人教版 (2019)必修 第一册1 重力与弹力第1课时学案

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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3
②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
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1
A．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eq \f(1,6)，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 N
B．质量是100 kg，重力是980 N
C．质量是600 kg，重力是980 N
D．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＝eq \f(1,6)mg＝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2
A．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3
A．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4
A．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 B
9．关于图5四幅图中的弹力，下列说法正确的是( )
图5
A．甲图中，由于书的形变，对桌面产生向下的弹力F1
B．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
答案 A
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 C
11.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7
A．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( )
答案 AC
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．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