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高中物理必修一 第三章 相互作用——力
3.1 重力与弹力
高中物理必修一 第三章 相互作用——力
思考：
秋天到了，金黄的树叶总是落向地面，水总是由高处流向了低处。
（1）你能用物理知识解释这些现象吗？
（2）请结合生活经验，判断物体所受重力的方向。
一 重力
1、产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。
2、大小：G＝mg
(1)同一地点，不同物体重力的大小与其质量成正比。
(2)不同地点，同一物体的重力随所处纬度的升高而增大，即在赤道处g最 小，在两极处g最大；随海拔高度的增大而减小。
注意：重力不是地球对物体的引力，两者大小一般也不相等。
3、方向：竖直向下。
注意：重力的方向不一定垂直支持面向下，也不一定指向地心。
一 重力
4、重心：①定义：一个物体的各部分都受到重力作用，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。因此，重心可以看作是物体所受重力的作用点。
②决定重心位置的因素：a.物体的形状；b.物体内质量的分布。
质量分布均匀，形状规则的物体重心位置在几何中心。
物体的重心除了跟物体的形状有关外，还跟物体内质量的分布有关
思考：（1）从效果上看，重心是物体重力的等效作用点，那么是不是物体的重心都在物体上？
一 重力
思考：（2）如何确定形状不规则物体的重心？
悬挂法或支撑法
——只适用于薄板状的物体
此方法的原理是什么？
二力平衡
一 重力
5、力的表示方法
(1)力的三要素：大小、方向、作用点
(2)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，这种表示力的方法，叫作力的图示。
(3)力的示意图：只画出力的作用点和方向，不准确标度力的大小，这种粗略表示力的方法，叫作力的示意图。
大小
方向
作用点
→长度
→箭头
→起点
F
2N
6N
例1、在足球比赛中，专业的足球运动员能够巧妙地踢出“香蕉球”“落叶球”。如图所示，某运动员主罚任意球时踢出了快速旋转的“落叶球”。关于该足球，下列说法正确的是(　　)
一 重力
A.足球的重心在足球的外皮上
B.在空中运动的过程中，足球的重心发生了变化
C.足球离开脚后不再受重力的作用
D.足球所受重力的方向始终竖直向下
D
二 弹力
1、接触力：日常生活中的很多相互作用都是在物体与物体接触时发生的，这种相互作用可以称为接触力。
拉力、压力、支持力等都是接触力。
2、接触力按其性质可以分为：弹力和摩擦力。
3、形变：物体在力的作用下形状或体积会发生改变，这种变化叫作形变。
思考：（1）用力挤压气球、拉伸橡皮条、拉弹簧和挤压橡皮泥、面团时发生的形变有什么不同？
（2）用手捏图甲的玻璃瓶，能看到玻璃瓶的形变吗？如图乙用手压桌子，能看到桌子形变了吗？用什么办法能够让他们的形变显示出来？
二 弹力
二 弹力
二 弹力
4、弹力：发生形变的物体，要恢复 原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫作弹力。
（1）弹力的成因：施力物体发生形变且要恢复原状。
（2）弹力产生的两个条件：两物体间相互接触，发生弹性形变。
例1、如图所示，杂技演员顶坛子时，演员的头和坛子都发生了形变，从而它们之间产生了弹力。坛子所受的弹力是由哪个物体产生的？方向如何？这个形变的方向向哪儿？演员的头受到的压力呢？
坛子受到的弹力是由演员的头发生形变而产生的，方向垂直坛子和演员头部接触面向上，头受到坛子的压力向下发生形变；头受到的压力是坛子发生形变而产生的，方向垂直坛子和演员头部接触面向下。
思考：
若两物体间发生弹力作用，则施力物体和受力物体都会发生形变，弹力方向与形变方向有什么关系？弹力的产生是由施力物体还是受力物体的形变产生的？
施力物体的形变方向与弹力方向相反，施力物体的形变恢复方向与弹力方向相同，受力物体的形变方向与弹力方向相同，受力物体的形变恢复方向与弹力方向相反。弹力的产生是由施力物体的形变产生的。
二 弹力
例1 (多选)玩具汽车停在模型桥面上，如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.桥面受向下的弹力，是因为汽车发生了弹性形变
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，是因为汽车发生了弹性形变
二 弹力
AC
二 弹力
压力和支持力：
5、几种常见的弹力
压力、支持力都是弹力。压力的方向总是垂直于支持面而指向被压的物体，支持力的方向总是垂直于支持面而指向被支持的物体。
二 弹力
悬绳对重物的拉力
F2
F1
（1）绳上的拉力是弹力，方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向。
（2）产生弹力的大小与形变程度有关，形变程度越大，产生的弹力就越大。
二 弹力
例2 分析图中的球是否受弹力作用，若受弹力，试画出各弹力的示意图(各接触面均光滑)。
判断物体之间是否存在弹力，我们可以利用假设法：假设物体间存在弹力，看看物体是否能保持原来的状态；或者假设拿走其中一个物体，如果另一个物体会发生运动，则说明两者之间必然存在弹力作用。
F
F
F2
F
F2
F
F1
F1
F1
F2
杆上的弹力
轻杆既可压缩，或弯曲产生支持力，又可伸长产生拉力，方向与形变方向相反。受力情况较复杂：（1）固定杆杆的弹力不一定沿杆，由物体的状态来确定。
二 弹力
（2）有铰链的自由杆（杆的一端是可以活动），由于不沿着杆的方向受力都会使其发生转动，所以自由杆上产生的弹力必定沿着杆的方向。
F
弹簧的弹力
二 弹力
1.弹性形变：物体在发生形变后，撤去作用力能够恢复原状的形变。
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。
3.胡克定律：在弹性限度内，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，即F＝kx。
4.劲度系数：其中k叫作弹簧的劲度系数，单位为牛顿每米，符号是N/m，劲度系数是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量。
二 弹力
5.对胡克定律F＝kx的理解
(1)适用范围：弹簧的形变必须在弹性限度内。
(2)x的意义：x是弹簧的形变量，即弹簧的伸长量(l－l0)或压缩量(l0－l)。
(3)k的意义：弹簧的劲度系数由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。
(4)F－x图像：是一条过原点的倾斜直线(如图所示)，直线
的斜率表示弹簧的劲度系数k。
(5)推论式ΔF＝kΔx：弹簧弹力的变化量ΔF与形变量的变化量Δx也成正比。
二 弹力
例3、拉力器是一种很好的健身器材，由脚环、两根相同的弹性绳、把手等组成。如图所示，女子拉开拉力器使其比原长伸长了40 cm，此时拉力大小为120 N。假设弹性绳的弹力与伸长量遵循胡克定律，且未超过弹性限度。则(　　)
A.人对拉力器的拉力是由于弹性绳形变产生的
B.若对拉力器的拉力增大，则弹性绳的劲度系数也增大
C.每根弹性绳的劲度系数为150 N/m
D.若对拉力器的拉力减为60 N，则弹性绳长度变为20 cm
二 弹力
C
课堂练习
1.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
D
2.(多选)一个足球放在一块长木板上，如图所示，木板和足球均发生了弹性形变，关于它们弹力的情况，以下说法正确的是(　　 )
A.足球受到的支持力是木板产生的弹力
B.足球产生的弹力作用在木板上
C.木板形变是由于木板产生弹力造成的
D.足球产生的弹力就是足球对木板的压力
课堂练习
ABD
3.(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(　　)
课堂练习
AC
4.如图所示，甲、乙两根完全相同的轻质弹簧，甲弹簧一端固定在天花板上，另一端悬挂一质量为m的物块；乙弹簧一端固定在水平地面上，另一端连接一质量也为m的物块。两物块静止时，测得甲、乙两根弹簧的长度分别为l1和l2。已知重力加速度为g，两弹簧均在弹性限度内。则这两根弹簧的劲度系数为(　　)
课堂练习
B

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