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3.1重力与弹力
在生活中有许多司空见惯的现象，但这些现象都包含有一定的科学道理。
苹果为什么会落向地面
衣服上的水为什么会向下
弹簧为什么能被拉伸和压缩呢？
这些现象都与我们今天要讲的重力、弹力有关。
(一)重力
(二)弹力
(三)胡克定律
一、重力
1、由于地球的吸引而使物体受到的力，叫作重力，符号G。
2、单位是牛顿，简称牛，符号用N表示。
3、重力的施力物体是地球，方向竖直向下。
重力的方向总是竖直向下的，不能说垂直向下。
G
G
4、物体受到的重力G与物体质量m的关系是：
（1）g是自由落体加速度。
（2）g的单位：N/kg，m/s2
（3）在没有空气阻力时，由静止下落的物体做自由落体运动。做自由落体运动的物体只受到重力的作用，g又叫作重力加速度。
自由落体运动
5、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。
重心
G
重心可以看作是物体所受重力的作用点。
等效思想
（1）质量均匀分布的物体，重心的位置只跟物体的形状有关。质地均匀、外形规则的物体的重心，在它的几何中心上。
形状规则的均匀物体的重心
c
c
c
均匀细直棒的重心在棒的中点，均匀球体的重心在球心，均匀圆柱体的重心在轴线的中点。
（2）质量分布不均匀的物体，重心的位置除了跟物体的形状有关外，还跟物体内质量的分布有关。
c
c
G
G
质量不均匀、外形不规则物体的重心可以用二力平衡的知识通过实验来确定形状不规则物体的重心位置。
方法：先在 A 点把物体悬挂起来，通过 A 点画一条竖直线 AB，由于A点悬线的拉力跟薄板的重力平衡，薄板的重心必定在AB连线上。
然后，再选另一处D点把物体悬挂起来，过D点画一条竖直线DE，薄板的重心必定在DE连线上。因此，AB和DE的交点C，就是薄板的重心。
Ａ
Ｂ
A
B
C
D
E
6、力的表示方法
（1）力的图示
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。这种表示力的方法，叫作力的图示。
2N
c
G
如图为力的图示：球所受的重力大小为6N，方向竖直向下。
画力的图示时注意：
①力的大小：用包括箭头在内的线段的长度表示力的大小。
②力的方向：箭头表示力的方向。
③力的作用点：线段的起点或终点表示力的作用点。
（2）力的示意图
从力的作用点开始，沿力的方向画出一条长度合适的线段，并在末端画出箭头。
针对练习：用力的示意图法表示电线对电灯6N的拉力；
F=6N
通常只需画出力的作用点和方向，即只需画出力方向和作用点。
二、弹力
1、接触力
（1）物体与物体相互作用时通过物体与物体接触时发生的，这种相互作用可以称为接触力。
（2）通常所说的拉力、压力、支持力等都是接触力。接触力按其性质可以分为弹力和摩擦力，下面我们先研究弹力。
弹力
有时物体的形变很小，不易被觉察。一块剖面为三角形的有机玻璃压在另一块有机玻璃上，发生的形变肉眼不能看出。
2、形变：物体的形状或体积的改变叫作形变。
压力
形变后，当特殊的光通过有机玻璃不同部位时，产生的花纹会发生变化，利用仪器可以看到这种差异。
演示：通过平面镜观察桌面的微小形变
1、实验器材：两个平面镜M和N、一束光、一张大桌子，刻度尺。
2、实验步骤：如图在一张大桌子上放两个平面镜M和N。
3、让一束光依次被这两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点。
4、按压两镜之间的桌面，观察墙上光点位置的变化。
练习：在一张大桌子上放两个平面镜M和N，让一束光依次被两面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点P。用力压桌面时，观察墙上光点位置的变化．下列说法中正确的是（　　）
A．光斑上移
B．光斑下移
C．光斑左移
D．光斑右移
P
M
F
N
B
解析：若在两镜之间桌面用力F下压，M、N将向中间倾斜，光束的入射角减小，由光的反射定律可知，光点会在刻度尺上由上向下移动；故选：B。
3.弹力
被拉长的弹簧，要恢复原状，对相连接的小车产生了拉力F；
F
被跳水运动员压弯的跳板，要恢复原状，对上面的人产生了支持力。
（1）定义：发生形变的物体，由于要恢复原状对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力。
（2）产生条件：①直接接触；②发生形变
F1
放在桌面上的书，它对桌面的压力F1以及桌面对它的支持力F2，都是弹力，其方向是跟接触面垂直指向被压或被支持的物体。
F2
弹力
（3）弹力方向
①压力、支持力的方向：总是垂直接触面而指向受力物体。
F2
F1
曲面与平面间弹力方向
A
B
FA
FB
过接触点垂直平面指向
A
B
F
FB对A
曲面与曲面之间弹力方向
过接触点垂直公切面指向受力物体。
F
②绳类的弹力方向
绳子的拉力，也是弹力，其方向是沿着绳子而指向绳子收缩的方向。
③轻杆的弹力
轻杆：杆的重力可以忽略不计的理想模型，杆的弹力不一定沿着杆。
F
被弯曲的细木棍把圆木推开。
（4）判断有无弹力的方法：
①直接法：对于形变效果明显的情况，可由形变情况直接判断弹力的存在与否。如弹簧、橡皮筋等产生弹力的情况。
②假设法：撤掉与之接触的物体，看放研究物体的状态是否改变，若改变则存在弹力，否则不存在弹力。
小心去掉斜面，球仍静止，说明斜面与球A之间无相互作用因而无弹力。
若去掉斜面，小球则无法保持在原来的位置静止，这说明斜面对小球有相互作用的弹力。
胡克定律
三、胡克定律
1、弹性形变：物体在发生形变后，如果撤去作用力能够恢复原状，这种形变叫作弹性形变。
2、弹性限度
如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。
弹簧在形变时产生的弹力与弹簧的伸长量是有关系的。
3、实验：探究弹簧弹力与形变量的关系
那么，弹簧在弹性限度内，弹力大小与其伸长量有什么关系呢
（1）实验目的：探究弹簧弹力与形变量的关系。
（2）实验器材：弹簧、铁架台、50g钩码5只、刻度尺。
（3）实验步骤：
①把弹簧上端固定在铁架台的横杆上，观察弹簧自由下垂时下端所到达的刻度位置。
②在弹簧下端悬挂1个50g钩码平衡时在刻度尺上读出它的示数。
③继续在弹簧下端悬挂2、3、4、5个钩码平衡时在刻度尺上读出它的示数填入表格中。
④以弹簧受到的弹力F为纵轴、弹簧伸长的长度x为横轴建立直角坐标系。根据表格中的实验数据，在坐标纸上描点，作出F-x图像。
钩码数量 L/cm L/cm F/mg
0 37.00 0.00 0.00
1 35.70 1.30 1.00
2 34.38 2.62 2.00
3 32.86 4.14 3.00
4 31.50 5.50 4.00
5 30.14 6.86 5.00
（5）实验数据
由图像能得到什么结论？
L/cm
F/mg
实验结果表明，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比。
4、胡克定律内容
1、内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比。
2、公式：
（6）实验结论
k为弹簧的劲度系数， 单位是N/m. 取决于弹簧的长短、粗细及材料，弹簧越长、越细，劲度系数就越小 x为弹簧伸长（或缩短）的长度。
生活中说有的弹簧 “硬”，有的弹簧 “软”，指的就是它们的劲度系数不同。
2．一质量为2kg的手榴弹在空中飞行时主要受到重力的作用，其方向为 ——————。
课堂练习
1．重力是由于————的吸引而使物体受到的力，重力的施力物体是————，重力的大小可用公式 G=mg计算，重力的方向是________。
地球
地球
竖直向下
竖直向下
课堂练习
3、一轻质弹簧竖直悬挂，原长为0.10 m，当弹簧下端挂2.0 N的重物静止时，伸长0.01 m，则弹簧的劲度系数是____N/m，当弹簧下端挂8.0 N的重物静止时，弹簧长度是_______m。（形变均在弹性限度内）
200
0.14
课堂练习
4、下列各图中，a、b表面均光滑，天花板和地面均为水平，a、b间一定有弹力的是（ ）
A B C D
B
课堂练习
5、一质量为60 kg的人，在地球表面受重力为588 N，月球表面的重力加速度为地球表面的1/6，此人在月球表面上（ ）
A. 质量为60 kg，所受重力大小为588 N
B. 质量为60 kg，所受重力大小为98 N
C. 质量为10 kg，所受重力大小为588 N
D. 质量为10 kg，所受重力大小为98 N
B
拓展提高
1、图所示是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系图，由图可知，弹簧的劲度系数是______N/m；当弹簧受F=800N的拉力作用时，弹簧的伸长量为_________cm。
F/（×102 N）
x/（×10 cm）
2000
40
6、如图所示为一轻质弹簧的长度L和弹力F大小的关系，试由图线确定：
（1）弹簧的原长。
（2）弹簧的劲度系数。
（3）弹簧长为0.20m时弹力的大小。
拓展提高
F/N
L/cm
参考答案：（1）原长为10 cm
（2）k=200 N/m
（3）F=20 N
课堂总结
1、重力：物体由于地球的吸引而受到的力叫作重力。
2、重力的方向：重力的方向总是竖直向下的。
3、质地均匀、外形规则的物体的重心，在它的几何中心上。
4、物体所受的重力与物体的质量成正比。
表达式：G=mg
g= 9.8 N/kg，粗略计算时g =10 N/kg。
5、形变：物体的形状或体积的改变叫作形变。
6、定义：发生形变的物体，由于要恢复原状对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力。
7、产生条件：① 直接接触 ② 发生弹性形变
8、弹力的方向
9、胡克定律：F＝ kx2
课堂总结
板书设计
一、重力
1、由于地球的吸引而使物体受到的力，叫作重力，符号G。
2、重力的方向：重力的方向总是竖直向下的。
3、质地均匀、外形规则的物体的重心，在它的几何中心上。
4、物体所受的重力与物体的质量成正比。
表达式：G=mg
g= 9.8 N/kg，粗略计算时g =10 N/kg。
二、弹力
1、形变：物体的形状或体积的改变叫作形变。
2、定义：发生形变的物体，由于要恢复原状对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力。
3、产生条件：① 直接接触 ② 发生弹性形变
4、弹力的方向
三、胡克定律
F＝ kx
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