1、第三章 相互作用力 3.13.1重力与弹力重力与弹力 为什么熟了的苹果总是落向地面？为什么熟了的苹果总是落向地面？ 教学目标 1 1、了解重力产生的原因，会确定重力的大小和方向、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。理解重心的概念。 2 2、知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图。、知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图。 3 3、知道形变的概念，理解弹性形变和弹性限度。、知道形变的概念，理解弹性形变和弹性限度。 4 4、知道弹力的定义及产生条件，会判断两个物体间、知道弹力的定义及产生条件，会判断两个物体间 是否存在弹力，并会判断弹力的方向是否存在弹力，并会判断弹力的
2、方向 5 5、掌握胡克定律并能解决有关问题。、掌握胡克定律并能解决有关问题。 力力 自然界的物体不是孤立存在的，它们之间具有多种多样自然界的物体不是孤立存在的，它们之间具有多种多样 的相互作用。正是由于这些相互作用，物体在形状、运动状的相互作用。正是由于这些相互作用，物体在形状、运动状 态等许多方面会发生变化。如何来研究这些相互作用呢？在态等许多方面会发生变化。如何来研究这些相互作用呢？在 力学中，力学中，物体间的相互作用抽象为一个概念物体间的相互作用抽象为一个概念力。力。 在研究物体做机械运动时，在研究物体做机械运动时， 最常见的力有重力、弹力和摩最常见的力有重力、弹力和摩 擦力，本章研究这
3、几种常见力擦力，本章研究这几种常见力 的特点和规律。的特点和规律。 1.1.概念：物体与物体之间的相互作用，称作力概念：物体与物体之间的相互作用，称作力。 力力不能脱离物体不能脱离物体而存在，一定同时存在施力物而存在，一定同时存在施力物 体和受力物体。体和受力物体。 力的力的作用是相互作用是相互的，一个物体是受力物体的同的，一个物体是受力物体的同 时也是施力物体。时也是施力物体。 发生相互作用的两个物体发生相互作用的两个物体不一定相互接触。不一定相互接触。 2.2.力的作用效果：改变物体的运动状态使物体发生形变。力的作用效果：改变物体的运动状态使物体发生形变。 3.3.力的三要素：大小、方向、
4、作用点。力的三要素：大小、方向、作用点。 4.4.力的单位：牛顿，符号：力的单位：牛顿，符号：N N。 力力 注意：注意： 为什么为什么熟了熟了 的的苹果苹果总是总是落落 向向地面地面 ？ 因为受到重力作用。因为受到重力作用。 那么重力是怎样产那么重力是怎样产 生的呢？生的呢？ 地球 互相的吸引力吸引力 地球上的万物 我们将我们将“由于由于地球的吸引而使物体受到的力地球的吸引而使物体受到的力”叫做叫做重力！重力！ 物体的重力就是地球的吸引力？物体的重力就是地球的吸引力？ 重力只是地球吸引力的一部分重力只是地球吸引力的一部分，地球的引力是使物体在地，地球的引力是使物体在地 球上，另一部分使物体随
5、地球自转而转动。以后将进一步球上，另一部分使物体随地球自转而转动。以后将进一步 学习。学习。 1 1、重力是由于、重力是由于地球的吸引地球的吸引而使物体受到的力。而使物体受到的力。 （1 1）一切物体都受重力作用，物体所受重力的施力）一切物体都受重力作用，物体所受重力的施力 物体是物体是地球地球 （2 2）物体所受的重力与它所处的）物体所受的重力与它所处的运动状态、速度大运动状态、速度大 小无关小无关 2 2、重力的大小：、重力的大小：G=mgG=mg 一、重力一、重力 其中其中g g是自由落体加速度，是自由落体加速度，g=9.8m/sg=9.8m/s2 2 或 或 10m/s10m/s2 2
6、 3. 3. 重力的方向：竖直向下重力的方向：竖直向下 v注意：注意： v竖直向下指垂直于水平面 向下，不是垂直于支持面 向下。 竖直竖直垂直 m m2 2g g m m1 1g ,g , m mn ng g 等等 效效 mgmg 重力作用点在哪？重力作用点在哪？ 物体的各个部分都受重力的作用，我们可以把物体物体的各个部分都受重力的作用，我们可以把物体 各部分所受到的重力各部分所受到的重力等效等效为集中作用于一点，这个点为集中作用于一点，这个点 就是整个物体所受重力的作用点，称为物体的就是整个物体所受重力的作用点，称为物体的. . 重心的位置重心的位置 A A：质量分布不均匀的物体，重心的位置
7、除了跟物体：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。的形状有关外，还跟物体内质量的分布有关。 B：重心的位置是变化的。：重心的位置是变化的。 E：悬挂法（二力平衡）确定薄板：悬挂法（二力平衡）确定薄板重心的位置。重心的位置。 A A D A D C B B E B E D：重心不一定在物体上。重心不一定在物体上。 思考：形状不规则物体的重心位置如何确定思考：形状不规则物体的重心位置如何确定？ 力的表示方法力的表示方法 力的图示：用一根带有箭头的线段来表示力。力的图示：用一根带有箭头的线段来表示力。 大小：长度大小：长度 作用点：起点作用点：起点 方向
8、：箭头方向：箭头 =6N 只在图中画出力的作用点和方向，表示物体在这只在图中画出力的作用点和方向，表示物体在这 个方向上受到了力。个方向上受到了力。（粗略，常用）（粗略，常用） G F 1. 1. 选取合适的标度；选取合适的标度； 2. 2. 从作用点开始沿力的方向画一条线段，线段的长短从作用点开始沿力的方向画一条线段，线段的长短 按选定的标度和力的大小画出，线段上标出刻度，注按选定的标度和力的大小画出，线段上标出刻度，注 意必须是整数倍；意必须是整数倍； 3. 3. 在线段的末端加箭头表示力的方向；在线段的末端加箭头表示力的方向； 4. 4. 标上力的大小和名称。标上力的大小和名称。 作力的
9、图示的步骤作力的图示的步骤 画同一物体受多个力得图示时，表示各力的标度应统一。画同一物体受多个力得图示时，表示各力的标度应统一。 思考：分析空中人所受的重力。回答以下问题：思考：分析空中人所受的重力。回答以下问题： 1.谁受到的力，谁施加的力？谁受到的力，谁施加的力？ 2.怎样量度它的大小？怎样量度它的大小？ 3.它的方向如何？作用点在哪里？它的方向如何？作用点在哪里？ 人人地球地球 G=mg 竖直向下竖直向下人身上的重心人身上的重心 mg 推推 拉拉 提提 举举 日常生活中的很多相互作用日常生活中的很多相互作用 牵引列车牵引列车 锻打工件锻打工件 击球击球 弯弓射箭弯弓射箭 日常生活中的很多
10、相互作用日常生活中的很多相互作用 接触力接触力 非接触力：非接触力： 力力 重力、万有引力、磁场力、电场力重力、万有引力、磁场力、电场力 弹力：弹力： 摩擦力：摩擦力： 弹簧弹力、拉力、压力、支持力弹簧弹力、拉力、压力、支持力 静摩擦力、动摩擦力静摩擦力、动摩擦力 无论是对物体推、拉、提、举，还是牵引列无论是对物体推、拉、提、举，还是牵引列 车、锻打工件、击球、弯弓射箭等，都是在物体车、锻打工件、击球、弯弓射箭等，都是在物体 与物体接触时发生的，这种相互作用可以称之为与物体接触时发生的，这种相互作用可以称之为 接触力。接触力。 物体在力的作用下的物体在力的作用下的形状形状或或体积体积会发生改变
11、。会发生改变。形形 变变： 二、弹力二、弹力 需要通过仪器才能观察到。需要通过仪器才能观察到。 思考：在力作用下一切物体都会发生形变吗？ 挤压墨水瓶挤压墨水瓶 演示演示 在一张大桌子上放两个平面镜在一张大桌子上放两个平面镜M和和N，让一束光依次被这两，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。按压两镜之间的桌面镜子反射，最后射到墙上，形成一个光点。按压两镜之间的桌 面，观察墙上光点位置的变化。这个现象说明了什么？面，观察墙上光点位置的变化。这个现象说明了什么？ 通过平面镜观察桌面的微小形变通过平面镜观察桌面的微小形变 桌子发生了微小形变桌子发生了微小形变 1 1、定义：发生弹
12、性形变的物体由于要恢复原来的形状，对、定义：发生弹性形变的物体由于要恢复原来的形状，对 与它接触的物体发生力的作用，这种力叫做弹力。与它接触的物体发生力的作用，这种力叫做弹力。 注意：注意： 弹力不是指弹力不是指“弹簧产生的力弹簧产生的力”。 某一弹力的产生是施力物发生弹性形变产生的。某一弹力的产生是施力物发生弹性形变产生的。 二、弹力二、弹力 2 2、弹力产生的条件、弹力产生的条件 （1 1）直接接触直接接触 （2 2）发生弹性形变发生弹性形变 3 3、弹力的方向、弹力的方向: :垂直于接触面垂直于接触面 曲面与平面接触曲面与平面接触 F F F2F2 F1F1 曲面与平面间弹力方向：曲面与
13、平面间弹力方向： 过接触点垂直平面指向受力物体过接触点垂直平面指向受力物体 几种常见的弹力及方向几种常见的弹力及方向 点与平面接触点与平面接触 点与平面间弹力方向：点与平面间弹力方向： 过接触点垂直平面指向受力物体过接触点垂直平面指向受力物体 A A B B F FA A F FB B 点与曲面接触点与曲面接触 点与曲面间弹力方向：点与曲面间弹力方向： 与过接触点的切面垂直并指向受力物体与过接触点的切面垂直并指向受力物体 F1 F2 半球形的碗 A B FA FB 曲面与曲面接触曲面与曲面接触 曲面与曲面间弹力方向：曲面与曲面间弹力方向： 与过接触点的公切面垂直并指向受力物体与过接触点的公切面
14、垂直并指向受力物体 半球形的碗 F A B F FB对A 绳的弹力方向：绳的弹力方向： 由于绳被拉长而对所拉物体产生的弹力，通常称为由于绳被拉长而对所拉物体产生的弹力，通常称为 拉力拉力（张力）。（张力）。 F F F F1 1 F F2 2 绳子拉力的方向总是绳子拉力的方向总是沿着绳沿着绳而指向而指向绳收缩绳收缩的方向的方向。 F F 1 1 F F2 2F F3 3 轻杆的弹力（不计质量不发生形变的杆）轻杆的弹力（不计质量不发生形变的杆） F F FF 可拉可压；可拉可压； 杆所受的力不一定沿杆的方向。杆所受的力不一定沿杆的方向。 如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后物体不能如果形变
15、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，这个限度叫作完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度弹性限度。 物体在发生形变后，如果撤去作用力能够恢复原状，这种物体在发生形变后，如果撤去作用力能够恢复原状，这种 形变叫作形变叫作弹性形变弹性形变。不能够回复原状的叫作塑性形变。不能够回复原状的叫作塑性形变。 碎了的花瓶还有弹力吗？碎了的花瓶还有弹力吗？ 弹簧在形变时产生的弹力与弹簧的伸长量是有关系的。弹簧在形变时产生的弹力与弹簧的伸长量是有关系的。 那么，弹簧在弹性限度内，弹力大小与其伸长量有什么关呢？那么，弹簧在弹性限度内，弹力大小与其伸长量有什么关呢？ 实验实验 数据处理数
16、据处理 为了找出弹簧弹力与形变量的关系，我们以弹簧的弹力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。 由F-x图像，你得出了什么结论？ 探究弹簧弹力与形变量的关系探究弹簧弹力与形变量的关系 实验思路实验思路 探究弹簧弹力与形变量的关系，需要测量多组弹簧弹力和形变量的数据， 如何测量？说出你的想法。 进行实验进行实验 要完成这个实验探究，我们可以通过如图所示的装置进行实验。把弹簧 上堆固定在铁架台的横杆上，观察弹簧自由下垂时下端在刻度尺的位置。 在弹簧下端悬挂不同质量的钩码，记录弹簧在不同弹力下伸长的长度(弹 簧弹力等于钩码的重力）。
17、 三、胡克定律三、胡克定律 实验实验 探究弹簧弹力与形变量的关系探究弹簧弹力与形变量的关系 在弹性限度内，弹簧弹力在弹性限度内，弹簧弹力F F的大小跟弹簧伸的大小跟弹簧伸 长（或缩短）的长度长（或缩短）的长度x x成正比。成正比。 kxF 劲度系数劲度系数 （伸长量或缩短量）（伸长量或缩短量） 胡克定律胡克定律 胡克（胡克（Robert HookeRobert Hooke） 英国物理学家、天文学家英国物理学家、天文学家 注意：注意： 1 1）只适用于计算弹簧的弹力，且必须在弹性限度内）只适用于计算弹簧的弹力，且必须在弹性限度内 2 2）劲度系数）劲度系数k k由由弹簧本身的特性弹簧本身的特性决
18、定，如材料、长度、截面积等，与决定，如材料、长度、截面积等，与F F和和x x无关。无关。 例例1 1：下列说法正确的是（：下列说法正确的是（ ） A A、地球上的物体均受到重力的作用，不论其是否运动或是、地球上的物体均受到重力的作用，不论其是否运动或是 否有生命。否有生命。 B B、物体受到的重力就是地球对物体的吸引力。、物体受到的重力就是地球对物体的吸引力。 C C、重力是非接触力。、重力是非接触力。 D D、重力的受力物体是地球。、重力的受力物体是地球。 AC 随堂练习随堂练习 例例2 2：一杯子装满水，杯的底部有一个小孔，在水从小孔不：一杯子装满水，杯的底部有一个小孔，在水从小孔不 断
19、流出的过程中，杯连同杯中水的共同重心将断流出的过程中，杯连同杯中水的共同重心将（）（） A A、一直下降、一直下降 B B、一直上升、一直上升 C C、先升后降、先升后降 D D、先降后升、先降后升 D 例例3 3：如图所示，弹簧秤和细线的重力不计，一切摩擦不计，：如图所示，弹簧秤和细线的重力不计，一切摩擦不计， 重物的重力重物的重力G G10N10N，则弹簧秤，则弹簧秤A A和和B B的读数分别为的读数分别为( () ) A A10 N,20 N B10 N,20 N B10 N,10 N10 N,10 N C C10 N,0 N 10 N,0 N D D0 N,0 N0 N,0 N 例例4
20、 4：如图：如图，弹簧的劲度系数为，弹簧的劲度系数为k k，小球重力为，小球重力为G G，平衡时小球，平衡时小球 在在A A位置今用力位置今用力F F将小球向下拉长将小球向下拉长x x至至B B位置，则此时弹簧的位置，则此时弹簧的 弹力为（弹力为（ ） A Akxkx B BkxkxG G C CG Gkx kx D D以上都不对以上都不对 B B 2 2、大小、大小 （1 1）G=mgG=mg （2 2）用弹簧秤测量）用弹簧秤测量 3 3、方向：、方向：竖直向下（即垂直于水平面向下）竖直向下（即垂直于水平面向下） 4 4、作用点（重心）、作用点（重心） 注意：注意：重心可能在物体上，也可重心
21、可能在物体上，也可 能在物体之外。能在物体之外。 重重 力力 1 1、定义：、定义：重力是由于重力是由于地球的吸引地球的吸引而使物体受到的力。而使物体受到的力。 重心的定义重心的定义 重心位置的判断重心位置的判断 小小 结结 1.1.概念：物体与物体之间的相互作用，称作力概念：物体与物体之间的相互作用，称作力。 2.2.力的作用效果力的作用效果 改变物体的运动状态改变物体的运动状态 使物体发生形变。使物体发生形变。 3.3.力的三要素：大小、方向、作用点。力的三要素：大小、方向、作用点。 4.4.力的单位：牛顿，符号：力的单位：牛顿，符号：N N。 力力 定义定义: 在力的作用下物体的形状或体
22、积的改变在力的作用下物体的形状或体积的改变. 特点特点: 任何物体都能发生形变任何物体都能发生形变, 有些明显有些明显,有些不有些不 明显，引入微小形变放大的思想。明显，引入微小形变放大的思想。 弹性形变、塑性形变弹性形变、塑性形变 概念：概念：发生形变的物体由于要恢复形变，对跟发生形变的物体由于要恢复形变，对跟 它接触的物体产生的作用力叫做弹力它接触的物体产生的作用力叫做弹力. 产生条件：产生条件：(1) 直接接触直接接触 (2) 发生弹性形变发生弹性形变 方向：方向：与形变方向相反，与接触面垂直与形变方向相反，与接触面垂直. 要掌握压力、支持力、绳的拉力方向的要掌握压力、支持力、绳的拉力方向的 特点特点. 大小：大小： 与形变程度有关与形变程度有关. 胡克定律：胡克定律：F = kx 分类：分类：
