人教版 (2019)必修 第一册1 重力与弹力教学演示ppt课件

这是一份人教版 (2019)必修 第一册1 重力与弹力教学演示ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了地球的吸引，竖直向下，集中于一点，质量分布，提示不变，提示变化，线段的长短，箭尾或箭头，提示力的示意图，力的表示方法等内容，欢迎下载使用。

整体感知·自我新知初探
[学习任务]任务1．知道重力产生的原因、大小和方向，知道重心的概念。任务2．会用力的图示和示意图表示力，知道其区别。任务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。任务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。
[问题初探]问题1　什么是重心？重心一定在物体上吗？问题2　力的三要素指的是什么？问题3　胡克定律的表达式F＝kx中的x指的是什么？
[自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。
探究重构·关键能力达成
[链接教材]　如图所示，是利用悬挂法确定形状不规则薄板重心位置的过程，这种方法的原理是什么？
提示：A点和D点悬线的拉力与薄板的重力平衡。
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____。
2023年10月4日晚，杭州亚运会男子跳高赛场上演了一场巅峰对决。在这场比赛中，卡塔尔名将以2米35平赛会纪录的成绩夺冠，韩国选手2米33获得银牌，日本选手2米29摘得铜牌。这场比赛吸引了全球观众的目光。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？
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。
2．对重心的理解(1)重心是一个等效的概念，引入重心，就是把实际作用于物体各部分的重力用作用于重心的一个力来代替，从而简化对重力的处理。
(2)质量分布均匀且形状规则的物体重心位于其几何中心，可以在物体上也可以不在物体上。
(3)一般物体重心的位置与物体的形状和质量分布有关，当物体的形状或质量分布发生变化时，重心相对于物体的位置也可能会发生变化。
【典例1】　(重力的理解)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
D　[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。]
【典例2】　(重心的判断)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”。下列有关该瓶(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。]
易错警示　判断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。
[链接教材]　教材中如图所示的对重力的表示方法有什么特点？
知识点二　力的图示与力的示意图
提示：能准确地描述重力的大小、方向和作用点。
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受力分析时又有所不同。如图描述的是某人拉车的情境。
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　平时我们在对物体进行受力分析时，一般采用什么方式？
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3】　(力的图示和力的示意图)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点竖直向下画一条长度为标度三倍的线段。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。
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。
知识点三　弹力的分析与计算
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。
弹簧伸长(或缩短)的长度x
2023年10月2日杭州亚运会蹦床项目女子决赛在黄龙体育中心体育馆举行。中国选手以 56.720 的总分获得冠军。如图所示，蹦床运动员站在蹦床上静止不动。
问题1　蹦床对运动员的支持力是如何产生的？方向怎样？
提示：蹦床对运动员的支持力是由于蹦床发生弹性形变，从而对与它接触的运动员产生力的作用，方向垂直接触面向上。
问题2　运动员对蹦床的压力是怎样产生的？方向怎样？
提示：运动员对蹦床的压力是由于运动员发生了弹性形变，从而对与其接触的蹦床产生力的作用，方向垂直接触面向下。
问题3　若运动员站在水平桌面上，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。
1．弹力有无的判断根据条件判断，首先看是否接触，其次看是否发生弹性形变。(1)对形变明显的情况可以直接判断。(2)对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若状态不变，则此处不存在弹力；若状态改变，则此处一定有弹力。(3)根据物体的运动状态，利用力的平衡条件来进行判定。
2．常见弹力方向的分析
3．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。
【典例4】　(弹力有无的判断)(多选)如图所示，各接触面是光滑的，A、B处于静止状态，则A、B间无弹力作用的是(　　)
A　　　　　　　　　　B  C　　　　　　　　　　D
AC　[判断物体之间是否存在弹力，我们可以利用假设法：假设物体间存在弹力，看看物体是否能保持原来的状态；或者假设拿走其中一个物体，如果另一个物体的状态会发生变化，则说明两者之间必然存在弹力作用。对于A、C选项，假设物体A和B之间存在弹力，A、C选项中的物体均无法保持静止，故物体之间无弹力；对于B、D选项，如果拿走B物体，A物体都会开始运动，那么物体A和B之间存在弹力。综上分析知A、C正确，B、D错误。]
【典例5】　(弹力方向的判断)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(　　)
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；选项C中，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)，故C正确；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D错误。]
【典例6】　(胡克定律的应用)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。
[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。(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]　(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)题图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
【典例7】　(二力平衡法的应用)如图所示是我国新研制出的新能源路灯，照明所需要的能量主要来源于太阳能。若新能源路灯的质量m＝2 kg(g取 10 m/s2), 则倾斜杆对新能源路灯的弹力(　　)A．大小为20 N，方向平行于倾斜杆向上B．大小为20 N，方向竖直向上C．大小为20 N，方向垂直于倾斜杆向上D．大小为10 N，方向平行于倾斜杆向上
B　[由于新能源路灯受重力G和倾斜杆的弹力作用而处于静止状态，故倾斜杆对新能源路灯的弹力与其受到的重力等大反向，即大小为20 N，方向竖直向上，故B正确，A、C、D错误。]
【教用·备选例题】【典例1】　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
D　[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。]
【典例2】　拉力器是一种很好的健身器材，由脚环、两根相同的弹性绳、把手等组成。如图所示，女子拉开拉力器使其比原长伸长了40 cm，此时拉力大小为120 N。假设弹性绳的弹力与伸长量遵循胡克定律，且未超过弹性限度。则(　　)A．人对拉力器的拉力是由于弹性绳形变产生的B．若对拉力器的拉力增大，则弹性绳的劲度系数也增大C．每根弹性绳的劲度系数为150 N/mD．若对拉力器的拉力减为60 N，则弹性绳长度变为20 cm
C　[人对拉力器的拉力是由于人自身形变产生的，A错误；弹性绳的劲度系数是弹性绳的固有属性，对拉力器的拉力增大时，其劲度系数不变，B错误；根据胡克定律得F＝2kx，代入数据解得每根弹性绳的劲度系数为k＝150 N/m，C正确；根据胡克定律可得，若对拉力器的拉力减为60 N，有F′＝2kx′＝60 N, 代入数据解得x′＝20 cm，故弹性绳的形变量为20 cm，D错误。]
应用迁移·随堂评估自测
1．关于重力和弹力，下列说法正确的是(　　)A．放在斜面上的物体，其所受重力的方向与斜面垂直B．几何形状规则的物体重心一定在其几何中心C．两物体间有弹力时，两物体必接触D．放在水平桌面上的木块，由于木块发生微小形变而产生对木块的支持力
C　[物体所受重力的方向总是竖直向下的，不与斜面垂直，故A错误；几何形状规则、质量分布均匀的物体重心在其几何中心，故B错误；弹力产生的条件是直接接触并且有弹性形变，两物体间有弹力时，两物体必接触，故C正确；放在水平桌面上的木块，由于桌面发生微小形变而产生对木块的支持力，故D错误。]
2．(多选)如图所示，下列各图中的物体A均处于静止状态，关于其受到弹力作用的说法正确的是(　　)  A．图甲中地面是光滑水平的，A与B间存在弹力B．图乙中两斜面与水平地面的夹角分别为α、β，A对两斜面均有压力的作用C．图丙中地面光滑且水平，A与竖直墙壁有力的作用D．图丁中A受到斜面B对它的支持力的作用
BCD　[题图甲中对B进行受力分析，B球受重力和地面弹力的作用，二力平衡，B球静止，因地面光滑，根据平衡条件可知A和B之间不可能存在弹力，故A错误；题图乙中采用假设法，若除去左侧的斜面，A将运动，去掉右侧的斜面，A也将运动，所以两斜面对球A均有力的作用，故B正确；题图丙中，由物体的平衡条件知外力F与竖直墙壁对它的作用力平衡，墙对物体A有力的作用，故C正确；题图丁中A静止在斜面上，在垂直斜面方向上根据平衡条件可知，A受到斜面B对它的支持力的作用，故D正确。]
回归本节知识，完成以下问题：1．重力是怎样产生的？重力的表达式是什么，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弹性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；弹力的大小跟弹性形变的大小有关，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：弹簧弹力的大小与弹簧伸长量或压缩量成正比。
阅读材料·拓宽物理视野
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”可以放大“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，细管中液面下降，松开手，细管中液面升到原处，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。