水中稱量時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)小于物體在空氣中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，因此， 物體在水中時(shí)的重力小于在空氣中的重力B.據(jù)3=!可知，兩個(gè)物體相比較，質(zhì)量較大的物體的重力一定較大C.物體放于水平面上時(shí)，

16、重力方向垂直于水平而向下，當(dāng)物體靜止于斜而上時(shí)，其重力垂直于斜 面向下D.物體的形狀改變后，其重心位置往往改變【變式2】關(guān)于重力的方向，下列說(shuō)法正確的是（）A.重力的方向總是垂直向下的B.重力的方向總是豎直向下的C.重力的方向總是指向地心的D.重力的方向總是和支持重物的支持面垂直【變式3】一人站在體重計(jì)上測(cè)體重，保持立正姿勢(shì)稱得體重為G,當(dāng)其緩慢地把一條腿平直伸出臺(tái)面, 體重計(jì)指針?lè)€(wěn)定后讀數(shù)為G',則（）A. G > GfB. G < G'C. G = GD.無(wú)法判定【變式4如圖所示，一個(gè)空心均勻球殼里而注滿水，球的正下方有一小孔，在水由小孔緩慢流出的過(guò) 程中，空心

17、球殼和水的共同重心將會(huì)（A. 一直下降 B. 一直上升 C.先升高后降低 D.先降低后升高類型三、彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)顯示的也是彈力的大小，要注意它始終等于掛鉤處彈力的大小.例3、如圖所示，彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)線的重力及一切摩擦不計(jì)，重物的重力G=1N,則彈簧測(cè)力計(jì)A和B 的示數(shù)分別為（）A. IN, 0 B. 0, IN C. 0.5N, 0.5N D. IN, 1N舉一反三【變式】如圖所示,彈簧秤和細(xì)線的重力及一切摩擦不計(jì)，重物處于靜止?fàn)顟B(tài)，則彈簧秤月和6的示數(shù)分別為（類型四、胡克定律的綜合應(yīng)用例4、一根輕質(zhì)彈簧，豎直懸掛，原長(zhǎng)為10 cme當(dāng)彈簧下端掛2.0 N的重物時(shí)，伸長(zhǎng)1.0

18、 cm：則當(dāng)彈簧下端掛8.0N的重物時(shí)，彈簧長(zhǎng)（ ）A. 4.0cmB. 14.0cmC. 8.0cmD. 18.0cm舉一反三【變式】一根彈簧，其勁度系數(shù)為k.現(xiàn)在彈簧1/3處用工具將其剪斷，則原彈簧變成長(zhǎng)度分別為原長(zhǎng) 的1/3和2/3的兩根新彈簧.試分別求出兩根新彈簧的勁度系數(shù).【鞏固練習(xí)】一、選擇題：1.下列說(shuō)法中正確的是（）A.射出槍口的子彈，能打到很遠(yuǎn)的距離，是因?yàn)樽訌楇x開(kāi)槍口后受到一個(gè)推力作用B.甲用力把乙推倒，說(shuō)明只是甲對(duì)乙有力的作用，乙對(duì)甲沒(méi)有力的作用C.只有有生命或有動(dòng)力的物體才會(huì)施力，無(wú)生命或無(wú)動(dòng)力的物體只會(huì)受到力，不會(huì)施力D.任何一個(gè)物體，一定既是受力物體，也是施力物體2

19、 .下列說(shuō)法中正確的是（）A.甲打乙一拳，乙感到痛，而甲未感覺(jué)到痛，說(shuō)明甲對(duì)乙施加了力，而乙未對(duì)甲施加力8. “風(fēng)吹草動(dòng)”，草受到了力，但沒(méi)有施力物體，說(shuō)明沒(méi)有施力物體的力也是存在的C.磁鐵吸引鐵釘時(shí)，磁鐵不需要與鐵釘接觸，說(shuō)明力可以脫離物體而存在D.網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員用力擊球，網(wǎng)球受力飛出后，網(wǎng)球受力的施力物體不再是人3 .以下關(guān)于重心及重力的說(shuō)法中，正確的是（）A. 一個(gè)物體放于水中稱量時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)小于物體在空氣中時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，因此， 物體在水中時(shí)的重力小于在空氣中的重力B.據(jù)3=!可知，兩個(gè)物體相比較，質(zhì)量較大的物體的重力一定較大C.物體放于水平面上時(shí)，重力方向垂直于水平而向下，當(dāng)

20、物體靜止于斜而上時(shí)，其重力垂直于斜 面向下D.物體的形狀改變后，其重心位置往往改變4 .氮原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成，這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力和核力，則這三種 力從大到小的排列順序?yàn)椋ǎ〢.核力、萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力B.萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力、核力C.庫(kù)侖力、核力、萬(wàn)有引力D.核力、庫(kù)侖力、萬(wàn)右引力5 .關(guān)于重心，下列說(shuō)法正確的是（）A.重心就是物體內(nèi)最重的一點(diǎn)B.物體發(fā)生形變時(shí)，其重心位置一定不變C.物體升高時(shí)，其重心在空中的位置一定不變D.采用背越式跳高的運(yùn)動(dòng)員在越過(guò)橫桿時(shí)，其重心位置可能在橫桿之下A. F增大，P上移C. F減小，P下移6.如圖所示，在一張大桌子上放兩個(gè)平面鏡M和N

21、,讓一束光依次被兩面鏡子反射，最后射到墻上，形 成一個(gè)光點(diǎn)P用力壓桌而，觀察墻上光點(diǎn)位置的變化.下列說(shuō)法中正確的是（）B. F增大，P下移D. F減小，P上移7. 一輛汽車停在水平地面上，下列說(shuō)法中正確的是（）A.地面受到了向下的彈力，是因?yàn)榈孛姘l(fā)生了彈性形變；汽車沒(méi)有發(fā)生形變，所以汽車不受彈力B.地面受到了向下的彈力，是因?yàn)榈囟l(fā)生了彈性形變；汽車受到了向上的彈力，是因?yàn)槠囈?發(fā)生了形變C.汽車受到向上的彈力，是因?yàn)榈囟l(fā)生了形變；地而受到向下的彈力，是因?yàn)槠嚢l(fā)生了形變D.以上說(shuō)法都不正確8.如圖所示，一根彈性桿的一端固定在傾角為30。的斜而上，桿的另一端固定一個(gè)重為2N的小球, 小球處

22、于靜止?fàn)顟B(tài)，則彈性桿對(duì)小球的彈力（）A.大小為2N,方向平行于斜面向上B.大小為1 N,方向平行于斜而向上C.大小為2N,方向垂直于斜而向上D.大小為2 N,方向豎直向上9.如圖所示，四個(gè)完全相同的彈簧都處于水平位置，它們的右端受到大小皆為F的拉力作用，而左端 的情況各不相同：中彈簧的左端固定在墻上；中彈簧的左端受大小也為F的拉力作用：中彈簧的 左端拴一小物塊，物塊在光滑的桌面上滑動(dòng)：中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在粗糙的桌面上滑動(dòng).若 認(rèn)為彈簧的質(zhì)量都為零，以，、工、h 上依次表示四個(gè)彈簧的伸長(zhǎng)量，則有（）A. /. > B. > L C. L > /1 D. L=l1 = L = L10. 一根輕質(zhì)彈簧一端固定，用大小為艮的力壓彈簧的另一端，平衡時(shí)長(zhǎng)度為八：改用大小為艮的力拉 彈簧，平衡時(shí)長(zhǎng)度為八，彈簧的拉伸或壓縮均在彈性限度內(nèi)，該彈簧的勁度系數(shù)為()A Fi-F B5 + 耳 C5 + 耳 口心一耳LT1.+L/.+/,/IX 1X 1X I11、下列關(guān)于作用力和反作用力的說(shuō)法中，正確的是：()A.物體相互作用時(shí)，先有作用力，后有反作用力B.作用力