2022年高中物理必修第一册3.1 重力与弹力 课件PPT

第三章 相互作用1重力 基本相互作用 主题1力和力的图示研读教材·自主认知1.力的作用效果：(1)使物体的_________发生变化。(2)使物体产生_____。运动状态形变 2.力的概念：物体与物体之间的_____作用。相互矢量弹簧测力计大小方向作用点牛顿 3.力的两种表示：(1)力的图示：能表示出力的_____、_____和_______。(2)力的示意图：只能表示出力的_____和_______。大小方向作用点方向作用点 合作探究·核心归纳探究点1力及其作用效果 情景1：如图甲所示,足球比赛中,一球员将足球踢出去,另一球员用头将足球顶向球门,对方守门员将球接住。情景2：如图乙所示,熊猫将竹子拉弯了。试结合上述情景,讨论下列问题：(1)通过观察图甲和图乙,请分析力会产生什么效果?提示：图甲说明力可以使物体的运动状态发生变化。图乙说明力可以使物体发生形变。 (2)请分析图甲中物体运动状态的改变有哪些情况。提示：由图甲可以看出： 所以,运动状态的改变可分为三种情况：①速度的方向不变,速度的大小改变;②速度的大小不变,速度的方向改变;③速度的大小和方向都发生改变。 (3)学生进教室推门和关门时,手抓着门把手操作比推门的中央省力很多。试分别说明当力的三要素不同时,力的作用效果有什么不同。提示：①当力的作用点、方向均不变时,力越大,越容易开门。②当力的大小、方向不变时,作用点离门轴近时开门费力,离门轴远时,开门容易。③当力的大小、作用点相同时,沿垂直于门面的方向开门最省力,沿平行于门面的方向开门是不能把门打开的。 探究点2力的图示及力的示意图如图所示,物体A对物体B的压力为20N。 试结合上述情景,讨论下列问题：(1)怎样画出A对B的压力的图示?提示：①选取标度。选取5mm长的线段表示5N的力,如图所示。②从力的作用点O沿竖直方向画一线段,线段的长度为标度的4倍,即取20mm长,并在线段上加上刻度。③在线段端点处加上箭头,表示力的方向,如图所示。 (2)怎样画出A对B的压力的示意图?提示：沿力的方向画一条适当长度的带箭头的线段,主要表示出力的作用点和方向,线段的长度与力的大小不存在严格的比例关系。 【归纳总结】1.力的四个重要性质：(1)物质性：力不能脱离施力物体和受力物体而单独存在。(2)相互性：力的作用是相互的。施力物体同时也是受力物体。(3)矢量性：力是矢量,它既有大小,又有方向。(4)独立性：任何一个力都能独立地产生作用效果,使物体发生形变或使物体运动状态发生变化。 2.力的两种作用效果：(1)使物体产生形变(即物体的形状或体积发生变化)。(2)使物体的运动状态发生改变(即物体的速度大小或运动方向发生改变)。力的作用效果是由力的大小、方向和作用点共同决定的。 3.力的图示和力的示意图的区别和联系：力的图示力的示意图区别用来准确地表示力用来粗略地分析物体受到了某个力需要画出力的大小、方向和作用点三要素只画出力的方向和作用点联系都是用有向线段来表示力,使抽象的力具体化、直观化 【拓展延伸】画力的图示应注意以下几点(1)必须明确画出力的标度。(2)必须正确显示力的三要素。(3)切不可将力的图示与力的示意图混淆。(4)必要时先确定物体的受力情况或力的相关要素。 过关小练·即时应用1.(多选)(2015·德州高一检测)下列说法正确的是()A.甲用力把乙推倒而自己不倒,说明只是甲对乙有力的作用,乙对甲没有力的作用B.只有运动的物体才会受到力的作用C.找不到施力物体的力是不存在的D.力不能离开施力物体和受力物体而独立存在 【解析】选C、D。甲用力把乙推倒而自己不倒,甲对乙有力的作用,乙对甲也有力的作用,故A错误;静止的物体也会受到力的作用,故B错误;力是物体对物体的作用,找不到施力物体的力是不存在的,C、D正确。 2.(2015·临沂高一检测)关于力的作用效果的叙述中,正确的是()A.物体的运动状态发生改变,一定受外力作用B.物体的运动状态不发生变化,一定不受外力作用C.物体受力作用后,一定同时出现形变和运动状态发生变化的现象D.力的作用效果完全由力的大小决定 【解析】选A。物体的运动状态发生改变,一定受到了力的作用,但运动状态不变并不一定没有受到力的作用,力的作用效果是使物体运动状态发生改变或者是使物体发生形变,故A对,B、C错;力的大小、方向、作用点都影响力的作用效果,故D错。 3.如图所示,物体A对物体B的压力是10N,试画出这个力的图示和示意图。力的图示   力的示意图 【解题指南】解答本题时应把握以下两点：(1)力的图示要准确地表示出力的三要素(力的大小要求标度精确)。(2)力的示意图只需画出力的作用点和方向,对大小没有精确要求,但是当物体同时受多个力作用时,应用线段长短大致表示出力的大小关系。 【解析】(1)画力的图示。①选定标度：本题选2mm长的线段表示2N的力。②从作用点沿力的方向画一线段,线段长短根据选定的标度和力的大小确定,线段上加刻度,如图甲所示;也可以如图乙所示,从O点(用O点代替B物体)竖直向下画一段五倍于标度的线段。 ③在线段上加箭头表示力的方向。 (2)画力的示意图。从作用点或从B的中心处沿力的方向画一线段,并加上箭头,表示方向,然后标明FN=10N即可,如图丙所示。答案：见解析 【补偿训练】1.下列说法中正确的是()A.甲打乙一拳,乙感到痛,而甲未感觉到痛,说明甲对乙施加了力,而乙未对甲施加力B.“风吹草动”,草受到了力,但没有施力物体,说明没有施力物体的力也是存在的C.磁铁吸引铁钉时,磁铁不需要与铁钉接触,说明力可以脱离物体而存在D.网球运动员用力击球,网球受力飞出后,网球受力的施力物体不再是人 【解析】选D。甲对乙施力的同时,乙对甲也施力,只不过甲的“拳头”比乙“被打的部位”——如肚子、胸部,更能承受打击罢了,所以乙感到痛而甲未感到痛,故A错;“风吹草动”的施力物体是空气,故B错;力不可以离开物体而存在,磁铁对铁钉的作用力是通过磁铁产生的磁场产生的,磁场离不开磁铁,故C错;网球飞出后受重力和阻力,施力物体是地球和空气,而不再是人,故D正确。 2.(多选)(2015·苏州高一检测)下列关于力的图示的说法中正确的有()A.为了形象地表示力,可以用一段带标度的有向线段来表示某个力B.有向线段的长度表示力的大小,有向线段的指向表示力的方向C.力的图示和力的示意图在本质上是一样的D.有向线段的箭头或箭尾表示力的作用点 【解析】选A、B、D。力的示意图只画出了力的作用点及方向,不能精确表示力的大小,C错误。A、B、D正确。 3.放在水平面上、重为30N的物体,受到一个水平向右的20N的拉力作用。试画出物体所受重力和拉力的图示。【解析】物体所受两力的图示如图。答案：见解析 【通法悟道】作力的图示的方法(1)选定标度,即用某一长度的线段来表示一定大小的力,选标度应根据力的大小合理设计,一般情况下线段分段应在2～5段。(2)从力的作用点沿力的作用方向画一线段,根据选定的标度和力的大小按比例确定线段的长度,并在线段上加上刻度。(3)在线段上沿力的方向加上箭头。 (4)操作的“四定二标”。一定作用点,二定作用线,三定比例标度,四定线段长度;一标力的方向,二标力的数值。 主题2重力 四种基本相互作用研读教材·自主认知一、重力1.产生：由于___________而使物体受到的力。2.大小：(1)在实验室中可以用___________测量重力的大小。(2)重力的计算公式是_____,公式中G是物体的_____,m是物体的质量,g是_______________。地球的吸引弹簧测力计G=mg重力自由落体加速度 3.方向：总是_________。4.重心：(1)定义：重力的_____作用点。(2)重心位置决定因素：物体的_____和_________。竖直向下等效形状质量分布 二、四种基本相互作用1.万有引力作用：___________间都普遍存在的一种相互吸引作用。2.电磁相互作用：_____与_____、_____与_____间的相互作用。3.强相互作用：组成_______的核子间的相互作用。作用范围小,与万有引力作用和电磁作用相比,受距离变化的影响更大。4.弱相互作用：发生在_____现象中,作用范围与强相互作用相同,但强度很弱。任何两物体电荷电荷磁体磁体原子核放射 合作探究·核心归纳情景1：如图甲、乙所示,应用弹簧测力计或台秤测量物体的重力大小。情景2：如图丙所示,苹果落向地面。情景3：如图丁所示,建筑上应用重垂线检测墙壁是否竖直。 结合上述情景,试讨论下列问题：(1)结合图甲、乙,思考。①重力大小与物体的质量有什么关系?提示：在同一地点,某一物体的重力大小与其质量成正比,即G=mg。②同一物体分别在北京和上海用测力计称其重力是否相同?提示：在不同地点,同一物体的重力一般不同,但其重力大小仍然与质量成正比,即G=mg,但g值不同。 (2)结合图丙,思考为什么树上的苹果总要落向地面。提示：物体落回地面是因为受到了竖直向下的重力作用。(3)结合图丁,思考为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直。提示：重垂线能检测墙壁是否竖直的原理,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。 (4)从(2)、(3)两个问题中,你能得出什么结论?提示：重力的方向总是竖直向下的。 (5)用一根细线将铅笔水平吊起时,细线悬挂铅笔的位置有几个?是不是只有铅笔的这个位置才受到重力的作用?提示：细线悬挂的位置在铅笔的中心,且只有细线系在该处时铅笔才能处于水平,系在其他的任何位置时,铅笔都不能水平。当铅笔在水平位置平衡时,细线所在的位置就是铅笔重心的位置。物体各部分都受到重力的作用,重心是一个等效的概念,引入重心,就把实际作用于物体各部分的重力,用作用于重心的一个力等效替代了,从而使问题大为简化。 【归纳总结】1.重力的大小：(1)在同一地点,重力的大小与质量成正比,即G=mg。(2)在不同地点,某一物体重力的大小一般不相同。①与物体所处的纬度位置有关,在纬度越高的位置,所受重力越大;②重力的大小还与物体的海拔高度有关,在同一地点,位置越高,重力越小。(3)重力的大小与物体的运动状态无关,与物体是否受其他力无关。 2.重力的方向：(1)重力的方向总是竖直向下,可利用铅垂线确定其方向。“竖直向下”,既不能说成“垂直向下”,也不能说成“指向地心”。“竖直向下”是垂直于当地的水平面向下,而“垂直向下”可以垂直于任何支持面向下。(2)只有在两极或赤道时,重力的方向才指向地心,其他位置并不指向地心。(3)重力的方向不受其他作用力的影响,与运动状态也没有关系。 3.重心的确定：重心的位置要根据物体质量的分布情况而定,影响重心位置的因素有两个：质量分布和几何形状。(1)形状规则、质量分布均匀的物体,重心在其几何中心处。(2)对于质量分布不均匀、没有规则几何形状的薄板物体,可采用悬挂法来确定物体的重心。 【拓展延伸】对重力的进一步理解(1)地球上的一切物体都受到重力作用。(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。(3)重力是非接触力,同一物体在运动与静止时所受重力相等。(4)重力的施力物体是地球。 过关小练·即时应用1.(2015·信阳高一检测)下列关于重力的说法中正确的是()A.由G=mg可知,物体的质量与重力成正比B.同一物体在地球上各处重力相同C.重力就是地球对物体的吸引力,其方向必定指向地心D.重力的大小不是总等于竖直测力计对物体的拉力 【解析】选D。质量是物体所含物质的多少,是物体本身固有的属性,与重力大小无关,选项A错误;同一物体在地球上的不同位置,重力大小略有差别,方向也不相同,选项B错误;重力是由于地球对物体的吸引而产生的,其大小一般小于地球对物体的吸引力,方向是竖直向下而非指向地心,选项C错误;用测力计竖直悬挂物体,只有当物体处于静止(或匀速直线运动)状态时,测力计的读数才等于物体的重力的大小,选项D正确。 2.(2015·宁波高一检测)下列说法中正确的是()A.地球对物体的吸引力就是重力B.重心不一定在物体上C.形状规则的物体其重心一定在物体的几何中心D.物体在地球上任何地方所受重力的方向都指向地心 【解题指南】解答本题时应明确以下三点：(1)重力的产生原因。(2)重力的方向。(3)重心的确定。 【解析】选B。重力是由于地球的吸引而受到的力,但不能说地球对物体的吸引力就是重力,二者不是一个概念,故A错;重心是一个等效概念,重心不一定在物体上,故B对;重心的位置与物体的形状和质量分布都有关系,只有形状规则、质量分布均匀的物体,重心才在其几何中心,故C错;重力的方向总是竖直向下的,不一定指向地心,故D错。 3.据报道,我国将在2017年左右实现载人登月,届时宇航员将登临月球,访问“吴刚”。假设质量为60kg的宇航员乘宇宙飞船登上了月球,已知地球表面的重力加速度g=9.8N/kg,月球表面的重力加速度g′=1.6N/kg,则该宇航员：(1)在地球上的质量为多少?所受重力大小为多少?(2)在月球上的质量为多少?所受重力大小为多少? 【解析】(1)在地球上：m=60kgG=mg=588N(2)在月球上：m′=m=60kgG′=m′g′=96N答案：(1)60kg588N(2)60kg96N 【互动探究】该宇航员在地球上最多能举起120kg的物体,请问该宇航员在月球上最多能举起质量为多少的物体?【解析】m′==735kg答案：735kg 【补偿训练】1.(多选)(2015·黄冈高一检测)一个物体所受的重力在下列哪些情形下要发生变化()A.把它从赤道拿到两极B.把它送到月球上去C.把它从地面上浸入水中D.将物体置于运行的电梯内 【解析】选A、B。由G=mg可知,物体质量不变,当自由落体加速度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,所以选项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,所以C、D两种情况下物体的重力没有发生变化。 2.(2015·宁波高一检测)关于物体的重心,下列说法正确的是()A.物体的重心一定在物体上B.有规则形状的物体,重心即是其几何中心C.一块砖平放、侧放或立放时,其重心在砖内的位置不变D.舞蹈演员在做各种优美的动作时,其重心在体内的位置不变 【解析】选C。重心可能在物体上,也可能不在物体上,如形状规则且质量分布均匀的实心球体,其重心在球心,在物体上,但形状规则且质量分布均匀的圆环、呼啦圈等,其重心在环中心,不在物体上,A错误;只有质量分布均匀、形状规则的物体,重心才在其几何中心,有规则形状的物体,其质量不一定分布均匀,重心也不一定在其几何中心,B错误;砖不管怎样放置,形状和质量分布不会变,故砖的重心位置不变,但演员做动作时,两因素均变,C正确,D错误。 3.如图所示,一个被吊着的均匀球壳,其内部注满了水,在球的底部有一带阀门的细出水口。在打开阀门让水慢慢流出的过程中,球壳与其中的水的共同重心将会()A.一直下降B.一直不变C.先下降后上升D.先上升后下降 【解析】选C。在注满水时,球壳和水的共同重心在球心,随着水的流出,球壳的重心不变,但水的重心下降,二者共同的重心在下降,当水流完时,重心又回到球心,故选项C正确。 【通法悟道】1.关于重心的两点注意：(1)重心是重力的等效作用点。实际上物体的各部分都受重力,重力并不只作用于重心上,各部分所受重力的效果,与只在重心处受到各部分重力的合力是等效的,因此可以认为物体各部分所受重力集中于重心。(2)物体的重心不一定在物体上。由于重心是一个等效作用点,它就可以不在物体上,例如：质量分布均匀的球壳,其重心在球心,并不在壳体上。 2.确定物体重心的两种方法：原理：二力平衡时,两个力等大反向。方法一：支撑法轴对称的碗、碟等,它们的重心在中轴线上,它们的重心可用二力平衡的方法找到,用一个手指将碟子挑起静止,即可找到其重心。 方法二：悬挂法薄板形物体的重心可用悬挂法确定。如图所示,先在A点把板悬挂起来,物体静止时,物体所受的重力与悬绳的拉力在同一竖直线上,所以物体的重心一定在通过A点的竖直线AB上。然后在C点把物体悬挂起来,同理知,物体的重心一定在通过C点的竖直线CD上,AB和CD的交点O,就是薄板的重心位置。