物理必修 第一册第三章 相互作用——力1 重力与弹力教课内容课件ppt

这是一份物理必修 第一册第三章 相互作用——力1 重力与弹力教课内容课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了重力与弹力，地球的吸引，竖直向下，集中于一点，质量分布，作用点，箭尾或箭头，恢复原状，支持力，接触面等内容，欢迎下载使用。

①物理观念：能了解重力、弹力、摩擦力、作用力和反作用力的内涵，能计算滑动摩擦力，对标量和矢量有全面的了解；知道矢量运算的平行四边形定则；能用共点力的平衡条件分析解决生产、生活中的相关问题．具有与重力、弹力、摩擦力、力的平衡相关的初步的相互作用观念．
②科学思维：能在熟悉的情境中运用轻弹簧、光滑物体等模型解决问题；能体会力的等效替代方法；能对物体受力情况进行分析，能运用数学中的三角函数、几何关系等对力与平衡的问题进行分析和推理；能从不同角度解决力与平衡的问题．③科学探究：能完成“探究弹簧弹力与形变量的关系”“探究两个互成角度的力的合成规律”等物理实验．能观察实验现象并提出问题；能根据已有实验方案，使用弹簧测力计、刻度尺等器材收集数据；能通过图形分析，寻找规律，形成初步结论；能撰写简单的实验报告，通过与他人交流解决实验中的问题．
④科学态度与责任：通过对弹力和力的合成规律的探究，能认识实验对物理研究的重要性；能欣赏“力与平衡”之美，能做到实事求是，坚持自己的观点；能为我国古代精湛的建筑艺术而骄傲，体会物理学的技术应用在生产、生活中的作用及意义．
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重力1．基本性质(1)定义：由于______________而使物体受到的力，叫做重力．(2)大小：G＝_________．(3)方向：总是____________．(4)g的含义：重力加速度，通常取9.8 m/s2．
2．重心(1)定义：物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，可认为各部分受到的重力作用______________，这一点就是物体的重心．(2)决定物体重心位置的因素①物体的__________．②物体的________________．(3)确定不规则物体重心位置：__________法．
3．力的图示(1)力的三要素：力的大小、方向和____________．(2)表示方法：可以用有向线段表示力．有向线段的________表示力的大小，________表示力的方向，______________表示力的作用点．
从科学方法角度来说，物理学中引入“重心”概念主要运用了(　　)A．控制变量方法B．等效替代方法C．理想实验方法D．建立模型方法【答案】B【解析】物体的各个部分都受重力的作用，从作用效果上来说，可以认为与作用在物体上一点的作用效果是一样的，这一点就叫做重心，故运用了等效替代的方法，故B正确，A、C、D错误．
弹力1．形变：物体在力的作用下________或________会发生改变，这种变化叫做形变．2．定义：发生________的物体，由于要____________，对与它接触的物体会产生力的作用．3．分类：压力、__________和________．
4．方向(1)压力和支持力：垂直于__________，指向被压或被支持的物体．(2)绳的拉力：沿着绳子指向绳子________________．
下图中各物体静止，C图中的接触面是光滑的，A、B两球间一定有弹力作用的是(　　)【答案】B
【解析】判断A、B两球间有无弹力，要依据弹力产生的两个条件：一是相互接触；二是发生弹性形变．四个选项中都满足了接触这一条件，但是否发生了形变难以观察，这时可以利用“假设法”来判断．在A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B图中，若拿去A球，则B球将向左运动，故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，A、B间可能有弹力，也可能无弹力．故选项B正确．
胡克定律1．弹性形变：撤去作用力后能够____________的形变．2．弹性限度：当形变超过一定的限度时，撤去作用力后，物体不能__________原来形状的限度．3．胡克定律：弹簧发生__________时，弹力的大小F跟弹簧_____________的长度x成正比，即F＝kx．4．劲度系数：公式F＝kx中的k称为____________，单位是____________，单位的符号是______．
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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？为什么使用重锤线能检测墙壁是否竖直呢？
重力的性质和重心的位置
【答案】物体落向地面是因为受到了竖直向下的重力作用；重锤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．重力的产生、方向、大小和重心
2．重心与物体形状、质量分布情况的关系
3．对重力认识的四个常见错误(1)误认为重力与地球对物体的引力相同[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)误认为重力的方向垂直于支撑面，并指向地球的球心．(3)误认为物体的重心必在物体上．(4)误认为重力的大小与物体运动状态有关．素养点评：此探究通过重力和重心的理解培养物理观念素养．
对重力的理解精例1　关于重力的说法，正确的是(　　)A．重力就是地球对物体的吸引力B．只有静止的物体才受到重力作用C．同一物体在地球上无论向上或向下运动，都受到重力D．物体只有在向下运动时才受到重力作用【答案】C
【解析】重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，重力是引力的一个分力，不能说重力就是地球对物体的吸引力，故A错误；静止的物体和运动的物体都受到重力作用，故B错误；物体受到的重力与物体的运动方向无关，同一物体在地球上向什么方向运动，都受到重力，故C正确，D错误．
变式1　关于物体所受的重力，以下说法正确的是(　　)A．物体只有在地面静止时才受到重力作用B．物体在自由下落时受的重力小于物体在静止时受到的重力C．物体在向上抛出时受到的重力大于物体在静止时受到的重力D．同一物体在同一地点，不论其运动状态如何，它受到的重力都是一样大【答案】D
【解析】由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力，与物体的运动状态无关，故A错误．重力源自于地球的万有引力，与物体速度无关，故同一物体在同一地点，不论其运动状态如何，它受到的重力都是一样大，故D正确，B、C错误．
对重心的理解精例2　关于物体的重心，下列说法不正确的是(　　)A．物体的重心有可能不在物体上B．用线竖直悬挂的物体静止时，线的方向一定通过重心C．一砖块平放、侧放或立放时，其重心在砖内的位置不变D．舞蹈演员在做各种优美的动作时，其重心在体内的位置不变【答案】D
【解析】物体的重心不一定在物体上，故A正确；用线悬挂物体时，当物体静止时，悬线的方向一定通过重心，B正确；重心在物体上的位置与物体所处的位置、放置方式及运动状态无关，C正确；舞蹈演员在做各种动作时形态变化，所以重心会发生变化，D错误．
变式2　(2021届济南名校月考)如图所示，两辆车正以相同的速度做匀速运动，根据图中所给信息和所学知识，你可以得出的结论是(　　)
A．物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中于一点B．重力的方向总是垂直向下的C．物体重心的位置与物体形状和质量分布无关D．重心是重力的作用点，重心一定在物体上
【答案】A　【解析】物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中于一点，这个点就是物体的重心，重力的方向总是和水平面垂直，是竖直向下而不是垂直向下，A正确，B错误；从题图中可以看出，车(包括货物)的形状和质量分布发生了变化，重心的位置就发生了变化，C错误；重心不一定在物体上，如圆环，D错误．
用重心知识解释生活现象精例3　在对重力的本质认清之前，我国古代劳动人民就有了比较复杂的应用．我国西安半坡出土了一件古代的尖底陶瓶，如图所示，这种陶瓶口小腹大，有两耳在瓶腰偏下的地方，底尖，若用两根绳子系住两耳吊起瓶子，就能从井中取水．试分析人们是怎样利用尖底陶瓶从井中取水的．
【解析】当尖底陶瓶空着时，由于瓶的重心高于绳的悬点，它就会倾倒；把它放到水里，水就会自动流进去，当瓶中流入适量的水(达到瓶容积的60%～70%)时，瓶及水的重心降到绳的悬点以下，一提绳，尖底陶瓶就会被直立着提上来．如果瓶中的水太满，重心又高于绳的悬点，瓶会自动倾倒，将多余的水倒出．这种尖底陶瓶巧妙地通过重心变换，使得汲水方便、省力，又能控制汲水量，充分体现了我国古代劳动人民的智慧．
变式3　一段粗细不均匀的木棍如图所示，支在某点恰好平衡，若在该处将木棍截成两段，则所分成两段的重量必定是(　　)A．相等　　B．细段轻、粗段重C．细段重，粗段轻D．不能确定【答案】B
【解析】木头处于平衡状态，由图可知，右侧部分重心离支点O较近，故力臂OB较小；左侧部分重心离支点O较远，故力臂OA较大；由力矩平衡条件可知G1×OA＝G2×OB，OA＞OB，G1＜G2，即粗端的木头重、细端的木头轻．故B正确．
如图所示，将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角烧杯中，钢球在各容器的底部与侧壁相接触，处于静止状态．若钢球和各容器都是光滑的，各容器的底部均处于水平面内，各容器的侧壁对钢球有没有弹力作用？
弹力的有无和方向的判断
【答案】在将容器的侧壁去掉时，钢球仍处于静止，故各容器的侧壁对钢球没有弹力作用．
1．弹力产生的条件：(1)接触且发生相互作用；(2)有弹性形变．2．判断弹力有无的常见方法
3．几种常见弹力的方向
对弹力产生条件的理解精例4　下列关于弹力的说法中正确的是(　　)A．相互接触的两个物体间必然有弹力存在B．不接触的物体间也可能存在弹力C．只要物体发生形变就一定有弹力D．在相互接触且发生弹性形变的物体间才产生弹力【答案】D【解析】弹力产生的条件是两物体相互接触且发生弹性形变，所以D正确，A、B、C错误．
变式4　关于弹力，下列说法正确的是(　　)A．两物体间有弹力作用时，也可以不相互接触B．放在桌面上的书本，它对桌面的压力是由于桌面发生形变而产生的C．放在桌面上的书本，它受到桌面的支持力是由于桌面发生形变而产生的D．绳子对物体的拉力总是竖直向上的【答案】C
【解析】两物体有弹力时，两物体一定相互接触，故A错误；放在桌面上的书本，它对桌面的压力是由于书发生形变而产生的，故B错误；放在桌面上的书本，它受到桌面的支持力是由于桌面发生形变而产生的，故C正确；绳子对物体的拉力是沿绳而指向绳收缩的方向，故D错误．
对弹力有无的判断精例5　下列各图中所有接触面都是光滑的，P、Q两球之间不存在弹力的是(　　)【答案】B
【解析】A图中若两球间无弹力则小球将向凹面的底部运动，P、Q间有弹力，故A错误；B图两球间若有弹力则小球将向两边运动，P、Q间无弹力，故B正确；C图两球间若无弹力则小球P将向下运动，P、Q间有弹力，故C错误；D图两球间若无弹力则小球P将向右下运动，P、Q间有弹力，故D错误．
变式5　(2021届南京名校检测)在下图中，a、b均处于静止状态(a、b都光滑)，则a、b间一定有弹力的是(　　)
【解析】在A图中，若拿去a球，则b球仍静止不动，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a、b间存在相互挤压，故a、b间存在弹力．在C图中，若拿去a球，则b球静止，即a、b间没有挤压，即a、b间没有弹力．在D图中若拿去斜面a，b球依然会静止，即a、b间没有挤压，即a、b间可能没有弹力．故a、b间一定有弹力的是B图．
弹力方向的判定精例6　按下列要求在图中画出物体所受的弹力的示意图．(1)图甲中斜面对物块的支持力；(2)图乙中大半球面对小球的支持力；(3)图丙中光滑但质量分布不均的小球的球心在O处，重心在P处，静止在竖直墙和桌边之间，试画出小球所受的弹力；(4)图丁中均匀杆被细绳拉住而静止，画出杆所受的弹力．
【解析】解答本题时要明确三点：(1)当点与面(或曲面)接触时，弹力方向与面之间的关系．(2)绳上弹力方向的特点．(3)接触面为球面时，弹力方向的延长线或反向延长线的特点．
各物体所受弹力示意图如图所示．
变式6　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(　　)
【解析】一般来讲轻质杆对物体的弹力不一定沿着杆的方向，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应竖直向上，所以A错误．选项B中因为绳竖直向上，如果左边的绳有拉力的话，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．对于球与面接触的弹力方向，过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上)，即D中大半圆对小球的支持力FN2应是沿过小球与圆接触点的半径，且指向圆心的弹力，所以D错误．球与球相接触的弹力方向，垂直于过接触点的公切面(即在两球心的连线上)，而指向受力物体，由上可知C正确．
一、实验目的1．探究弹簧弹力与形变量的关系．2．学会利用图像研究两个物理量之间关系的方法．
实验：探究弹簧弹力与形变量的关系
二、实验原理1．弹簧的弹力F的测量：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂钩码的重力大小相等，即F＝mg．2．弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长量x＝l－l0．3．作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图像，根据图像可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系．三、实验器材轻质弹簧(一根)，钩码(一盒)，刻度尺，铁架台，坐标纸．
四、实验步骤1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长．2．在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1．3．改变所挂钩码的质量，重复步骤2，记录m2、m3、m4、m5、…和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、…
4．计算出每次弹簧的伸长量x(x＝l－l0)和弹簧受到的拉力F(F＝mg)，并将数据填入表格中.
六、误差分析1．偶然误差：由于读数和作图不准产生的误差，为了减小偶然误差，要尽量多测几组数据．2．系统误差：弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差，为减小系统误差，应使用较轻的弹簧．
七、注意事项1．所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度．2．测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差．3．描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧．4．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．
精例7　某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系．(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧．弹簧轴线和刻度尺都应在________方向(填“水平”或“竖直”)．
(2)弹簧自然悬挂，待弹簧________时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10 g砝码，弹簧长度依次记为L1～L6，数据如表所示：表中有一个数值记录不规范，代表符号为________．由表可知所用刻度尺的最小分度为________．
(3)如图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________的差值(填“L0”或“Lx”)．(4)由图可知弹簧的劲度系数为________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为________g(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8 N/kg)．
【答案】(1)竖直　(2)静止　L3　1 mm　(3)Lx　(4)4.9　10
【解析】(1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向．(2)弹簧静止时，记录原长L0；表中的数据L3与其他数据有效数字位数不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至cm位的后两位，最后一位应为估计值，精确至mm位，所以刻度尺的最小分度为1 mm．(3)由题图知所挂砝码质量为0时，x为0，所以x＝L1－Lx．
变式7　一位同学做“探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系”实验．(1)下列的实验步骤是这位同学准备完成的，请你帮这位同学按操作的先后顺序，用字母排列出来：________．A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来B．记下弹簧不挂钩码时，其下端在刻度尺上的刻度L0C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺
D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、…钩码，并分别记下钩码静止时，弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内，然后取下钩码E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式F．解释函数表达式中常数的物理意义
(2)如表是这位同学探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系所测的几组数据：
①写出弹力F关于弹簧伸长量x的函数表达式(x用cm作单位)：____________________．②函数表达式中比例常数的物理意义：____________________．
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．
问题在公式F＝kx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？【答案】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(l1－l0)，图丙中弹簧压缩量为(l0－l2)，所以F＝k(l1－l0)，F′＝k(l0－l2)．
(4)一个常用的推论：ΔF＝kΔx．推导：F1＝kx1，F2＝kx2，故ΔF＝F2－F1＝kx2－kx1＝kΔx.因此，弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比关系．素养点评：此探究通过弹力的计算，培养物理观念、科学思维素养．
变式8　(2021届太原名校检测)一根轻质弹簧原长10 cm，悬挂钩码静止后，弹簧长度变为12 cm.已知该弹簧的劲度系数为1 N/cm，则钩码重为(　　)A．22 NB．12 NC．10 ND．2 N【答案】D　【解析】根据胡克定律F＝kΔx＝2 N，悬挂钩码静止后，由平衡条件可得G＝F＝2 N．A、B、C错误，D正确．
对F－x图像的理解和应用精例9　如图所示为一轻质弹簧的长度L和弹力F的关系图线，试由图线确定：(1)弹簧的原长；(2)弹簧的劲度系数；(3)弹簧伸长15 cm(在弹性限度内)时，弹力的大小．【答案】(1)10 cm　(2)200 N/m　(3)30 N
【考题延伸】(多选)射箭，即箭术(Archery)，是指借助弓的弹力将箭射出，在一定的距离内比赛精准度的体育运动，别称射箭运动．如图为奥运会上的射箭比赛，运动员放开弓弦，箭射出的过程中，有关弓弦受到的弹力的说法正确的是(　　)A．弓弦受到的弹力是手施加的B．弓弦受到的弹力的施力物体是箭C．由于弓弦产生弹性形变使弓弦受力D．由于箭产生弹性形变使弓弦受到力的作用【答案】B
【解析】拉弓的过程中，箭产生弹性形变，有恢复原来状态的趋势，产生了对弓弦的作用力，所以B、D正确．素养点评：此题旨在让学生更深刻了解弹力产生的条件．
课堂小练 | 素养达成
1．(2020届福州名校联考)关于重力，下列说法中正确的是(　　)A．物体的重力就是地球对物体的吸引力B．物体的重心可能不在物体内C．重力的大小可用天平来测量D．地面上的物体在赤道上受的重力最大【答案】B
【解析】 物体的重力是由于地球对物体的吸引而产生的，但不是地球对物体的吸引力，A错误；物体的重心可能在物体内，也可能不在物体上，B正确；重力的大小可用弹簧测力计来测量，天平是用来测量质量的，C错误；地面上的物体在两极受的重力最大，在赤道上受的重力最小，D错误．
2．某弹簧的劲度系数k＝5×103 N/m，在弹性限度内，当它伸长2.5 cm时，产生的弹力是(　　)A．125 NB．50 NC．5 ND．12.5 N【答案】A【解析】根据胡克定律F＝kx＝5×103×2.5×10－2 N＝125 N，故A正确，B、C、D错误．
3．如图所示是“探究弹力和弹簧伸长关系”的实验装置，小东认真操作、正确读数后得到的数据记录如表，由表可知(　　)
A．每个钩码的质量为0.98 kgB．实验所用刻度尺的分度值是1 mmC．弹簧的劲度系数为49 N/mD．弹簧的劲度系数随弹簧拉力的增大而增大【答案】C
4．关于力、重力和弹力，下列说法正确的是(　　)A．在画力的图示时，力的作用点可不画在受力物体上B．把一木块放在水平桌面上保持静止，木块对桌面的压力就是木块受的重力C．把一木块放在水平桌面上保持静止，木块对桌面的压力，是由于木块发生形变而产生的D．形状规则的任何物体的重心都在它的几何中心上【答案】C
【解析】在画力的图示时，力的作用点必须画在受力物体上，故A错误；木块放在水平桌面上保持静止，由平衡条件和牛顿第三定律分析得知，木块对桌面的压力在数值上等于木块受的重力，但压力与重力是两种不同性质的力，不能说木块对桌面的压力就是木块受的重力，故B错误；木块对桌面的压力是弹力，是由于施力物体木块发生形变对桌面产生的弹力，故C正确；只有形状规则，质量分布均匀的物体，重心才在物体的几何中心上，故D错误．