3.1 重力与弹力 教案-高中物理人教版必修第一册

届高考物理一轮复习重力、弹力教案（含解析）沪科版考点内容要求命题规律复习策略形变、弹性、胡克定律Ⅰ(1)弹力和摩擦力的考查，特别注意弹簧弹力和杆上的弹力及静摩擦力；(2)受力分析及力的运算作为一种分析物理问题的工具，贯穿高考考查的大部分内容和考题；(3)力的合成与分解；(4)共点力作用下物体的平衡，如动态平衡、极值求解等(1)特别注意弹力、摩擦力的大小和方向的判断，尤其重视“弹簧模型”；(2)注意解决共点力平衡的常用方法，如正交分解法、力的三角形法等；(3)注意与牛顿运动定律、功和能、电磁学等知识的结合；(4)注意与社会生产、生活和现代科技的结合滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力Ⅰ矢量和标量Ⅰ力的合成和分解Ⅱ共点力的平衡Ⅱ实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系实验三：验证力的平行四边形定则第1课时 重力、弹力[知识梳理]知识点一、重力1．产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。2．大小：与物体的质量成正比，即G＝mg。可用弹簧测力计测量重力。3．方向：总是竖直向下的。4．重心：其位置与物体的质量分布和形状有关。5．重心位置的确定质量分布均匀的规则物体，重心在其几何中心；对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板，重心可用悬挂法确定。知识点二、形变、弹性、胡克定律1．形变物体在力的作用下形状或体积的变化叫形变。2．弹性 (1)弹性形变：有些物体在形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变。(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。3．弹力(1)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力。(2)产生条件物体相互接触且发生弹性形变。(3)方向：弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反。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。①k是弹簧的劲度系数，单位为N/m；k的大小由弹簧自身性质决定。②x是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度。思维深化判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)重力的方向竖直向下，但不一定与接触面垂直。(  )(2)物体所受弹力方向与自身形变的方向相同。(  )(3)桌面上的物体对桌面的压力就是物体受到的重力。(  )(4)并不是所有由形变产生的弹力都遵循胡克定律。(  )答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)√[题组自测]题组一 对重力、重心的理解1．下列关于重力和重心的说法正确的是(  )A．物体所受的重力就是地球对物体产生的吸引力B．重力的方向总是指向地心C．用细线将重物悬挂起来，静止时物体的重心一定在悬线所在的直线上D．重心就是物体所受重力的等效作用点，故重心一定在物体上解析 重心是由于地球的吸引而产生的，但不是地球的吸引力，A错；重力的方向竖直向下，B错；由平衡条件可知，细线拉力和重力平衡，重心在重力作用线上，C对；重心位置跟物体的形状、质量分布有关，是重力的等效作用点，但不一定在物体上，如球壳，其重心就不在球壳上，D错。答案 C题组二 对弹力的理解及方向的判断 2．足球运动是目前全球体育界最具影响力的运动项目之一，深受青少年喜爱。如图1所示为四种与足球有关的情景，下列说法正确的是(  )图1A．图甲中，静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力B．图乙中，静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力C．图丙中，即将被踢起的足球一定不受重力的作用D．图丁中，落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变解析 甲图中，足球受到的弹力是地球给它的支持力，所以A错误；乙图中，以其中一个足球为研究对象分析受力可知，它受到竖直方向的重力和地面的支持力，水平方向上不受力，不然的话就无法保持平衡状态，所以B错误；丙图中，踩在脚下且静止的足球一定受重力、地面的支持力、可能受脚对足球的压力，所以C错误；丁图中，进球时，足球撞到网上，球网被撑开，说明力使物体发生形变，球网发生形变后要恢重原状而产生一个对足球的弹力作用，所以D正确。答案 D3．如图2所示，一倾角为45°的斜面固定于墙角，为使一光滑且质量分布均匀的铁球静止，需加一水平力F，且F通过球心，下列说法正确的是(  )图2A．球一定受墙水平向左的弹力B．球可能受墙水平向左的弹力C．球一定受斜面竖直向上的弹力D．球不一定受斜面的弹力作用解析 F的大小合适时，球可以不受墙的作用力，F增大时墙才会对球有弹力，所以选项A错误，选项B正确；斜面对球必须有斜向上的弹力才能使球不下落，该弹力方向垂直于斜面，选项C、D错误。答案 B题组三 胡克定律的应用4．一根轻质弹簧，当它上端固定、下端悬挂重为G的物体时，长度为L1；当它下端固定在水平地面上，上端压一重为G的物体时，其长度为L2，则它的劲度系数是(  ) A.B.C.D.解析 设弹簧原长为L0，由胡克定律知，G＝k(L1－L0)，G＝k(L0－L2)，联立可得k＝，D对。答案 D5．(多选)(·甘肃省五市联考)如图3所示，放在水平地面上的质量为m的物体，与地面的动摩擦因数为μ，在劲度系数为k的轻弹簧作用下沿地面做匀速直线运动。弹簧没有超出弹性限度，则(  )图3A．弹簧的伸长量为B．弹簧的伸长量为C．物体受到的支持力与它对地面的压力是一对平衡力D．弹簧对物体的弹力与物体受到的摩擦力是一对平衡力解析 由平衡条件，kx＝μmg，解得弹簧的伸长量为x＝，选项A错误，B正确。物体受到的支持力与它对地面的压力是一对作用力与反作用力，选项C错误。弹簧对物体的弹力与物体受到的摩擦力是一对平衡力，选项D正确。答案 BD考点一 弹力的有无及方向的判断1．弹力有无的判断“三法”(1)条件法：根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力。此方法多用来判断形变较明显的情况。(2)假设法：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，若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定有弹力。(3)状态法：根据物体的运动状态，利用牛顿第二定律或`共点力平衡条件判断弹力是否存在。2．弹力方向的判断方法(1)根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断。 (2)根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向。【例1】 画出图4中物体A受力的示意图。图4答案 常见的弹力方向 【变式训练】1．在半球形光滑碗内斜搁一根筷子，如图5所示，筷子与碗的接触点分别为A、B，则碗对筷子A、B两点处的作用力方向分别为(  )图5A．均竖直向上B．均指向球心OC．A点处指向球心O，B点处竖直向上D．A点处指向球心O，B点处垂直于筷子斜向上解析 碗对筷子A、B两点处的作用力属于弹力，而接触的弹力总是垂直于接触面，因而寻找接触面便成为确定弹力方向的关键。在A点处，当筷子滑动时，筷子与碗的接触点在碗的内表面(半球面)上滑动，所以在A点处的接触面是球面在该点的切面，此处的弹力与切面垂直，即指向球心O。在B点处，当筷子滑动时，筷子与碗的接触点在筷子的下表面上滑动，所以在B点处的接触面与筷子平行，此处的弹力垂直于筷子斜向上。故选项D正确。答案 D考点二 弹力的分析与计算 首先分析物体的运动情况，然后根据物体的运动状态，利用共点力的平衡条件或牛顿第二定律求弹力。【例2】 (多选)如图6所示，位于水平面上的小车，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆的下端固定有质量为m的小球。下列关于杆对球的作用力N的判断中，正确的是(  )图6A．小车静止时，N＝mgsinθ，方向沿杆向上B．小车静止时，N＝mgcosθ，方向垂直于杆向上C．小车向右做匀速运动时，一定有N＝mg，方向竖直向上D．小车向右做匀加速运动时，一定有N>mg，方向可能沿杆向上(1)审题关键词：固定支架。(2)思路分析：杆发生微小弹性形变杆上的弹力方向具有多种可能性需借助相关物体的运动状态来判断(不能直接判断)。解析 小球受重力和杆的作用力N，处于静止或匀速运动状态时，由力的平衡条件知，二力必等大反向，有N＝mg，方向竖直向上。小车向右做匀加速运动时，小球有向右的恒定加速度，根据牛顿第二定律知，mg和N的合力应水平向右，如图所示，由图可知，N>mg，方向可能沿杆向上。故选项C、D正确。答案 CD轻绳、轻杆类弹力的方向(1)轻绳对物体的弹力方向沿绳收缩的方向；(2)轻杆弹力的方向不一定沿杆的方向。①端点铰链连接：弹力方向沿杆的方向；②固定连接：弹力方向可以沿任意方向，由端点物体所受其他力的合力及物体的状态判断。【变式训练】2．如图7所示，杆BC的B端用铰链固定在竖直墙上，另一端C为一滑轮。重物G上系一绳经过滑轮固定于墙上A点处，杆恰好平衡。若将绳的A端沿墙缓慢向下移(BC杆、滑轮、绳的质量及摩擦均不计)，则(  ) 图7A．绳的拉力增大，BC杆受绳的压力增大B．绳的拉力不变，BC杆受绳的压力增大C．绳的拉力不变，BC杆受绳的压力减小D．绳的拉力不变，BC杆受绳的压力不变解析 选取绳子与滑轮的接触点为研究对象，对其受力分析，如图所示。绳中的弹力大小相等，即T1＝T2＝G，C点处于三力平衡状态，将三个力的示意图平移可以组成闭合三角形，如图中虚线所示，设AC段绳子与竖直墙壁间的夹角为θ，则根据几何知识可知N＝2Gsin，当绳的A端沿墙缓慢向下移时，绳的拉力不变，θ增大，N也增大，根据牛顿第三定律知，BC杆受绳的压力增大，B正确。答案 B考点三 胡克定律的应用【例3】 如图8所示，两个弹簧的质量不计，劲度系数分别为k1、k2，它们一端固定在质量为m的物体上，另一端分别固定在Q、P上，当物体平衡时上面的弹簧处于原长，若把固定的物体换为质量为2m的物体(弹簧的长度不变，且弹簧均在弹性限度内)，当物体再次平衡时，物体比第一次平衡时的位置下降了x，则x为(  )图8A.B.C.D.解析 物体质量为m时，上面的弹簧处于原长，由于物体处于平衡状态，下面的弹簧一定对物体有向上的支持力，因此下面的弹簧被压缩x1，由平衡条件得k1x1－mg＝0。换成质量为2m的物体后，下面的弹簧将进一步压缩x，同时上面的弹簧被拉伸x，平衡时有k1(x1＋x)＋k2x －2mg＝0，联立解得x＝。答案 A弹簧类弹力的计算要点是弹簧形变量的确定。思维程序为：(1)恢复弹簧的原长确定弹簧处于原长时端点的位置；(2)判断弹簧的形变形式和形变量：从弹簧端点的实际位置与弹簧处于原长时端点的位置对比判断弹簧的形变形式和形变量x，并由形变形式判断弹力的方向；(3)由胡克定律计算弹力的大小。【变式训练】3．如图9所示，四个完全相同的弹簧都处于水平位置，它们的右端受到大小皆为F的拉力作用，而左端的情况各不相同：①弹簧的左端固定在墙上；②弹簧的左端受大小也为F的拉力作用；③弹簧的左端拴一小物块，物块在光滑的桌面上滑动；④弹簧的左端拴一小物块，物块在有摩擦的桌面上滑动。若认为弹簧质量都为零，以L1、L2、L3、L4依次表示四个弹簧的伸长量，则有(  )图9A．L2>L1B．L4>L3C．L1>L3D．L2＝L4解析 弹簧伸长量由弹簧的弹力(F弹)大小决定。由于弹簧质量不计，这四种情况下，F弹都等于弹簧右端拉力F，因而弹簧伸长量均相同，故选D项。答案 D