一、十米台和五十米蹦极
蹦极运动员,从五十米跳台落下。
一个往水里,一个往空中。
他们都往下掉。
(2026-10-14晚上9:52。降温了。楼下有人在拆晾衣绳,铁架子"当"的一声,绳子垂下来。)
2026年11月23日,星期一,上午第二节。高一(3)班教室。
物理老师打开投影仪,屏幕上并排两张照片。
左边,一个穿着红色泳裤的跳水运动员,站在十米跳台边,身体微微前倾。右边的照片里,一个蹦极的人从五十米高台往下跳,全身悬在半空中,绳子绷紧,脚踝绑着安全带。
"这两个人,"老师说,"一个往水里,一个往空中。你们发现什么了?"
"都在往下落。"小理说。
"对。"老师说,"跳水往水里落。蹦极往地面的方向落。都是向下。"
"为什么都向下?"
"因为重力。"
老师在黑板上写:
G = mg
"重力的大小,等于物体的质量乘一个常数 g。"
"g 是 9.8 N/kg。粗略计算取 10 N/kg。"
"那 g 和上节课学的重力加速度,有什么关系?"小理问。
"单位换算一下——"老师说,"1 N/kg = 1 m/s²。它们是一样的。"
"所以你之前算自由落体用的 g,和现在算重力用的 g,是同一个数。"
小理点了点头。
然后老师指着蹦极那张照片。
"这个人重 60 公斤。他的重力是多少?"
"G = mg = 60 × 10 = 600 N。"小理说。
"对。"老师说,"再看这张跳水的照片——这个人重 50 公斤。她的重力是多少?"
"500 N。"
"那如果跳水运动员抱着一块 10 kg 的重物一起跳呢?"
"600 N。"
"对。物体所受的重力,和它自身的运动状态无关。跳的时候多重,还是多重。"
"重力只跟质量有关。跟运动不运动,没关系。"
下课的时候,小理在笔记本上画了一条向下的箭头,旁边写了两个字:"竖直。"
他忽然想起一件事——他每次从家里的二楼跳下来玩,脚一沾地就会被家里人骂。当时他想:为什么跳下来总是往下,从来不往上?
现在他知道了:因为重力。
……原来"往下掉"这件事,不是习惯,是物理。
斜面上的"垂直向下",是与斜面垂直。
两个不是一个方向。
① 定义:由于地球的吸引而使物体受到的力。
② 产生原因:地球的吸引。施力物体是地球。
③ 大小:G = mg(g = 9.8 N/kg,粗略取 10 N/kg)。
④ 方向:竖直向下(注意:不能说"垂直向下",也不能说"指向地心")。
⑤ 与运动状态无关:物体所受重力与它处于什么运动状态无关。
大小等于 mg。
方向竖直向下,
运动状态无关。
- 人民教育出版社课程教材研究所.《普通高中教科书·物理·必修第一册》第三章第1节「重力与弹力」. 人民教育出版社, 2019: 73-76.
- 中华人民共和国教育部.《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》. 人民教育出版社, 2020: 15-18.
二、起重机臂上的一块铁片
沿绳画一条线。
换个位置再吊一次,再画一条线。
两条线的交点,就是重心。
(重力懂了。但一块铁片,它的重力"作用在哪儿"?)
(10:28。暖气终于开了。教室里有点闷,窗户上还凝着一层水汽。)
2026年11月23日,星期一,上午第二节。高一(3)班教室。
老师从讲台下面拿出一块铁片。
不是方形,也不是圆形。是某种不规则的形状——像是被剪下来的,边缘还有一些毛刺。
"这块铁片,它的重力作用在哪儿?"
小理愣了一下。
"铁片上每一个点都受重力。那重力到底作用在哪个点?"
"有一个点。"老师说,"这个点叫重心。可以认为整个铁片的重力,就集中在这个点上。"
然后他拿出一根细线,打了个结。把铁片穿到线上,提起来。
铁片自由悬着,慢慢停下。
老师用铅笔沿着细线的方向,在铁片上画了一条线。
"为什么画这条线?"
"因为悬挂的时候,"小理说,"重力的作用线,一定通过重心。"
"对。"
老师换了个位置,再把铁片挂上去。
又画了一条线。
两条线交在一起。交点,就是重心。
"这个方法叫'悬挂法'。"老师说,"任何形状的薄片,都能这样找到重心。"
小理看着那个交点。它落在铁片的一小块区域内——不过他觉得,它也可能会落在铁片外面。比如一个圆环,它的重心就在圆环的圆心——圆心不在圆环上,而是在圆环中间的空里。
"老师,"他问,"重心一定在物体上吗?"
"不一定。"老师拿出一只圆环放在讲台上,"圆心是这个圆环的重心——但它在圆环的空里,不在金属上。"
"那什么时候重心在物体外面?"
"形状空心、形状不规则、质量分布奇怪的,都可能在外面。"
"重心不一定在物体上。它只是一个'等效作用点'。"
小理点了点头。
然后老师在黑板上画了一个方形物体,标出它的几何中心。旁边又画了一辆卡车——装了一半货物,重心的位置偏左;装满了货物,重心就移到了后面。
"形状规则、质量分布均匀的物体,重心在几何中心。"
"质量分布不均匀的物体,重心会偏向质量大的一边。"
"所以——卡车装货的时候,重心会变。倒车转弯的时候,容易翻。"
小理低头算了一下。他觉得这件事挺神奇——一块铁片的重心,居然能用一个几何方法精确找出来。物理和数学,在这里合上了。
……原来"重力作用在哪儿"这个问题的答案,是一根细绳、一支铅笔、两次悬挂。
装满货,重心靠后。
质量分布变了,重心位置也变。
① 定义:从效果上看,可以认为物体各部分所受重力集中作用在一点,这一点叫重心。
② 规则物体的重心:形状规则、质量分布均匀的物体,重心在几何中心。
③ 不规则物体的重心:与形状和质量分布都有关。
④ 重心可以在物体外:例如圆环的重心在圆心(圆环中间的空里)。
⑤ 悬挂法:两次悬挂,两次铅垂线的交点即为重心。
力的图示:用一条有向线段表示力的三要素——长度表大小,箭头表方向,起点(或终点)表作用点。
不规则物体看分布。
悬挂两次找交点,
重心可能在物外。
- 人教版《物理》必修第一册 第三章第1节「重力与弹力」. 人民教育出版社, 2019: 76-78.
- 人教版《物理》教师教学用书·必修第一册. 人民教育出版社, 2019: 92-96.
三、竹竿弯了,力从哪来?
弓弦被拉长,会把箭射出去。
形变的物体,要"恢复原状"。
(重心是"重力作用在哪儿"。那"弹力"是什么?)
(10:52。刚才有同学在教室里跑,地板"咚咚"响。老师看了一眼,没说话。)
2026年11月23日,星期一,上午第三节。高一(3)班教室。
老师拿出一根很细的竹竿——是一根钓鱼竿,第一节。他两手握住竹竿两端,慢慢弯。
竹竿弯成一个弧。
"我弯它,"老师说,"它对我有反抗吗?"
"有。"小理说,"感觉有一股力在往回顶。"
"对。"老师松开手,竹竿"啪"地弹回去,恢复原状。
"弯的时候,竹竿发生了形变。它想恢复原状,就对我产生了一个向上的力。这个力,叫弹力。"
小理在笔记本上写:
弹力:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体产生的力。
"弹力的产生,需要两个条件。"老师说,"第一,两个物体相互接触。第二,发生弹性形变。"
"只要发生形变,就会有弹力吗?"
"看能不能恢复。"老师说,"竹竿弯了能弹回去——弹性形变。橡皮泥捏了不能弹回去——塑性形变。弹力只在弹性形变的时候出现。"
小理点了点头。
然后老师在黑板上画了一只手和一根弹簧。
"手拉弹簧——弹簧被拉长。这时候,弹簧对手的力,向哪个方向?"
小理想了想。
"往回缩。"
"对。也就是说——"老师在黑板上画了一个箭头,"弹力的方向,与施力物体形变的方向相反。"
"手把弹簧拉长了,弹力的方向是让它缩回去。手把弹簧压短了,弹力的方向是让它伸回来。"
"弹力的方向,总是指向施力物体恢复形变的方向。"
小理低头画图。他在笔记本上画了一只手拉弹簧,弹簧的弹力方向画成往回缩。
然后老师又画了几个例子:
绳子吊着一个重物——绳子被拉长,对重物产生的拉力沿绳向上,指向绳子收缩的方向。
一个物体压在桌面上——桌面被压扁,对物体产生的支持力垂直于桌面向上。
"绳的弹力沿绳。面与面之间的弹力垂直于接触面。"老师说,"但杆的弹力——"
他在黑板上画了一根斜着的杆,顶着一个球。
"杆的弹力方向,不一定沿杆。这要看具体情况。"
小理愣了一下。绳子可以"沿绳",桌面"垂直于面",为什么杆不能?
"因为绳子只能被拉。杆可以被拉、被压、被弯——所以方向多变。"
……原来绳子、桌面、杆,各有各的规矩。
桌面的支持力垂直于接触面。
杆的弹力——不一定沿杆。
① 定义:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体产生力的作用。
② 产生条件:相互接触 + 发生弹性形变。
③ 施力物体:发生形变的物体。
④ 方向:与施力物体的形变方向相反,指向施力物体恢复形变的方向。
• 绳的拉力:沿绳,指向绳收缩方向
• 面与面的弹力:垂直于接触面
• 杆的弹力:不一定沿杆,要看受力情况
⑤ 常见弹力有无的判断:
• 直接判断法:看是否接触、是否发生弹性形变
• 假设法:假设弹力不存在,看物体是否还能保持原状
方向指向恢复形变。
绳沿绳,面垂直面,
杆不一定沿着杆。
- 人教版《物理》必修第一册 第三章第1节「重力与弹力」. 人民教育出版社, 2019: 78-82.
- 人教版《物理》教师教学用书·必修第一册. 人民教育出版社, 2019: 96-100.
四、弹簧秤上的五个钩码
测出 F,量出 x。
描点,连线——过原点的直线。
(弹力的方向懂了。那弹力的大小呢?)
(11:18。刚才那根竹竿被老师收起来了。教室里安静了几秒。只有暖气"嘶嘶"响。)
2026年11月23日,星期一,上午第三节。物理实验室二。
老师说:"今天做一个实验——探究弹簧的弹力,与它伸长的长度,有什么关系。"
实验台上有一套器材:一个铁架台、一根弹簧、一盒钩码、一把刻度尺。
老师先演示了一遍。
"先记下弹簧原长——不挂钩码时的长度。"他把尺子靠近弹簧,读出 12.0 cm。
"然后在弹簧下端挂一个钩码。"钩码上标着 50 g,也就是 0.5 N 的重力。
弹簧伸长了。再量一下——12.8 cm。伸长 0.8 cm。
"现在挂两个。"弹簧伸到 13.6 cm。伸长了 1.6 cm。
"挂三个、四个、五个——"
小理在旁边记录:
| 钩码数 | 弹力 F/N | 弹簧总长/cm | 伸长 x/cm |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 12.0 | 0 |
| 1 | 0.5 | 12.8 | 0.8 |
| 2 | 1.0 | 13.6 | 1.6 |
| 3 | 1.5 | 14.4 | 2.4 |
| 4 | 2.0 | 15.2 | 3.2 |
| 5 | 2.5 | 16.0 | 4.0 |
"现在,"老师说,"把这些数据画到坐标纸上。"
小理拿了一张坐标纸,横轴是伸长 x,纵轴是弹力 F。
他把五个点一个一个描上去。
描完一看——几乎完美地在一条直线上。
他拿尺子比了比,从原点出发,穿过五个点,往上延伸。
"这就是——"他说。
"对。"老师说,"这是一条过原点的直线。表示 F 与 x 成正比。"
他在黑板上写:
F = kx
"这个式子叫胡克定律。k 是弹簧的劲度系数,单位 N/m。"
"k 越大,弹簧越'硬'——越难拉长。"
小理低头算:
F/x = 0.5 / 0.8 = 0.625 N/cm = 62.5 N/m。
"我的弹簧的劲度系数是 62.5 N/m。"
"不错。"老师说,"但要注意——"他指了指最下面那一行,"加太多钩码的时候,弹簧会超出'弹性限度'。这时候胡克定律就不适用了。"
"所以实验的时候,钩码不要挂太多。"
"胡克定律只在弹性限度内成立。"
下课的时候,小理把那张坐标纸夹进了笔记本。
这是他这个学期夹进去的第六张图。
……原来弹簧的"软硬",是一个可以量出来的数。
k 反映弹簧的"软硬"。
只在弹性限度内成立。
① 内容:在弹性限度内,弹簧发生弹性形变时,弹力 F 的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度 x 成正比。
② 公式:F = kx
③ 劲度系数 k:单位 N/m;只与弹簧本身有关(材料、长度、粗细、匝数);k 越大,弹簧越硬。
④ 注意:x 是"形变量"(伸长或缩短的长度),不是弹簧的总长度。
⑤ 弹性限度:超出弹性限度,F 与 x 不再成正比,胡克定律不再成立。
F 等于 k 乘 x,
x 是伸长量不是总长,
k 越大弹簧越硬。
- 人教版《物理》必修第一册 第三章第1节「重力与弹力」. 人民教育出版社, 2019: 82-85.
- 人教版《物理》教师教学用书·必修第一册. 人民教育出版社, 2019: 100-104.
综合闯关
知识点总结
(12:08。写完了。窗外天阴下来。暖气还在"嘶嘶"响。)
| 概念 | 定义/公式 | 关键点 |
|---|---|---|
| 重力 | 由于地球的吸引而使物体受到的力 | G = mg;方向竖直向下;施力物体是地球 |
| g 值 | g = 9.8 N/kg,粗略取 10 N/kg | 1 N/kg = 1 m/s²;与自由落体加速度是同一个数 |
| 重心 | 可认为物体各部分重力集中作用在一点 | 规则均匀在几何中心;不规则看质量分布;可能在物体外 |
| 悬挂法 | 两次悬挂,两次铅垂线交点即为重心 | 原理:悬挂时重力作用线过重心 |
| 力的图示 | 用有向线段表示力的三要素 | 长度表大小;箭头表方向;起点/终点表作用点 |
| 形变 | 物体在力的作用下形状或体积发生改变 | 弹性形变(能恢复)vs 塑性形变(不能恢复) |
| 弹力 | 发生弹性形变的物体由于要恢复原状,对与它接触的物体产生的力 | 条件:接触 + 弹性形变;施力物体是发生形变的物体 |
| 弹力方向 | 与施力物体的形变方向相反 | 绳沿绳;面垂直面;杆不一定沿杆 |
| 胡克定律 | F = kx(弹性限度内) | x 是形变量,不是总长;k 是劲度系数(N/m) |
竖直向下 mg。
重心规则在中心,
悬挂两次找交点。
接触形变才弹力,
方向指向恢复形变。
绳沿绳、面垂直面,
弹簧 F 等于 kx。
参考资料
- 人民教育出版社课程教材研究所.《普通高中教科书·物理·必修第一册》第三章第1节「重力与弹力」. 人民教育出版社, 2019: 73-85.
- 中华人民共和国教育部.《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》. 人民教育出版社, 2020: 15-18.
- 人教版《物理》教师教学用书·必修第一册. 人民教育出版社, 2019: 92-104.
- Feynman R. P., Leighton R. B., Sands M.《费曼物理学讲义》第一卷, 第12章「力的特性」. 上海科学技术出版社: 100-110.


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