高中物理新教材《重力与弹力》导学案

1．重力与弹力

1．了解重力产生的原因，掌握重力的方向及重力大小的公式，理解重心的意义及其决定因素。

2．会用力的图示和力的示意图表示力。

3．认识弹力，知道弹力产生的条件，会初步分析弹力的有无和方向。

4．通过做“探究弹簧弹力与形变量的关系”的实验，认识胡克定律，并会应用其进行有关计算。

一、重力

1．成因

由于□01地球的吸引而使物体受到的力。

2．大小

G＝□02mg，其中g是重力加速度，即自由落体加速度，g的单位既可以是N/kg，又可以是m/s2，而且1 N/kg□031_m/s2。

3．方向

总是□04竖直向下。

4．重心

(1)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。物体重心的位置与物体的□05形

状及物体内□06质量的分布有关。

(2)重心的确定方法：形状规则、质量分布均匀的物体，重心在其□07几何中心上；对形状不规则的薄板可用□08悬挂法确定其重心。

5．力的图示和力的示意图

(1)力的图示：力可以用□09有向线段表示，有向线段的长短表示□10力的大小，箭头表示□11力的方向，箭头(或箭尾)表示力的□12作用点，这种表示力的方法叫作力的图示。

(2)力的示意图：不需要准确标度力的大小，只需画出力的□13作用点和□14方向。

二、弹力

1．形变：物体在力的作用下□01形状或□02体积的改变。

2．弹力：发生□03形变的物体，要□04恢复原状，对与它□05接触的物体产生的力。

3．几种弹力

(1)常见弹力：平时所说的□06压力、□07支持力和□08拉力都是弹力。

(2)弹力的方向

①压力和支持力的方向□09垂直于物体的接触面且指向于被压物或被支持物。

②绳子的拉力沿着绳子而指向绳子□10收缩的方向。

三、胡克定律

1．弹性形变：发生形变的物体在撤去作用力后能够□01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□02完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。

3．胡克定律

(1)内容：在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟□03弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。

(2)公式：□04F＝kx，其中k叫作弹簧的□05劲度系数，单位是□06牛顿每米，符号是□07N/m。

判一判

(1)地球上所有物体的重力的施力物体都是地球。()

(2)重心是物体重力的作用点，重心一定在物体上。()

(3)两个接触的物体间一定存在弹力。()

(4)弹簧的长度越长，弹力越大。()

提示：(1)√地球上所有物体的重力都是由于地球的吸引产生的，施力物体都是地球。

(2)×重心可能在物体上，也可能在物体之外。

(3)×由弹力的产生条件可知，物体接触且发生形变才能产生弹力，若两物体接触，而没发生形变，则物体间没有弹力。

(4)×根据胡克定律，在弹性限度内，弹簧弹力大小与弹簧的劲度系数和形变量均成正比，弹簧的长度越长，形变量和劲度系数不一定越大，弹力不一定越大。

想一想

(1)如图所示，身体素质和技术相当高的跳高运动员，为什么采用“背越式”的要比采用“跨越式”的成绩好呢？

提示：跳高运动员在越过相同高度的横杆时，采用“背越式”的运动员的重心比采用“跨越式”的运动员的重心升高的高度小，因此运动员越过相同高度的横杆，“背越式”跳法要比“跨越式”容易些，所以采用“背越式”的运动员要比采用“跨越式”的运动员成绩好。

(2)一个比较硬的桌面，若放上一本书时，桌面有形变吗？

提示：有形变，只不过形变很小。任何物体只要受到弹力的作用，都要发生形变，只是形变的程度不同。

课堂任务重力

仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。

活动1：根据初中物理，物体受到的重力G与物体的质量m有什么关系？比例系数与第二章学过的自由落体加速度g的大小有什么关系？

提示：G＝mg，其中g＝9.8 N/kg；而自由落体加速度g＝9.8 m/s2，可见二者数值相等。

活动2：如图甲所示，质量分布均匀的棒的每一小部分都有质量，所以每一部分都受到竖直向下的重力，如右图所示。但在分析棒的受力时我们常说棒受到

重力和绳子的拉力两个力，这就要求将棒的各部分受到的重力简化在一个等效作用点上，这个等效作用点应在什么位置？

提示：棒在重力和绳子的拉力作用下静止，根据二力平衡，棒的各部分受到的重力的等效作用点应在棒的中心。

活动3：上述等效作用点叫作重心。一般物体的质量分布不一定均匀，形状也不一定规则，如何确定图乙中薄板的重心？

提示：如图1所示，薄板受重力和绳子的拉力而静止，根据二力平衡的条件，重心必和绳子的拉力在同一条直线AB上；将薄板换一个方向悬挂，如图2所示，这时，重心必在直线DE上。因此，AB和DE的交点C，就是薄板的重心。

活动4：讨论、交流、展示，得出结论。

1．重力大小

(1)同一地点，不同物体重力的大小与其质量成正比。即G＝mg，其中g是自由落体加速度。g的单位既可以是N/kg，又可以是m/s2，而且1 N/kg＝1 m/s2(在第四章我们将会证明这两个单位是相同的)。

(2)不同地点，同一物体在地面上所在位置的纬度越高，g值越大，所受重力越大；在地球上空的位置海拔越高，g值越小，所受重力越小。

(3)重力的大小与物体的运动状态无关，与物体是否受其他力无关。

2．对重力方向的理解

重力的方向总是竖直向下，竖直向下不是垂直于支撑面向下，也不是指向地心。

3．对重心的理解

(1)重心是重力的等效作用点，并非物体的全部重力都作用于重心。

(2)重心的位置可以在物体上，也可以在物体外，如一个圆形平板的重心在板上，而一个铜环的重心就不在环上。

(3)重心在物体上的相对位置与物体的位置、放置状态及运动状态无关，但一个物体的质量分布或形状发生变化时，其重心在物体上的位置也发生变化。

(4)质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上；对形状不规则的薄物体，可用支撑法或悬挂法来确定其重心。

例1关于物体的重心，下列说法中正确的是()

A．物体升高或降低时，重心在物体上的位置也相应升高和降低

B．物体改变形状时，重心位置一定发生变化

C．物体的重心可能位于物体之外

D．重心是物体上最重的一点

(1)什么是重心？

提示：重心是重力的等效作用点。

(2)影响重心位置的因素有哪些？

提示：物体的质量分布情况及形状。

[规范解答]对于一个确定物体，它的重心位置相对于物体是固定不变的，不随物体的上升、下降而发生变化，A错误；物体的重心位置与物体的形状和质量分布均有关，形状改变，重心位置不一定改变，B错误；物体的重心不一定在物体上，如环形绳子的重心就不在绳子上，C正确；重心是物体各部分所受重力