卷子答案网-一个不只有答案的网站(共65张PPT)
第三章 相互作用——力
第1节 重力与弹力
第1课时 重力与弹力
学习 任务 1．知道重力产生的原因、大小和方向，知道重心的概念。
2．会用力的图示和示意图表示力，知道其区别。
3．知道弹力的定义及产生的条件，会判断弹力的有无及方向。
4．知道胡克定律的内容、表达式，会用胡克定律解决相关问题。
关键能力·情境探究达成
01
知识点一 重力
知识点二 力的图示与力的示意图
知识点三 弹力的分析与计算
知识点一 重力
1．重力
(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。
2．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____。
提醒 g的单位既可以是N/kg，又可以是m/s2，且1 N/kg＝1 m/s2。
地球的吸引
竖直向下
mg
集中于一点
质量分布
形状
如图所示，职业跳高运动员经常采用“背越式”，没有从事专业训练的运动员，往往采用的方式是“跨越式”。
问题1 你感觉哪种方式成绩会更好？
提示：“背越式”成绩会更好。
问题2 成绩会更好的原因是什么？
提示：在越过相同高度的横杆时，运动员采用“背越式”的重心比采用“跨越式”的重心升高的高度低，因此采用“背越式”可以越过更高的横杆，成绩会更好一些。
问题3 运动员跳高过程中所受重力的大小和方向是否改变？
提示：不变。
问题4 运动员从起跳到落地的过程中其重心位置是否变化？
提示：变化。
1．对重力的理解
(1)产生：重力是由于地球的吸引而产生的，但由于地球自转的影响，重力一般不等于地球对物体的引力。与引力相比，重力大小稍微小一些(两极除外)，方向稍微偏一些(两极和赤道除外)。
(2)大小：G＝mg，同一物体的重力随所处纬度的升高而增大，随海拔高度的增大而减小。
(3)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。
名师点睛：
2．重心的性质及确定方法
(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，如图甲、乙所示。
②决定因素
a．物体质量分布情况。
b．物体的形状。
(3)重心位置的确定方法
①质量分布不均匀、形状不规则的物体，重心与物体的形状、质量分布情况均有关，如图丙所示。
②质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上，如图丁所示。
③形状不规则的薄形物体，可用悬挂
法或支撑法来确定重心，如图戊所示。
【典例1】 下列关于重心和重力的说法正确的是( )
A．一物体放于水中称量时弹簧测力计的示数小于物体在空气中称量时弹簧测力计的示数，因此物体在水中受到的重力小于在空气中受到的重力
B．据G＝mg可知，两个物体相比较，质量较大的物体受到的重力不一定大
C．物体放于水平面上时，其重力方向垂直于水平面向下，当物体静止于斜面上时，其重力方向垂直于斜面向下
D．物体的形状改变后，其重心位置不会改变
B [由于物体放于水中时，受到向上的浮力从而减小了弹簧的拉伸形变，弹簧测力计的拉力减小了，但物体受到的重力并不改变，选项A错误；当两物体所处的地理位置相同时，g值相同，质量大的物体受到的重力必定大，但当两物体所处的地理位置不同时(如质量较小的物体放在地球上，质量较大的物体放在月球上，月球上g值较小)，质量较大的物体受到的重力不一定大，选项B正确；重力的方向总是竖直向下的，选项C错误；物体的重心位置由物体的形状和质量分布情况共同决定，当物体的形状改变时，其重心可能发生改变，选项D错误。]
易错警示 对物体重心的三点注意
(1)重力作用于整个物体，重心是重力的等效作用点，不是重力的真实作用点。
(2)重心不是物体上最重的一点，也不一定在物体的几何中心。
(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均无关。
[跟进训练]
1．如图所示为仰韶文化时期的一款尖底瓶，该瓶装水后“虚则欹，中则正，满则覆”。下列有关瓶(包括瓶中的水)的说法正确的是( )
A．瓶的重心是瓶各部分所受重力的等效作用点
B．装入瓶中的水增多时，瓶的重心升高
C．瓶所受重力就是地球对瓶的吸引力
D．瓶所受重力方向始终垂直地面向下
A [瓶的各部分都受重力作用，瓶的重心是瓶的各部分所受重力的等效作用点，故A正确；瓶中不断加入水时，瓶的重心先降低后升高，故B错误；瓶所受重力是由于地球对瓶的吸引力产生的，但瓶所受的重力不是地球对瓶的吸引力，故C错误；重力的方向始终竖直向下，故D错误。]
知识点二 力的图示与力的示意图
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。
线段的长短
箭头
箭尾或箭头
力的图示和力的示意图都能表示物体的受力情况，但二者在具体对物体进行分析时又有所不同。如图描述的是“三毛”拉车的情景。
问题1 仔细观察并思考甲、乙两图中力的表示分别采用了哪种方式？
提示：甲是力的图示；乙是力的示意图。
问题2 力的图示和力的示意图在表示力时有什么不同？
提示：力的图示能精确表示力的三要素；力的示意图只能表示力的作用点和方向，粗略地表示力。
问题3 平时我们在对物体受力分析时，一般采用什么方式？
提示：力的示意图。
1．两种方式的比较
项目 力的图示 力的示意图
定义 为了更形象、直观地表达力，可以用一根带箭头的线段表示力的大小、方向和作用点，这种表示力的方法叫作力的图示 只画出力的方向和作用点，表示物体在这个方向受到了力，这种粗略地表示力的方法叫作力的示意图
项目 力的图示 力的示意图
画图 步骤 (1)选定标度(用某一长度表示一定大小的力) (1)无须选标度
(2)从作用点开始沿力的方向画一线段，根据选定的标度及力的大小按比例确定线段的长度 (2)从作用点开始沿力的方向画一适当长度的线段即可
(3)在线段的末端画出箭头，表示方向 (3)在线段的末端画出箭头，表示方向
项目 力的图示 力的示意图
示例
2．两点说明
(1)一个物体受多个力作用，作力的图示时须选用同一标度，线段长度与力的大小成正比，而力的示意图只是粗略地表示物体在某个方向受到力，表示力的线段长度与力的大小大致对应即可。
(2)高中阶段分析物体受力时，如无特殊说明，作出力的示意图即可。
【典例2】 如图所示，静止的木块对桌面的压力为6 N。
(1)画出压力的图示；
(2)画出木块所受重力和支持力的示意图。
[解析] (1)画力的图示时，要按照以下步骤进行：
①选定标度→选适当长度的线段表示2 N的力。
②确定线段→从作用点起沿力的方向画一线段，线段长短按标度和力的大小画，线段标上刻度。如图甲所示，从O点竖直向下画一条三倍于标度的线段。
③标注方向→在线段上末端加箭
头表示力的方向。为了简便，也
可以画成图乙所示。
(2)画力的示意图时，只需画出力的作用点和方向，对线段的长短没有严格要求。图丙为木块所受重力和支持力的示意图，也可以依照图丁那样用一个点表示木块，画出所受重力和支持力的示意图。
[答案] 见解析
[跟进训练]
2．关于如图所示的两个力F1和F2，下列说法正确的是( )
A．F1＝F2，因为表示两个力的线段一样长
B．F1＞F2，因为表示F1的标度大
C．F1＜F2，因为F1只有两个标度的长度，而F2具有三个标度的长度
D．无法比较，因为两个力的标度的大小未知
D [在力的图示中，所表示的力的大小取决于图中标度的大小和线段的长短，不知标度的大小，仅由线段的长度无法比较F1和F2的大小，所以选项D正确。]
3．重30 N的木块浮在水面上，作出木块所受浮力的图示和示意图。
[解析] 用单位长度的线段表示10 N的力，从木块的作用点竖直向上画一条三倍标度的线段，在线段上加箭头表示力的方向，如图甲为木块所受浮力的图示。从力的作用点沿浮力的方向画有向线段，并标明浮力F，如图乙为木块所受浮力的示意图。
[答案] 见解析图
知识点三 弹力的分析与计算
1．形变：物体在力的作用下____或____发生的变化。
2．弹力：发生形变的物体，要________，对与它____的物体产生的力。
3．弹力的方向
(1)压力和支持力的方向：都跟接触面垂直，指向被压或被支持的物体。
(2)绳的拉力沿着绳指向绳____的方向。
形状
体积
恢复原状
接触
收缩
4．胡克定律
(1)弹性形变：物体在发生形变后，撤去作用力能够________的形变。
(2)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________原来的形状，这个限度叫作弹性限度。
(3)胡克定律：在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟__________________________成正比，即F＝____。
(4)劲度系数：其中k为弹簧的________，单位为________，符号是N/m，劲度系数是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量。
恢复原状
完全恢复
弹簧伸长(或缩短)的长度x
kx
劲度系数
牛顿每米
图甲为杯子静止在桌面，图乙中是弹簧被拉长后使小车运动起来。
问题1 图甲中杯子放在桌面上，桌面发生形变了吗？通过什么方式可以观察？
提示：发生了形变；用放大法可以观察到微小的形变。
问题2 图乙中小车由静止到运动，是什么因素使小车的运动状态发生了变化？
提示：被拉伸的弹簧在恢复原状过程中给小车一个拉力作用。
问题3 如何计算甲、乙两图中弹力的大小？
提示：甲图中可根据力的平衡计算；乙图中可利用某一瞬时的弹簧形变量，结合胡克定律计算。
1．弹力有无的判断方法
条件法 形变比较明显： 根据是否同时满足①相互接触、②发生弹性形变来判断
例如，图中①弹性绳与手直接接触，②弹性绳与手都发生形变，所以手与弹性绳之间一定存在弹力
假设法 形变不明显：
例如，图中斜面是光滑的，若去掉斜面，小球和细线的状态依然不变，所以小球不受斜面的支持力，只受细线的拉力和重力
3．弹力的方向
(1)弹力方向的分析：弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力的方向相反。
(2)判断弹力方向的步骤
4．弹力大小的计算
(1)对胡克定律F＝kx的理解
①公式中x是弹簧的形变量，即弹簧的伸长量或压缩量，注意不是弹簧的长度。
②弹簧的劲度系数由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。
③F-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。
④弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比，
即ΔF＝kΔx。
(2)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。
角度1 弹力有无及方向的判断
【典例3】 下列图中各物体均处于静止状态。图中画出了小球A所受弹力的情况，其中正确的是( )
A B C D
C [选项A中小球只受重力和杆的弹力且处于静止状态，由二力平衡可得小球受到的弹力方向应竖直向上，故A错误；选项B中，因为右边的绳竖直向上，如果左边的绳有拉力，则竖直向上的那根绳就会发生倾斜，所以左边的绳没有拉力，故B错误；球与球接触处的弹力方向，垂直于过接触点的公切面(即在两球心的连线上)，且指向受力物体；球与面接触处的弹力方向，过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上)，选项D中大半圆对小球的支持力FN2应是沿着过小球与大半圆接触点的半径，且指向大半圆圆心，故C正确，D错误。]
规律总结 几种常见弹力的方向
角度2 弹力大小的计算
【典例4】 如图所示，一根轻弹簧长度由原长5.00 cm伸长为6.00 cm时，手受到的弹力为10.0 N。那么，当这根弹簧伸长到6.20 cm时(在弹性限度内)，手受到的弹力有多大？
[思路点拨] 根据胡克定律，已知弹簧弹力F1和相应的伸长量l1－l0，可求出该弹簧的劲度系数。由于同一弹簧的劲度系数不变，再由已知的弹簧伸长量l2－l0，就可求出手受到的弹力F2。
[解析] 由题意可知，l0＝5.00 cm＝5.00×10-2 m，F1＝10.0 N，l1＝6.00 cm＝6.00×10-2 m
根据胡克定律，可得F1＝kx1＝k(l1－l0)
k＝＝ N/m＝1.00×103 N/m
当弹力为F2时，弹簧伸长到l2＝6.20 cm＝6.20×10-2 m
根据胡克定律，可得F2＝kx2＝k(l2－l0)＝1.00×103×(6.20－5.00)×10-2 N＝12.0 N
所以，当这根弹簧伸长到6.20 cm时，手受到的弹力为12.0 N。
[答案] 12.0 N
[母题变式]
上例中，更换弹簧，探究弹簧弹力随其形变量变化的规律，如图所示。
(1)求该弹簧的原长和劲度系数。
[解析] 弹簧的弹力为0时弹簧处于原长状态，对应图线可知，弹簧原长l0＝10 cm
由F-l图线可知，当弹簧长度l＝5 cm时弹簧弹力F＝10 N
由胡克定律F＝kx可得
10 N＝k(0.1 m－0.05 m)
解得k＝200 N/m。
[答案] 10 cm 200 N/m
(2)图像中左边图线能否延长至与纵轴相交？请说明理由。
[解析] 图线中左边图线不能延长至与纵轴相交，因弹簧弹丝有一定的粗细，不可能压缩到弹簧长度为零。
[答案] 见解析
[跟进训练]
4．如图所示，球A在斜面上，被竖直挡板挡住而处于静止
状态。关于球A所受的弹力，以下说法正确的是( )
A．球A仅受一个弹力作用，弹力的方向垂直于斜面向上
B．球A受两个弹力作用，一个水平向左，一个垂直于斜面向下
C．球A受两个弹力作用，一个水平向右，一个垂直于斜面向上
D．球A受三个弹力作用，一个水平向右，一个垂直于斜面向上，一个竖直向下
C [球A所受重力竖直向下，与竖直挡板和斜面都有挤压，斜面给它一个支持力，垂直斜面向上，挡板给它一个压力，水平向右，故选项C正确。]
5．(多选) (2022·湖北孝感高一期中) 如图所示，物体的重力G＝4 N，轻弹簧中的弹力F＝2 N，则下列说法正确的是 ( )
A．地面对物体的支持力可能是2 N
B．地面对物体的支持力可能是6 N
C．若将弹簧剪断，地面对物体的支持力可能是6 N
D．若将弹簧剪断，地面对物体的支持力可能是2 N
AB [弹簧弹力为2 N，弹簧可能伸长，也可能压缩，由于存在两种可能情况，物体处于平衡，所以地面对物体的支持力可能是2 N或6 N，故A、B正确。若将弹簧剪断，弹簧的弹力立即消失，地面对物体的支持力是4 N，故C、D错误。]
学习效果·随堂评估自测
02
1．把一个薄板状物体悬挂起来，静止时如图所示，则对于此薄板状物体所受重力的理解，下列说法正确的是( )
A．重力就是地球对物体的引力
B．重力大小和物体运动状态有关
C．重力的方向总是指向地心的
D．薄板的重心一定在直线AB上
D [重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，不是地球对物体的引力，选项A错误；重力的大小与物体的运动状态无关，选项B错误；重力的方向竖直向下，选项C错误；因为绳对板的拉力与板受的重力为一对平衡力，必在一条直线上，所以薄板的重心一定在直线AB上，选项D正确。]
2．(多选)一个人用斜向下的力推小车前进，力的大小为40 N，方向与水平方向成30°，下列画出的推小车的力的图示，其中正确的是( )
A B
BD [选项A没有标度，选项C力的方向应斜向下，故选B、D。]
C D
3．如图所示，弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计，重物的重力G＝5 N，则弹簧测力计A和B的示数分别为( )
A．5 N，10 N
B．5 N，0 N
C．10 N，5 N
D．5 N，5 N
D [弹簧测力计的示数等于挂钩上的拉力，与弹簧测力计外壳受力无关，物体平衡时细线对物体的拉力F与重力G是一对平衡力，所以F＝G，两图中挂钩上的拉力均为F＝5 N，所以D项正确。]
4．请在图中画出杆或球所受的弹力方向。
[解析] 甲图中杆在重力作用下对A、B两处都产生挤压作用，故A、B两处对杆都有弹力，弹力方向与过接触点的平面垂直，如图甲所示。乙图中杆对C、D两处都有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直于圆弧切面指向球心，D处弹力垂直于杆斜向上，如图乙所示。丙图中球挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙面垂直向右，绳子对球的弹力沿绳子向上，如图丙所示。丁图中当球的重心不在球心处时，弹力的作用线也必通过球心，如图丁所示。应注意不要错误地认为弹力作用线必定通过球的重心。
[答案] 见解析图
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．重力是怎样产生的？重力的表达式怎样，方向如何？
提示：重力是由地球的吸引而产生，重力的大小G＝mg，方向竖直向下。
2．物体的重心位置与哪些因素有关？
提示：物体重心的位置与物体的形状和质量分布有关。
3．发生形变的物体对与其接触的物体产生了什么影响？弹力产生的条件是什么？弹力的方向和大小与哪些因素有关？
提示：发生形变的物体对与其接触的物体产生了力的作用，两物体直接接触且发生形变是产生弹力的条件；弹力的方向与受力物体形变的方向有关；弹力的大小跟形变的大小有关，形变越大，弹力越大，形变消失，弹力也消失。
4．弹簧弹力的大小与弹簧伸长量或压缩量有什么关系？
提示：弹簧弹力大小与弹簧伸长量或压缩量成正比。
阅读材料·拓展物理视野
03
观察微小形变的巧法——放大法
1．物体的形变按形变量的大小可分为两类
(1)明显形变：如弹簧、橡皮条等，这类形变很容易观察和测量。
(2)微小形变：如不可伸长的细线、轻质硬杆、硬的物体(或接触面)等。
2．对于微小形变，由于形变非常微小，难以直接观察到，可以用放大法观察。下面举两例说明：
(1)光学放大法观察桌面的微小形变
①装置：如图甲所示，在一张桌子上放两个平面镜M1和M2，让一束光依次被两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点P。
②原理：用力F压桌面，桌面发生微小的形变，引起光线在平面镜上入射角的变化，同时反射角也发生改变，经两次反射后，即两次光学放大，光点的位置在墙上发生明显的改变。
③结论：a．用力压桌面，观察到墙上光点的位置会向下移动，力越大，光点下移的越多，说明桌面发生了微小形变，力越大，桌面的形变量越大；b．撤去外力，光点回到原来的位置，说明桌面恢复原状。
(2)力学放大法观察玻璃瓶的微小形变
①装置：如图乙所示，把一个扁玻璃瓶(横截面为椭圆形或矩形)装满水(为了更好地观察水面的升降，可在水中滴入红墨水)，瓶口用中间插有细管的瓶塞塞上，细管上系上细线用以标记水面位置；用手按压玻璃瓶壁，细管中的水面就会上升或下降；松开手，水面回到原处。
②原理：由于液体的体积一定，即横截面积与高度的乘积一定，由ΔV＝S·Δh可知用细管的“小横截面积”放大“液面的升降”。
③结论：a．按压玻璃瓶“扁”面，观察到细管中液面上升，松开手，液面降回到原处，说明按压玻璃瓶“扁”面时玻璃瓶发生弹性形变，容积减小，撤去外力，玻璃瓶恢复原状，容积恢复；b．按压玻璃瓶“凸”面，细管中水面下降，松开手，细管中水面升到原处，说明按压玻璃瓶“凸”面时玻璃瓶发生弹性形变，容积增大，撤去外力，玻璃瓶恢复原状，容积恢复。
问题 对于微小形变，由于形变非常小，怎样观察物体的微小形变？
提示：采用微小放大法观察物体的微小形变。第1节 重力与弹力
第1课时 重力与弹力
学习 任务 1．知道重力产生的原因、大小和方向，知道重心的概念。 2．会用力的图示和示意图表示力，知道其区别。 3．知道弹力的定义及产生的条件，会判断弹力的有无及方向。 4．知道胡克定律的内容、表达式，会用胡克定律解决相关问题。
重力
1．重力
(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。
2．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____________。
g的单位既可以是N/kg，又可以是m/s2，且1 N/kg＝1 m/s2。
如图所示，职业跳高运动员经常采用“背越式”，没有从事专业训练的运动员，往往采用的方式是“跨越式”。
问题1 你感觉哪种方式成绩会更好？
问题2 成绩会更好的原因是什么？
问题3 运动员跳高过程中所受重力的大小和方向是否改变？
问题4 运动员从起跳到落地的过程中其重心位置是否变化？
1．对重力的理解
(1)产生：重力是由于地球的吸引而产生的，但由于地球自转的影响，重力一般不等于地球对物体的引力。与引力相比，重力大小稍微小一些(两极除外)，方向稍微偏一些(两极和赤道除外)。
(2)大小：G＝mg，同一物体的重力随所处纬度的升高而增大，随海拔高度的增大而减小。
(3)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。
名师点睛：
2．重心的性质及确定方法
(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，如图甲、乙所示。
②决定因素
a．物体质量分布情况。
b．物体的形状。
(3)重心位置的确定方法
①质量分布不均匀、形状不规则的物体，重心与物体的形状、质量分布情况均有关，如图丙所示。
②质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上，如图丁所示。
③形状不规则的薄形物体，可用悬挂法或支撑法来确定重心，如图戊所示。
【典例1】 下列关于重心和重力的说法正确的是( )
A．一物体放于水中称量时弹簧测力计的示数小于物体在空气中称量时弹簧测力计的示数，因此物体在水中受到的重力小于在空气中受到的重力
B．据G＝mg可知，两个物体相比较，质量较大的物体受到的重力不一定大
C．物体放于水平面上时，其重力方向垂直于水平面向下，当物体静止于斜面上时，其重力方向垂直于斜面向下
D．物体的形状改变后，其重心位置不会改变
[听课记录]
对物体重心的三点注意
(1)重力作用于整个物体，重心是重力的等效作用点，不是重力的真实作用点。
(2)重心不是物体上最重的一点，也不一定在物体的几何中心。
(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均无关。
[跟进训练]
1．如图所示为仰韶文化时期的一款尖底瓶，该瓶装水后“虚则欹，中则正，满则覆”。下列有关瓶(包括瓶中的水)的说法正确的是( )
A．瓶的重心是瓶各部分所受重力的等效作用点
B．装入瓶中的水增多时，瓶的重心升高
C．瓶所受重力就是地球对瓶的吸引力
D．瓶所受重力方向始终垂直地面向下
力的图示与力的示意图
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。
力的图示和力的示意图都能表示物体的受力情况，但二者在具体对物体进行分析时又有所不同。如图描述的是“三毛”拉车的情景。
问题1 仔细观察并思考甲、乙两图中力的表示分别采用了哪种方式？
问题2 力的图示和力的示意图在表示力时有什么不同？
问题3 平时我们在对物体受力分析时，一般采用什么方式？
1．两种方式的比较
项目 力的图示 力的示意图
定义 为了更形象、直观地表达力，可以用一根带箭头的线段表示力的大小、方向和作用点，这种表示力的方法叫作力的图示 只画出力的方向和作用点，表示物体在这个方向受到了力，这种粗略地表示力的方法叫作力的示意图
画图 步骤 (1)选定标度(用某一长度表示一定大小的力) (1)无须选标度
(2)从作用点开始沿力的方向画一线段，根据选定的标度及力的大小按比例确定线段的长度 (2)从作用点开始沿力的方向画一适当长度的线段即可
(3)在线段的末端画出箭头，表示方向 (3)在线段的末端画出箭头，表示方向
示例
2．两点说明
(1)一个物体受多个力作用，作力的图示时须选用同一标度，线段长度与力的大小成正比，而力的示意图只是粗略地表示物体在某个方向受到力，表示力的线段长度与力的大小大致对应即可。
(2)高中阶段分析物体受力时，如无特殊说明，作出力的示意图即可。
【典例2】 如图所示，静止的木块对桌面的压力为6 N。
(1)画出压力的图示；
(2)画出木块所受重力和支持力的示意图。
[听课记录]
[跟进训练]
2．关于如图所示的两个力F1和F2，下列说法正确的是( )
A．F1＝F2，因为表示两个力的线段一样长
B．F1＞F2，因为表示F1的标度大
C．F1＜F2，因为F1只有两个标度的长度，而F2具有三个标度的长度
D．无法比较，因为两个力的标度的大小未知
3．重30 N的木块浮在水面上，作出木块所受浮力的图示和示意图。
弹力的分析与计算
1．形变：物体在力的作用下____________或____________发生的变化。
2．弹力：发生形变的物体，要____________，对与它____________的物体产生的力。
3．弹力的方向
(1)压力和支持力的方向：都跟接触面垂直，指向被压或被支持的物体。
(2)绳的拉力沿着绳指向绳____________的方向。
4．胡克定律
(1)弹性形变：物体在发生形变后，撤去作用力能够____________的形变。
(2)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____________原来的形状，这个限度叫作弹性限度。
(3)胡克定律：在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟____________成正比，即F＝____________。
(4)劲度系数：其中k为弹簧的____________，单位为____________，符号是N/m，劲度系数是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量。
图甲为杯子静止在桌面，图乙中是弹簧被拉长后使小车运动起来。
问题1 图甲中杯子放在桌面上，桌面发生形变了吗？通过什么方式可以观察？
问题2 图乙中小车由静止到运动，是什么因素使小车的运动状态发生了变化？
问题3 如何计算甲、乙两图中弹力的大小？
1．弹力有无的判断方法
条件法 形变比较明显： 根据是否同时满足①相互接触、②发生弹性形变来判断
例如，图中①弹性绳与手直接接触，②弹性绳与手都发生形变，所以手与弹性绳之间一定存在弹力
假设法 形变不明显：
例如，图中斜面是光滑的，若去掉斜面，小球和细线的状态依然不变，所以小球不受斜面的支持力，只受细线的拉力和重力
3．弹力的方向
(1)弹力方向的分析：弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力的方向相反。
(2)判断弹力方向的步骤
―→―→
4．弹力大小的计算
(1)对胡克定律F＝kx的理解
①公式中x是弹簧的形变量，即弹簧的伸长量或压缩量，注意不是弹簧的长度。
②弹簧的劲度系数由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。
③F-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。
④弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比，即ΔF＝kΔx。
(2)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。
角度1 弹力有无及方向的判断
【典例3】 下列图中各物体均处于静止状态。图中画出了小球A所受弹力的情况，其中正确的是( )
A B
C D
[听课记录]
几种常见弹力的方向
角度2 弹力大小的计算
【典例4】 如图所示，一根轻弹簧长度由原长5.00 cm伸长为6.00 cm时，手受到的弹力为10.0 N。那么，当这根弹簧伸长到6.20 cm时(在弹性限度内)，手受到的弹力有多大？
[思路点拨] 根据胡克定律，已知弹簧弹力F1和相应的伸长量l1－l0，可求出该弹簧的劲度系数。由于同一弹簧的劲度系数不变，再由已知的弹簧伸长量l2－l0，就可求出手受到的弹力F2。
[听课记录]
[母题变式]
上例中，更换弹簧，探究弹簧弹力随其形变量变化的规律，如图所示。
(1)求该弹簧的原长和劲度系数。
(2)图像中左边图线能否延长至与纵轴相交？请说明理由。
[跟进训练]
4．如图所示，球A在斜面上，被竖直挡板挡住而处于静止状态。关于球A所受的弹力，以下说法正确的是( )
A．球A仅受一个弹力作用，弹力的方向垂直于斜面向上
B．球A受两个弹力作用，一个水平向左，一个垂直于斜面向下
C．球A受两个弹力作用，一个水平向右，一个垂直于斜面向上
D．球A受三个弹力作用，一个水平向右，一个垂直于斜面向上，一个竖直向下
5．(多选)(2022·湖北孝感高一期中)如图所示，物体的重力G＝4 N，轻弹簧中的弹力F＝2 N，则下列说法正确的是( )
A．地面对物体的支持力可能是2 N
B．地面对物体的支持力可能是6 N
C．若将弹簧剪断，地面对物体的支持力可能是6 N
D．若将弹簧剪断，地面对物体的支持力可能是2 N
1．把一个薄板状物体悬挂起来，静止时如图所示，则对于此薄板状物体所受重力的理解，下列说法正确的是( )
A．重力就是地球对物体的引力
B．重力大小和物体运动状态有关
C．重力的方向总是指向地心的
D．薄板的重心一定在直线AB上
2．(多选)一个人用斜向下的力推小车前进，力的大小为40 N，方向与水平方向成30°，下列画出的推小车的力的图示，其中正确的是( )
A B
C D
3．如图所示，弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计，重物的重力G＝5 N，则弹簧测力计A和B的示数分别为( )
A．5 N，10 N B．5 N，0 N
C．10 N，5 N D．5 N，5 N
4．请在图中画出杆或球所受的弹力方向。
回归本节知识，自我完成以下问题：
1．重力是怎样产生的？重力的表达式怎样，方向如何？
2．物体的重心位置与哪些因素有关？
3．发生形变的物体对与其接触的物体产生了什么影响？弹力产生的条件是什么？弹力的方向和大小与哪些因素有关？
4．弹簧弹力的大小与弹簧伸长量或压缩量有什么关系？
观察微小形变的巧法——放大法
1．物体的形变按形变量的大小可分为两类
(1)明显形变：如弹簧、橡皮条等，这类形变很容易观察和测量。
(2)微小形变：如不可伸长的细线、轻质硬杆、硬的物体(或接触面)等。
2．对于微小形变，由于形变非常微小，难以直接观察到，可以用放大法观察。下面举两例说明：
(1)光学放大法观察桌面的微小形变
①装置：如图甲所示，在一张桌子上放两个平面镜M1和M2，让一束光依次被两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点P。
②原理：用力F压桌面，桌面发生微小的形变，引起光线在平面镜上入射角的变化，同时反射角也发生改变，经两次反射后，即两次光学放大，光点的位置在墙上发生明显的改变。
③结论：a．用力压桌面，观察到墙上光点的位置会向下移动，力越大，光点下移的越多，说明桌面发生了微小形变，力越大，桌面的形变量越大；b．撤去外力，光点回到原来的位置，说明桌面恢复原状。
(2)力学放大法观察玻璃瓶的微小形变
①装置：如图乙所示，把一个扁玻璃瓶(横截面为椭圆形或矩形)装满水(为了更好地观察水面的升降，可在水中滴入红墨水)，瓶口用中间插有细管的瓶塞塞上，细管上系上细线用以标记水面位置；用手按压玻璃瓶壁，细管中的水面就会上升或下降；松开手，水面回到原处。
②原理：由于液体的体积一定，即横截面积与高度的乘积一定，由ΔV＝S·Δh可知用细管的“小横截面积”放大“液面的升降”。
③结论：a．按压玻璃瓶“扁”面，观察到细管中液面上升，松开手，液面降回到原处，说明按压玻璃瓶“扁”面时玻璃瓶发生弹性形变，容积减小，撤去外力，玻璃瓶恢复原状，容积恢复；b．按压玻璃瓶“凸”面，细管中水面下降，松开手，细管中水面升到原处，说明按压玻璃瓶“凸”面时玻璃瓶发生弹性形变，容积增大，撤去外力，玻璃瓶恢复原状，容积恢复。
对于微小形变，由于形变非常小，怎样观察物体的微小形变？
答案：
知识点一
挖掘教材·梳理要点
1．(1)地球的吸引 (2)竖直向下 (3)mg
2．(1)集中于一点 (2)质量分布 形状
创设情境·启发思考
问题1 提示：“背越式”成绩会更好。
问题2 提示：在越过相同高度的横杆时，运动员采用“背越式”的重心比采用“跨越式”的重心升高的高度低，因此采用“背越式”可以越过更高的横杆，成绩会更好一些。
问题3 提示：不变。
问题4 提示：变化。
互动探究·深化提升
典例1 B [由于物体放于水中时，受到向上的浮力从而减小了弹簧的拉伸形变，弹簧测力计的拉力减小了，但物体受到的重力并不改变，选项A错误；当两物体所处的地理位置相同时，g值相同，质量大的物体受到的重力必定大，但当两物体所处的地理位置不同时(如质量较小的物体放在地球上，质量较大的物体放在月球上，月球上g值较小)，质量较大的物体受到的重力不一定大，选项B正确；重力的方向总是竖直向下的，选项C错误；物体的重心位置由物体的形状和质量分布情况共同决定，当物体的形状改变时，其重心可能发生改变，选项D错误。]
跟进训练
1．A [瓶的各部分都受重力作用，瓶的重心是瓶的各部分所受重力的等效作用点，故A正确；瓶中不断加入水时，瓶的重心先降低后升高，故B错误；瓶所受重力是由于地球对瓶的吸引力产生的，但瓶所受的重力不是地球对瓶的吸引力，故C错误；重力的方向始终竖直向下，故D错误。]
知识点二
挖掘教材·梳理要点
1．(1)线段的长短 (2)箭头 (3)箭尾或箭头
创设情境·启发思考
问题1 提示：甲是力的图示；乙是力的示意图。
问题2 提示：力的图示能精确表示力的三要素；力的示意图只能表示力的作用点和方向，粗略地表示力。
问题3 提示：力的示意图。
互动探究·深化提升
典例2 解析：(1)画力的图示时，要按照以下步骤进行：
①选定标度→选适当长度的线段表示2 N的力。
②确定线段→从作用点起沿力的方向画一线段，线段长短按标度和力的大小画，线段标上刻度。如图甲所示，从O点竖直向下画一条三倍于标度的线段。
③标注方向→在线段上末端加箭头表示力的方向。为了简便，也可以画成图乙所示。
(2)画力的示意图时，只需画出力的作用点和方向，对线段的长短没有严格要求。图丙为木块所受重力和支持力的示意图，也可以依照图丁那样用一个点表示木块，画出所受重力和支持力的示意图。
答案：见解析
跟进训练
2．D [在力的图示中，所表示的力的大小取决于图中标度的大小和线段的长短，不知标度的大小，仅由线段的长度无法比较F1和F2的大小，所以选项D正确。]
3．解析：用单位长度的线段表示10 N的力，从木块的作用点竖直向上画一条三倍标度的线段，在线段上加箭头表示力的方向，如图甲为木块所受浮力的图示。从力的作用点沿浮力的方向画有向线段，并标明浮力F，如图乙为木块所受浮力的示意图。
答案：见解析图
知识点三
挖掘教材·梳理要点
1．形状 体积
2．恢复原状 接触
3．(2)收缩
4．(1)恢复原状 (2)完全恢复 (3)弹簧伸长(或缩短)的长度x kx (4)劲度系数 牛顿每米
创设情境·启发思考
问题1 提示：发生了形变；用放大法可以观察到微小的形变。
问题2 提示：被拉伸的弹簧在恢复原状过程中给小车一个拉力作用。
问题3 提示：甲图中可根据力的平衡计算；乙图中可利用某一瞬时的弹簧形变量，结合胡克定律计算。
互动探究·深化提升
典例3 C [选项A中小球只受重力和杆的弹力且处于静止状态，由二力平衡可得小球受到的弹力方向应竖直向上，故A错误；选项B中，因为右边的绳竖直向上，如果左边的绳有拉力，则竖直向上的那根绳就会发生倾斜，所以左边的绳没有拉力，故B错误；球与球接触处的弹力方向，垂直于过接触点的公切面(即在两球心的连线上)，且指向受力物体；球与面接触处的弹力方向，过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上)，选项D中大半圆对小球的支持力FN2应是沿着过小球与大半圆接触点的半径，且指向大半圆圆心，故C正确，D错误。]
典例4 解析：由题意可知，l0＝5.00 cm＝5.00×10-2 m，F1＝10.0 N，l1＝6.00 cm＝6.00×10-2 m
根据胡克定律，可得F1＝kx1＝k(l1－l0)
k＝ N/m＝1.00×103 N/m
当弹力为F2时，弹簧伸长到l2＝6.20 cm＝6.20×10-2 m
根据胡克定律，可得F2＝kx2＝k(l2－l0)＝1.00×103×(6.20－5.00)×10-2 N＝12.0 N
所以，当这根弹簧伸长到6.20 cm时，手受到的弹力为12.0 N。
答案：12.0 N
母题变式
解析：(1)弹簧的弹力为0时弹簧处于原长状态，对应图线可知，弹簧原长l0＝10 cm
由F l图线可知，当弹簧长度l＝5 cm时弹簧弹力F＝10 N
由胡克定律F＝kx可得
10 N＝k(0.1 m－0.05 m)
解得k＝200 N/m。
(2)图线中左边图线不能延长至与纵轴相交，因弹簧弹丝有一定的粗细，不可能压缩到弹簧长度为零。
答案：(1)10 cm 200 N/m (2)见解析
跟进训练
4．C [球A所受重力竖直向下，与竖直挡板和斜面都有挤压，斜面给它一个支持力，垂直斜面向上，挡板给它一个压力，水平向右，故选项C正确。]
5．AB [弹簧弹力为2 N，弹簧可能伸长，也可能压缩，由于存在两种可能情况，物体处于平衡，所以地面对物体的支持力可能是2 N或6 N，故A、B正确。若将弹簧剪断，弹簧的弹力立即消失，地面对物体的支持力是4 N，故C、D错误。]
[学习效果·随堂评估自测]
1．D [重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，不是地球对物体的引力，选项A错误；重力的大小与物体的运动状态无关，选项B错误；重力的方向竖直向下，选项C错误；因为绳对板的拉力与板受的重力为一对平衡力，必在一条直线上，所以薄板的重心一定在直线AB上，选项D正确。]
2．BD [选项A没有标度，选项C力的方向应斜向下，故选B、D。]
3．D [弹簧测力计的示数等于挂钩上的拉力，与弹簧测力计外壳受力无关，物体平衡时细线对物体的拉力F与重力G是一对平衡力，所以F＝G，两图中挂钩上的拉力均为F＝5 N，所以D项正确。]
4．解析：甲图中杆在重力作用下对A、B两处都产生挤压作用，故A、B两处对杆都有弹力，弹力方向与过接触点的平面垂直，如图甲所示。乙图中杆对C、D两处都有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直于圆弧切面指向球心，D处弹力垂直于杆斜向上，如图乙所示。丙图中球挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙面垂直向右，绳子对球的弹力沿绳子向上，如图丙所示。丁图中当球的重心不在球心处时，弹力的作用线也必通过球心，如图丁所示。应注意不要错误地认为弹力作用线必定通过球的重心。
答案：见解析图
课堂小结
1．提示：重力是由地球的吸引而产生，重力的大小G＝mg，方向竖直向下。
2．提示：物体重心的位置与物体的形状和质量分布有关。
3．提示：发生形变的物体对与其接触的物体产生了力的作用；两物体直接接触且发生形变是产生弹力的条件；弹力的方向与受力物体形变的方向有关；弹力的大小跟形变的大小有关，形变越大，弹力越大，形变消失，弹力也消失。
4．提示：弹簧弹力大小与弹簧伸长量或压缩量成正比。
[阅读材料·拓展物理视野]
提示：采用微小放大法观察物体的微小形变。
1/18
转载请注明出处卷子答案网-一个不只有答案的网站 » 2024人教版物理必修第一册（课件+讲义）第3章 第1节 第1课时 重力与弹力