2021-2022学年教科版（2019）必修第一册 3.1重力3.2弹力 课件（75张PPT）

(共75张PPT)
第三章　相
互
作
用
1.力　重力
2.弹　　力　　　　　　　　　　　　
第1课时　力、重力和弹力
必备知识·自主学习
一、力
【情境思考】
2019年12月16日,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭及远征一号上面级,以“一箭双星”方式成功发射第52、53颗北斗导航卫星。火箭发射时产生了巨大的推力,请问此力的作用效果是什么?
提示:改变了火箭和卫星的运动状态。
1.力:
(1)定义:物体与物体之间的一种_________。
(2)作用效果。
①使物体的_________发生变化。
②使物体_________。
(3)标矢性:力是______(A.矢量　B.标量),既有大小,又有方向。力的大小可用
_______测量。?
(4)三要素:_____、方向、_______。
相互作用
运动状态
发生形变
A
测力计
大小
作用点
2.力的图示和力的示意图:
力的三要素
力的图示
力的示意图
力的大小
_________
___________
力的方向
需要画出
需要画出
力的作用点
需要画出
需要画出
提醒:力的图示和力的示意图都是用有向线段来表示力,使抽象的力具体、直观。
需要画出
不需要画出
二、重力及其大小和方向、重心
1.重力:
产生
由于地球的_____而使物体受到的力
大小
G=mg,g=9.8
N/kg是自由落体加速度
方向
_________
单位
牛顿,简称牛,符号用__表示
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。
吸引
竖直向下
N
2.重心:
(1)定义:一个物体的各部分都受到_____作用,从效果上看,可以把各部分受到
的重力视为集中作用在某一点,这个点叫作物体的重心。
(2)重心的位置。
物体的重心位置与下列哪些因素有关_____。
①物体的形状　　　　　　②物体的受力情况
③物体所在的位置
④物体的运动状态
⑤物体的放置方式
⑥物体内质量的分布
重力
①⑥
三、形变
1.定义:物体在力的作用下_____或_____的改变,叫作形变。常见的形变有
_____、_____、_____、扭转。
2.形变的分类:
(1)弹性形变:物体发生形变后_____________,如弹簧、橡皮筋等,这样的形变
叫弹性形变。
(2)塑性形变:物体发生形变后_____________,如橡皮泥等,这样的形变叫塑性
形变。
形状
体积
伸长
压缩
弯曲
能够恢复原状
不能恢复原状
3.弹性限度:对于发生弹性形变的物体,如果形变过大,_____________,撤去外
力后物体_______________,这个限度叫弹性限度。
超过某一限度
不能够恢复原状
四、认识弹力
【情境思考】
　弯弓能够把箭射出去,箭受到什么力的作用?
提示:箭受到弹力的作用。
1.定义:发生形变的物体,由于要恢复原状,对跟它_____的物体产生力的作用,
这种力叫弹力。
2.产生条件:
(1)两个物体必须_________。
(2)两个物体接触处_________。
3.方向:总是与引起形变的作用力的方向_____,还可以认为是与形变恢复原状
趋势方向_____。
接触
直接接触
发生形变
相反
相同
五、弹簧的弹力
1.胡克定律:
(1)内容:在弹性限度内,弹簧弹力F的大小与弹簧伸长(或缩短)量x成_____。
(2)公式:F=kx,式中k叫作弹簧的劲度系数,单位是牛顿每米,符号是____。
2.劲度系数:
(1)意义:弹簧的劲度系数大小反映了弹簧的软硬程度。
(2)弹簧劲度系数与弹簧软硬的关系:劲度系数越大,弹簧_____;劲度系数越小,
弹簧_____。
正比
N/m
越硬
越软
【易错辨析】
　(1)弹簧越长,弹力越大
(
)
(2)弹簧劲度系数与弹簧的长度有关
(
)
(3)弹簧劲度系数与弹簧的粗细有关
(
)
(4)弹簧劲度系数与施加的拉力大小有关
(
)
(5)弹簧劲度系数与制作弹簧的材料有关
(
)
(6)弹簧劲度系数与弹簧压缩的长度有关
(
)
×
√
√
×
√
×
关键能力·合作学习
　知识点一　力的图示和力的示意图
作图步骤
力的图示
力的示意图
①选标度
选定标度(用某一长度表示一定力的大小)
无需选标度
②画线段
从作用点开始沿力的方向画一线段,根据选定的标度和力的大小按比例确定线段长度
从作用点开始沿力的方向画一适当长度的线段即可
③标方向
在线段的末端标出箭头,表示方向
在线段的末端标出箭头,表示方向
提醒:力的图示反映了力的三要素,而力的示意图只反映了力的作用点和方向。
【问题探究】
　甲、乙描述的是“三毛”拉车的情景。
(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?
提示: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)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: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。
【典例示范】
【典例】(2020·泰州高一检测)用图示法画出力,并指出施力物体和受力物体。
(1)在水平桌面上重50
N的书所受的重力;
(2)空气对气球的20
N的浮力;
(3)小孩以向东偏北30°的方向拉小车,拉力为200
N。
【解析】(1)在水平桌面上重50
N的书所受的重力,施力物体是地球,受力物体是书。力的图示如图甲所示。
(2)空气对气球的20
N的浮力,施力物体是空气,受力物体是气球。力的图示如图乙所示。
(3)小孩以向东偏北30°的方向拉小车用的200
N的拉力,施力物体是小孩,受力物体是小车。力的图示如图丙所示。
答案:见解析
【规律方法】“四定三标”法作力的图示
(1)“四定”是指:
一定标度:根据力的大小确定合适的标度,一般使力的大小是标度的2～5倍。如果在同一个图中要同时作出几个力的图示,则标度应一致。
二定作用点:习惯上作用点确定在物体的几何中心。
三定作用线:以力的作用点为起点,沿力的方向画一条线段。
四定线段长度:根据力的大小与所选标度的倍数在作用线上确定线段的具体长度。
(2)“三标”是指:
一标力的方向:线段的末端标出箭头,箭头的方向表示力的方向。
二标力的符号:不同的力用相应的符号标出来,以示区别。
三标力的大小:有时需要在箭头附近标出力的大小及单位。
【素养训练】
1.(多选)一个重20
N的物体沿斜面下滑,关于该物体重力的图示,下列四个图中正确的是
(　　)
【解析】选A、D。物体的重力为20
N,标度分别设为5
N和2.5
N,方向竖直向下,作用点在重心,故选项A、D正确。
2.(2020·扬州高一检测)如图所示,各物体的质量相等且都处于静止状态,在图上分别画出它们所受重力的示意图。
【解析】画重力的示意图,特别要注意重力的方向,重力的方向总是竖直向下,竖直向下是垂直于水平面,而不是垂直于支持面,它们所受重力的示意图如图所示:
答案:见解析
【加固训练】
　　如图所示,用力的图示表示作用在小车上斜向上80
N
的拉力。
【解析】先选好标度,再按力的图示画出80
N斜向上的拉力。如图所示。
答案:见解析
　知识点二　重力和重心
角度1
重力的性质?
1.重力与吸引力:重力的大小不一定等于地球对物体的吸引力。
2.重力的大小:
(1)与质量的关系:在同一地点,重力的大小与质量成正比,即G=mg。
(2)影响因素:在不同地点,同一物体的重力随纬度的增加而增大,随海拔高度增加而减小。
3.重力的方向:重力的方向始终竖直向下,不能将重力的方向描述为“垂直向下”“向下”“指向地心”等。
【问题探究】
(1)如图甲所示,为什么树上的苹果总要落向地面?
提示:重力的方向竖直向下。
(2)如图乙所示,为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直?
提示:重力的方向竖直向下。
【典例示范】
【典例1】(多选)如图为2019年10月1日在阅兵中第一次亮相的轰-6N新型远程战略轰炸机,关于轰-6N的说法正确的是
(　　)
A.轰-6N受到的重力指向地心
B.轰-6N受重力的同时,它也对地球产生引力
C.轰-6N受到重力的施力物体是地球
D.轰-6N匀速飞行时,它不受重力
【解析】选B、C。轰-6N的重力方向竖直向下,不一定指向地心,故选项A错误;由于地球对轰-6N的引力而产生重力,同时轰-6N对地球也产生引力,故选项B正确;轰-6N的施力物体是地球,故选项C正确;地球附近的任何物体都受到重力,故选项D错误。
角度2
重心的位置及决定因素
1.重心的理解:
(1)重心是重力的等效作用点。
(2)重心的位置可以在物体上,也可以在物体外。
(3)重心在物体上的位置与物体的空间位置、放置状态和运动情况无关。
2.重心位置的决定因素:
(1)物体质量分布情况。
(2)物体的形状。
【典例示范】
【典例2】有一圆形的均匀薄板,若将其中央再挖掉一个小圆板成为一个圆环,如图所示,下面说法正确的是
(　　)
A.重心向外侧偏移,重力减小
B.重力和重心都没有变
C.重力减小,重心位置没有变
D.重力减小,重心位置不存在
【解析】选C。圆板和圆环均属于质量分布均匀、有规则形状的物体,其重心均在几何中心,故挖掉小圆板后,重力减小,重心的位置不变,故选项C正确。
【素养训练】
1.(教材二次开发·教材P61图3-1-8变式)
根据图中所给信息和所学知识,下列说法正确的是
(　　)
A.汽车的重心(不包括车上的货物)与装货多少有关
B.汽车的重心(不包括车上的货物)与货物放的位置有关
C.载重汽车的重心(包括车上的货物)与装货多少和货物放的位置有关
D.载重汽车的重心(包括车上的货物)与装货多少和货物放的位置无关
【解析】选C。汽车的重心(不包括车上的货物)由汽车本身决定,与装货多少以及货物放的位置无关,故选项A、B错误;载重汽车的重心(包括车上的货物)与装货多少和货物放的位置有关,故选项C正确,选项D错误。
2.(多选)
下列关于“嫦娥二号”受力的说法中正确的是
(　　)
A.“嫦娥二号”在地球表面受到的重力大小与在月球
表面受到的重力大小不相等
B.“嫦娥二号”在地球表面受到的重力大小与在月球表面受到的重力大小相等
C.月球对“嫦娥二号”的引力的作用效果是改变它的运动状态
D.“嫦娥二号”绕月球运行时,不再受重力作用
【解析】选A、C。“嫦娥二号”的质量不变,但重力加速度发生了变化,由G=mg可知,“嫦娥二号”在地球表面受到的重力大小与在月球表面受到的重力大小不相等,A正确,B、D错误;引力的作用效果是改变物体的运动状态,C正确。
【加固训练】
　　(多选)一个物体所受的重力在下列情形下要发生变化的有
(　　)
A.把它从赤道拿到南极
B.把它送到月球上去
C.把它从地面上浸入水中
D.把它置于向上加速的电梯内
【解析】选A、B。由G=mg可知,物体质量不变,当重力加速度g发生变化时,重力G随之改变。由于地球两极的g值大于赤道上的g值,地球上的g值大于月球上的g值,故选项A、B正确;由于重力大小与物体所处的环境和运动状态无关,选项C、D两种情况下物体的重力没有发生变化。
　知识点三　弹力的分析方法
类型
方向
图示
接触
方式
面与面
垂直于公共接触面指向被支持物体
点与面
过点垂直于面
类型
方向
图示
接触
方式
点与点
垂直于切面
轻绳
沿绳并指向绳收缩的方向
类型
方向
图示
轻杆
可沿杆
可不沿杆
类型
方向
图示
轻弹簧
沿弹簧形变的反方向
提醒:与球面接触的弹力方向延长线或反向延长线过圆心。
【问题探究】
　新能源路灯所受的弹力方向如何?
提示:竖直向上。
【典例示范】
【典例】玩具汽车停在模型桥面中间,如图所示,则下列说法正确的是
(　　)
A.桥面受向下的弹力,是因为桥面发生了弹性形变
B.汽车没有发生形变,所以汽车不受弹力
C.汽车受向上的弹力,是因为桥面发生了弹性形变
D.汽车受向上的弹力,是因为汽车发生了形变
【解析】选C。汽车与桥面相互挤压都发生了形变,B错;由于桥梁发生弹性形变,所以对汽车有向上的弹力(支持力),C对,D错;由于汽车发生了形变,所以对桥面产生向下的弹力(压力),A错。
【规律方法】判断弹力方向的一般步骤
(1)确定物体之间弹力作用的类型。
(2)确定产生弹力的物体。
(3)找出使物体发生形变的外力方向。
(4)确定物体形变的方向。
(5)确定物体产生的弹力方向。
【素养训练】
1.一杆搁在矮墙上,关于杆受到的弹力的方向,图中画得正确的是
(　　)
【解析】选D。支持力、压力的方向垂直于接触面,D正确,A、B、C错误。
2.图中,P物体对Q物体的压力的示意图,正确是
(　　)
【解析】选A。首先P对Q物体的压力一定作用在Q物体上,故选项B、D错误;压力的方向应垂直于接触面指向Q物体,故选项A正确,C错误。
【加固训练】
　　关于弹力的方向,下列说法正确的是
(　　)
①弹力的方向一定垂直于接触面
②弹力的方向不一定垂直于接触面
③绳子类软物体产生的弹力一定垂直于被拉物体的平面
④绳子类软物体产生的弹力一定沿绳子的方向
A.①③　　B.①④　　C.②③　　D.②④
【解析】选B。弹力的方向一定与接触面垂直,如压力、支持力都与接触面垂直,故①正确,②错误;绳子类软物体产生的弹力一定沿绳子的方向,但是不一定垂直于被拉物体的平面,故③错误,④正确。
　知识点四　胡克定律
内容
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
公式
F=kx
适用条件
弹簧发生弹性形变且在弹性限度内
ΔF=kΔx
的推导
F1=kx1、F2=kx2,
则ΔF=F2-F1=kx2-kx1=kΔx
F-x
图像
(1)意义:弹力F与弹簧形变
量x的关系
(2)形状:过原点的直线
(3)斜率:劲度系数
k=
提醒:应用胡克定律时,要注意弹簧是伸长还是压缩。
【问题探究】
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。
试结合上述情景,讨论下列问题:
(1)在公式F=kx中,x表示的是什么意义?
(2)图乙中在拉力F的作用下弹簧的长度为
l1,则F等于多少?
(3)图丙中在压力F′的作用下弹簧的长度为l2,则F′等于多少?
提示:(1)x表示的是弹簧伸长的长度或缩短的长度。
(2)F=k
(l1-l0)。
(3)F′=k(l0
-l2)。
【典例示范】
【典例】一根轻质弹簧一端固定,用大小为F1的力压弹簧的另一端,平衡时长度为l1;改用大小为F2的力拉弹簧,平衡时长度为l2。弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,求该弹簧的劲度系数和弹簧的原长。
【解析】设弹簧的劲度系数为k,原长为l0。
根据胡克定律有:
F1=k(l0-l1)
①
F2=k(l2-l0)
②
解①②得
答案:
　
【素养训练】
如图所示的弹簧,其劲度系数为k。当弹簧伸长量为x时(在弹性限度范围内),弹簧对小球的弹力大小为
(　　)
【解析】选D。根据胡克定律得:当弹簧伸长量为x时(在弹性限度范围内),弹簧对小球的弹力大小为F=kx,故选项D正确。
【拓展例题】考查内容:多弹簧问题
　【典例】一个长度为L的轻弹簧,将其上端固定,下端挂一个质量为m的小球时,弹簧的总长度变为2L。现将两个这样的弹簧按如图所示方式连接,A、B两小球的质量均为m,则两小球平衡时,B小球距悬点O的距离为(不考虑小球的大小,且弹簧都在弹性限度内)
(　　)
A.3L　　
B.4L
C.5L
D.6L
【解析】选C。一根弹簧,挂一个质量为m的小球时,弹簧的总长度变为2L,即伸
长L,劲度系数k=
。若两个小球如题图所示悬挂,则下面的弹簧也伸长L,上
面的弹簧受力2mg,伸长2L,则弹簧的总长为L+L+L+2L=5L,故选项C正确。
1.产生：地球的吸引
2.大小：G=mg
3.方向：竖直向下
4.重心：等效作用点
2.大小（胡克定律）：F=kx
3.方向：形变相反
1.产生：弹性形变
2.力的示意图：无标度带箭头线段
1.力的图示：有标度的带箭头线段
重力与弹力
重力
弹力
力的表示
【生活情境】
　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米以上(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然后两臂伸开,双腿并拢,头朝下跳下去。
情境·模型·素养
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)
探究:(1)如何求得橡皮绳的劲度系数。
(2)橡皮绳的上端悬点离下方的水面至少为多高?
【解析】(1)人静止于空中时,橡皮绳的拉力
F1=mg=500
N。
而F1=k(l-l0),
所以橡皮绳的劲度系数
k=
=200
N/m。
(2)设橡皮绳拉力最大时,绳长为l′。
据胡克定律F2=k(l′-l0)得
l′=
+l0=15
m+15
m=30
m。
答案:(1)200
N/m　(2)30
m
【生活情境】
如图,锻炼身体用的拉力器,并列装有五根相同的弹簧,每根弹簧的自然长度都是40
cm,某人用600
N的力把它们拉长至160
cm。
探究:(1)每根弹簧产生的弹力大小为多少?
(2)每根弹簧的劲度系数为多少?
【解析】(1)每根弹簧的弹力大小为F=
(2)根据胡克定律F=kx可得,
k=
=100
N/m。
答案:(1)120
N　(2)100
N/m
课堂检测·素养达标
1.如图所示的情景中,物体所受重力的方向表示正确的是
(　　)
【解析】选D。重力的方向始终竖直向下,故D正确。
2.小车受到水平向右的100
N的拉力,则关于这个拉力的图示,下列各图中正确的是
(　　)
【解析】选B。力的图示一定要突出力的三要素,即大小(标度)、方向和作用点。A图中没有力的标度和作用点,C图中没有力的作用点,D图中力的大小与标度不一致,故B正确,
A、C、D错误。
3.(多选)如图所示,一辆吉普车停在水平地面上,下列说法中正确的是
(　　)
A.吉普车没有发生形变,所以汽车不受弹力
B.吉普车受到向上的弹力,是因为地面发生了形变
C.吉普车受到向上的弹力,是因为吉普车发生了形变
D.地面受到向下的弹力,是因为吉普车发生了形变
【解析】选B、D。吉普车和地面相互挤压,都发生了弹性形变,故选项A错误;地面发生形变,对吉普车产生向上的弹力,故选项B正确,C错误;吉普车发生形变,对地面产生向下的弹力,故选项D正确。
4.在图中画出物体P受到的各接触点或面对它的弹力的示意图,其中图甲、乙中物体P处于静止状态,图丙中物体P(即球)在水平面上匀速运动。
【解析】甲中属于绳的拉力,应沿绳指向绳收缩的方向,因此弹力方向沿绳向上,如图甲所示;乙中A、B两点都是球面与平面相接触的点,弹力应垂直于平面,且必过球心,所以A处弹力方向水平向右,B处弹力垂直于斜面向左上方,且都过球心,如图乙所示;丙中小球P不管运动与否,都属于平面与球面相接触,弹力应垂直于平面,且过球心,即向上,如图丙所示。
答案:见解析图
【加固训练】
(多选)如图所示,一物体A静止在斜面上,关于弹力,下列说法正确的是
(　　)
A.斜面对A的支持力竖直向上
B.A对斜面的压力竖直向下
C.斜面对A的支持力垂直斜面向上
D.A对斜面的压力垂直斜面向下
【解析】选C、D。斜面对A的支持力是弹力,与接触面垂直,故垂直斜面向上,故A错误,C正确;A对斜面的压力是弹力,与接触面垂直,故垂直斜面向下,故B错误,D正确。
5.如图,质量均为1
kg的物体A、B通过一劲度系数为100
N/m的轻弹簧相连,开始时B放在地面上,A、B均处于静止状态,现通过细绳将A缓慢向上拉起,当B刚要离开地面时,求A上升距离L(假设弹簧一直在弹性限度内,g取10
m/s2)。
【解析】开始时B在地面上,A、B均处于静止状态,弹簧所受的弹力等于A的重力,
由胡克定律得:kx1=mg;当B刚要离开地面时,弹簧处于伸长状态,弹力大小恰好等
于B的重力,由胡克定律得:kx2=mg,由几何关系得知:L=x1+x2=
=0.2
m。
答案:0.2
m