第1节 重力和弹力-高中物理必修一素养提升学案（有解析）
文档属性
| 名称 | 第1节 重力和弹力-高中物理必修一素养提升学案（有解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 2.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-09-16 09:15:31 | ||
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文档简介
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高中物理必修一素养提升学案
第三章 相互作用
第1节 重力和弹力
【课标解读】
1.理解重力及重心的概念，会用二力平衡知识确定重心.
2.知道弹力的定义及产生的条件，知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向.
3.掌握胡克定律，并能解决相关问题．
【核心素养】
物理观念：理解力、重力和弹力，形成运动和力的观念。
科学思维：通过具体实例的分析、练习，历经抽象概括，知道弹力的产生条件。
科学探究：通过探究的过程，让学生体会基于事实证据和科学推理，掌握分析弹力的方向的科学研究方法。
科学态度与责任：体会胡克定律的应用，渗透辩证唯物主义世界观。
【思维脉络】
【新课讲解】
知识点 1 重力
1．定义：由于__地球的吸引__而使物体受到的力。
2．方向：__竖直向下__。
3．大小：G＝__mg__,_g是自由落体加速度。
4．作用点——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__质量分布__；②物体的__形状__。
(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。如薄板状物体的重心位置可以通过__悬挂__法来确定。
注意：g的单位既可以是N/kg，又可以是m/s2，而且1 N/kg＝1 m/s2。
知识点 2 力的图示和示意图
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方向和作用点，不需要准确标度力的大小。
知识点 3 弹力
1．形变与弹性形变
(1)形变：物体在力的作用下__形状或体积__发生改变，叫作形变。
(2)弹性形变：有些物体在形变后能够__恢复原状__，这种形变叫作弹性形变。
2．弹力
(1)概念：发生__形变__的物体，由于要恢复__原状__，对与它__接触的__物体产生力的作用，这种力叫作弹力。
(2)弹性限度：当形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体__不能完全恢复原来的形状__，这个限度叫弹性限度。
注意：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。
知识点 4 胡克定律
1．内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟__弹簧伸长(或缩短)的长度x__成正比。
2．表达式：F＝__kx__，其中k为弹簧的__劲度系数__，单位：牛顿每米，符号__ N/m__，它的大小反映了弹簧的软硬程度。
【互动探究】
探究一 重力和重心
情景导入
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：物体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的原理，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。
要点提炼
1．重力的概念：由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。
(1)地球上的物体都受到重力作用，不管质量大小，也不论有无生命，凡是由分子、原子构成的物体皆受重力作用。
(2)重力是由于地球的吸引而产生的，但重力的大小不一定等于地球对物体的吸引力，重力一般小于地球对物体的吸引力。在有的情况下，认为物体所受的重力与地球对物体的吸引力大小相等，原因是两者相差很小。
(3)重力是非接触力。
(4)重力的施力物体是地球。
2．重力的测量：在实验室里，重力的大小可以用测力计测量；工业上用电子吊秤可以称更重的物体。
测量原理：二力平衡时，两个力大小相等。
测量条件：物体处于静止或匀速直线运动时。
测量方法：用测力计将待测物体悬挂起来处于静止状态，测力计的读数在数值上等于重力的大小。
3．重力的大小：由于G＝mg，在同一地点，重力的大小与质量成正比；在不同地点，如从两极到赤道或离地面越高，g值均减小，从而使同一物体的重力也有所不同；物体的重力与其运动状态无关。
4．重力的方向：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。
注意：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。只有在两极或赤道时，重力的方向才“指向地心”(将在必修第二册中进行详解)。
【特别提醒】．重力的大小与物体的运动状态及放置方式无关，只与重力加速度g有关。
5．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)重心与物体形状、质量分布情况的关系
(4)对薄板类物体，可用支撑法或悬挂法来确定重心。
如图所示，C点即为物体的重心，但该方法仅适用于薄板状物体。
【温馨提示】
关于重心理解的三点注意：
(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。重心的位置可能在物体上，也可以不在物体上。
探究二 力的图示与力的示意图
情境导入
甲、乙描述的是“小明”拉车的情景。
试分析：(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，不易作图。所以选取标度时应根据力的大小合理设计。
要点提炼
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
作图步骤 力的图示 力的示意图
选标度 选定标度(用某一长度表示多少牛的力) 无需选标度
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线段即可
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
特别提醒
(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。
【方法归纳】
画力的图示思路引导：
→→→→→→
思维升华：力的图示的“四定三标”
(1)四定：做力的图示要定作用点、作用线、比例标度、线的长度。
(2)三标：做力的图示要标力的方向、力的数值、力的符号。
探究三 弹力的有无和方向的判断
情境导入
1. 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：①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)。②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)。
2．弹性形变（如图），请说出或写出两种形变的不同。
(1)形变：物体在力的作用下形状或体积会发生改变。
弹性形变：物体在形变后撤去作用力时恢复原状，举例：弹簧。
非弹性形变：物体在形变后撤去作用力时不能恢复原状，举例：橡皮泥。
(2)弹性限度：当形变超过一定的限度，撤去作用力后物体不能完全恢复原状，这个限度叫弹性限度。
要点提炼
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．判断弹力有无的常见方法：
(1)直接判定：对于发生明显形变的物体(如弹簧、橡皮条等)，可根据弹力产生的条件由形变直接判断。
(2)对于形变不明显的情况，通常用以下方法来判定：
a．假设法：假设将与研究对象接触的物体撤去，判断研究对象的运动状态是否发生改变，若运动状态不变，则此处可能不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力。
b．替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能不能维持原来的力学状态。如将侧壁、斜面用海绵来替换，将硬杆用轻弹簧(橡皮条)或细绳来替换。
c．状态法：因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所以可以依据物体的运动状态由相应的规律(如二力平衡知识等)来判断物体间的弹力。
特别提醒
接触的物体间不一定存在弹力，但两物体间若有弹力，则它们一定接触。
3．弹力的方向：
(1)弹力的方向总与引起物体形变的外力方向相反，与施力物体恢复原状的方向相同。
(2)常见的三种接触方式
类型 方向 图示
接触方式 面与面 垂直公共接触面
点与面 过点垂直于面
点与点 垂直于切面
(3)常见三类弹力的方向
类型 方向 图示
轻绳 沿绳收缩方向
轻弹簧 沿弹簧形变的反方向
特别提醒
(1)压力、支持力的方向都垂直于接触面，确定它们方向的关键是找准它们的接触面或接触点的切面。
(2)轻杆的弹力方向具有不确定性，一般要根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向。
思维升华：弹力的方向
(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。
探究四? 胡克定律
情境导入_
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。
试分析：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？
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(l1－l0)，图丙中弹簧压缩量为(l0－l2)，所以F＝k(l1－l0)，F′＝k(l0－l2)。
要点提炼
1．胡克定律F＝kx的理解
(1)x是弹簧的形变量，而不是弹簧形变后的长度。
(2)k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和伸长量x无关。
2．F－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。
3．胡克定律的推论：ΔF＝kΔx。弹簧弹力的变化量ΔF跟弹簧形变量的变化量Δx成正比。
4．胡克定律的适用条件：弹簧在弹性限度内发生形变。
5．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。
针对性训练
1. 杂技演员有高超的技术，如图所示，能轻松地顶住从高处落下的坛子，关于他顶坛时头顶受到的压力产生的直接原因是( A )
A．坛的形变
B．头的形变
C．物体受到的重力
D．人受到的重力
A 解析：头顶受到的压力的施力物体是坛子，受力物体是头顶，它产生的直接原因是坛的形变，间接原因是物体受到的重力，A项正确。
2 请在下图中画出物体A所受的弹力示意图。
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，故弹力方向必通过球心，与重心位置无关。
它们所受弹力的示意图如图所示：
3 如图所示，弹簧的劲度系数为k，小球重力为G，平衡时球在A位置。现用力将小球向下拉，使弹簧又伸长x至B位置，若仍在弹性限度内，则此时弹簧的弹力大小为( C )
A．kx B．G－kx
C．kx＋G D．以上都不对
C 解析：球在A位置时弹簧已经伸长了(令它为Δx)，这样有FB＝k(Δx＋x)＝k·Δx＋kx，因球在A位置平衡，即G＝k·Δx，所以FB＝G＋kx，故C正确。
4． 如图所示，质量均为m，物体A、B通过一劲度系数为k的轻质弹簧相连，开始时B放在地面上，A、B都处于静止状态。现通过细绳缓慢地将A向上提升距离L1时，B刚要离开地面。若将A加速向上拉起。B刚要离开地面时，A上升的距离为L2，假设弹簧一直在弹性限度范围内，则( B )
A．L1＝L2＝ B．L1＝L2＝
C．L1＝，L2>L1 D．L1＝，L2>L1
B 解析：无论A怎样运动，B刚要离地时弹簧弹力等于B的重力，弹簧的变化量相等，刚开始时弹簧的压缩量为x＝，当B刚要运动时弹簧的伸长量为x′＝，所以两次A上升的位移相同L1＝L2＝，故选B。
5 如图所示，球A在斜面上，被竖直挡板挡住而处于静止状态，关于球A所受的弹力，以下说法正确的是( C )
A．球A仅受一个弹力作用，弹力的方向垂直斜面向上
B．球A受两个弹力作用，一个水平向左，一个垂直斜面向下
C．球A受两个弹力作用，一个水平向右， 一个垂直斜面向上
D．球A受三个弹力作用，一个水平向右，一个垂直斜面向上，一个竖直向下
C 解析：假设竖直挡板对球A无弹力作用，撤去竖直挡板，球A不能保持静止状态，故假设不成立，竖直挡板对球A有弹力作用，方向水平向右；假设斜面对球A无弹力作用，撤去斜面，球A不能保持静止状态，故假设不成立，斜面对球A有弹力作用，方向垂直斜面向上。故C正确。
6 ．(2021·福建福州市高一期末)如图甲、乙所示，这两个实验装置共同的物理思想方法的是( D )
A．极限法 B．等效替代法
C．理想化模型 D．放大法
D 解析：这两个实验装置都是将微小物理量放大，共同的物理方法是放大法，故选D。
7．在下列情况下，一个物体所受的重力要发生变化的是( A )
A．把物体从赤道拿到南极
B．把物体放到加速上升的电梯里
C．把物体放到水里
D．用一个气球使物体悬浮在屋子内
A 解析：把物体从赤道拿到南极，重力加速度变大，则重力变大，选项A正确；把物体放到加速上升的电梯里，重力不变，选项B错误；把物体放到水里，重力不变，选项C错误；用一个气球使物体悬浮在屋子内，重力不变，选项D错误。
8． 如图所示，足球运动员准备罚点球时，一脚用力踩在足球上面，让足球保持静止。下列说法正确的是( D )
A．静止的足球受到竖直向下的合力
B．如果足球气打得足一点，足球可能不发生形变
C．脚对足球的压力是由于足球的上部发生弹性形变引起的
D．足球对地面的压力是由于足球的下部发生弹性形变引起的
D 解析：静止的足球受到的受力平衡，合力为零，A错误；如果足球气打得足一点，足球仍然发生形变， B错误；脚对足球的压力是脚的下部发生弹性形变引起的，C错误；足球对地面的压力是由于足球的下部发生弹性形变引起的，D正确。
9． 下面图中，静止的小球m分别与两个物体(或面)接触，设各接触面光滑，A受到两个弹力的是( BC )
BC 解析：物体A受到的绳的拉力与重力是一对平衡力，由于A与斜面没有发生弹性形变，则A与斜面之间没有弹力，物体只受一个弹力作用，故A不符合题意；在水平力F的作用下，物体A与两个接触面都发生了弹性形变，均受到两个接触面的弹力，故B符合题意；物体A受绳的拉力和斜面的支持力，这2个力都属于弹力，故C符合题意；物体A受到水平面的支持力是弹力，这个力和重力是一对平衡力，由于A与竖直侧面没有发生弹性形变，没有弹力产生，只受到一个弹力作用，故D不符合题意。
10． 如下图所示，一匀质木棒，搁置于台阶上保持静止，关于木棒所受的弹力的示意图中正确的是( D )
D 解析：弹力方向总是与接触面垂直并指向被支持物的。匀质木棒与地面接触时接触面为地面，弹力垂直地面向上，与台阶接触时，接触面为木棒，弹力垂直于棒指向上。所以ABC错误，D正确。
11． 如图所示，轻弹簧的两端各受20 N拉力F作用，弹簧平衡时伸长了5 cm(在弹性限度内)。下列说法正确的是( A )
A．该弹簧的劲度系数k＝400 N/m
B．根据公式k＝，弹簧的劲度系数k会随弹簧弹力F的增大而增大
C．弹簧所受的合力为20 N
D．若将该弹簧的左端固定，只在右端施加20 N的拉力，则稳定后弹簧伸长2.5cm
A 解析：根据胡克定律得k＝＝ N/m＝400 N/m，A正确；弹簧的劲度系数只有弹簧本身有关，与受力无关。B错误；弹簧所受到的合力为零。C错误；若将该弹簧的左端固定，只在右端施加20 N的拉力，则稳定后弹簧伸长5 cm。因为弹簧的受力与原来一样，所以伸长一样，D错误。
12． 静止的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球，如图所示，小球下方与一光滑斜面接触。关于小球的受力，下列说法正确的是( A )
A．细线对它一定有拉力作用
B．细线可能对它没有拉力作用
C．斜面对它可能有支持力作用
D．斜面对它一定有支持力作用
A 解析：小球静止时合力为零，先分析小球肯定受到的力：重力再用假设法分析斜面对球有无支持力。若细线对小球没有拉力作用，则小球受到重力和斜面的支持力，二力合力不为零，不能保持静止状态，故细线对小球一定有拉力作用，A正确，B错误；若斜面对小球有支持力作用，则小球受到竖直向下的重力，绳子的拉力，和垂直斜面的支持力，小球的合力不为零，不能保持静止状态，故斜面对小球没有力的作用，CD错误。
13. 玩具汽车停在模型桥面上，如图所示，下列说法正确的是( C )
A．桥面受向下的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变
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
C 解析：汽车与桥面相互挤压都发生了形变，B错误；由于桥面发生弹性形变，所以对汽车有向上的弹力，C正确，D错误；由于汽车发生了形变，所以对桥面产生向下的压力，A错误。
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高中物理必修一素养提升学案
第三章 相互作用
第1节 重力和弹力
【课标解读】
1.理解重力及重心的概念，会用二力平衡知识确定重心.
2.知道弹力的定义及产生的条件，知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向.
3.掌握胡克定律，并能解决相关问题．
【核心素养】
物理观念：理解力、重力和弹力，形成运动和力的观念。
科学思维：通过具体实例的分析、练习，历经抽象概括，知道弹力的产生条件。
科学探究：通过探究的过程，让学生体会基于事实证据和科学推理，掌握分析弹力的方向的科学研究方法。
科学态度与责任：体会胡克定律的应用，渗透辩证唯物主义世界观。
【思维脉络】
【新课讲解】
知识点 1 重力
1．定义：由于__地球的吸引__而使物体受到的力。
2．方向：__竖直向下__。
3．大小：G＝__mg__,_g是自由落体加速度。
4．作用点——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__质量分布__；②物体的__形状__。
(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。如薄板状物体的重心位置可以通过__悬挂__法来确定。
注意：g的单位既可以是N/kg，又可以是m/s2，而且1 N/kg＝1 m/s2。
知识点 2 力的图示和示意图
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方向和作用点，不需要准确标度力的大小。
知识点 3 弹力
1．形变与弹性形变
(1)形变：物体在力的作用下__形状或体积__发生改变，叫作形变。
(2)弹性形变：有些物体在形变后能够__恢复原状__，这种形变叫作弹性形变。
2．弹力
(1)概念：发生__形变__的物体，由于要恢复__原状__，对与它__接触的__物体产生力的作用，这种力叫作弹力。
(2)弹性限度：当形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体__不能完全恢复原来的形状__，这个限度叫弹性限度。
注意：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。
知识点 4 胡克定律
1．内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟__弹簧伸长(或缩短)的长度x__成正比。
2．表达式：F＝__kx__，其中k为弹簧的__劲度系数__，单位：牛顿每米，符号__ N/m__，它的大小反映了弹簧的软硬程度。
【互动探究】
探究一 重力和重心
情景导入
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：物体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的原理，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。
要点提炼
1．重力的概念：由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。
(1)地球上的物体都受到重力作用，不管质量大小，也不论有无生命，凡是由分子、原子构成的物体皆受重力作用。
(2)重力是由于地球的吸引而产生的，但重力的大小不一定等于地球对物体的吸引力，重力一般小于地球对物体的吸引力。在有的情况下，认为物体所受的重力与地球对物体的吸引力大小相等，原因是两者相差很小。
(3)重力是非接触力。
(4)重力的施力物体是地球。
2．重力的测量：在实验室里，重力的大小可以用测力计测量；工业上用电子吊秤可以称更重的物体。
测量原理：二力平衡时，两个力大小相等。
测量条件：物体处于静止或匀速直线运动时。
测量方法：用测力计将待测物体悬挂起来处于静止状态，测力计的读数在数值上等于重力的大小。
3．重力的大小：由于G＝mg，在同一地点，重力的大小与质量成正比；在不同地点，如从两极到赤道或离地面越高，g值均减小，从而使同一物体的重力也有所不同；物体的重力与其运动状态无关。
4．重力的方向：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。
注意：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。只有在两极或赤道时，重力的方向才“指向地心”(将在必修第二册中进行详解)。
【特别提醒】．重力的大小与物体的运动状态及放置方式无关，只与重力加速度g有关。
5．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)重心与物体形状、质量分布情况的关系
(4)对薄板类物体，可用支撑法或悬挂法来确定重心。
如图所示，C点即为物体的重心，但该方法仅适用于薄板状物体。
【温馨提示】
关于重心理解的三点注意：
(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。重心的位置可能在物体上，也可以不在物体上。
探究二 力的图示与力的示意图
情境导入
甲、乙描述的是“小明”拉车的情景。
试分析：(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，不易作图。所以选取标度时应根据力的大小合理设计。
要点提炼
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
作图步骤 力的图示 力的示意图
选标度 选定标度(用某一长度表示多少牛的力) 无需选标度
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线段即可
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
特别提醒
(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。
【方法归纳】
画力的图示思路引导：
→→→→→→
思维升华：力的图示的“四定三标”
(1)四定：做力的图示要定作用点、作用线、比例标度、线的长度。
(2)三标：做力的图示要标力的方向、力的数值、力的符号。
探究三 弹力的有无和方向的判断
情境导入
1. 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：①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)。②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)。
2．弹性形变（如图），请说出或写出两种形变的不同。
(1)形变：物体在力的作用下形状或体积会发生改变。
弹性形变：物体在形变后撤去作用力时恢复原状，举例：弹簧。
非弹性形变：物体在形变后撤去作用力时不能恢复原状，举例：橡皮泥。
(2)弹性限度：当形变超过一定的限度，撤去作用力后物体不能完全恢复原状，这个限度叫弹性限度。
要点提炼
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．判断弹力有无的常见方法：
(1)直接判定：对于发生明显形变的物体(如弹簧、橡皮条等)，可根据弹力产生的条件由形变直接判断。
(2)对于形变不明显的情况，通常用以下方法来判定：
a．假设法：假设将与研究对象接触的物体撤去，判断研究对象的运动状态是否发生改变，若运动状态不变，则此处可能不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力。
b．替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能不能维持原来的力学状态。如将侧壁、斜面用海绵来替换，将硬杆用轻弹簧(橡皮条)或细绳来替换。
c．状态法：因为物体的受力必须与物体的运动状态相吻合，所以可以依据物体的运动状态由相应的规律(如二力平衡知识等)来判断物体间的弹力。
特别提醒
接触的物体间不一定存在弹力，但两物体间若有弹力，则它们一定接触。
3．弹力的方向：
(1)弹力的方向总与引起物体形变的外力方向相反，与施力物体恢复原状的方向相同。
(2)常见的三种接触方式
类型 方向 图示
接触方式 面与面 垂直公共接触面
点与面 过点垂直于面
点与点 垂直于切面
(3)常见三类弹力的方向
类型 方向 图示
轻绳 沿绳收缩方向
轻弹簧 沿弹簧形变的反方向
特别提醒
(1)压力、支持力的方向都垂直于接触面，确定它们方向的关键是找准它们的接触面或接触点的切面。
(2)轻杆的弹力方向具有不确定性，一般要根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向。
思维升华：弹力的方向
(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。
探究四? 胡克定律
情境导入_
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。
试分析：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？
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(l1－l0)，图丙中弹簧压缩量为(l0－l2)，所以F＝k(l1－l0)，F′＝k(l0－l2)。
要点提炼
1．胡克定律F＝kx的理解
(1)x是弹簧的形变量，而不是弹簧形变后的长度。
(2)k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和伸长量x无关。
2．F－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。
3．胡克定律的推论：ΔF＝kΔx。弹簧弹力的变化量ΔF跟弹簧形变量的变化量Δx成正比。
4．胡克定律的适用条件：弹簧在弹性限度内发生形变。
5．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。
针对性训练
1. 杂技演员有高超的技术，如图所示，能轻松地顶住从高处落下的坛子，关于他顶坛时头顶受到的压力产生的直接原因是( A )
A．坛的形变
B．头的形变
C．物体受到的重力
D．人受到的重力
A 解析：头顶受到的压力的施力物体是坛子，受力物体是头顶，它产生的直接原因是坛的形变，间接原因是物体受到的重力，A项正确。
2 请在下图中画出物体A所受的弹力示意图。
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，故弹力方向必通过球心，与重心位置无关。
它们所受弹力的示意图如图所示：
3 如图所示，弹簧的劲度系数为k，小球重力为G，平衡时球在A位置。现用力将小球向下拉，使弹簧又伸长x至B位置，若仍在弹性限度内，则此时弹簧的弹力大小为( C )
A．kx B．G－kx
C．kx＋G D．以上都不对
C 解析：球在A位置时弹簧已经伸长了(令它为Δx)，这样有FB＝k(Δx＋x)＝k·Δx＋kx，因球在A位置平衡，即G＝k·Δx，所以FB＝G＋kx，故C正确。
4． 如图所示，质量均为m，物体A、B通过一劲度系数为k的轻质弹簧相连，开始时B放在地面上，A、B都处于静止状态。现通过细绳缓慢地将A向上提升距离L1时，B刚要离开地面。若将A加速向上拉起。B刚要离开地面时，A上升的距离为L2，假设弹簧一直在弹性限度范围内，则( B )
A．L1＝L2＝ B．L1＝L2＝
C．L1＝，L2>L1 D．L1＝，L2>L1
B 解析：无论A怎样运动，B刚要离地时弹簧弹力等于B的重力，弹簧的变化量相等，刚开始时弹簧的压缩量为x＝，当B刚要运动时弹簧的伸长量为x′＝，所以两次A上升的位移相同L1＝L2＝，故选B。
5 如图所示，球A在斜面上，被竖直挡板挡住而处于静止状态，关于球A所受的弹力，以下说法正确的是( C )
A．球A仅受一个弹力作用，弹力的方向垂直斜面向上
B．球A受两个弹力作用，一个水平向左，一个垂直斜面向下
C．球A受两个弹力作用，一个水平向右， 一个垂直斜面向上
D．球A受三个弹力作用，一个水平向右，一个垂直斜面向上，一个竖直向下
C 解析：假设竖直挡板对球A无弹力作用，撤去竖直挡板，球A不能保持静止状态，故假设不成立，竖直挡板对球A有弹力作用，方向水平向右；假设斜面对球A无弹力作用，撤去斜面，球A不能保持静止状态，故假设不成立，斜面对球A有弹力作用，方向垂直斜面向上。故C正确。
6 ．(2021·福建福州市高一期末)如图甲、乙所示，这两个实验装置共同的物理思想方法的是( D )
A．极限法 B．等效替代法
C．理想化模型 D．放大法
D 解析：这两个实验装置都是将微小物理量放大，共同的物理方法是放大法，故选D。
7．在下列情况下，一个物体所受的重力要发生变化的是( A )
A．把物体从赤道拿到南极
B．把物体放到加速上升的电梯里
C．把物体放到水里
D．用一个气球使物体悬浮在屋子内
A 解析：把物体从赤道拿到南极，重力加速度变大，则重力变大，选项A正确；把物体放到加速上升的电梯里，重力不变，选项B错误；把物体放到水里，重力不变，选项C错误；用一个气球使物体悬浮在屋子内，重力不变，选项D错误。
8． 如图所示，足球运动员准备罚点球时，一脚用力踩在足球上面，让足球保持静止。下列说法正确的是( D )
A．静止的足球受到竖直向下的合力
B．如果足球气打得足一点，足球可能不发生形变
C．脚对足球的压力是由于足球的上部发生弹性形变引起的
D．足球对地面的压力是由于足球的下部发生弹性形变引起的
D 解析：静止的足球受到的受力平衡，合力为零，A错误；如果足球气打得足一点，足球仍然发生形变， B错误；脚对足球的压力是脚的下部发生弹性形变引起的，C错误；足球对地面的压力是由于足球的下部发生弹性形变引起的，D正确。
9． 下面图中，静止的小球m分别与两个物体(或面)接触，设各接触面光滑，A受到两个弹力的是( BC )
BC 解析：物体A受到的绳的拉力与重力是一对平衡力，由于A与斜面没有发生弹性形变，则A与斜面之间没有弹力，物体只受一个弹力作用，故A不符合题意；在水平力F的作用下，物体A与两个接触面都发生了弹性形变，均受到两个接触面的弹力，故B符合题意；物体A受绳的拉力和斜面的支持力，这2个力都属于弹力，故C符合题意；物体A受到水平面的支持力是弹力，这个力和重力是一对平衡力，由于A与竖直侧面没有发生弹性形变，没有弹力产生，只受到一个弹力作用，故D不符合题意。
10． 如下图所示，一匀质木棒，搁置于台阶上保持静止，关于木棒所受的弹力的示意图中正确的是( D )
D 解析：弹力方向总是与接触面垂直并指向被支持物的。匀质木棒与地面接触时接触面为地面，弹力垂直地面向上，与台阶接触时，接触面为木棒，弹力垂直于棒指向上。所以ABC错误，D正确。
11． 如图所示，轻弹簧的两端各受20 N拉力F作用，弹簧平衡时伸长了5 cm(在弹性限度内)。下列说法正确的是( A )
A．该弹簧的劲度系数k＝400 N/m
B．根据公式k＝，弹簧的劲度系数k会随弹簧弹力F的增大而增大
C．弹簧所受的合力为20 N
D．若将该弹簧的左端固定，只在右端施加20 N的拉力，则稳定后弹簧伸长2.5cm
A 解析：根据胡克定律得k＝＝ N/m＝400 N/m，A正确；弹簧的劲度系数只有弹簧本身有关，与受力无关。B错误；弹簧所受到的合力为零。C错误；若将该弹簧的左端固定，只在右端施加20 N的拉力，则稳定后弹簧伸长5 cm。因为弹簧的受力与原来一样，所以伸长一样，D错误。
12． 静止的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球，如图所示，小球下方与一光滑斜面接触。关于小球的受力，下列说法正确的是( A )
A．细线对它一定有拉力作用
B．细线可能对它没有拉力作用
C．斜面对它可能有支持力作用
D．斜面对它一定有支持力作用
A 解析：小球静止时合力为零，先分析小球肯定受到的力：重力再用假设法分析斜面对球有无支持力。若细线对小球没有拉力作用，则小球受到重力和斜面的支持力，二力合力不为零，不能保持静止状态，故细线对小球一定有拉力作用，A正确，B错误；若斜面对小球有支持力作用，则小球受到竖直向下的重力，绳子的拉力，和垂直斜面的支持力，小球的合力不为零，不能保持静止状态，故斜面对小球没有力的作用，CD错误。
13. 玩具汽车停在模型桥面上，如图所示，下列说法正确的是( C )
A．桥面受向下的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变
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
C 解析：汽车与桥面相互挤压都发生了形变，B错误；由于桥面发生弹性形变，所以对汽车有向上的弹力，C正确，D错误；由于汽车发生了形变，所以对桥面产生向下的压力，A错误。
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