2020-2021学年新教材物理人教版必修第一册 3-1重力与弹力 学案 WORD版含答案.docx

1、第1节重力与弹力学习目标1.正确建立关于重力的物理观念,理解重心的含义,了解寻找重心的科学方法。2.知道常见的形变,并知道把微小量进行放大是物理学中常用的科学方法。3.通过实验,了解弹力产生的原因和条件,并能分析弹力的大小和方向,训练科学思维,培养科学探究能力。4.通过实验,探究总结出胡克定律,体会科学探究的过程,培养科学态度与责任,增强团队意识。自主预习一、相互作用力1.力是物体之间的。2.有力必有施力物体和受力物体,力不能脱离物体而存在。出现作用力的同时,必然出现。3.力有三要素,分别是、。二、重力和弹力1.重力是由于而使物体受到的力。重力的表达式为,其中g=。重力的方向为。2.发生形变的

2、物体,要,对与它的物体会产生力的作用,这种力叫作弹力。3.在弹性限度内,弹簧的弹力大小满足胡克定律,表达式为,其中k叫作弹簧的。课堂探究一、重力【情境设问】初中我们学习过重力,如图所示,一位60 kg 的轮滑运动员在空中受到的重力如何表示?重力的施力物体是谁?作用点在哪里?方向如何?【提出问题】经过回顾初中所学,我们又发现了新的问题:1.重力的大小表达式中g是什么?2.重力的方向是指向地心吗?重力方向一定垂直于地面吗?3.初中表示重力时,能否准确地表示重力的大小?结论1:重力的大小满足公式,其中g叫重力加速度,大小约为9.8 m/s2,粗略情况下可以取10 m/s2,g的单位还可以写成。结论2

3、:重力的方向,垂直于地面。结论3:用一条有向线段粗略表示力的方法叫力的示意图,要准确表示力的大小、方向和作用点,需要画力的。二、重力的作用点重心【提出问题】刚才提到重力的等效作用点叫重心,重心是什么?重心的位置在哪里?如图所示的汽车,当装载的货物多少和装载位置发生变化时,重心也会随之变化,你认为重心和什么因素有关?结论4:物体各部分都受重力的作用,从效果上让它们集中作用于一点,这个点就叫重心。重心就是重力的作用点,与物体的有关,对于质量均匀分布且几何形状规则的物体,重心就是。【思考与讨论】若物体质量分布不均匀,形状不规则,如何确定它的重心呢?请大家试着找一下铅笔和三角板的重心位置。三、弹力【情

4、境设问】如图所示,运动员撑竿跳和老师用双手拉橡皮条,竿与橡皮条有什么共同点?运动员受竿的作用力吗?手受橡皮条的作用力吗?这些力是由于什么原因产生的?结论5:物体在力的作用下或会发生改变,这种变化叫作形变,撤去作用力能恢复原状的形变叫形变,这种形变的程度是有一定限度的,叫作。结论6:发生的物体,要,对与它的物体会产生力的作用,这种力叫作弹力。【提出问题】请适度挤压弹簧,体会弹力产生需要哪些条件?结论7:弹力产生条件是并发生要恢复原状的,因此弹力属于力。四、弹力的大小和方向【思考与讨论】如图所示的三种情况,请按要求画出弹力。通过分析,你能总结出弹力方向有什么特点?钢管一端放在水平地面上,另一端用竖

5、直的绳子吊起,请画出地面和绳子对钢管的弹力。物体静止在斜面上,请画出斜面对物体的弹力和物体对斜面的弹力。物块静止在墙角,接触面均为光滑平面,请画出物块受到的弹力。结论8:弹力方向总是接触面或绳子,指向的方向,或与形变方向。【分组实验】探究弹簧弹力与形变量的关系,实验装置如图所示,请带着5个问题完成本探究实验:甲实验装置乙作出F-x图像1.实验探究的目的?2.如何测量弹簧的形变量x?3.如何测量弹簧弹力F的大小?4.如何描绘F-x关系最简洁直观?5.根据图像你能得到什么结论?结论9:在弹性限度内,弹力和弹簧形变大小成。表达式为,其中,k为,国际单位为牛顿每米(N/m),其大小由弹簧本身的性质决定

6、,x为。五、例题展示【例题】一根轻弹簧在10 N的拉力作用下,长度由原来的5.00 cm伸长为6.00 cm。则(1)当这根弹簧长度为4.20 cm时,受到的压力有多大?(2)当弹簧受到15 N的拉力时,弹簧的长度是多少?核心素养专练1.关于形变,下列说法正确的是()A.物体形状的改变叫弹性形变B.物体受到外力作用后发生的形状改变叫弹性形变C.物体在去掉外力后能恢复原状的形变叫弹性形变D.任何物体相互接触都会发生形变,不发生形变的物体是不存在的2.(多选)一个物体放在水平地面上,下列关于物体和地面受力情况的说法正确的是()A.地面受到向下的弹力是因为地面发生了形变B.地面受到向下的弹力是因为物

7、体发生了形变C.物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变D.物体受到向上的弹力是因为物体发生了形变3.(多选)如图所示,物块A静止在斜面B上。下列说法正确的是()A.斜面B对物块A的弹力方向是竖直向上的B.物块A对斜面B的弹力方向是竖直向下的C.斜面B对物块A的弹力方向是垂直斜面向上的D.物块A对斜面B的弹力方向跟物块A恢复形变的方向是相同的 4.如图所示,质量均为m的物体A、B通过一劲度系数为k的轻质弹簧相连,开始时B放在地面上,A、B都处于静止状态。现通过细绳将A向上拉起,当B刚要离开地面时,A上升的距离为L。假设弹簧一直在弹性限度内,则()A.L=mgkB.L=2mgkC.L2mgk5.(

8、多选)如图所示,A、B两个物块的重力分别是GA=3 N,GB=4 N,弹簧的重力不计。整个装置沿竖直方向处于静止状态,这时弹簧的弹力F=2 N,则天花板受到的拉力和地板受到的压力可能是()A.1 N和6 NB.5 N和6 NC.1 N和2 ND.5 N和2 N6.如右图所示,一轻质弹簧竖立在水平面上,它的劲度系数为100 N/m,在弹性限度内,要使其压缩4 cm,需加的压力是。7.如图是某个弹簧的弹力F与其长度x的关系变化图像,则该弹簧的劲度系数k=N/m。8.一木块重G=30 N,按图中四种方法放置时施加的外力分别为F1=10 N,F2=20 N,F3=30 N,F4=40 N,则木块对接触

9、面的压力分别为FN1=,FN2=,FN3=,FN4=。9.一根轻质弹簧一端固定,用大小为F1的力压弹簧的另一端,平衡时长度为l1;改用大小为F2的力拉弹簧,平衡时长度为l2,弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,求该弹簧的劲度系数。参考答案自主预习一、1.相互作用2.反作用力3.大小方向作用点二、1.地球的吸引G=mg9.8 m/s2竖直向下2.恢复原状接触3.F=kx劲度系数课堂探究结论1:G=mgN/kg结论2:竖直向下不一定结论3:图示结论4:质量分布几何中心结论5:形状体积弹性弹性限度结论6:形变恢复原状接触结论7:接触形变接触结论8:垂直于沿着形变恢复相反结论9:正比F=kx劲度系数形变量

10、【例题】例题分析:本题由胡克定律可求解,需要注意的是,弹力大小与形变量成正比,而与原长无关,与压缩还是伸长也无关;劲度系数体现了弹簧的软硬程度,计算时注意要统一单位,且有效数字位数应统一。例题解答:(1)由胡克定律F=kx可得,k=Fx=10N6.00cm-5.00cm=10 N/cm,故F=kx=10 N/cm(5.00 cm-4.20 cm)=8 N(2)l=Fk+l0=15N10N/cm+5.00 cm=6.50 cm核心素养专练1.C2.BC3.CD4.B5.AD6.4 N7.3008.30 N10 N040 N9.F1+F2l2-l1学习目标1.进一步建立关于重力的物理观念,理解重心

11、的含义,了解寻找重心的科学方法。2.理解弹力的概念以及弹力产生的条件,会判断弹力的方向,培养学生分析实际问题的科学思维能力,掌握胡克定律。3.通过实验,培养学生的科学探究能力、逻辑思维能力和观察能力,体验放大法、假设法的思想,激发学生对物理的求知欲。自主预习回顾初中所学的力的概念和重力的概念,预习本节课内容。一、相互作用力1.力是物体之间的。2.有力必有施力物体和受力物体,力不能脱离物体而存在。出现作用力的同时,必然出现。3.力有三要素,分别是、。二、重力和弹力1.重力是由于而使物体受到的力。重力的表达式为,其中g=。重力的方向为。2.发生形变的物体,要,对与它的物体会产生力的作用,这种力叫作

12、弹力。3.在弹性限度内,弹簧的弹力大小满足胡克定律,表达式为,其中k叫作弹簧的。课堂探究一位质量60 kg的轮滑运动员,如图所示,做出高难度的腾空动作。请根据你初中所学思考下面问题:1.若不计空气阻力,运动员受什么力的作用?他并没有和任何物体接触,这个力有施力物体吗?2.运动员在受力的同时,有没有对外施力?3.由此可见,力有什么特点?4.画图表示运动员受到的力,在图中是如何体现力的三要素的?一、重力的大小和方向【提出问题】重力是如何定义的?重力的三要素大小、方向、作用点是如何表示的?【提出问题】在初中所学的基础上,关于重力你还有哪些不知道的呢?思考与讨论以下问题:1.重力大小表达式中的g有什么

13、含义?2.重力方向是不是指向地心?可以说成垂直地面吗?3.重力的作用点一定在物体上吗?二、重力的作用点重心【提出问题】重心是什么?重心的位置在哪里呢?如图所示的汽车,当装载的货物多少和装载位置发生变化时,重心也会随之变化,讨论交流一下,重心和什么因素有关?【提出问题】若物体质量分布不均匀,形状不规则,如何确定它的重心呢?请大家试着找一下铅笔和三角板的重心位置。【提出问题】画图表示下图中两个均匀球体的重力。你发现初中所学的表示力的方法有什么缺点?三、弹力的产生原因形变【情境引入】在如图所示的四种情境中,力的效果有什么共同点和不同点?【学生实验】进一步观察、体会下列现象,并回答相关问题。1.用手压

14、弹簧,会看到什么现象?撤去力以后呢?2.用手捏橡皮泥,会出现什么不一样的结果?3.用力拉皮筋,皮筋会不会无法恢复原状?4.如图所示,取一个圆玻璃瓶,里面盛满水,用穿有透明细管的橡皮泥封口,使水面位于瓶外的细管中,用手捏玻璃瓶,会看到什么现象?说明什么?四、弹力及其大小和方向【提出问题】在压弹簧和拉皮筋同时,感受一下手有没有受到力的作用?原因是什么?和挤压橡皮泥之后的感觉一样吗?【学生实验】自制教具如图所示,观察弹力的方向有什么特点。如果把软塑料板换成硬木板,把橡皮条换成棉绳呢?为什么我们要用软塑料板和橡皮条做实验呢?【学生实验】设计实验,探究弹簧的弹力与形变量的关系。实验卡1.实验目的:探究弹

15、簧的弹力与形变量的关系2.设计方案:(1)实验器材:铁架台、弹簧、刻度尺、钩码等(2)实验过程:(3)实验数据记录:3.实验数据分析:4.总结实验结论:五、例题展示【例题1】 按要求画出下图物体的弹力。钢管一端放在水平地面上,另一端用竖直的绳子吊起,请画出地面和绳子对钢管的弹力。物体静止在斜面上,请画出斜面对物体的弹力和物体对斜面的弹力。物块静止在墙角,接触面均为光滑平面,请画出物块受到的弹力。【例题2】 一根轻弹簧在10 N的拉力作用下,长度由原来的5.00 cm伸长为6.00 cm。则(1)当这根弹簧长度为4.20 cm时,受到的压力有多大?(2)当弹簧受到15 N的拉力时,弹簧的长度是多

16、少?核心素养专练1.杂技演员有高超的技艺,如图所示,能轻松地顶住坛子,他顶坛子时头顶受到的压力产生的直接原因是()A.坛子的形变B.头的形变C.物体受到的重力D.人受到的重力2.匀速前进的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球,如图所示,小球下方与一光滑斜面接触。小球受到的力为()A.重力和细线对它的拉力B.重力、细线对它的拉力和斜面对它的弹力C.重力和斜面对它的支持力D.细线对它的拉力和斜面对它的支持力3.体育课上一学生将足球踢向倾斜的墙壁,如图所示,下列关于足球与墙壁作用时墙壁给足球的弹力的方向的说法正确的是()A.沿v1的方向B.沿v2的方向C.先沿v1的方向后沿v2的方向D.沿垂直于墙壁斜向左上

17、方的方向4.如图所示,球A在斜面上,被竖直挡板挡住而处于静止状态,关于球A所受的弹力,以下说法正确的是()A.A物体仅受一个弹力作用,弹力的方向垂直斜面向上B.A物体受两个弹力作用,一个水平向左,一个垂直斜面向下C.A物体受两个弹力作用,一个水平向右,一个垂直斜面向上D.A物体受三个弹力作用,一个水平向右,一个垂直斜面向上,一个竖直向下5.(多选)关于胡克定律,下列说法正确的是()A.由F=kx可知,在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变量x成正比B.由k=Fx可知,劲度系数k与弹力F成正比,与弹簧的形变量成反比C.弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的,与弹力F的大小和弹簧形变量x的大小无关D

18、.弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时弹力的大小6.如图所示,弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦力不计,物重G=1 N,则弹簧测力计A和B的示数分别为() A.1 N,0B.0,1 NC.2 N,1 ND.1 N,1 N7.如图所示,两木块的质量分别为m1和m2,两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2,上面的木块压在上面的弹簧上(可以分离),整个系统处于平衡状态。现缓慢向上提上面的木块,直到它刚离开上面弹簧。在这个过程中下面的木块移动的距离为()A.m1gk1B.m2gk1C.m1gk2D.m2gk28.如图所示,一根弹性杆上的一端固定在倾角为30的斜面上,杆的另一端固定一个重力

19、为4 N的小球,小球处于静止状态时,弹性杆对小球的弹力()A.大小为4 N,方向平行于斜面向上B.大小为2 N,方向平行于斜面向上C.大小为4 N,方向垂直于斜面向上D.大小为4 N,方向竖直向上9.画出图甲、乙、丙中小球A和图丁中杆所受的弹力方向。10.如图所示为一轻质弹簧的长度l与弹力F大小的关系图像,试由图像确定:(1)弹簧的原长;(2)弹簧的劲度系数;(3)弹簧长为0.20 m时弹力的大小。11.一根大弹簧内套一根小弹簧,大弹簧比小弹簧长0.2 m,它们的下端平齐固定在水平面上,上端自由,如图甲所示,图乙是弹簧压缩量随压力变化的示意图。弹簧本身质量不计,弹簧的形变均在弹性限度内,求大、

20、小弹簧的劲度系数k1和k2。参考答案自主预习一、1.相互作用2.反作用力3.大小方向作用点二、1.地球的吸引G=mg9.8 m/s2竖直向下2.恢复原状接触3.F=kx劲度系数课堂探究【例题1】例题分析:弹力方向总与形变方向相反,所以分析弹力方向时,先要看物体的形变方向。图中钢管使地面向下形变,使绳子向下拉伸,地面和绳子要向上恢复原状,所以钢管受到向上的弹力;在斜面上的物体使斜面垂直斜面向下形变,受到垂直斜面向上的弹力,根据初中作用力反作用力的特点,斜面受的反作用力垂直斜面向下;放在墙角的物体只受水平地面的弹力,不受竖直墙壁的弹力,假设竖直墙壁给物体弹力,物体将无法处于静止状态,与题目情况矛盾

21、,所以假设不成立。例题解答:如图所示【例题2】例题分析:本题由胡克定律可求解,需要注意的是,弹力大小与形变量成正比,而与原长无关,与压缩还是伸长也无关;劲度系数体现了弹簧的软硬程度,计算时注意要统一单位,且有效数字位数应统一。例题解答:(1)由胡克定律F=kx可得,k=Fx=10N6.00cm-5.00cm=10 N/cm,故F=kx=10 N/cm(5.00 cm-4.20 cm)=8 N(2)l=Fk+l0=15N10N/cm+5.00 cm=6.50 cm核心素养专练1.A2.A3.D4.C5.ACD6.D7.C8.D9.所受的弹力如图所示10.(1)10 cm(2)200 N/m(3)20 N11.10 N/m20 N/m