高中物理人教版（2019）必修1：3.1 第1課時(shí)重力與彈力 學(xué)案

1、 PAGE 15【標(biāo)題】第三章相互作用力第一節(jié)重力與彈力第1課時(shí)重力與彈力解讀課程學(xué)科素養(yǎng)課標(biāo)要點(diǎn)核心素養(yǎng)1了解重力產(chǎn)生的原因，會(huì)確定重力的大小和方向，知道重心的概念及均勻物體重心的位置2知道彈力的定義及產(chǎn)生條件，會(huì)判斷兩個(gè)物體間彈力的有無(wú)和方向3掌握胡克定律并能解決有關(guān)問(wèn)題1形成初步的重力、彈力概念，應(yīng)用重力、彈力的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題（物理觀念）2能對(duì)簡(jiǎn)單的重力、彈力現(xiàn)象進(jìn)行分析和推理，獲得彈力有無(wú)和方向的結(jié)論（科學(xué)思維）3能根據(jù)彈力大小探究方案，獲得彈力大小與形變量的關(guān)系（科學(xué)探究）預(yù)習(xí)新知自主學(xué)習(xí)一、重力1定義：由于地球的吸引而使物體受到的力2大?。篏mg，g就是自由落體加速度3方向：豎直

2、向下重力的方向總是豎直向下，但需注意的是，“豎直向下”不等同于“垂直當(dāng)?shù)厮矫嫦蛳隆?，也不能將“豎直向下”當(dāng)成“指向地心”，實(shí)際上，只有在兩極或赤道時(shí)，重力的方向才指向“地心”4作用點(diǎn)重心（1）重心：一個(gè)物體的各部分都受到重力的作用，從效果上看，可以認(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做物體的重心（2）決定因素：物體的形狀；物體的質(zhì)量分布（3）不規(guī)則薄板重心的確定：應(yīng)用二力平衡的知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定形狀不規(guī)則物體的重心位置5力的表示方法（1）力的圖示力可以用有向線段表示有向線段的長(zhǎng)短表示力的大小，箭頭表示力的方向，箭尾（或箭頭）表示力的作用點(diǎn)這種表示力的方法，叫作力的圖示（2）力的示意圖

3、在不需要準(zhǔn)確標(biāo)度力的大小時(shí)，通常只需畫出力的作用點(diǎn)和方向，這種表示力的方法，叫作力的示意圖二、彈力1接觸力：物體與物體接觸時(shí)發(fā)生的相互作用稱為接觸力接觸力按其性質(zhì)可以分為彈力和摩擦力2形變：物體在力的作用下形狀或體積會(huì)發(fā)生改變，這種變化叫作形變3彈力：發(fā)生形變的物體，要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用，這種力叫作彈力4彈力的方向：壓力和支持力的方向跟接觸面垂直；繩子拉力的方向是沿著繩子指向繩子收縮的方向我們通常所說(shuō)的拉力、壓力、支持力、桿力、手拉物體的力等都屬于彈力三、胡克定律1彈性形變：物體在發(fā)生形變后，撤去作用力能夠恢復(fù)原狀的形變彈性限度：如果形變過(guò)大，撤去作用力后物體不能完全恢復(fù)

4、原來(lái)的形狀，這個(gè)限度叫彈性限度3胡克定律內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力F的大小跟彈簧伸長(zhǎng)（或縮短）的長(zhǎng)度x成正比2公式：Fkx，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，單位為牛頓每米，符號(hào)N/m，它的大小反映了彈簧的軟硬程度Fkx的適用條件是在彈簧的彈性限度內(nèi)，超過(guò)了彈簧的彈性限度，這個(gè)公式是不成立的探究知識(shí)提升素養(yǎng)知識(shí)點(diǎn)1力的圖示與力的示意圖興趣探究如圖所示是足球撞擊球網(wǎng)的瞬間足球撞擊球網(wǎng)時(shí)對(duì)球網(wǎng)產(chǎn)生了巨大的沖擊力，若足球?qū)η蚓W(wǎng)的作用點(diǎn)為圖中的A點(diǎn)，且作用力方向水平向右，大小為50 N，如何簡(jiǎn)潔明了地表示出這個(gè)力呢？【答案】可以用一帶箭頭的線段來(lái)表示，線段的長(zhǎng)度表示力的大小，箭頭的指向表示力的

5、方向，箭尾或箭頭表示力的作用點(diǎn)如圖所示知識(shí)歸納1力的圖示與力的示意圖的區(qū)別（1）力的圖示能表示力的三要素，精確表示力時(shí)經(jīng)常用到（2）力的示意圖只能表示力的作用點(diǎn)和方向，在對(duì)物體的受力情況進(jìn)行分析時(shí)經(jīng)常用到2力的圖示和力的示意圖的畫法作圖步驟力的圖示力的示意圖選標(biāo)度選定標(biāo)度（用某一長(zhǎng)度的線段表示一定大小的力）畫線段從作用點(diǎn)開(kāi)始沿力的方向畫一線段，根據(jù)選定的標(biāo)度和力的大小按比例確定線段長(zhǎng)度從作用點(diǎn)開(kāi)始沿力的方向畫一適當(dāng)長(zhǎng)度線段標(biāo)方向在線段的末端標(biāo)出箭頭，表示力的方向在線段的末端標(biāo)出箭頭，表示力的方向考向例題考向力的圖示畫法【例1】如圖所示，一人通過(guò)細(xì)繩用大小為50 N的力F沿與水平方向成30角斜向

6、上拉物塊A，試畫出拉力F的圖示，并指出受力物體與施力物體【解析】依題意知，細(xì)繩拉物塊A，受力物體是物塊A，施力物體是細(xì)繩畫力的圖示時(shí)，先選好標(biāo)度，以4mm長(zhǎng)的線段表示10N的力，則拉力F共長(zhǎng)20mm，用點(diǎn)A代表物塊A，即力的作用點(diǎn)，最后標(biāo)上箭頭指明拉力的方向，即得力F的圖示，如圖所示為了準(zhǔn)確無(wú)誤地表示拉力的方向，圖中的虛線是必要的補(bǔ)充【答案】力的圖示見(jiàn)解析，受力物體是物塊A，施力物體是細(xì)繩方法技巧：對(duì)于幾何形狀規(guī)則的物體，在畫力的圖示和示意圖的時(shí)候，有向線段的起點(diǎn)可畫在幾何中心為簡(jiǎn)化，也可以把物體用質(zhì)點(diǎn)代替知識(shí)點(diǎn)2重力與重心興趣探究（1）建筑工地上常用重垂線來(lái)檢測(cè)墻壁是否豎直，為什么使用重垂線

7、就能夠檢測(cè)墻壁是否豎直？（2）重心是物體上最重的一點(diǎn)嗎？重心位置與什么有關(guān)？物體的重心一定在物體上嗎？請(qǐng)舉例說(shuō)明【答案】（1）重力的方向豎直向下，所以懸掛重錘的細(xì)線一定在豎直方向上，如果墻壁與細(xì)線平行，則說(shuō)明墻壁豎直（2）不是重心是物體各部分所受重力的等效作用點(diǎn)重心位置與物體的質(zhì)量分布及形狀有關(guān)重心可以不在物體上，如木匠用的拐尺、圓環(huán)的重心都不在物體上知識(shí)歸納1重力的大小（1）重力的大小Gmg，只與質(zhì)量和重力加速度g有關(guān)，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)（2）重力加速度g與物體所處的緯度和高度有關(guān)，在赤道處，g最小，在兩極處，g最大（同一高度）；海拔越高，g越小，離地面越近，g越大2重力的方向：總是豎直向

8、下豎直向下是指與水平面垂直向下，但是并不等同于垂直于支持面向下，也不等同于指向地心3重力的作用點(diǎn)重心（1）重心是物體各部分所受重力的等效作用點(diǎn)，并不是只有物體的重心才受到重力作用重心的位置除跟物體的形狀有關(guān)外，還跟物體的質(zhì)量分布有關(guān)質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體的重心在其幾何中心重心的位置可以在物體上，也可以在物體外（2）重心位置的確定方法：薄板狀物體的重心可以用懸掛法確定考向例題考向?qū)χ匦牡睦斫狻纠?】如圖所示，一被吊著的空心的均勻球殼內(nèi)裝滿了細(xì)沙，底部有一閥門，打開(kāi)閥門讓細(xì)沙慢慢流出的過(guò)程中，球殼與球殼內(nèi)剩余細(xì)沙組成的系統(tǒng)的重心將會(huì)（）A一直下降B一直不變C先下降后上升D先上升后下降【解析】

9、裝滿細(xì)沙的球殼和細(xì)沙整體的重心在球心，隨著細(xì)沙從閥門不斷流出，重心位置不斷下降，當(dāng)細(xì)沙流完后，重心又上升，處于球心，故重心的位置先下降后上升，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確故選C【答案】C題后反思：物體的重心與物體的質(zhì)量分布有關(guān)系，分析細(xì)沙下降過(guò)程中質(zhì)量分布情況，可以分析出系統(tǒng)重心如何變化即時(shí)鞏固1一條放在地面上長(zhǎng)為L(zhǎng)的柔軟勻質(zhì)粗繩，將其一端向上提至粗繩剛好離地時(shí)，它的重心位置升高了多少？長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻直鋼管平放在水平地面上，現(xiàn)抬起一端，使其與水平面成30角時(shí)，它的重心位置升高了多少？【解析】勻質(zhì)粗繩放在地面上時(shí)重心在地面上，將它一端上提至下端剛要離地時(shí)，重心在L2高度，重心升高了L2；均勻鋼管平放時(shí)

10、重心在地面上，將其抬至與水平面成30角時(shí)，重心即鋼管的中心上升L2sin30L4【答案】L2L4知識(shí)點(diǎn)3彈力的產(chǎn)生及彈力的方向興趣探究（1）如圖所示，取一個(gè)扁玻璃瓶，里面盛滿水，用穿有透明細(xì)管的橡皮塞封口，使水面位于細(xì)管中，用手捏玻璃瓶，會(huì)看到什么現(xiàn)象？說(shuō)明什么？（2）用手壓橡皮泥，橡皮泥發(fā)生形變；腳踩在松軟的泥土上，留下了深深的腳?。ㄐ巫儯@兩種形變與玻璃瓶的形變有什么不同？（3）如圖所示，被拉長(zhǎng)的彈簧對(duì)手有一個(gè)拉力的作用，這個(gè)拉力是如何產(chǎn)生的？【答案】（1）用手捏玻璃瓶，管中水面會(huì)上升（或下降）說(shuō)明受壓時(shí)玻璃瓶發(fā)生形變，體積變?。ɑ蜃兇螅┝耍?）橡皮泥、泥土受力后發(fā)生的形變，在撤去外力后

11、不能恢復(fù)原狀（非彈性形變），玻璃瓶的形變?cè)诔啡ネ饬竽芑謴?fù)原狀（彈性形變）（3）彈簧受到拉力后發(fā)生形變（伸長(zhǎng)），發(fā)生形變的彈簧要恢復(fù)原狀，對(duì)手就產(chǎn)生了拉力知識(shí)歸納1彈性形變和非彈性形變彈性形變：撤去外力后能恢復(fù)原狀的形變非彈性形變：撤去外力后不能恢復(fù)原狀的形變發(fā)生彈性形變的物體，外力過(guò)大，超過(guò)一定的限度（彈性限度），會(huì)變成非彈性形變2彈力的產(chǎn)生必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：（1）兩物體直接接觸；（2）兩物體接觸處發(fā)生彈性形變3彈力的方向與施力物體形變方向相反，作用在迫使物體發(fā)生形變的那個(gè)物體上，幾種常見(jiàn)情況如下：（1）壓力、支持力的方向：總是垂直于接觸面，若接觸面是曲面，則垂直于接觸面的切線；若接觸面

12、是球面，彈力方向的延長(zhǎng)線或反向延長(zhǎng)線過(guò)球心，如圖所示（2）繩的拉力方向：總是沿著繩并指向繩收縮的方向（3）桿對(duì)物體的力：桿產(chǎn)生的力可以沿著桿，也可以不沿桿；沿著桿時(shí)可以是拉力，也可以是支持力如圖所示（三個(gè)物體均處于靜止）4彈力有無(wú)的判斷：（1）對(duì)于明顯形變的情況，可以根據(jù)彈力產(chǎn)生的條件直接進(jìn)行判斷（2）對(duì)于不明顯形變的情況，可利用假設(shè)法進(jìn)行判斷，具體有下列三種方法：假設(shè)與研究對(duì)象接觸的物體解除接觸，判斷研究對(duì)象的狀態(tài)是否變化，若狀態(tài)不變，則此處不存在彈力，若狀態(tài)變化，則此處存在彈力假設(shè)有彈力，看看研究對(duì)象還能否保持平衡或原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)若能保持，則說(shuō)明有彈力；若不能保持，則說(shuō)明沒(méi)有彈力假設(shè)沒(méi)有彈

13、力，看看研究對(duì)象還能否保持平衡或原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)若能保持，則說(shuō)明沒(méi)有彈力；若不能保持，則說(shuō)明有彈力考向例題考向一彈力有無(wú)的判斷【例3】（多選）如圖所示，圖中的物體A均處于靜止?fàn)顟B(tài)，受到彈力作用的說(shuō)法正確的是（）甲乙丙丁A圖甲中地面是光滑水平的，A與B間存在彈力B圖乙中兩斜面與水平地面的夾角分別為、，A對(duì)兩斜面均有壓力的作用C圖丙中A受到斜面B對(duì)它的彈力的作用D圖丁中A受到斜面B對(duì)它的彈力的作用【解析】題圖甲中對(duì)B進(jìn)行受力分析，B球受重力和地面的彈力的作用，二力平衡，B球靜止不可能再受到A對(duì)B的彈力作用；B選項(xiàng)中采用假設(shè)法，若去掉左側(cè)的斜面，A將運(yùn)動(dòng)，若去掉右側(cè)的斜面，A也將運(yùn)動(dòng)，所以球A對(duì)兩斜面

14、均有力的作用；C選項(xiàng)中假設(shè)斜面B不存在，則小球A無(wú)法在原位置保持靜止，故丙圖中小球受到斜面的彈力D選項(xiàng)中假設(shè)斜面B對(duì)小球A有彈力作用，則小球A不能保持靜止，所以丁圖中小球不受斜面彈力的作用【答案】BC題后反思：判斷彈力有無(wú)的兩個(gè)誤區(qū)（1）誤認(rèn)為兩物體只要接觸就一定存在彈力作用，而忽視了彈力產(chǎn)生的另一條件發(fā)生彈性形變（2）誤認(rèn)為有形變一定有彈力，而忽視了彈性形變和非彈性形變的區(qū)別考向二彈力方向的判斷【例4】在圖中畫出物體A所受彈力的示意圖【解析】支持力、壓力的方向都要與接觸面垂直并指向被支持或被壓的物體，物體A所受彈力的示意圖如圖所示【答案】見(jiàn)解析圖知識(shí)點(diǎn)4胡克定律興趣探究對(duì)于同一根彈簧，被拉得

15、越長(zhǎng)，彈簧的彈力越大，關(guān)于彈簧彈力的大小，甲說(shuō)：彈簧彈力大小與其長(zhǎng)度成正比；乙說(shuō)：彈力的變化量F與彈簧形變的變化量x成正比哪個(gè)同學(xué)說(shuō)法正確？【答案】甲錯(cuò)，乙對(duì)彈簧的彈力與彈簧的形變量成正比，即Fkx，也有Fkx知識(shí)歸納1成立條件：在彈性限度內(nèi)2對(duì)Fkx的理解（1）x是彈簧的形變量，而不是彈簧形變后的長(zhǎng)度（2）k為彈簧的勁度系數(shù)，反映彈簧本身的屬性，由彈簧自身的長(zhǎng)度、粗細(xì)、材料等因素決定，與彈力F的大小和伸長(zhǎng)量x無(wú)關(guān)（3）Fx圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線（如圖所示），直線的斜率表示彈簧的勁度系數(shù)k（4）彈簧彈力的變化量F與形變量的變化量x也成正比，即Fkx考向例題考向胡克定律的理解【例5】一根輕質(zhì)

16、彈簧一端固定，用大小為50 N的力壓彈簧的另一端，平衡時(shí)長(zhǎng)度為L(zhǎng)120 cm；改用大小為25 N的力拉彈簧，平衡時(shí)長(zhǎng)度為L(zhǎng)235 cm；若彈簧的拉伸或壓縮均在彈性限度內(nèi)，求彈簧的原長(zhǎng)和勁度系數(shù)【解析】設(shè)彈簧原長(zhǎng)為L(zhǎng)0，勁度系數(shù)為k由胡克定律得：F1k（L0L1）F2k（L2L0）聯(lián)立兩式得：L003m30cm，k500N/m【答案】30 cm500 N/m題后反思：（1）輕彈簧有壓縮和拉伸形變，既能產(chǎn)生壓力，又能產(chǎn)生拉力，方向均沿彈簧的軸線方向（2）如果題目中只告訴彈簧的形變量，并沒(méi)有指出是伸長(zhǎng)還是壓縮，或只告訴彈簧彈力的大小，并沒(méi)有指出彈簧處于拉伸狀態(tài)還是處于壓縮狀態(tài)，就要分別進(jìn)行討論即時(shí)鞏

17、固2（多選）一輕質(zhì)彈簧的長(zhǎng)度L和彈力F大小的關(guān)系如圖所示，根據(jù)圖像判斷，下列結(jié)論正確的是（）A彈簧的原長(zhǎng)為20 cmB彈簧的勁度系數(shù)為2 N/mC彈簧的勁度系數(shù)為200 N/mD彈簧伸長(zhǎng)005 m時(shí)，彈力的大小為10 N【解析】由題圖知，當(dāng)F0時(shí)，彈簧原長(zhǎng)L010cm，A錯(cuò)；彈簧長(zhǎng)度L15cm時(shí)，F(xiàn)10N，由胡克定律得，勁度系數(shù)kFL-L0100.15-0.1N/m200N/m，B錯(cuò)，C對(duì)；彈簧伸長(zhǎng)005m時(shí)，即彈簧長(zhǎng)度為15cm時(shí)，彈力的大小為10N，D對(duì)【答案】CD基礎(chǔ)性達(dá)標(biāo)作業(yè)1（多選）一個(gè)物體所受重力在下列哪些情況下會(huì)發(fā)生變化（）A把它從赤道拿到南極B把它送到月球上去C把它放到水里D改

18、變它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)【解析】根據(jù)重力的計(jì)算公式Gmg，物體的大小不但與物體的質(zhì)量有關(guān)，而且也與重力加速度的大小有關(guān)，而重力加速度的大小與地球上的位置、離地面的高度有關(guān)，不同的天體上重力加速度不同，所以正確的答案是A、B【答案】AB2關(guān)于重心及重力，下列說(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)小于物體在空氣中稱量時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，因此物體在水中受到的重力小于在空氣中受到的重力B據(jù)Gmg可知，兩個(gè)物體相比較，質(zhì)量較大的物體的重力不一定較大C物體放于水平面上時(shí)，重力方向垂直于水平面向下，當(dāng)物體靜止于斜面上時(shí)，其重力方向垂直于斜面向下D物體的形狀改變后，其重心位置不會(huì)改變【解析】由于物體

19、浸沒(méi)于水中時(shí)，受到向上的浮力從而減小了彈簧的拉伸形變，彈簧測(cè)力計(jì)的拉力減小了，但物體的重力并不改變，選項(xiàng)A錯(cuò)誤當(dāng)兩物體所處的地理位置相同時(shí)，g值相同，質(zhì)量大的物體的重力必定大，但當(dāng)兩物體所處的地理位置不同時(shí)，如質(zhì)量較小的物體放在地球上，質(zhì)量較大的物體放在月球上，由于月球上g值較小，而使質(zhì)量較大的物體的重力不一定較大，選項(xiàng)B正確重力的方向是豎直向下的，而不是垂直向下的，選項(xiàng)C錯(cuò)誤物體的重心位置由物體的形狀和質(zhì)量分布情況共同決定，當(dāng)物體的形狀改變時(shí)，其重心可能發(fā)生改變，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案】B3（多選）關(guān)于胡克定律，下列說(shuō)法中正確的是（）A由Fkx可知，彈力F的大小與彈簧的長(zhǎng)度x成正比B由kFx可知

20、，勁度系數(shù)k與彈力F成正比，與彈簧的長(zhǎng)度形變量x成反比C彈簧的勁度系數(shù)k是由彈簧本身的性質(zhì)決定的，與彈力F的大小和彈簧形變量x的大小無(wú)關(guān)D彈簧的勁度系數(shù)在數(shù)值上等于彈簧伸長(zhǎng)（或縮短）單位長(zhǎng)度時(shí)彈力的大小【解析】胡克定律Fkx中，x是彈簧伸長(zhǎng)或縮短的長(zhǎng)度；k是勁度系數(shù)，與彈簧本身的性質(zhì)有關(guān)，與F、x均無(wú)關(guān)故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，C、D正確【答案】CD4關(guān)于圖所示的兩個(gè)力F1和F2，下列說(shuō)法正確的是（）AF1F2，因?yàn)楸硎緝蓚€(gè)力的線段一樣長(zhǎng)BF1F2，因?yàn)楸硎綟1的標(biāo)度大CF1F2，因?yàn)镕1只有兩個(gè)標(biāo)度的長(zhǎng)度，而F2具有三個(gè)標(biāo)度的長(zhǎng)度D無(wú)法比較，因?yàn)閮蓚€(gè)力的標(biāo)度的大小未知【解析】在力的圖示中，所表示的力的大小取決于圖中標(biāo)度的大小和線段的長(zhǎng)度離開(kāi)了標(biāo)度的大小，僅由線段的長(zhǎng)度無(wú)法比較F1和F2的大小【答案】D5在下圖中，A、B均處于靜止?fàn)顟B(tài)，則A、B之間一定有彈力的是（）ABCD【解析】假設(shè)將與研究對(duì)象接觸的物體逐一移走，如果研究對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生變化，則表示它們之間有彈力；如果狀態(tài)無(wú)變化，則表示它