《重力基本相互作用》8課件

本章綜述本章講述的是有關(guān)“力”的基礎(chǔ)知識，是學(xué)習(xí)靜力學(xué)和動力學(xué)所必需的預(yù)備知識，也是學(xué)習(xí)整個力學(xué)的基礎(chǔ)和準(zhǔn)備．“重心”概念的引入，把實際作用于整個物體各部分的重力等效為作用于重心的一個力；“力的圖示”是把物體“用一個點代表”來等效處理，滲透物理思想和物理方法．“力的合成與分解”對合力與分力之間的等效處理深化了等效替代思想．本章內(nèi)容多與數(shù)學(xué)、生物、建筑、體育及航空、航天等學(xué)科相聯(lián)系，如人體骨骼、肌肉結(jié)構(gòu)有關(guān)的力學(xué)原理，建筑物的受力平衡，體育運動中的舉重、雜技等受力分析，以及航天器在不同運動過程中的受力問題等．本章以研究力的概念開始，圍繞三種重要性質(zhì)的力：重力、彈力、摩擦力產(chǎn)生條件和性質(zhì)，然后對物體進行受力分析，并應(yīng)用平行四邊形定則對力進行處理．學(xué)習(xí)過程中要掌握四個概念，兩個定則．四個概念：力、重力、彈力、摩擦力．兩個定則：平行四邊形定則、三角形定則．對于本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，不但要熟練掌握基本概念和規(guī)律，同時要把握知識間內(nèi)在的聯(lián)系，形成知識體系，這樣才能抓住重點，突破難點，做到融會貫通、舉一反三，最終達到熟練掌握、靈活應(yīng)用的目的．在學(xué)習(xí)中建議：1．在學(xué)習(xí)三種常見力時，應(yīng)當(dāng)多與生活中的事例相結(jié)合，在感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上正確建立這些力的概念，比如，靜摩擦力的大小、方向、產(chǎn)生或消失都會隨其他力的變化而變化；對于彈力的學(xué)習(xí)，要通過具體實例的分析、練習(xí)，掌握各種常見的彈力如拉力、壓力、支持力的方向，特別是輕桿的彈力．關(guān)于彈簧的彈力大小，遵循胡克定律，要求定量分析．2．在理解和掌握各種常見力的基礎(chǔ)上，多做一些受力分析的習(xí)題，在練習(xí)中要注意養(yǎng)成良好的受力分析習(xí)慣，提高受力分析的正確性、規(guī)范性．在練習(xí)中掌握建立物理模型的方法(把實際問題轉(zhuǎn)化為物理問題)，掌握受力分析的方法(整體法和隔離法)以及處理力的合成與分解問題的方法(力的圖示法、代數(shù)計算法、正交分解法等)提高理解能力、推理能力、分析綜合能力、運用數(shù)學(xué)知識解決問題的能力．知識與技能1．知道力是物體間的相互作用．2．知道重力和重心的概念．3．掌握力的圖示方法，會畫力的示意圖．過程與方法通過事實和現(xiàn)象去體會、感受、表述力的存在．情感、態(tài)度與價值觀通過玩具“不倒翁”和古代汲水瓶體驗學(xué)習(xí)物理的樂趣．如下圖甲所示，直升機通過螺旋槳的高速轉(zhuǎn)動，能夠在空中飛行；如圖乙所示，跳高運動員越橫桿的姿勢經(jīng)歷了幾種變遷，最終大多采取“背越式”的姿勢．甲乙1．力的概念力是物體與物體之間的相互作用．2．力的特征(1)力的物質(zhì)性力不能離開物體而獨立存在，無論是什么物體，它都要受到力的作用；而只要有力的存在，就必須有施力物體和受力物體．特別提醒：相互作用的兩個物體誰是施力物體誰是受力物體是相對的，和所選研究對象有關(guān)，當(dāng)其中一個是受力物體時，另一個就是施力物體．(2)力的效果性力的效果性可以體現(xiàn)在兩個方面：①物體運動狀態(tài)的變化即物體速度的變化．不管是速度的大小還是方向發(fā)生變化，都說這個物體的運動狀態(tài)發(fā)生了變化；②物體形狀的變化．當(dāng)我們用手壓鋸條的時候，鋸條變彎，我們就說鋸條發(fā)生了形狀的變化．(3)力的相互性力存在于施力物體和受力物體之間，力的作用是相互的，施力物體同時也一定是受力物體．我們將兩個物體之間的作用力稱為作用力與反作用力．(4)力的矢量性力是矢量，力既有大小，又有方向．力的方向不同，作用效果往往不同．所以，要把一個力完整地表示出來，既要說明力的大小又要說明力的方向．3．力的圖示(1)力的測量：力的大小可以用測力計(彈簧秤)測量．(2)力的單位：國際單位制中，力的單位是牛頓，簡稱牛，符號是N.(3)力的圖示：物理學(xué)中用一根有向線段來形象、直觀地表示力，線段的長度表示力的大小，箭頭的指向表示力的方向，用箭頭或箭尾表示力的作用點，這種表示力的方法叫做力的圖示．畫力的圖示的步驟：①選定標(biāo)度(用多長的線段表示多少牛的力)．選標(biāo)度應(yīng)根據(jù)力的大小合理設(shè)計，一般情況下，線段應(yīng)分為2～5段，不宜太多，太多了圖示不清晰；也不可太少，不能少于2段．②從作用點沿力的方向畫一線段，根據(jù)選定的標(biāo)度和力的大小按比例確定線段的長度，并在線段上加刻度．不能用不同標(biāo)度畫同一物體所受的不同的力．③在線段的一端加箭頭表示力的方向，箭頭或箭尾表示力的作用點，線段所在的直線叫做力的作用線．4．力的示意圖力的示意圖是一種粗略表示力的方法，只畫出物體受到的力及力的方向，不需要選定標(biāo)度確定有向線段的長度．1．重力(1)定義：由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力．(2)重力的大?。褐亓Υ笮∨c物體質(zhì)量的關(guān)系是G＝mg，通常取g＝9.8N/kg，即1kg的物體所受重力為9.8N.可用測力計(如彈簧秤)測量重力．(3)重力的方向：重力的方向總是豎直向下的．豎直向下不能說成垂直向下．重力是垂直于水平面向下．特別提醒：(1)重力是非接觸力；(2)重力的施力物體是地球；(3)物體所受的重力與物體所處的運動狀態(tài)以及是否受到其他力無關(guān)；(4)重力不一定等于地球?qū)λ奈Γ?5)重力隨緯度的升高而增大；(6)重力隨離地高度的增加而減小．2．重心(1)定義：一個物體的各部分都受到重力的作用，從效果看，我們可以認(rèn)為各部分受到的重力集中作用于一點，這一點叫做物體的重心．(2)質(zhì)量分布均勻的物體的重心位置只跟物體的形狀有關(guān)．形狀規(guī)則的質(zhì)量分布均勻物體的重心在其幾何中心．質(zhì)量分布不均勻的物體重心的位置與物體的形狀和質(zhì)量的分布均有關(guān)系．(3)對于形狀不規(guī)則，但體積和形狀固定的物體(即重心位置不變的物體)可以利用二次懸掛法來找它的重心．例如：尋找形狀不規(guī)則的薄板的重心，具體做法是：①如圖甲所示，第一次在薄板的A點用線把它懸掛起來，當(dāng)薄板靜止時，用筆和刻度尺在薄板面上畫出懸線的延長線AB；②如圖乙所示，第二次在薄板的C點再一次用線把它懸掛起來，并畫出此次懸線的延長線CD；③根據(jù)重力的作用點在物體的重心，并借助“二力平衡”的知識可知，AB與CD的交點O即為此薄板的重心．(4)物體的重心可以不在物體上．由于重心是一個等效作用點，它可以不在物體上．例如：質(zhì)量分布均勻的球殼，其重心在球心，并不在殼體上．例1下列說法正確的是 ()A．拳擊手一拳擊出，沒有擊中對方，這時只有施力物體，沒有受力物體B．運動員將足球踢出，球在空中飛行是因為球受到一個向前的推力C．甲用力把乙推倒，說明只是甲對乙有力，而乙對甲沒有力D．兩個物體發(fā)生相互作用不一定相互接觸答案：D分析：力是物體對物體的作用，有力的產(chǎn)生必定同時有施力物體和受力物體，利用力的相互性和物質(zhì)性可以判斷一個力是否存在．解析：規(guī)律總結(jié)：對力的概念可以從以下幾個方面理解：(1)力是物體對物體的相互作用，談到一個力必然有施力物體和受力物體，一個物體是施力物體，必然也同時是受力物體．(2)力作用在物體上所產(chǎn)生的效果是改變物體的運動狀態(tài)和使物體發(fā)生形變．(3)發(fā)生相互作用的兩個物體，既可以直接接觸，也可以不直接接觸．變式訓(xùn)練1關(guān)于力的概念，下列說法中正確的是()A．力是使物體發(fā)生形變和改變運動狀態(tài)的原因B．一個力必定聯(lián)系著兩個物體，其中每個物體既是施力物體又是受力物體C．只要兩個力的大小相等，它們產(chǎn)生的效果一定相同D．兩個物體相互作用，其相互作用力可以是不同性質(zhì)的力答案：AB解析：要通過實例加深對力的概念的理解，注意力的物質(zhì)性、相互性、力的三要素及作用效果．從力的基本概念出發(fā)作出判斷．根據(jù)力的兩個作用效果，可知選項A正確．根據(jù)力的相互性，可知選項B正確．根據(jù)力的三要素，可知力的作用效果不僅與力的大小有關(guān)，還與力的方向和作用點的位置有關(guān)，選項C錯誤．相互作用力一定是同一性質(zhì)的力，選項D錯誤．可見，正確選項為A、B.例2一個鐵球在空中飛行，所受重力為120N，方向豎直向下，試畫出重力的圖示和示意圖，并說明施力物體和受力物體．解析：要嚴(yán)格按以下步驟畫力的圖示．(1)選定標(biāo)度：選1cm長的線段表示30N的力；(2)用一矩形表示物體，從作用點沿力的方向畫一線段，線段的長度按選定的標(biāo)度和力的大小畫，線段上加上刻度，如下圖甲所示，從O點豎直向下畫一條4倍于標(biāo)度(4cm)的線段；(3)在線段上加上箭頭表示力的方向．也可以按照如圖乙所示那樣，不畫物體，而用O點表示物體，畫出力F的圖示．畫力的示意圖．如圖丙所示，用一矩形表示物體，從物體上向力的方向畫一線段，并加上箭頭，表示方向．然后標(biāo)明F＝120N即可．這個重力的施力物體是地球，受力物體是鐵球．規(guī)律總結(jié)：(1)畫力的圖示時一定要先選定合適的標(biāo)度，并且同一個圖中只能選定一個標(biāo)度，力的圖示一定要把力的三要素充分體現(xiàn)出來．(2)力的示意圖只是粗略地分析物體受到的某個力或幾個力．只注重力的方向和作用點，對力的大小表示沒有嚴(yán)格要求，在以后對物體進行受力分析時，只畫力的示意圖就可以了．注意要把各力的作用點畫在物體上．變式訓(xùn)練2在圖甲中木箱的P點，用與水平方向成30°角斜向上的150N的力拉木箱；在圖乙中木塊的Q點，用與豎直方向成60°角斜向上的20N的力把木塊抵在墻壁上，試作出甲、乙兩圖中所給力的圖示，并作出圖丙中電燈所受重力和拉力的示意圖．答案：甲圖：選6mm線段表示50N的力．乙圖：選1cm線段表示10N的力．丙圖：例3關(guān)于重力的概念，下列說法中正確的是 ()A．重力的施力物體是地球B．重力的方向總是垂直向下的C．重力的大小可以用彈簧測力計和桿秤直接測量D．把物體放在水平支持物上，靜止時物體對水平支持物的壓力就是物體受到的重力答案：A解析：重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，它的施力物體是地球；它的方向總是豎直向下的，不是垂直向下的；重力的大小可以用彈簧測力計直接測量，而桿秤直接測量的是質(zhì)量，而不是重力；重力和壓力的施力物體和受力物體不同，性質(zhì)也不同，所以不是同一個力．規(guī)律總結(jié)：對于重力概念的把握，主要從以下方面入手：(1)重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，但地球引力并非重力，它只是重力產(chǎn)生的原因．(2)重力的方向豎直向下，其大小G＝mg.(3)重力的大小可借助二力平衡，利用彈簧秤測出．變式訓(xùn)練3關(guān)于重力的說法，正確的是 ()A．重力就是地球?qū)ξ矬w的吸引力B．只有靜止的物體才受到重力C．同一物體在地球上無論怎樣運動都受到重力D．重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的答案：CD解析：地球?qū)ξ矬w的吸引力是產(chǎn)生重力的原因，但不等同于重力，故D正確而A錯誤．只要物體在地球表面或地球表面附近，物體就一定要受到重力作用，與其運動狀態(tài)無關(guān)，故C正確，B錯誤．例4有一質(zhì)量分布均勻鐵鏈長L，原來放在地面上，現(xiàn)在將鐵鏈豎直向上剛好拉直，它的重心位置升高了多少？使一塊邊長為a的均勻立方體繞著自己的一個棱翻轉(zhuǎn)，當(dāng)它的對角線剛好與地面垂直時，其重心位置升高了多少？規(guī)律總結(jié)：分析重心位置的步驟(1)以所給物體為研究對象，了解其質(zhì)量分布的情況及幾何形狀．(2)對質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體，其重心在物體的幾何中心上．(3)對于薄板型的物體可利用懸掛法確定．(4)若物體的質(zhì)量分布或幾何形狀改變，物體的重心位置可能變化，注意重心位置不一定在物體上．變式訓(xùn)練4如右圖所示，一飲料杯裝滿水，杯子的底部有一小孔，在水從小孔不斷流出的過程中，杯連同杯中水的共同重心將 ()A．一直下降 B．一直上升C．先升后降 D．先降后升答案：D解析：水杯的重心位置是不變的，水不斷流出，則水的重心不斷下降，故整體的重心在不斷下降，降到一定位置后又會上升．也可用極限思維方法來研究：設(shè)想水流盡，則整體的重心就是杯的重心，故共同重心是先降后升，所以D正確．一、力是__________作用；力的三要素是__________；力的作用效果有__________和__________．二、重力是由于__________；重力的大小可以用__________來測量；重力的方向總是__________；重力的作用點叫做__________．三、力的分類：(1)根據(jù)力的__________分類，常見的有重力、彈力、摩擦力、電磁力、核力等等；(2)根據(jù)力的__________劃分，常見的有拉力、壓力、支持力、動力、阻力等等．四、重力與質(zhì)量的關(guān)系：地面上同一位置處，物體的重力大小G與物體的質(zhì)量m成正比，即G＝mg，常取g值為__________N/kg.五、從17世紀(jì)下半葉到20世紀(jì)初，逐漸被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并認(rèn)識的四種相互作用力分別是：__________、__________、__________、__________.自主校對：一、物體間的相互大小、方向、作用點使物體的形狀發(fā)生改變使物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變二、地球?qū)ξ矬w的吸引而使物體受到的力彈簧測力計豎直向下重心三、(1)性質(zhì)(2)作用效果四、9.8五、萬有引力電磁相互作用強相互作用弱相互作用1．下列說法正確的是 ()A．靜止不動的物體，一定不受任何力的作用B．物體的形狀沒有改變，說明該物體一定不受力的作用C．物體的運動方向改變了，則該物體一定受到力的作用D．只有運動物體才會受到力的作用答案：C解析：物體受到力的作用，可能使物體形狀發(fā)生改變，也可能使運動狀態(tài)發(fā)生變化，C正確．2．關(guān)于重心的位置，下列說法正確的是 ()A．物體升高或降低時，重心在物體上的位置也要升高或降低B．物體的形狀改變時，其重心位置必定也要改變C．物體的重心在物體上的位置隨物體的放置方法不同而不同D．物體升高、降低或放置方法改變，重心在物體上的位置都不變答案：D解析：確定的物體的重心在物體上的位置不變，故D正確，A、C錯誤；物體的形狀改變時，重心的位置不一定改變，B錯誤．3．如圖所示，質(zhì)量為2kg的物體m靜止在水平地面上，受到兩個力的作用：重力和支持力，則：(1)此物體有幾個施力物體，它們分別是什么物體？(2)如果支持力等于重力，且重力大小為20N，試畫出支持力的圖示．解析：(1)據(jù)題圖可知，物體受兩個力作用：重力和支持力．其中，重力的施力物體為地球，支持力的施力物體是地面．此物體可以說是有兩個施力物體．(2)因為重力G＝20N，而支持力等于重力，顯然，支持力大小為F＝20N，方向豎直向上．作出標(biāo)度如圖中所示，4mm代表5N，作出支持力的圖示．飲水鳥中國古代玩具“飲水鳥”早已失傳多年，這兩年才被重新發(fā)現(xiàn)．根據(jù)前蘇聯(lián)著名的科普作家別萊利曼編著的《趣味物理學(xué)續(xù)編》，曾有人將這個涂了顏色、看不見內(nèi)部奧秘的“飲水鳥”贈送給愛因斯坦，當(dāng)愛因斯坦看過并明白其原理時，十分驚嘆“飲水鳥”設(shè)計巧妙．因此這個玩