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第1节重力与弹力第三章相互作用——力学习目标1.知道力的概念及矢量性，会作力的图示．(重点)2．了解重力产生的原因，会确定重力的大小和方向，理解重心的概念．(难点)3．知道形变的概念，并会区分某种形变是弹性形变还是非弹性形变．4．知道弹力的定义及产生的条件，会判断两个物体间是否存在弹力，并会判断弹力的方向．(重点)5．掌握胡克定律并能用此定律解决有关问题．(难点)6．探究弹力和弹簧伸长的定量关系.第三章相互作用——力核心素养形成脉络第三章相互作用——力一、重力1．基本性质(1)定义：由于________________而使物体受到的力，叫做重力．(2)大小：G＝_________．(3)方向：总是___________．(4)g的含义：重力加速度，通常取9.8m/s2.地球的吸引mg竖直向下2．重心(1)定义：物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，可认为各部分受到的重力作用___________________，这一点就是物体的重心．(2)决定物体重心位置的因素①物体的_________．②物体___________．(3)确定重心位置：_________法．3．力的图示(1)力的三要素：力的大小、方向和_________．集中于一点形状质量分布悬挂作用点(2)表示方法：可以用有向线段表示力．有向线段的_________表示力的大小，_________表示力的方向，__________________表示力的作用点．二、弹力1．形变：物体在力的作用下_________或_________会发生改变，这种变化叫做形变．2．定义：发生_______的物体，由于要____________，对与它接触的物体会产生力的作用．长短箭头箭尾(或箭头)形状体积形变恢复原状3．分类：压力、_________和_________．4．方向：(1)压力和支持力：垂直于_________，指向被压或被支持的物体．(2)绳的拉力：沿着绳子指向绳子_______________．三、胡克定律1．弹性形变：撤去作用力后能够____________的形变．2．弹性限度：当形变超过一定的限度时，撤去作用力后，物体不能____________原来形状的限度．支持力拉力接触面收缩的方向恢复原状完全恢复3．胡克定律：弹簧发生____________时，弹力的大小F跟弹簧_______________的长度x成正比，即F＝_________．4．劲度系数：公式F＝kx中的k称为____________，单位是____________，单位的符号是_________．弹性形变伸长(或缩短)kx劲度系数牛顿每米N/m思维辨析(1)重力的方向也可以表述为指向地心．()(2)重心是物体重力的作用点，重心一定在物体上．()(3)书本放在桌子上，书本和桌子都发生了形变．()(4)相互接触的物体间一定存在弹力．()(5)在弹性限度内，两根弹簧被拉长相同的长度，弹力的大小一定相等．()(6)在弹性限度内，同一根弹簧被拉伸长度x和被压缩长度x，弹力的大小相等．()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√基础理解(1)(2019·桐庐校级月考)从科学方法角度来说，物理学中引入“重心”概念主要运用了()A．控制变量方法B．等效替代方法C．理想实验方法D．建立模型方法提示：选B.物体的各个部分都受重力的作用，从作用效果上来说，可以认为与作用在物体上一点的作用效果是一样的，这一点就叫做重心，故运用了等效替代的方法，故B正确，A、C、D错误．(2)在图中，C图中的接触面是光滑的，A、B两球间一定有弹力作用的是(都静止)()提示：选B.判断A、B两球间有无弹力，要依据弹力产生的两个条件：一是相互接触；二是发生弹性形变．四个选项中都满足了接触这一条件，但是否发生了形变难以观察，这时可以利用“假设法”来判断．在A图中，若拿去A球，则B球静止，故A、B间没有挤压，即A、B间没有弹力；在B图中，若拿去A球，则B球将向左运动，故A、B间存在相互挤压，即A、B间存在弹力；在C图中，若拿去A球，则B球静止，故A、B间没有挤压，即A、B间没有弹力；在D图中，A、B间可能有弹力，也可能无弹力，故选项B正确．(3)在地球上，由于物体受到地心引力的影响，都有向下运动的趋势，这是我们都熟知的自然现象．可是在中国科技馆中，却有这样一种物体，名叫双锥体，如图所示．将双锥体滚子移到导轨较低的一端，再放开双手，锥体将会自动上滚．也就是说双锥体可以在没有外力的作用下，由低向高运动，双锥体会爬坡．我们看到的现象就是双锥体由低处向高处运动．试解释这一现象．提示：物体在重力场中因受到重力的作用而会自然降低重心位置．我们从表面上看到双锥体由低向高运动，这是因为锥体的形状、导轨不平行以及导轨两端高低不等，使人在视觉上造成的一种错觉．如图甲、乙、丙所示分别是双锥体的截面图、导轨的俯视图、整个装置的侧视图．可见，实际上锥体的重心自始至终还是由高向低运动的．重力的性质和重心的位置问题导引如图所示，树上的苹果会落向地面；建筑工地上工人常用重垂线来检测墙壁是否竖直．为什么树上的苹果总要落向地面？为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直呢？要点提示物体落向地面是因为受到了竖直向下的重力作用；重垂线能检测墙壁是否竖直，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．【核心深化】1．重力的产生、方向、大小和重心产生由于地球的吸引而使物体受到的力，一般不等于地球吸引力方向竖直向下或垂直于水平面向下大小G＝mg(1)在同一地点，重力的大小与质量成正比(2)在不同地点，同一物体的重力随纬度的增加而增大，随海拔高度的增加而减小(3)重力的大小与物体的运动状态无关，与物体是否受其他的力无关作用点(重心)定义等效作用点决定因素物体的形状、质量分布情况位置质量分布均匀、形状规则的物体的重心为其几何中心质量分布均匀、形状不规则的薄物体，采用悬挂法确定重心2.重心与物体形状、质量分布情况的关系关键能力1对重力的理解(2019·广西玉林高一期中)关于重力的说法，正确的是()A．重力就是地球对物体的吸引力B．只有静止的物体才受到重力作用C．同一物体在地球上无论向上或向下运动，都受到重力D．物体只有在向下运动时才受到重力作用[解析]重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，重力是引力的一个分力，不能说重力就是地球对物体的吸引力，故A错误；静止的物体和运动的物体都受到重力作用，故B错误；物体受到的重力与物体的运动方向无关，同一物体在地球上向什么方向运动，都受到重力，故C正确，D错误．[答案]C关键能力2对重心的理解关于物体的重心，下列说法不正确的是()A．物体的重心有可能不在物体上B．用线竖直悬挂的物体静止时，线的方向一定通过重心C．一砖块平放、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]物体的重心不一定在物体上，故A正确；用线悬挂物体时，当物体静止时，悬线的方向一定通过重心，B正确；重心在物体上的位置与物体所处的位置、放置方式及运动状态无关，C正确；舞蹈演员在做各种动作时重心会发生变化，D错误．[答案]D关键能力3用重心知识解释生活现象在对重力的本质认清之前，我国古代劳动人民就有了比较复杂的应用．我国西安半坡出土了一件古代的尖底陶瓶，如图所示，这种陶瓶口小腹大，有两耳在瓶腰偏下的地方，底尖，若用两根绳子系住两耳吊起瓶子，就能从井中取水．试分析人们是怎样利用尖底陶瓶从井中取水的．[解析]当尖底陶瓶空着时，由于瓶的重心高于绳的悬点，它就会倾倒；把它放到水里，水就会自动流进去，当瓶中汲入适量的水(达到瓶容积的60%～70%)时，瓶及水的重心降到绳的悬点以下，一提绳，尖底陶瓶就会被直立着提上来．如果瓶中的水太满，重心又高于绳的悬点，瓶会自动倾倒，将多余的水倒出．这种尖底陶瓶巧妙地通过重心变换，使得汲水方便、省力，又能控制汲水量，充分体现了我国古代劳动人民的智慧．[答案]见解析确定重心的方法(1)质量分布均匀的物体，重心位置只跟物体的形状有关．若物体的形状是中心对称的，对称中心就是重心．如：直尺、铅球等实心物体，以及篮球、排球等空心物体，它们的重心都在几何中心，如图所示．(2)悬挂法确定薄板状物体的重心．原理：二力平衡时，两个力等大反向．方法：薄板状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．【达标练习】1．(2019·兴庆校级期末)下列关于重力、重心的说法，正确的是()A．任何有规则形状的物体，它的重心一定与它的几何中心重合B．任何物体的重心都在物体内，不可能在物体外C．用一绳子将物体悬挂起来，物体静止时，该物体的重心不一定在绳子的延长线上D．重力是由于地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的解析：选D.只有质量分布均匀、形状规则的物体，其重心才在几何中心上，故A错误；物体的重心可以在物体上，也可以在物体外，如环的重心在环的本体外，故B错误；用一绳子将物体悬挂起来，物体静止时，由二力平衡可知，该物体的重心一定在绳子的延长线上，故C错误；重力是由于地面附近的物体受到地球的吸引力而产生的，故D正确．2.如图所示，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，空心球壳和水的共同重心将会()A．一直下降B．一直上升C．先升高后降低D．先降低后升高解析：选D.重心的位置跟物体的形状和质量分布有关，当注满水时，球壳和水的重心均在球心，故它们共同的重心在球心，随着水的流出，球壳的重心虽然仍在球心，但水的重心逐渐下降，开始一段时间内，球壳内剩余的水较多，随着水的重心的下降，球壳和水共同的重心也下降，一段时间后，球壳内剩余的水较少，随着水的重心的下降，球壳和水的共同的重心在升高，当水全部流出时，整体的重心又恢复到球壳球心的位置，所以D选项正确．弹力的有无和方向的判断问题导引如图所示，将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角烧杯中，钢球在各容器的底部与侧壁相接触，处于静止状态．若钢球和各容器都是光滑的，各容器的底部均处于水平面内，各容器的侧壁对钢球有没有弹力作用？要点提示在将容器的侧壁去掉时，钢球仍处于静止，故各容器的侧壁对钢球没有弹力作用．【核心深化】1．弹力产生的条件(1)接触且发生相互作用；(2)有弹性形变．2．判断弹力有无的常见方法方法思路例证假设法假设将与研究对象接触的物体解除接触，若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力图中细线竖直、斜面光滑，因去掉斜面体，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力方法思路例证替换法用细绳替换装置中的杆，看能不能维持原来的力学状态，如果能维持，则说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是支持力图中轻杆AB、AC.用绳替换AB，原装置状态不变，说明AB对A施加的是拉力；用绳替换AC，原状态不能维持，说明AC对A施加的是支持力方法思路例证状态法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，由力的平衡条件(或牛顿第二定律，第四章学到)列方程，求解物体间的弹力图中各接触面均光滑，小球处于静止，由二力平衡可知，地面对小球的支持力和重力就可使小球处于平衡，因此竖直墙面对小球不产生弹力作用3.几种常见弹力的方向关键能力1对弹力产生条件的理解下列关于弹力的说法中正确的是()A．相互接触的两个物体间必然有弹力存在B．不接触的物体间也可能存在弹力C．只要物体发生形变就一定有弹力D．在相互接触且发生弹性形变的物体间才产生弹力[解析]弹力产生的条件是两物体相互接触且发生弹性形变，所以D正确，A、B、C错误．[答案]D关键能力2对弹力有无的判断(2019·如皋月考)下列各图中所有接触面都是光滑的，P、Q两球之间不存在弹