1、1重力 基本相互作用目标导航 学习目标 1.理解力的概念及力的两种作用效果。2.知道力的三要素,会用力的图示表示力。3.知道什么是重力、重心,掌握重力的计算方法及方向。4.了解自然界中的四种基本相互作用。重点难点 重点:力、重力的概念,力的表示法。难点:重心概念的理解,影响重心因素的分析。激趣诱思如图所示,马踏飞燕是汉代艺术家高度智慧、丰富想象、浪漫主义精神和高超的艺术技巧的结晶,是我国古代雕塑艺术的稀世之宝。飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上,这是什么原因呢?马踏飞燕图简答:飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上,是因为骏马的重心与飞燕在一条竖直直线上。预习导引1.物体的运动状态
2、和运动状态的变化物体的运动状态用速度来描述。只要物体的速度变化了,不管是大小还是方向改变了,都说这个物体的运动状态发生了变化。2.物体的形变在外力的作用下,物体的形状和体积发生了变化,就说物体发生了形变。3.力和力的图示(1)力是物体与物体之间的相互作用,力作用在物体上会产生两种作用效果:一是使物体的运动状态发生变化,二是使物体发生形变。(2)力的三要素是指力的大小、方向、作用点。(3)力的图示:用带箭头的线段表示力 长短表示力的大小指向表示力的方向箭头或箭尾表示力的作用点预习交流 1俗话说,一个巴掌拍不响,你能从力是物体间的相互作用的角度说出“孤掌难鸣”的道理吗?答案:力是物体间的相互作用,
3、力的作用都是相互的,施力物体与受力物体同时存在。一个巴掌是拍不响的,单掌空拍时只有施力物体,没有受力物体,就不会产生力的作用,当然就没有了掌声,离开物体间的相互作用是不能空谈力的。4.重力(1)重力的产生:由于地球的吸引而使物体受到的力。重力的施力物体是地球。(2)重力的大小:重力的大小跟物体的质量成正比,即 G=mg。测量:用测力计测量竖直悬挂被测物体,处于静止状态时,测力计示数即为其重力大小。(3)重力的方向:总是竖直向下。(4)重心:物体的各部分都受重力作用,从效果上看可认为各部分所受到的重力作用集中于一点,即为物体的重心。(5)决定物体重心位置的因素:物体的形状;物体的质量分布。预习交
4、流 2重力的方向是竖直向下,那是不是说物体在地面上的任何位置,所有重力的方向都是相同的?答案:不相同。由于地球是一个球体,不同位置的竖直方向是不相同的,即地球上不同位置的重力方向是不同的。5.四种基本相互作用(1)万有引力作用:任何两物体间都普遍存在的一种相互吸引作用。相互作用强度随物体间距离增大而减弱。(2)电磁相互作用:电荷和电荷,磁体和磁体间的相互作用。(3)强相互作用:组成原子核的粒子间的相互作用,作用范围小,与引力作用和电磁作用相比,受距离变化的影响更大。(4)弱相互作用:发生在放射现象中,作用范围也很小,强度很弱。预习交流 3苹果从树上下落,静止释放的物体竖直下落,抛出的物体会落回
5、地面,水会从高处流向低处,这些司空见惯的现象受什么共同的规律支配呢?答案:这些物体都受到重力作用,因为重力的方向是竖直向下的,所以这些物体总要下落。一、力的概念知识精要1.力的四个性质(1)物质性:力是物体对物体的作用,脱离物体而独立存在的力是不存在的,一个力一定同时具有受力物体和施力物体。(2)相互性:物体之间力的作用是相互的,只要一个物体对另一个物体施加了作用力,另一个物体也一定会对这个物体施加反作用力。(3)同时性:发生相互作用的两个物体 A 与 B,A 对 B 作用的同时,B 也一定对 A 发生作用。(4)矢量性:力是矢量,不仅有大小,而且有方向。2.力的作用效果(1)力的作用效果:(
6、2)影响作用效果的要素:力的大小、方向和作用点。(3)作用效果的应用:是分析物体是否受力的基本方法。若存在作用效果,说明该力存在;若没有作用效果,说明该力不存在。思考探究1.如图甲所示,在足球场上,运动员把球踢飞,球由静止变为运动,说明球的运动状态发生了改变;乙图中,弹簧被拉长或压缩,说明弹簧发生了形变。结合以上现象,回答以下问题:(1)力有哪些作用效果?(2)图甲中踢出去的足球受到哪些力的作用?(3)图乙中,手压缩弹簧过程中,谁是施力物体?谁是受力物体?答案:(1)力的作用效果是使物体发生形变或改变物体的运动状态。(2)踢出去的足球受到重力和空气阻力的作用。(3)用手“压”弹簧,手是施力物体
7、,弹簧是受力物体,同时弹簧对手也有“挤压”的效果,此时弹簧是施力物体,手是受力物体。因此,手既是施力物体又是受力物体,弹簧既是受力物体同时又是施力物体,力总是成对出现的。2.观察图片思考发生形变的原因是什么?大雪压弯的树枝压弯的撑竿答案:树枝垮下来,发生了形变,原因是树枝受到了雪的压力;撑竿变得弯曲,发生了形变,原因是撑竿受到了运动员手臂的拉力。无论是被大雪压垮的树枝还是被运动员压弯的撑竿共同之处在于在力的作用下它们都发生了形变。发生形变是力的作用效果的具体表现。典题例解【例 1】(多选)下列说法正确的是()A.甲用力把乙推倒而自己并未倒下,说明只是甲对乙施加了推力,而乙对甲没施加推力B.甲对
8、乙施加了力的作用,甲是施力物体,同时也是受力物体C.带正电的甲球吸引带负电的乙球,那么乙球也吸引甲球,但是磁铁吸引铁块,而铁块不会吸引磁铁D.力不能离开物体单独存在解析:力的作用是相互的,甲对乙有力的作用,乙对甲也有力的作用,甲既是施力物体也是受力物体,选项 B 正确;力不能离开施力物体和受力物体而单独存在,选项 D 正确。答案:BD点拨:a.根据力的作用效果判断物体是否受力,是受力分析的基本方法。b.力的作用效果是由力的大小、方向和作用点决定的。c.某个力的作用效果与其他力是否存在无关。迁移应用1.关于力的说法,下列结论正确的是()A.只有有生命的物体才会施加力B.受力的物体同时也是施力的物
9、体C.静止的物体不受力,运动的物体才受力D.只有接触的物体间才可能相互施加力解析:任何一个物体,不管它是否有生命,都可以对其他物体施加力的作用,选项 A 错误;物体间力的作用总是相互的,物体在受力的同时也在施力,选项 B 正确;力是改变物体运动状态的原因,而不是物体运动的原因,选项 C 错误;磁铁吸引铁块,磁铁和铁块可能并没有接触,可见选项 D 错误。答案:B2.下列说法正确的是()A.鸡蛋碰石头,鸡蛋碎了,石头却完好无损,说明石头对鸡蛋有作用,鸡蛋对石头无作用B.只有能运动的物体才会施力,静止的物体只能受到力,不会施力C.任何一个物体,一定既是受力物体,又是施力物体D.“风吹草低见牛羊”,草
10、受到了力而弯曲,但未见到施力物体,说明没有施力物体的力也是存在的解析:力的作用是相互的,但效果可以不同,故选项 A 错;不管物体是否运动,当它与别的物体发生相互作用时,它既是施力物体,同时也是受力物体,故选项 B 错;自然界中的物体都是相互联系的,任何一个物体总会受到别的物体的作用,是受力物体,同时也会对别的物体施加力的作用,又是施力物体,故选项 C 正确;“风吹草低见牛羊”是由于草受到风力,即受到流动空气的作用力才弯曲的,风力的施力物体是流动的空气,只是人们看不见而已,故选项 D 错误。答案:C二、力的图示知识精要作力的图示的方法(1)选定标度,即用某一长度的线段来表示一定大小的力,选标度应
11、根据力的大小合理设计,一般情况下线段分段应在 25 段。(2)从力的作用点沿力的作用方向画一线段,根据选定的标度和力的大小按比例确定线段的长度,并在线段上加上刻度。(3)在线段上沿力的方向加上箭头。(4)操作的“四定二标”:一定作用点,二定作用线,三定比例标度,四定线段长度;一标力的方向,二标力的数值。思考探究1.举例说明画力的图示的步骤,体会在力的图示中,力的三要素是如何呈现的?答案:小车在水平方向受到向右的 100 N 的力 F,为表示这个100 N 的力,首先选一标度(用一定长度的线段表示 20 N 的大小);其次,从力的作用点向右画一根带箭头的线段,线段的长度要是标度的 5 倍,表示
12、100 N,箭头表示力的方向。2.比较力的图示与力的示意图。答案:力的图示和力的示意图的比较如下表 作图步骤 力的图示 力的示意图 1 选定标度(用某一长度表示一定的力的大小)无须选标度 2 从作用点开始沿力的方向画一线段,根据选定的标度和力的大小按比例确定线段长度 从作用点开始沿力的方向画一适当长度线段即可 3 在线段的末端标出箭头,表示方向 在线段末端标出箭头,表示方向 典题例解【例 2】如图所示,静止木块对桌面的压力为 6 N,试作出压力的图示,说明施力物体和受力物体,并作出木块所受重力和支持力的示意图。解析:(1)选 4 mm 的线段表示 2 N 的力;(2)木块对桌面的压力作用在桌面
13、上,作用点如图甲所示;(3)从 O 点竖直向下画一条三倍于标度(12 mm)的线段;(4)在线段末端加箭头表示力的方向。为了简便,也可以照图乙来画。画力的示意图时,只需画出力的作用点和方向,对线的长短没有严格要求。如图丙为木块所受重力和支持力的示意图,也可以照图丁那样用一点表示木块,画出重力和支持力的示意图。答案:见解析迁移应用1.一个重 20 N 的物体沿着斜面下滑,下列能正确表示物体受到的重力的图示是()解析:重力的方向竖直向下,选项 B、C 错误;重力大小为 20N,D 图是 10 N,选项 D 错误,A 正确。答案:A2.根据下列要求用图示法画出力。(1)水平桌面对桌面上的书产生 30
14、 N 的支持力;(2)用 1 600 N 的力跟水平方向成 30角向斜上方拉车。解析:(1)取一定长度的线段表示 10 N,作用点为 A,书所受支持力 FA 如图甲所示。(2)取一定长度的线段表示 400 N,作用点为 B,车所受拉力 FB 如图乙所示。答案:见解析图三、重力及重心知识精要1.对重力的理解(1)重力的产生:重力的施力物体是地球,是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力,但由于地球自转影响,重力通常不等于地球的吸引力。(2)重力的大小:在同一地点,重力的大小与质量成正比。在不同的地点,同一物体的重力随纬度的增加而增大,随海拔高度的增加而减小。物体重力的大小与物体的运动状态无关,与物
15、体是否受其他力也无关。(3)重力的方向:重力的方向总是竖直向下,竖直向下不一定垂直地面向下,一般也不是指向地心。2.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可能发生变化。(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。思考探究1.图为建筑工地常用的重锤,用来检测墙壁是否竖直,为
16、什么使用重锤就能够检测墙壁是否竖直?答案:因为重力的方向是竖直向下的,所以,悬挂重锤的细线方向一定是竖直向下的,如果墙壁与细线平行,就说明墙壁是竖直的,没有倾斜。2.为什么说重力的大小由物体的质量和所处的地理位置共同决定?怎样理解 G=mg?答案:(1)在同一地点,重力 G 与质量 m 成正比;同一物体,在不同地点所受的重力可能不同(随地理纬度的增加而增大,随离地面高度的增加而减小),不过这种差异很小,一般在离地面附近不太大的范围内,可认为其重力大小恒定不变。(2)重力大小的计算公式是 G=mg。式中 m 是物体的质量,单位是 kg,g 是一个与地理位置有关的量,反映地球对物体作用力的强弱。(
17、g 值随地理纬度的增加而增大,随离地面高度的增大而减小)通常情况下(在地球表面附近),g 取 9.8 m/s2,表示质量是 1 kg 的物体受到的重力是 9.8 N。3.目前一些优秀的跳高运动员均采用背越式跳高,正是这种由跨越式跳高向背越式跳高的转变,使得人类跳高纪录不断被刷新。试分析为什么背越式跳高能越过更高的高度呢?答案:背越式跳高相对跨越式跳高的优势在于:能做到身体从竿上过,重心从竿下过,运动员的重心提升高度较低,因此有利于跳过更高的高度。典题例解【例 3】(多选)关于重力,下列说法中正确的是()A.重力就是地球对物体的吸引力,其方向一定指向地心B.重力的方向就是物体自由下落的方向C.重
18、力的大小可以用弹簧测力计或杆秤直接测出D.在不同地点,质量大的物体可能比质量小的物体所受的重力小思路分析:分析和解答本题应从重力的以下几个方面入手:重力 产生(地球吸引)大小(=)方向(竖直向下)解析:重力是由于地球对物体的吸引产生的,但由于地球自转的影响,通常情况下重力只是地球对物体的引力的一部分,重力的方向竖直向下,并不一定指向地心,选项 A 错误;将物体由静止开始释放,只在重力作用下时物体自由下落,所以重力的方向就是物体自由下落的方向,选项 B 正确;杆秤称量的是物体的质量而非重力,选项 C错误;由公式 G=mg 可知,重力 G 的大小由质量 m 和重力加速度 g共同决定;由于不同地点
19、g 值可能不同,因此在 g 值小的地点质量大的物体所受重力并不一定大,选项 D 正确。答案:BD点评:重力是由于地球的吸引而产生的,但不能说重力就是地球的引力。迁移应用1.下列关于重力的说法中正确的是()A.由 G=mg 可知,物体的质量与重力成正比B.同一物体在地球上各处重力相同C.重力就是地球对物体的吸引力,其方向必定指向地心D.重力的大小不是总等于竖直测力计对物体的拉力解析:质量是物体所含物质的多少,是物体本身固有的属性,与重力大小无关,选项 A 错误;同一物体在地球上的不同位置,重力大小略有差别,方向也不相同,选项 B 错误;重力是由于地球对物体的吸引而产生的,其大小一般小于地球对物体
20、的吸引力,方向是竖直向下而非指向地心,选项 C 错误;用测力计竖直悬挂物体,只有当物体处于静止(或匀速直线运动)状态时,测力计的读数才等于物体的重力的大小,选项 D 正确。答案:D2.如图所示,一个空心均匀球壳里面注满水,球的正下方有一个小孔,在水由小孔慢慢流出的过程中,空心球壳和水的共同重心将会()A.一直下降B.一直上升C.先升高后降低D.先降低后升高解析:本题考查对重心的理解,关键是明确物体的重心与质量分布有关。当注满水时,球壳和水的重心均在球心,故它们共同的重心在球心。随着水的流出,球壳的重心虽然仍在球心,但水的重心逐渐下降,开始一段时间内,球壳内剩余的水较多,随着水的重心的下降,球壳
21、和水共同的重心也下降;后来一段时间内,球壳内剩余的水较少,随着水的重心的下降,球壳和水共同的重心却升高;最后,水流完时,重心又回到球心。故球壳和水的共同重心先降低后升高,选项 D 正确。答案:D重心位置的确定知识链接方法:质量分布均匀且形状规则的物体通过找几何中心来确定重心位置,形状不规则的薄板可以根据悬挂法的原理确定重心位置。案例探究如图所示,一个半径为 R 的圆球,其重心不在球心 O 上,将它置于水平地面上,则平衡时球与地面的接触点为 A,若将它置于倾角为30的粗糙斜面上,则平衡时(静摩擦力足够大)球与斜面的接触点为 B,已知 AB 弧对应的圆心角度数为 60,则圆球重心离球心 O 的距离是 。答案:2思悟升华影响物体重心的因素:跟物体的形状和物体质量的分布都有关系,跟物体的放置情况和运动状态无关。只有形状规则、质量均匀分布的物体的重心才在物体的几何中心上。重心的位置可以在物体上,也可以在物体外。解析:如图所示,当小球在斜面上处于静止时,小球的重力作用线一定通过 B 点,又知小球放在水平面上静止时,球与地面的接触点为A,则其重力的作用线与 OA 重合。综上所述,球的重心应位于过 B点的竖直线和 OA 线的交点 C,由几何关系可知,CBO=30,由此可知,圆球重心距球心 O 的距离为 OC=Rsin 30=2。
