高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 重力与弹力说课课件ppt

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目 标 素 养1.认识重力、重心,知道重力产生的原因和重心的决定因素。2.认识弹力与弹性形变,知道弹力产生的条件,学会应用实验探究微小形变,培养实验探究能力,养成科学态度。3.掌握判断弹力有无及方向的方法。4.学会应用实验探究弹簧弹力与形变量的关系,知道胡克定律及其应用。5.理解科学概念的建立是从表象到本质,逐渐深化的过程。
提醒:g的单位是m/s2或N/kg,1 N/kg=1 m/s2。
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　集中于一点　 ,这一点叫作物体的重心。 (2)决定因素:①物体的　形状　;②物体的　质量分布　。 (3)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。如可以通过悬挂法确定薄板的重心位置。
3.力的图示和力的示意图(1)力的图示:用有向线段来表示力。①有向线段的长短(严格按标度画)表示力的　大小　; ②箭头表示力的　方向　; ③箭尾(或箭头)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作用点和方向,不需要准确标度力的大小。
微思考1如图所示,树上的苹果会落向地面;建筑工地上工人常用铅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?为什么使用铅垂线能检测墙壁是否竖直呢?
提示:物体落向地面是因为受到了竖直向下的重力作用;铅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。
二、弹力1.形变(1)定义:物体在力的作用下 形状 或 体积 发生的变化。(2)微小形变的观察方法。图甲,用力挤压玻璃瓶瓶身,细管中的水面会上升,松手后水面下降。图乙,用力压桌面,观察到墙上光点的位置会发生变化。
2.弹力(1)弹力:发生形变的物体,要　恢复原状　,对与它　接触　的物体产生的力。 (2)产生条件:①两物体直接 接触 ;②接触处发生 形变 。(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绳子的拉力沿着绳子指向绳子　收缩　的方向。 
微思考2如图所示,杂技演员具有高超的技术,他能轻松地顶住从高处落下的缸(非专业人员禁止模仿),他顶缸时头顶受到的压力的施力物体是哪个物体?压力是怎样产生的?
提示:压力的施力物体是缸,是由于缸发生弹性形变产生的。
三、胡克定律1.弹性形变物体在形变后,如果撤去作用力能够　恢复　原状,这种 形变叫作弹性形变。2.弹性限度如果形变过大,超过一定限度,撤去作用力后物体不能　完全恢复　原来的形状,这个限度叫作弹性限度。 
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　正比　。 (2)表达式:F=　kx　。 (3)劲度系数:式中k叫作弹簧的　劲度系数　,单位是牛顿每米,符号是N/m。k是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量。 
微思考3如图甲所示,把一钢尺架在两摞书上,用手指向下压钢尺,钢尺向下弯曲;如图乙所示,用手指捏一块橡皮泥,橡皮泥形状也发生了改变。二者为什么会发生形变?撤去手指的力,二者能否恢复原状?
提示:钢尺和橡皮泥都发生了形变,原因是它们都受到了力的作用。撤去手指的力,钢尺能恢复原状,它的形变是弹性形变;而橡皮泥不能恢复原状,它的形变是非弹性形变。
重难归纳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。(2)大小:①同一地点,不同物体重力的大小与其质量成正比。②不同地点,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:重力的方向总是竖直向下,不能将重力的方向表述为“垂直地面向下”或“指向地心”等。
2.对重心的理解。(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。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重心与质量分布、形状的关系。
②悬挂法:适用于薄板状物体重心的确定。
如图所示,身体素质和技术相当的跳高运动员,为什么采用“背越式”的要比采用“跨越式”的成绩好呢?
提示:跳高运动员在越过相同高度的横杆时,采用“背越式”的运动员的重心比采用“跨越式”的运动员的重心升高的高度小,因此运动员越过相同高度的横杆,“背越式”跳法要比“跨越式”容易些,所以采用“背越式”的运动员要比采用“跨越式”的运动员成绩好。
典例剖析【例1】 关于物体的重力和重心,下列说法正确的是(　　)A.物体所受重力是由于受到地球吸引而产生的,所以方向总是垂直于地面向下B.同一物体在地球上的不同位置,当用不同弹簧测力计测量时其所受重力大小是不同的,当用同一弹簧测力计测量时所受重力大小一定相同C.物体的重心就是物体各部分所受重力的等效作用点D.形状规则的物体(例如正方体),其重心一定在其几何中心处
解析:重力的方向竖直向下,与水平面垂直,但不一定与地面垂直,选项A错误;重力的大小取决于物体的质量和重力加速度的大小,与测量工具无关,不同地点重力加速度不同,重力大小不同,无论用同一弹簧测力计,还是用不同弹簧测力计,测量结果均不同,选项B错误;物体的重心是重力的等效作用点,其位置不仅与几何形状有关,还与质量分布有关,选项C正确,D错误。
特别提醒对物体的重心注意以下几点(1)重心不是重力的真实作用点,重力作用于整个物体,重心是重力的等效作用点。 (2)重心不是物体上最重的一点,也不一定是物体的几何中心。 (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无关。 (4)重心的位置可以不在物体上。
学以致用1.关于重心及重力,下列说法正确的是(　　)A.一个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.根据G=mg可知,两个物体相比较,质量较大的物体的重力不一定较大C.物体放于水平面上时,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
解析: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,由于月球上g值较小,故质量较大的物体的重力不一定较大,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。
2.一装满水的饮料杯,如图所示,杯壁的最下面有一小孔,在水从小孔不断流出的过程中,杯连同杯中水的共同重心将(　　)A.一直下降B.一直上升C.先升后降D.先降后升答案:D
解析:首先,水面的下降将导致水和容器这个整体的质量分布发生变化,即开始一段时间内,水面下降,重心下降;但又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,选项D正确。
重难归纳1.力的图示与力的示意图的区别。(1)力的图示能表示力的三要素,精确表示力时经常用到。(2)力的示意图只能表示力的作用点和方向,在对物体的受力情况进行分析时经常用到。
2.力的图示和力的示意图的画法比较。
3.力的图示的“四定三标”。(1)四定:作力的图示要定作用点、作用线、比例标度、线的长度。(2)三标:作力的图示要标力的方向、力的数值、力的符号。注意:(1)标度的选取应根据力的大小合理设计。一般情况下,线段应取2~5段整数段标度的长度。(2)要用同一标度画同一物体受到的不同的力。
右图是足球撞击球网的瞬间。(1)足球撞击球网时对球网产生了巨大的冲击力,球网对足球有没有作用力?若有,该力对足球产生了什么样的作用效果?(2)若足球对球网的作用点为图中的A点,且作用力方向水平向右,大小为50 N,请在图中画出该力的图示。
提示:(1)有。改变足球的运动状态。(2)如图所示。
典例剖析【例2】如图所示,静止木块对桌面的压力为6 N,试画出压力的图示,说明施力物体和受力物体,并画出木块所受重力和支持力的示意图。
解析:画力的图示时,要按照以下步骤进行:(1)选标度:本题选2 mm的线段表示2 N的力。(2)从作用点沿力的方向画一线段,线段长短按标度和力的大小来画,线段标上刻度。如下图中甲所示,从O点竖直向下画一条三倍于标度(6 mm)的线段。
(3)在线段上加上箭头表示力的方向。为了简便,也可照图乙来画。压力的施力物体是木块,受力物体是桌子。画力的示意图时,只需要画出力的作用点和方向,对线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,也可照图丁那样用一点表示木块,画出重力和支持力的示意图。
规律总结画力的图示和力的示意图的步骤
学以致用3.如图所示,某同学推出的铅球在空中飞行时,所受的重力为40 N,方向竖直向下。 (1)画出重力的图示。(2)画出重力的示意图,并说明施力物体和受力物体。答案:见解析
解析:(1)画力的图示:①选定标度。例如,选4 mm长的线段表示10 N的力。②用一个圆表示铅球,从圆心沿竖直方向向下画一条线段,线段的长度按选定的标度和力的大小画,线段上加上刻度,如图甲所示。③在线段末端加上箭头表示力的方向。(2)画力的示意图:如图乙所示,用一个圆表示铅球,从圆心沿竖直方向向下画一条线段,并加上箭头,表示方向。重力的施力物体是地球,受力物体是铅球。
三 弹力方向及有无的判断
重难归纳1.弹力的方向与施力物体形变方向相反,作用在迫使物体发生形变的那个物体上,几种常见情况如下。
2.弹力有无的判断。
体育课上一学生将足球踢向斜台,如图所示,足球与斜台之间有相互作用的弹力吗?若有,则斜台给足球的弹力方向如何?
提示:有;足球所受弹力方向垂直于斜台指向足球。
典例剖析【例3】画出各个图中静止物体A所受的弹力的示意图,各个接触点或面均光滑,各图中O为球心,乙图中P为球A的重心,在球心的正上方,其他各图中重心与球心重合。
解析:甲图中台阶处弹力的确定,可采用假设法,假设台阶对球A没有弹力,球A仍能保持静止状态,说明台阶对球A没有弹力,只地面对球A有竖直向上的弹力;乙图中两个接触点的弹力方向沿半径方向指向球心,与重心无关;丙图中地面对A的支持力和重力均沿竖直方向,地面光滑,若斜壁有弹力,球A将不能保持静止状态,因此球A只受地面的弹力,斜壁无弹力;丁图中A受两个弹力,固定半球体对它的弹力,方向沿两球心连线指向A,绳子的弹力方向沿绳子方向向上。如图所示。
思路点拨(1)不明显形变弹力有无的判断 (2)判断弹力方向的思路
学以致用4.如图所示,一个小球用两根轻绳挂于天花板上,球静止,绳1倾斜,绳2恰好竖直。则小球所受的作用力个数(　　)A.一定是两个B.一定是三个C.可能是四个D.可能是两个,也可能是三个答案:A
解析:假设去掉绳1,小球仍处于原来的状态静止不动,所以绳1对小球不产生拉力作用;若去掉绳2,小球不会静止于原来的位置,所以绳2对小球产生拉力。所以小球受到重力和绳2对其拉力的作用。
四 胡克定律的理解与应用
重难归纳1.胡克定律的理解。(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)其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:ΔF=kΔx。
2.弹簧测力计的原理与读数。(1)原理:弹簧测力计是一种测量力的常用仪器,它是根据胡克定律制成的,即在弹性限度内弹簧弹力的大小与弹簧长度的改变量成正比。弹簧测力计内的弹簧一端与挂钩相连,另一端与弹簧测力计的外壳相连。由于弹簧质量不计,则不论弹簧处于什么运动状态,弹簧测力计的读数都等于挂钩拉弹簧的力的大小。(2)弹簧测力计的读数比较简单,先搞清楚弹簧测力计的量程和分度值,然后再根据指针所指的位置(一定要看指针末端所指的位置)读出待测量力的大小。
3.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)平衡法:如果悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态,求解细绳的拉力时,可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小。
如图所示,若A弹簧测力计的示数为1 N,则B弹簧测力计的示数为多少呢?有的同学就会认为示数为2 N,有的会认为示数为0。你认为呢?
提示:A、B两弹簧测力计的受力本质是一样的,在甲图中左边固定板给弹簧测力计也有向左的拉力1 N,在乙图中就换成重物通过绳子拉弹簧测力计了,其实两个弹簧测力计的示数都为1 N。
典例剖析【例4】 下图为一轻质弹簧的弹力F和长度l的关系图像,试由图像确定: (1)弹簧的原长。(2)弹簧的劲度系数。(3)弹簧伸长15 cm时(在弹性限度内),其弹力的大小。答案:(1)10 cm　(2)200 N/m　(3)30 N
规律总结1.轻弹簧有压缩和拉伸形变,既能产生压力,又能产生拉力,方向均沿弹簧的轴线方向。 2.如果题目中只告诉弹簧的形变量,并没有指出是伸长还是压缩,或只告诉弹簧弹力的大小,并没有指出弹簧处于拉伸状态还是处于压缩状态,就要分别进行讨论。 3.轻弹簧的一端空载时弹力为零。 4.轻弹簧两端弹力必然相等。
学以致用5.由实验测得某弹簧所受弹力F和弹簧的长度l的关系图像如图所示,求: (1)该弹簧的原长;(2)该弹簧的劲度系数。答案:(1)15 cm　(2)500 N/m
解析:方法一:(1)弹簧不产生弹力时的长度等于原长,由题图可知该弹簧的原长为l0=15 cm。
方法二:根据胡克定律得F=k(l-l0),代入题图中的两点(0.25 m,50 N)和(0.05 m,-50 N)。可得50 N=k(0.25 m-l0)-50 N=k(0.05 m-l0)解得l0=0.15 m=15 cm,k=500 N/m。
1.关于重力,以下说法正确的是(　　)A.重力的方向总是垂直地面向下的B.重力是物体的固有属性,不随物体位置的改变而改变C.形状规则的物体的重心,不一定在它的几何中心上D.挂在绳上静止的物体,它受到的重力就是绳对它的拉力答案:C
解析:重力的方向总是竖直向下的,不能说重力的方向总是垂直地面向下的,故选项A错误;质量是物体的固有属性,而重力不是,物体的重力会随物体在地球上位置的改变而改变,故选项B错误;形状规则的物体,若质量分布不均匀,则物体的重心不一定在它的几何中心,故选项C正确;根据二力平衡知,挂在绳上静止的物体,它受到的重力等于绳对它的拉力,但不能说它受到的重力就是绳对它的拉力,因为二者产生的原因、方向等不同,故选项D错误。
2.如图所示,底端置于粗糙水平地面上的杆,其顶端被一根细线用手拉住,杆处于静止状态,细线水平。下列说法正确的是(　　)A.杆对细线的弹力方向为水平向右B.细线对杆的弹力方向垂直杆向左C.杆受到地面的弹力是由杆的形变产生的D.地面受到杆的弹力沿杆向左下方答案:A
解析:细线中弹力方向沿细线且指向细线收缩的方向,故细线对杆的弹力方向水平向左,杆对细线的弹力方向水平向右,故选项A正确,B错误;杆受到地面的弹力是由于地面发生形变产生的,选项C错误;杆对地面的弹力方向垂直于地面向下,故选项D错误。
3.如图所示的装置中,小球的质量均相同,弹簧和细线的质量均不计,一切摩擦忽略不计,平衡时各弹簧的弹力分别为F1、F2、F3,其大小关系是(　　) A.F1=F2=F3B.F1=F2F2D.F3>F1>F2答案:A解析:弹簧拉伸或压缩必然两端同时受力才可,只有一端有力时弹簧不会被拉伸或压缩,因弹簧均是拉住一相同质量的小球,则弹力一样大,选项A正确。
4.在下图中,a、b均处于静止状态,各个接触点或面均光滑,则a、b间一定有弹力的是(　　)
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于观察,这时可以利用“假设法”来判断。在A图中,若拿去a球,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,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,b球静止,故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球静止,故a、b间没有挤压,即a、b间没有弹力。故a、b间一定有弹力的是B图。
5.如图所示,一只松鼠站在倾斜的树枝上,树枝对松鼠的弹力的方向为(　　)A.竖直向上B.竖直向下C.垂直树枝斜向上D.沿树枝方向答案:C解析:树枝对松鼠的弹力即为树枝对松鼠的支持力,支持力的方向总是垂直于接触面指向被支持的物体。
6.下图是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系所得到的图像。 (1)弹簧的劲度系数是　　　　 N/m。 (2)若弹簧原长l0=10 cm,当弹簧受F=150 N的拉力作用时(在弹性限度内),弹簧长度为l=　　　　 cm。 答案:(1)1 000 (2)25