2022届高中物理新教材同步必修第一册 第3章 1 第1课时 重力、弹力的理解

1重力与弹力第1课时重力、弹力的理解[学习目标] 1.理解重力及重心的概念，会用二力平衡知识确定重心.2.会用力的图示和力的示意图表示力.3.知道形变的概念及产生弹力的条件.4.知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向．一、力1．定义：一个物体对另一个物体的作用．2．力的三要素：大小、方向和作用点．3．单位：牛顿，简称牛，符号：N.二、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物体的形状；②物体的质量分布．三、力的表示方法1．力的图示：力可以用有向线段表示，有向线段的长短表示力的大小，箭头表示力的方向，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．四、弹力1．形变：物体在力的作用下形状或体积发生的变化．2．弹力：发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体产生的力．3．常见的弹力：压力和支持力都是弹力，方向跟接触面垂直；绳子的拉力也是弹力，方向沿着绳子而指向绳子收缩的方向．判断下列说法的正误．(1)重力的方向总是垂直于地面．(×)(2)重心是物体重力的作用点，重心一定在物体上．(×)(3)力的图示能准确地表示力的大小、作用点和方向．(√)(4)发生形变后的物体撤去外力后都能恢复原状．(×)(5)静止在水平地面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变．(√)一、重力导学探究如图1所示，树上的苹果会落向地面；建筑工地上工人常用重锤来检测墙壁是否竖直．为什么树上的苹果总要落向地面？为什么使用重锤能检测墙壁是否竖直呢？图1答案苹果落向地面是因为受到了竖直向下的重力作用；重锤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沿竖直方向的，如果墙壁与细线平行，就说明墙壁是竖直的，没有倾斜．知识深化1．重力的大小(1)重力的大小G＝mg，只与物体的质量m和重力加速度g有关，与物体的运动状态无关．(2)重力加速度g与物体所处的纬度和高度有关，在赤道处，g最小，在两极处，g最大(同一高度)；海拔越高，g越小，海拔越低，g越大．2．重力的方向：竖直向下．竖直向下是指与水平面垂直向下，但是并不等同于垂直于支持面向下，也不等同于指向地心．3．重力的作用点——重心(1)重心是物体各部分所受重力的等效作用点，并不是只有物体的重心才受到重力作用．(2)重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布有关，如图2甲所示．质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心，如图乙所示．图2(3)悬挂法确定薄板状物体的重心．①原理：二力平衡时，两个力等大反向．图3②方法：薄板状物体的重心可用悬挂法确定，如图3所示，先在A点把薄板状物体悬挂起来，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就是薄板状物体的重心位置．[深度思考]重心的位置一定在物体上吗？请举例说明．答案不一定．重心的位置可以在物体上，也可以在物体外，比如木匠用的曲尺、足球等．关于重力，以下说法正确的是()A．重力的方向总是垂直于接触面向下的B．把处在空气中的物体浸入水中，物体所受重力变小C．挂在绳上静止的物体，它受到的重力就是绳对它的拉力D．同一物体在地球各处所受重力大小不一定相等答案 D解析重力的方向总是竖直向下的，但不一定是垂直于接触面向下的，比如在斜面上的物体所受的重力方向并不是垂直于斜面向下的，A错误；重力G＝mg，其大小只与物体质量、自由落体加速度g有关，与其他因素无关，B错误；绳子拉力的施力物体是绳子，重力的施力物体是地球，两者的施力物体不同，不是同一个力，C错误；由于自由落体加速度随着纬度、高度的变化而变化，所以同一物体在地球各处所受重力大小不一定相等，D正确．关于重心，下列说法中正确的是()A．重心就是物体内最重的一点B．物体发生形变时，其重心位置一定不变C．重心一定在物体的几何中心D．采用背越式跳高的运动员在越过横杆时，重心可能在横杆之下答案 D解析重心在效果上可以看作物体各部分所受重力作用集中于一点，而不是最重的点，A项错误；物体发生形变时，物体的形状发生改变，所以其重心位置可能改变，B项错误；重心的位置与物体的形状和物体内质量分布有关，重心不一定在物体的中心，C项错误；采用背越式跳高的运动员在越过横杆时，其重心位置可能在横杆之下，D项正确．二、力的图示与力的示意图导学探究如图4所示，用10 N的力托着一本书，用500 N的力推汽车，如何简洁明了地表示出这两个力呢？图4答案可以用带箭头的线段来表示，线段的长度表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，箭尾或者箭头表示力的作用点．知识深化力的图示与力的示意图的画法作图步骤力的图示力的示意图选标度选定标度(用某一长度的线段表示一定大小的力)画线段从作用点开始沿力的方向画一条线段，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条适当长度的线段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，表示方向如图5所示，一人通过细绳用大小为50 N的力F沿与水平方向成30°角斜向上拉物块A，试画出拉力F的图示，并指出受力物体与施力物体．图5答案见解析解析由题意知，细绳拉物块A，受力物体是物块A，施力物体是细绳．画力的图示时，先选好标度，以4 mm长的线段表示10 N的力，则拉力F共长20 mm，用点A代表物块A，即力的作用点，最后标上箭头指明拉力的方向，即得力F的图示，如图所示．为了准确无误地表示拉力的方向，图中的虚线是必要的补充．针对训练1在图6甲中木箱P点，用与水平方向成30°角斜向右上方的150 N的力拉木箱；在图乙中木块的Q点，用与竖直方向成60°角斜向左上方的20 N的力使木块静止在墙壁上；图丙中电灯静止悬挂．作出甲、乙两图中所施加的力的图示；作出图丙中电灯所受重力和拉力的示意图．图6答案如图所示三、弹力导学探究1．如图7所示，取一个扁玻璃瓶，里面盛满水，用穿有透明细管的橡皮塞封口，使水面位于细管中，用手捏玻璃瓶，会看到什么现象？说明什么？图7答案用手捏玻璃瓶，细管中水面会上升(或下降)．说明受到压力时玻璃瓶发生形变，体积变小(或变大)了．2．用手压橡皮泥，橡皮泥发生形变；脚踩在松软的泥土上，留下了深深的脚印(形变)，这两种形变与玻璃瓶的形变有什么不同？答案橡皮泥、泥土受力后发生的形变，在撤去外力后不能恢复原状(非弹性形变)，玻璃瓶的形变在撤去外力后能恢复原状(弹性形变)．知识深化1．弹力的产生必须同时具备两个条件(1)两物体直接接触；(2)两物体接触处发生弹性形变．2．几种常见弹力的方向注意：每个接触面最多只能产生一个弹力．[深度思考]杆对物体的弹力方向一定沿杆的方向吗？分析图8中杆对物体的弹力方向．图8答案杆的弹力可能沿杆方向，也可能不沿杆方向．杆对物体的弹力如图在如图9所示的各图中画出杆或球P所受弹力的示意图，已知杆或球均处于静止状态．图9答案见解析解析题图甲中P受到的弹力有球面与球面之间的弹力，弹力应垂直于两球接触点沿球面的切线；绳的拉力沿绳斜向上，如图(a)所示．题图乙中杆对C、D两处有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直于其切面指向圆弧所对应的圆心，D处弹力垂直于杆斜向上，如图(b)所示．题图丙中球挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙面垂直；绳子对球的弹力沿绳子斜向上，如图(c)所示．题图丁中球受到的弹力与棱和球面接触处的切面垂直，即沿着球半径的方向指向球心，如图(d)所示．针对训练2按下列要求在图10中画出物体所受的弹力的示意图．图10(1)图甲中斜面B对物块A的支持力；(2)图乙中大半球球面对小球的支持力；(3)图丙中光滑但质量分布不均匀的小球的球心在O处，重心在P处，静止在竖直墙和桌边之间，试画出小球所受的弹力；(4)图丁中均匀细杆被细绳拉住而静止，画出杆所受的弹力．答案各物体所受弹力的示意图如图所示．考点一重力和重心1．关于重力的大小及重心的位置，以下说法中正确的是()A．重力是物体本身具有的力，大小只与物体的质量有关B．静止在水平面上的物体对水平面的压力一定小于其所受的重力C．重力只作用在物体的重心上，重心的位置总在物体的几何中心D．重力是由于地球对物体的吸引而产生的，重力的施力物体是地球答案 D解析重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，并不是物体本身具有的力，重力的施力物体是地球，物体重力的计算式是G＝mg，重力的大小只与物体质量、自由落体加速度有关，选项A错误，D正确；不受其他外力而静止在水平面上的物体，对水平面的压力大小等于物体的重力，选项B错误；重心是物体所受重力的等效作用点，重心的位置与物体的形状和质量分布有关，只有形状规则、质量均匀分布时，重心的位置才在物体的几何中心，故选项C错误．2．(多选)关于物体的重心，下列说法正确的是()A.形状不变、质量分布均匀的物体的重心在物体中的位置是固定的，不会随物体升降而改变B．用线竖直悬挂的物体静止时，线的方向一定通过该物体的重心C．形状规则的物体，其几何中心不一定与其重心重合D．因物体的重心是重力的等效作用点，所以物体的重心一定在物体上答案ABC解析物体升高或降低时，重心在物体中的位置不变，故A正确；用线竖直悬挂的物体静止时，线的方向一定通过该物体的重心，故B正确；重心与物体的形状和质量分布有关，形状规则的物体，质量分布不一定均匀，所以其几何中心不一定与其重心重合，故C正确；重心可以在物体上，也可以在物体外，故D错误．3.把一个薄板状物体悬挂起来，静止时如图1所示．则对于此薄板状物体所受重力的理解，下列说法正确的是()图1A．重力就是地球对物体的引力B．重力大小和物体运动状态有关C．重力的方向总是指向地心的D．薄板的重心一定在直线AB上答案 D解析重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，不是地球对物体的引力，故A错误；重力的大小与物体的运动状态无关，故B错误；重力的方向竖直向下，故C错误；因为细线对薄板的拉力与薄板受到的重力为一对平衡力，必在一条直线上，所以重心一定在细线的延长线上，即薄板的重心一定在直线AB 上，故D 正确．4．宇航员在月球表面测得的g 值为地球表面的16，一个质量为600 kg 的飞行器在月球表面时，下列判断正确的是( )A ．质量是100 kg ，重力是5 880 NB ．质量是100 kg ，重力是980 NC ．质量是600 kg ，重力是980 ND ．质量是600 kg ，重力是5 880 N答案 C解析 飞行器的质量是不变的，在月球表面仍为600 kg ，而在月球上的重力为G 月＝mg 月＝16mg ＝980 N ，故选C.5.如图2所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家高超的艺术技巧的结晶，是我国古代青铜艺术的稀世珍宝，骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为( )图2A ．马是空心的B ．马蹄大C ．马的重心在飞燕上D ．马的重心位置和飞燕在一条竖直线上答案 D解析 骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为飞燕对马的支持力和马的重力在一条竖直线上，选项A 、B 、C 错误，D 正确．6．(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，以下四幅图中正确的是( )答案 AD考点二 弹力的产生及弹力的方向7.(多选)玩具汽车停在模型桥面上，如图3所示，下列说法正确的是( )图3A．桥面受向下的弹力，是因为汽车发生了形变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答案AC解析汽车与桥面相互挤压，都发生了弹性形变，B错；由于桥面发生了弹性形变，所以对汽车有向上的弹力，C对，D错；由于汽车发生了弹性形变，所以对桥面产生向下的弹力，A对．8.体育课上一学生将足球踢向斜台，如图4所示，则斜台给足球的弹力方向为()图4A．沿v1方向B．垂直于斜台斜向左上方C．沿v2的方向D．先沿v1的方向后沿v2的方向答案 B9．关于图5四幅图中的弹力，下列说法正确的是()图5A．甲图中，由于书的形变，对桌面产生向下的弹力F1B．乙图中，弹簧发生弹性形变时，弹力的方向与弹簧收缩方向相反C．丙图中，碗对筷子的弹力沿筷子斜向上，如图中箭头所示D．丁图中，绳的拉力沿着绳而指向绳拉伸的方向10．如图6甲所示，建筑工地上有三根木头堆放在水平地面上，现工人将另一根木头P放在上面，便于将木头P锯断，如图乙，关于木头P在支撑点M、N处受到的弹力的方向，下列哪个图是正确的()图6答案 C11.如图7所示，一个空心均匀球壳里面注满水，球的正下方有一个小孔，在水由小孔慢慢流出的过程中，空心球壳和壳中余有水的共同重心将会()图7A．一直下降B．一直上升C．先升高后降低D．先降低后升高答案 D解析在注满水时，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，但是水的重心下降，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D正确．12．(多选)如图所示的四幅图中，研究对象P所受弹力的方向正确的是()13.如图8所示，是我国的极地考察破冰船——“雪龙号”．为满足破冰航行的要求，其船体结构经过特殊设计，船体下部与竖直方向成特殊角度，则船体对冰块的弹力示意图正确的是()图8答案 C解析弹力方向垂直于接触面，故C正确．。