高中物理人教版必修第一册3.1 重力与弹力 教案

第一章力物体的平衡第1课时力重力与弹力考点自清一、力力的概念力是物体之间的，一个物体受到力的作用，一定有另外的物体施加这种作用，脱离物体的力是不存在的.力的四种属性、物质性、和独立时性.和物质性反映力不能离开物体而独立存在；矢量性强调力是有方向的量；独立性是说一个力对某物体的作用效果与该物体是否受其它力无关相互作用相互性矢量性相互性 性质相同的力，效果可以相同，也可以不同；效果相同的力，性质可以相同，也可以不同.力的效果使受力的物体，或者使物体力的分类①按性质命名的力，如等；②按效果命名的力，如等力的单位，用N表示运动状态发生改变重力、弹力、摩擦力、电场力、磁场力支持力、压力、拉力、浮力、动力、阻力牛顿注意发生形变 二、重力1.产生：重力是由于的吸引而使物体受到的力.2.大小：（1）重力和质量的关系为.(2)重力在数值上等于静止时物体对的压力或者对的拉力.3.方向:重力的方向，但不一定指向地心.（1）重力的方向总是与当地的水平面垂直，不同地方水平面不同，其垂直水平面向下的方向也就不同.(2)重力的方向不一定指向地心.G=mg水平支持面悬绳始终竖直向下注意地球 三、弹力1.产生：弹力是由于物体发生而产生的.2.产生条件：（1）；（2）.3.方向：与受力物体形变的方向（选填“相同”或“相反”）；与施力物体恢复形变的方向（选填“相同”或“相反”）.4.胡克定律：（1）内容：在弹簧的弹性限度内，弹簧的弹力与弹簧伸长或压缩的长度成.(2)公式：F=kx;k是弹簧的劲度系数，由弹簧本身决定.弹性形变与其他物体接触发生弹性形变相同相同正比 热点一重力的理解1.重力的产生（1）地球附近的任何物体都受重力作用.(2)重力是由于地球对物体的吸引而产生的，但不能说重力就是地球对物体的吸引力.由于地球的自转，地球对物体的引力除产生重力之外，还要提供物体随地球自转所需要的向心力，如图1所示，因此，重力是万有引力的一个分力.图1热点聚焦 （3）重力的施力物体是地球，并且物体对地球也有力的作用.2.重力的大小（1）物体在地球上不同的纬度处随地球自转所需的向心力大小不同，重力大小也不同.两极处，物体所受重力最大，大小等于万有引力；赤道上，物体所受重力最小，重力的大小等于万有引力与物体随地球自转所需的向心力之差.(2)一般情况下，可不考虑地球的自转效应，近似地认为重力等于万有引力. (3)重力的大小可用测力计测出，物体的重力在数值上等于物体静止时对水平支持面的压力或对竖直悬绳的拉力，但不能说重力就是压力或拉力，这是两种不同性质的力.3.对重心的理解重心是物体各部分所受重力的等效作用点，不一定在物体上，与形状及质量分布有关，与物体的位置、放置状态及运动状态无关.有规则几何形状的质量分布均匀的物体，它的重心位置在它的几何中心. 热点二弹力的有无及方向的判断1.弹力有无的判断（1）直接判定对于形变较明显的情况，由形变情况直接判断.（2）利用“假设法”判断对于形变不明显的情况，可假设与研究对象接触的物体间没有弹力，判断研究对象的运动状态是否发生改变.若运动状态不变，则此处不存在弹力，若运动状态改变，则此处存在弹力. 例如：如图2所示，有一球放在光滑水平面AC上，并和光滑斜面AB接触，球静止.分析球所受的弹力.可用“假设法”，即假设去掉AB面，因球仍然能够保持原来的静止状态，则可以判断出在球与AB面的接触处没有弹力；假设去掉AC面，则球将向下运动，故在与AC面的接触处受到弹力，其方向垂直于AC面向上.(3)根据物体所处的运动状态判断物体的受力必须和物体的运动状态符合，依据物体的运动状态，由二力平衡（或牛顿第二定律）列方程求解.这可以作为判断某个接触面上弹力是否存在的依据.图2 例如:如图3所示,小球A在车厢内随车厢一起向右运动,可根据小球的运动状态分析车厢后壁对球A的弹力的情况.①若车厢和小球做匀速直线运动,则小球A受力平衡,所以后车厢对小球无弹力.②若车厢和小球向右做加速运动,则由牛顿第二定律可知,后车厢壁对小球的弹力水平向右.图3 2.弹力方向的判断(1)根据物体发生形变的方向判断弹力的方向与施力物体发生形变的方向相反,与自身(受力物体)发生形变的方向相同.(2)根据物体的运动状态判断由状态分析弹力,即物体的受力必须与物体的运动状态相符合,依据物体的运动状态,由共点力的平衡条件或牛顿第二定律列方程,确定弹力的方向.(3)几种常见模型中弹力方向的确定 弹力弹力的方向弹簧两端的弹力与弹簧测力计中心轴线重合,指向弹簧恢复原状的方向轻绳的弹力沿绳指向绳收缩的方向面与面接触的弹力垂直于接触面指向受力物体点与面接触的弹力过接触点垂直于接触面(或者接触面的切面)指向受力物体球与面接触的弹力在接触点与球心连线上,指向受力物体 名师点拨1.绳只能产生拉力,不能产生支持力,且轻绳弹力的方向一定沿绳指向绳收缩的方向.2.杆既能产生拉力,也能产生支持力,弹力的方向可能沿杆,也可能不沿杆.球与球接触的弹力垂直于过接触点的公切面,而指向受力物体杆的弹力可能沿杆,也可能不沿杆,必须具体情况具体分析 题型探究题型1有关重心的分析病人在医院里输液时,液体一滴滴从玻璃瓶中滴下,在液体不断滴下的过程中,玻璃瓶连同瓶中液体共同的重心将()A.一直下降B.一直上升C.先降后升D.先升后降盛满液体的玻璃瓶,重心在什么位置?随着液体的滴出,液体和玻璃瓶这一整体的重心怎样变化?液体滴完时呢?解析当瓶中盛满液体时,重心在瓶的中部,随着液体的滴出,重心下降;当瓶中液面下降到某一位置后,重心又开始上升,当液体滴完时,重心又上升到原来的位置.思路点拨C 规律总结重心相对于物体的位置与物体的形状和质量分布有关,质量分布均匀且有规则几何形状的物体,其重心就在其几何中心,但不一定在物体上.本题找准重心的初末位置及初始阶段重心位置的变化即可. 题型2弹力方向的判定如图4(a)所示,轻绳AD跨过固定的水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为M1的物体,∠ACB=30°;图4(b)中轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上,另一端G通过细绳EG拉住,EG与水平方向也成30°,轻杆的G点用细绳GF拉住一个质量为M2的物体,求:图4 (1)轻绳AC段的张力FTAC与细绳EG的张力FTEG之比;(2)轻杆BC对C端的支持力;(3)轻杆HG对G端的支持力.（1）绳AC、CD上的拉力大小相同吗?绳EG、GF上的拉力大小相同吗?（2）杆BC、HG的弹力方向是否沿杆?为什么?解析题图(a)和(b)中的两个物体M1、M2都处于平衡状态,根据平衡的条件,首先判断与物体相连的细绳,其拉力大小等于物体的重力;分别取C点和G点为研究对象,进行受力分析如下图（a）和（b）所示,根据平衡规律可求解.思路点拨 (1)图(a)中轻绳AD跨过定滑轮拉住质量为M1的物体,物体处于平衡状态,轻绳AC段的拉力FTAC=FTCD=M1g，图(b)中由于FTEGsin30°=M2g得FTEG=2M2g,所以FTAC/FTEG=M1/2M2. (2)图(a)中,根据平衡规律,得FNC=FT=M1g,方向和水平方向成30°,指向斜右上方.(3)图(b)中,根据平衡方程有FTEGsin30°=M2g，FTEGcos30°=FNG所以FNG=M2gcot30°=M2g,方向水平向右.答案(1)M1/2M2(2)M1g,方向和水平方向成30°,指向斜右上方(3)方向水平向右 规律总结力学问题中进行受力分析时,确定弹力的方向是关键.通过本题,可以明确:（1）中间没有打结的轻绳上各处的张力大小都是一样的,如果绳子打结,则以结点为界,不同位置上的张力大小可能是不一样的.（2）杆可分为固定杆和活动杆,固定杆的弹力方向不一定沿杆,弹力方向视具体情况而定,活动杆只能起到“拉”和“推”的作用. 变式练习1如图5所示，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ,在斜杆下端固定有质量为m的小球，下列关于杆对球的弹力F的判断中，正确的是（）A.小车静止时，F=mgcosθ,方向沿杆向上B.小车静止时，F=mgcosθ,方向垂直杆向上C.小车向右以加速度a运动时，一定有F=mg/sinθD.小车向左以加速度a运动时，方向斜向左上方，与竖直方向夹角α=arctan(a/g)图5 解析小车静止时，球处于平衡状态，由物体的平衡条件知F=mg,故A、B项都错误.小车向右以加速度a运动时，设小球受杆的弹力方向与竖直方向的夹角为α.如图甲所示，根据牛顿第二定律有：Fsinα=ma,Fcosα=mg,解得：tanα=a/g故C项错.小车向左以加速度a运动时，如图乙所示.方向斜向左上方，与竖直方向的夹角α=arctan(ma/mg)=arctan(a/g)，故D项是正确的.答案D 题型3弹簧产生的弹力如图6所示,质量为m的物体A放在地面上的竖直轻弹簧B上,且弹簧B分别与地面和物体A相连接.现用细绳跨过定滑轮将物体A与另一轻弹簧C连接,当弹簧C处在水平位置且右端位于a点时它没有发生形变.已知弹簧B和弹簧C的劲度系数分别为k1和k2,不计定滑轮、细绳的质量和摩擦.将弹簧C的右端由a点沿水平方向拉到b点时,弹簧B的弹力变为原来的求a、b两点间的距离.图6 解析开始时B被压缩的长度为x1,有k1x1=mg①当弹簧B的弹力变为且处于压缩状态时的压缩量为x2,则k1x2=②此时弹簧C的形变量x3,有k2x3=③a、b间距为x1-x2+x3=④当弹簧B的弹力为且处于伸长状态时的伸长量为x2′,则k1x2′=⑤此时弹簧C⑥ab间距为：⑦答案 本题共17分，①②③⑤⑥各3分，④⑦各1分。对重力和弹力高考中一般从力的产生条件、力的大小和方向及其性质特征的角度立意命题，对弹力的有无、大小和方向的判断是最近几年高考的热点，有关弹簧问题的综合设计，由于既能考查相关弹力的特点规律，又能够将静力学知识、动力学知识甚至能量知识综合起来考查学生的综合应用知识的能力，所以在高考中出现的几率较大.【评价标准】【名师导析】 自我批阅（16分）如图7所示,原长分别为L1和L2,劲度系数分别为k1和k2的轻质弹簧竖直悬挂在天花板上,两弹簧之间有一质量为m1的物体,最下端挂着质量为m2的另一物体,整个装置处于静止状态.求:(1)这时两弹簧的总长.(2)若用一个质量为M的平板把下面的物体竖直缓慢地向上托起,直到两弹簧的总长度等于两弹簧的原长之和,求这时平板受到下面物体m2的压力.图7 解析(1)设上面弹簧受到的弹力为F1,伸长量为Δx1,下面弹簧受到的弹力为F2,伸长量为Δx2,由物体的平衡及胡克定律有F1=(m1+m2)g（2分）（2分）（2分）所以总长为L=L1+L2+Δx1+Δx2（3分） (2)要使两个弹簧的总长度等于两弹簧原长之和,必须是上面弹簧伸长Δx,下面弹簧缩短Δx.对m2:FN=k2Δx+m2g对m1:m1g=k1Δx+k2Δx答案（2分）（2分）（3分） 素能提升1.关于力的概念,下列说法正确的是()A.没有相互接触的物体间也可能有力的作用B.力是使物体位移增加的原因C.压缩弹簧时,手先给弹簧一个压力而使之压缩,弹簧压缩后再反过来给手一个弹力D.力可以从一个物体传给另一个物体,而不改变其大小解析有相互作用力存在的物体之间不一定是相互接触的，各种场力就是没有相互接触的物体间存在的力的作用,A对.力是改变运动状态的原因,B错.力的作用是相互的、同时的,没有先后顺序,C错.力是物体间的相互作用,不能传递,D错.A 2.如图8所示,将细线的一端系在右手中指上,另一端系上一个重为G的钩码.用一支很轻的铅笔的尾部顶在细线上的某一点,使细线的上段保持水平,笔的尖端置于右手掌心.铅笔与水平细线的夹角为θ,则()A.中指受到的拉力为GsinθB.中指受到的拉力为GcosθC.手心受到的压力为D.手心受到的压力为图8 解析受力分析如右图所示.FNcosθ=FTFNsinθ=FTGFTG=GC正确.答案C 3.一个长度为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11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）（）A.3LB.4LC.5LD.6L解析一根弹簧，挂一个质量为m的小球时，弹簧的总长度变为2L，伸长L，劲度系数k=mg/L，若两个小球如题图示悬挂，则下面的弹簧伸长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C正确.图9C 4.如图10所示,半径为R、内壁光滑的空心圆筒放在地面上,将两个重力都为G、半径都为r的球（R