1、1重力与弹力 第三章 相互作用力 核心素养明目标 核心素养学习目标 物理观念(1)知道重力产生的原因、大小和方向。(2)知道重心的概念。(3)会画力的图示和示意图。(4)知道弹力的定义及产生的条件，知道压力、支持力和拉力都是弹力。(5)知道胡克定律的内容、表达式。核心素养学习目标 科学思维(1)会测量物体重力的大小。(2)结合定义，掌握利用假设法、替换法判断弹力的有无和弹力方向。(3)会用胡克定律解决有关问题。科学探究(1)通过实验观察，抽象概括弹力产生的条件。(2)通过实验探究弹簧弹力与形变量的关系，了解胡克定律。科学态度与责任(1)初步体会等效替代的思想，体会引入重心概念的意义。(2)了解
2、科学探究中获取及处理数据的研究方法。知识点一 知识点二 知识点三 自主预习探新知 NO.1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。地球的吸引竖直向下mg(4)作用点重心 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。决定因素：a物体的；b物体的。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。集中于一点质量分布形状悬挂 g 的单位既可以是 N/kg，又可以是 m/s2，且 1 N/kg1 m/s2。2力的图示和
3、示意图(1)力的图示：用有向线段来表示力。有向(严格按标度画)表示力的大小。表示力的方向。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1：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)重力的方向总是竖直向下。()(2)只有物体的重心才受到重力的作用。()(3)重心的位置可以不在物体上。()(4)力的示意图能准确表示力的大小、作用点和方向。()力是物体间的相互作用，是否只有相互接触的物体，它们之间才有相互作用？风吹草动，是谁对谁的作用？提示：没有相互接触的物体，它们之间也能产生力的作用，如磁铁吸引铁钉；风吹草动是气流
4、对草的作用。知识点二 弹力 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 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。2：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)只要两物体接触就一定产生弹力。()(2)发生形变的两个物体之间一定有弹力。()(3)静止在水平地面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变。()知识点三 胡克定律 1弹性形变：物体在发生形变后，如
5、果撤去作用力能够原状，这种形变叫作弹性形变。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。完全恢复恢复3胡克定律(1)内容：在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力 F 的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度 x 成。(2)表达式：F。(3)劲度系数：其中 k 为弹簧的，单位为牛顿每米，符号是 N/m。k 是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量。正比kx劲度系数3：思考辨析(正确的打“”，错误的打“”)(1)由 Fkx 可知，在弹性限度内，弹力 F 的大小与弹簧的长度成正比。()(2)弹簧的形变很大，弹力一定很大。()(3)弹簧的劲度系数 k 与所受的外力
6、 F 无关。()合作探究提素养 NO.2考点1 考点2 考点3 考点4 考点 1 重力和重心 如图所示，树上的苹果会落向地面；建筑工地上工人常用重垂线来检测墙壁是否竖直。为什么树上的苹果总要落向地面？为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直呢？提示：苹果落向地面是因为受到了竖直向下的重力作用；重垂线能检测墙壁是否竖直，也是因为重力的方向是竖直向下的，重锤静止时，悬挂重锤的细线方向一定是沿竖直方向的，如果墙壁与细线平行，就说明墙壁是竖直的，没有倾斜。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)，
7、方向稍微偏一些(两极和赤道除外)。(2)大小：Gmg，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：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。只有在地球两极或赤道处，重力的方向才“指向地心”(将在必修第二册中进行详解)。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 位置：重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。
8、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 质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上。形状不规则的薄形物体，可用支撑法或悬挂法来确定重心。名师点睛：悬挂法仅适用于薄板状的物体，若板比较厚，则重心不在板的表面。只有忽略板的厚度，才可以认为重心在板的表面。【典例 1】(2020山西应县一中高一期中)关于重力的大小及重心的位置，以下说法中正确的是()A静止在水平面上的物体对水平面的压力就是重力 B重力是物体本身具有的且作用在重心上的力，大小与物体的质量成正比 C重力的方向总是垂直于接触面向下的 D重心是物体所受重力的等效作用点，质量分布均匀、形状规则的物体其重心一定
9、在物体的几何中心 D 静止在水平面上的物体对水平面的压力可以等于其所受的重力大小，但压力是弹力，重力是由地球的吸引而产生的，两者的产生原因是不同的，故 A 错误；重力的施力物体是地球，不是物体本身具有的力，重力的大小由质量和重力加速度共同决定，即 Gmg，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，比如在斜面上的物体受到的重力并不垂直于斜面，故 B、C 错误；质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心，故 D 正确。跟进训练 1如图所示，一容器内盛有水，容器的下方有一阀门 K，打开阀门让水从小孔中慢慢流出，在水流出的过程中，水和容器的共同重心将()A一直下降 B一直上升 C先升高
10、，后降低 D先降低，后升高 D 首先，水面的下降将导致水和容器这个共同体的质量分布发生变化。开始一段时间内，水面下降，重心下降；但由于容器自身质量的影响，水面下降到一定程度后，重心又开始上升了，直至水流完，重心又回到空容器的重心位置，故选 D。考点 2 力的图示与力的示意图 甲、乙描述的是“三毛”拉车的情景。甲 乙 探究：(1)哪幅图画出的是拉力的图示？哪幅图画出的是拉力的示意图？为什么？(2)若图甲中，确定标度时，原来的长度改为表示 1 N 的力，结果会如何？说明选取标度时应注意什么？提示：(1)甲图是拉力的图示，因为有标度；乙图是拉力的示意图，因为它没有标度。(2)标度改变后，线段太长，不
11、易作图。所以选取标度时应根据力的大小合理设计。(2)标度改变后，线段太长，不易作图。所以选取标度时应根据力的大小合理设计。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(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 画图步骤(3)在线段的末端画出箭头，表示
12、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 名师点睛：(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】在下表中，分别表示了四个力的图示，其中正确的是()题号ABCD 力的图示 施力物体电灯地球铁锤书本受力物体灯绳气球道钉桌面 A重 3 N 的电灯受到灯绳的拉力 B静止在空中重力是 2 500 N 的气球受到的重力 C铁锤对道钉竖直向下的大小为 2.5103N 的打击力 D重
13、 5 N 的书对桌面的压力 B 四种情况下各力的图示中线段长度都是正确的。A 项中灯绳对电灯的拉力，施力物体是绳，受力物体是电灯，则方向应竖直向上，且力的刻度不均匀；B 项中力的图示所表示的力的方向、大小及作用点都正确；C 项中的力的刻度不均匀；D 项中力的图示的作用点不应画在书上，应画于桌面上。故 B 项正确，A、C、D 三项错误。跟进训练 2在图甲中木箱的 P 点，用与水平方向成 30角斜向右上方的150 N 的力拉木箱；在图乙中木块的 Q 点，用与竖直方向成 60角斜向左上方的 20 N 的力将木块抵在墙壁上，试作出甲、乙两图中所给力的图示，并作出图丙中电灯所受重力和拉力的示意图。甲 乙
14、 丙 解析 选取标度，力的图示和示意图如图所示：甲 乙 丙 答案 见解析 考点 3 弹力的有无和方向的判断 一铁块放在海绵上，铁块和海绵都发生了形变，从而在它们之间产生了弹力，如图所示。海绵对铁块的支持力是如何产生的？方向怎样？铁块对海绵的压力是怎样产生的？方向怎样？提示：海绵对铁块的支持力是海绵发生弹性形变，对与它接触的铁块产生力的作用，方向垂直于接触面向上(如图甲)。铁块对海绵的压力是铁块发生了弹性形变，对与它接触的海绵产生力的作用，方向垂直接触面向下(如图乙)。甲 乙 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弹力有无的判断(1)对于明显形变的情况，可以根据弹
15、力产生的条件直接进行判断。(2)对于形变不明显的情况，可利用假设法进行判断。假设无弹力：假设撤去接触面，看物体还能否在原位置保持原来的状态，若能保持原来的状态，则说明物体间无弹力作用；否则，有弹力作用。假设有弹力：假设接触物体间有弹力，画出假设状态下的受力分析图，判断受力情况与所处状态是否矛盾，若矛盾，则不存在弹力；若不矛盾，则存在弹力。如图，接触面光滑，若 A 处有弹力，则无法使球处于静止状态，故 A 处无弹力。(2)判断弹力方向的步骤(3)几种常见弹力的方向 对弹力产生条件的理解【典例 3】(2020福建宁德高一检测)如图所示，下列四个图中，所有的球都是相同的，且形状规则质量分布均匀。甲球
16、放在光滑斜面和光滑水平面之间，乙球与其右侧的球相互接触并放在光滑的水平面上，丙球与其右侧的球放在另一个大的光滑球壳内部并相互接触，丁球用两根轻质细线吊在天花板上，且右侧的一根线是沿竖直方向的。关于这四个球的受力情况，下列说法正确的是()A甲球受到两个弹力的作用 B乙球受到两个弹力的作用 C丙球受到两个弹力的作用 D丁球受到两个弹力的作用 C 甲球受重力和地面给它的竖直向上的弹力两个力，斜面没有给其弹力，如果有弹力，则甲球不会静止，A 错；乙球受重力和地面给它的竖直向上的弹力两个力，与乙球接触的球不会给乙球弹力，如果有弹力，则乙球不会静止，B 错；丙球受重力，大球壳内部给它的指向球心的斜向右上的
17、弹力和与它接触的小球给它的沿它们球心连线向左的弹力，如果它接触的小球不给它沿它们球心连线向左的弹力，则丙球不能保持静止状态，故丙球受到两个弹力的作用，C 对；丁球受重力和绳子给它的竖直向上的拉力，倾斜的绳子不会给它弹力的作用，如果有弹力，则小球不能保持平衡状态，故丁球只受一个向上的弹力，D 错。对弹力方向的判断【典例 4】请在下图中画出物体 A 所受的弹力示意图。甲 乙 丙 丁 戊 己 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
18、，弹力方向必通过球心，与重心位置无关。答案 如图所示 甲 乙 丙 丁 戊 己(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。跟进训练 3下列各图中，A、B 两球间一定有弹力作用的是(都静止)()A B C D B 利用“假设法”进行判断，在 A 图中，若拿去 A 球，则 B球静止不动，故 A、B 间没有挤压，即 A、B 间没有弹力；在 B 图中，若拿去 A 球，则 B 球将向左运动，故
19、 A、B 间存在相互挤压，即 A、B 间存在弹力；在 C 图中，若拿去 A 球，则 B 球静止，故 A、B 间没有挤压，即 A、B 间没有弹力；在 D 图中，不能判断 A、B 间是否有弹力，故应选 B。4如图所示，水平地面上的倾斜直杆顶端固定一小球，则直杆对小球的作用力方向为()A沿杆向上 B沿杆向下 C竖直向上D竖直向下 C 由二力平衡知 FNmg，故 FN 的方向竖直向上，C 项正确。考点 4 弹力的大小 如图所示，图甲表示弹簧处于原长状态，图乙表示弹簧处于拉伸状态，图丙表示弹簧处于压缩状态。试讨论：在公式 Fkx 中，x 表示的是弹簧的长度吗？若不是，它表示什么意思？图甲中弹簧的原长为
20、l0；图乙中在拉力 F 的作用下弹簧的长度为 l1；图丙中在压力 F的作用下，弹簧的长度为 l2，则 F 和 F分别等于多少？提示：x 表示的是弹簧伸长的长度或缩短的长度，而不是弹簧的长度，图乙中弹簧伸长量为(l1l0)，图丙中弹簧压缩量为(l0l2)，所以 Fk(l1l0)，Fk(l0l2)。1应用胡克定律的四个关键(1)弹簧发生形变时必须在弹性限度内。(2)x 是弹簧的形变量，不是弹簧的原长，也不是弹簧形变后的长度。(3)F-x 图像为一条经过原点的倾斜直线，图像斜率表示弹簧的劲度系数。同一根弹簧，劲度系数不变。(4)一个有用的推论：Fkx。推导：F1kx1，F2kx2，故 FF2F1kx
21、2kx1kx。因此，弹簧弹力的变化量 F 与形变量的变化量 x 也成正比关系。2计算弹力大小的两种方法(1)公式法：利用公式 Fkx 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 5】一根轻质弹簧一端固定，用大小为 50 N 的力压弹簧的另一端，平衡时长度为 L120 cm；改用大小为 25 N 的力拉弹簧，平衡时长度为 L235 cm；若弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内，求弹簧的原长和劲度系数。思路点拨：弹簧压缩量为 L020 cm 时弹力为 50 N。弹簧伸长量为 35 c
22、mL0 时弹力为 25 N。解析 设弹簧原长为 L0，劲度系数为 k。由胡克定律得：F1k(L0L1)F2k(L2L0)代入数据并联立两式得 L00.3 m30 cm，k500 N/m。答案 30 cm 500 N/m 关于胡克定律的两点提醒(1)表达式中的 x 是弹簧的形变量，是弹簧伸长(或缩短)的长度，而不是弹簧形变后的实际长度，弹簧伸长或压缩相同长度，弹力大小相等，但方向不同。(2)由于弹簧的形变量 x 通常以“cm”为单位，而劲度系数 k 又往往以“N/m”为单位，因而在应用上式时要特别注意各物理量的单位。跟进训练 5(多选)一轻质弹簧的长度 L 和弹力 F 大小的关系如图所示，根据图
23、像判断，下列结论正确的是()A弹簧的原长为 20 cm B弹簧的劲度系数为 2 N/m C弹簧的劲度系数为 200 N/m D弹簧伸长 0.05 m 时，弹力的大小为 10 N CD 由题图知，当 F0 时，弹簧原长 L010 cm，A 错误；弹簧长度 L15 cm 时，F10 N，由胡克定律得，劲度系数 kFLL0100.150.1 N/m200 N/m，B 错误，C 正确；弹簧伸长 0.05 m 时，即弹簧长度为 15 cm 时，弹力的大小为 10 N，D 正确。当堂达标夯基础 NO.31 2 3 4 5 1(2020河北省邯郸市魏县五中月考)关于重力，以下说法正确的是()A重力是由于地球
24、对物体的吸引而产生的，其方向一定指向地心 B重力的方向就是物体自由下落的方向 C重力的大小可以用弹簧测力计或天平直接测出 D在不同的地点，质量大的物体一定比质量小的物体的重力大 1 2 3 4 5 B 重力是由于地球对物体的吸引而产生的，重力的方向并不总是指向地心，只有在地球两极和赤道处，重力的方向才指向地心，A 错误；重力的方向竖直向下，其方向就是物体自由下落的方向，B正确；重力的大小可以用弹簧测力计直接测出，天平是测量质量的工具，C 错误；在不同地点，g 不一定相同，由 Gmg 可知在不同的地点，质量大的物体不一定比质量小的物体的重力大，D 错误。1 2 3 4 5 2(多选)如图所示，在
25、一张大桌子上放两平面镜 M 和 N，让一束光一次被两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点 P。用力 F压桌面，观察墙上光点位置的变化，下列说法正确的是()AF 增大，P 上移 BF 减小，P 下移 CF 增大，P 下移 DF 减小，P 上移 1 2 3 4 5 CD 用力 F 压桌面，M、N 将向中间倾斜，光束的入射角减小，则墙上光点的位置降低，力 F 越大，入射角越小，光点 P 下移得越明显，故 A 错误，C 正确；同理，若力 F 减小，则光束的入射角增大，光点会上移，B 错误，D 正确。1 2 3 4 5 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 G5 N，则弹簧测力
26、计 A 和 B 的示数分别为()A5 N,10 N B5 N,0 N C10 N,5 ND5 N,5 N 1 2 3 4 5 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 FG5 N，两图中挂钩上的拉力均为 F5 N，所以 D 项正确。1 2 3 4 5 4画出下列各图中 A 物体所受弹力的示意图。(各图中的物体均处于静止状态)甲 乙 丙 丁 1 2 3 4 5 解析 图甲中 A 物体一端与水平地面接触，支持力方向为垂直地面向上，另一端与竖直墙面接触，支持力方向为垂直墙面向右。图乙中 A 物体一端与球面接触，C
27、点支持力方向应与切面垂直，即沿半径由 C 点指向球心。D 点处是球面边缘处的点与杆接触，支持力方向应与杆垂直指向左上方。图丙中杆对 A 的弹力应与 A 的重力平衡，即竖直向上。图丁中 B 对 A 的弹力应垂直于 A 与 B 的公切面指向右上方，容器壁对 A 的弹力垂直容器壁向左。1 2 3 4 5 答案 如图所示 甲 乙 丙 丁 1 2 3 4 5 5情境：蹦极(Bungee Jumping)，也叫机索跳，白话叫笨猪跳，是近些年来新兴的一项非常刺激的户外休闲活动。跳跃者站在约 40 m 以上(相当于 10 层楼)高度的桥梁、塔顶、高楼、吊车甚至热气球上，把一端固定的一根长长的橡皮绳绑在踝关节处
28、然后两臂伸开，双腿并拢，头朝下跳下去。1 2 3 4 5 问题：设一次蹦极中所用的橡皮绳原长为 15 m。质量为 50 kg的人在下落到最低点时所受的向上的最大拉力为 3 000 N，已知此人停在空中时，蹦极的橡皮绳长度为 17.5 m，橡皮绳的弹力与伸长的关系符合胡克定律。(g 取 10 m/s2)求：(1)橡皮绳的劲度系数；(2)橡皮绳的上端悬点离下方的水面至少为多高？1 2 3 4 5 解析(1)人静止于空中时，橡皮绳的拉力 F1mg500 N。而 F1k(ll0)，所以橡皮绳的劲度系数 k F1ll0200 N/m。1 2 3 4 5(2)设橡皮绳拉力最大时，绳长为 l。据胡克定律 F
29、2k(ll0)得 lF2k l015 m15 m30 m。答案(1)200 N/m(2)30 m 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 Gmg，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；弹力的方向与施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。点击右图进入 课 后 素 养 落 实 谢谢观看 THANK YOU!