2024-2025學(xué)年新教材高中物理第3章相互作用第1節(jié)重力與重心學(xué)案魯科版必修第一冊

PAGE11-第1節(jié)重力與重心學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念](1)知道力是物體間的相互作用．(2)知道重力大小、方向、測量方法和重心．2.[科學(xué)思維]會做力的圖示和力的示意圖，知道重心與穩(wěn)定的關(guān)系．3.[科學(xué)探究]會探究找物體重心的方法，并會解決有關(guān)重力的實際問題．4.[科學(xué)看法與責(zé)任]培育學(xué)習(xí)物理的愛好，養(yǎng)成實事求是的科學(xué)看法．一、力的描述1．力的圖示：用一條帶箭頭的按肯定比例畫出的線段來表示力．2．力的示意圖：只畫出帶箭頭的線段來表示力，箭頭表示力的方向，對線段的長度沒有嚴(yán)格要求．3．標(biāo)矢性：力不但有大小，而且有方向，是矢量(選填“矢量”或“標(biāo)量”)．留意：力的作用是相互的，有施力物體必有受力物體，有受力物體必有施力物體．二、重力及其測量1．重力(1)定義：由于地球的吸引而使物體受到的力．(2)重力的大?。嚎捎霉紾＝mg計算得出，式中g(shù)是比例系數(shù)，g＝9.8N/kg.(3)重力的方向：總是豎直向下．2．重力的測量：重力的大小可以用彈簧測力計測出，測量時物體必需保持靜止，這樣物體對測力計的拉力大小才等于物體受到的重力大?。w檢時常用磅秤來測量體重．說明：重力的方向總是豎直向下，不是垂直向下，也不肯定指向地心．三、重心與穩(wěn)定1．重心：物體的各組成部分都受重力作用，從效果上看，可認為各部分所受到的重力集中作用于一點，這一點稱為物體的重心．2．確定物體重心位置的因素(1)物體的形態(tài)．(2)物體的質(zhì)量分布．3．確定物體重心的方法(1)形態(tài)規(guī)則、質(zhì)量分布勻稱的物體，重心在其幾何中心上．(2)對不規(guī)則的細棒和薄板，可用支撐法或懸掛法確定其重心．4．物體重心與穩(wěn)定的關(guān)系：重心越高，物體的穩(wěn)定性越差；重心越低，物體的穩(wěn)定性越好．提示：重心是重力的等效作用點，可以在物體上，也可以在物體外．1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)只要兩個力的大小、方向相同，這兩個力的作用效果就相同． (×)(2)重力的大小會隨位置變更，方向總是豎直向下，所以方向不變． (×)(3)一個物體的重心是唯一確定的，與形態(tài)變更無關(guān)． (×)(4)同一物體在地球上和在月球上質(zhì)量是一樣的，但重力不同． (√)2．(多選)關(guān)于重力的概念，下列說法正確的是()A．重力的施力物體是地球B．重力的方向總是垂干脆觸面對下C．重力就是地球?qū)ξ矬w的吸引力，其方向必定指向地心D．重力的大小不是總等于彈簧測力計豎直時對物體的拉力AD[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，選項A正確；重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的，其大小一般小于地球?qū)ξ矬w的吸引力，方向是豎直向下并不肯定指向地心，選項B、C錯誤；用彈簧測力計豎直懸掛物體，只有當(dāng)物體處于靜止(或勻速直線運動)狀態(tài)時，彈簧測力計的讀數(shù)才等于物體的重力的大小，選項D正確．]3．關(guān)于重力的產(chǎn)生，下列說法正確的是()A．只有靜止的物體才受重力B．只有在空中運動的物體才受重力C．繞地球運動的衛(wèi)星，因不受重力作用，故不會掉在地面上D．在地面旁邊的物體，無論質(zhì)量大小，都受重力作用D[地球上的物體都受到重力的作用，有無重力與物體的運動狀態(tài)、質(zhì)量大小無關(guān)，A、B錯誤，D正確；繞地球運動的衛(wèi)星受重力作用，大小等于地球?qū)λ奈?，C錯誤．]力的描述拳擊競賽有很好的欣賞性，因此受到許多人的青睞．某次競賽中拳擊手一拳擊出，沒有擊中對方．探究：(1)甲同學(xué)說“這時只有施力物體，沒有受力物體”，這種說法對嗎？(2)乙同學(xué)說“這時拳頭施了力，但沒有受到力，說明力的作用不是相互的”這種說法對嗎？提示：(1)不對．(2)不對．力是相互的，這是拳頭和手臂之間的相互作用．1．力的四性的相識物質(zhì)性(1)力是物體對物體的作用，沒有脫離物體而獨立存在的力(2)對于一個指定的力，肯定同時存在受力物體和施力物體相互性(1)物體之間力的作用是相互的．只要一個物體對另一個物體施加了力，那么另一個物體也肯定同時對這個物體施加了力(2)力總是成對出現(xiàn)的．施力物體同時又是受力物體，受力物體同時又是施力物體矢量性力不僅有大小，而且有方向，是矢量獨立性任何一個力都獨立地產(chǎn)生作用效果，使物體發(fā)生形變或使物體運動狀態(tài)變更2.力的作用效果(1)(2)力的作用效果與力的大小、方向、作用點都有關(guān)系．(3)分析力的作用效果是推斷物體是否受力的最基本方法．【例1】(多選)下列關(guān)于力的說法中正確的是()A．力是物體之間的相互作用B．沒有施力物體的力有可能存在C．一個物體受到力的作用，肯定有另一個物體干脆接觸它且施加了這種作用D．當(dāng)兩個物體間發(fā)生力的作用時，其中的任一物體既是施力物體，也是受力物體思路點撥：力的概念是力學(xué)“大廈”建立的基礎(chǔ)，深刻理解力的概念的內(nèi)涵與外延，是解答本題的關(guān)鍵．AD[力是物體之間的相互作用，離開了物體，力是不行能存在的，故A正確；力是物體間的相互作用，即一個物體受到力的同時，必對施力物體施加力的作用，受力物體和施力物體肯定同時存在，故B錯誤；兩個物體相互施加力時，不肯定干脆接觸，如地球和太陽之間存在相互作用力，但地球與太陽并不干脆接觸；兩塊相距肯定距離的磁鐵之間存在相互作用的吸引力或排斥力，但兩塊磁鐵并非干脆接觸，故C錯誤；兩個物體間發(fā)生相互作用時，其中一個物體對另一個物體施加了力，同時另一個物體必對這個物體也施加了力，力的作用是相互的，不存在只對外界施加力而不受外界作用力的物體，即隨意物體是施力物體的同時也是受力物體，故選項D正確．]力的作用是相互的(1)相互作用的物體，可能接觸，也可能不接觸，但作用力必定是成對出現(xiàn)的．(2)并非有生命的物體才是施力物體，也并非先有施力物體后有受力物體．(3)任何一個力都獨立地產(chǎn)生作用效果，使物體發(fā)生形變或使物體的運動狀態(tài)發(fā)生變更．【例2】如圖所示，甲中在木箱的P點，用一與水平方向成30°角斜向上的150N的力拉木箱；乙中在木塊的Q點施一與豎直方向成60°角斜向上的20N的推力，把木塊抵在墻壁上．試作出甲、乙兩圖中所給力的圖示，并作出丙中電燈所受重力和拉力的示意圖．甲乙丙思路點撥：依據(jù)力的圖示的畫法，正確選取標(biāo)度畫出力的圖示．[解析](1)此題可按以下步驟對P點的拉力進行作圖：①選定一段長4mm的線段表示50N的力．②從作用點P沿力的作用方向畫一線段，依據(jù)選定的標(biāo)度與力的大小確定線段的長度，并在線段上加刻度eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(即畫出線段長度為\f(150,50)×4mm＝12mm))，如圖甲′.③在線段的尾端加上箭頭表示力的方向．(2)可按同樣的步驟畫出Q點推力的圖示如圖乙′，作圖時，留意Q點推力的方向．(3)畫丙圖中力的示意圖時，可按以下步驟進行：①選定電燈為探討對象．②從作用點沿拉力方向(沿繩的方向)畫出一適當(dāng)長度的線段，在線段的末端標(biāo)出箭頭表示拉力的方向．這就是繩對電燈拉力的示意圖，同樣沿重力方向(豎直向下)畫出一適當(dāng)長度的線段，在線段的末端標(biāo)出箭頭表示重力的方向，這就是電燈所受重力的示意圖，留意表示拉力與重力的線段長度應(yīng)當(dāng)相等，如圖丙′所示．甲′乙′丙′[答案]見解析力的圖示與力的示意圖的作圖技巧(1)畫力的圖示，要嚴(yán)格按以下步驟進行．①選標(biāo)度：以某一長度表示肯定大小的力．②畫線段：從力的作用點沿力的方向畫一線段，長短依據(jù)標(biāo)度和力的大小確定．③定刻度．④畫箭頭．(2)力的圖示肯定要畫在受力物體上，標(biāo)度選取適當(dāng)，所畫線段的長度應(yīng)是標(biāo)度的整數(shù)倍．(3)力的示意圖與力的圖示不同，力的示意圖是便于分析受力，畫準(zhǔn)力的方向，帶箭頭的線段上沒有標(biāo)度，線段的長度只定性表示力的大小．【一題多變】在上題中，請作出甲圖中拉力的示意圖和乙圖中推力的示意圖．[解析]力的示意圖比較簡潔，從作用點沿力的方向畫出一條適當(dāng)長度的線段，在末端標(biāo)出箭頭表示力的方向．甲乙[答案]見解析[跟進訓(xùn)練]1．用圖示法畫出力，并指出施力物體和受力物體．(1)空氣對氣球的20N浮力；(2)小孩用與水平方向成30°角斜向右上方、200N的拉力拉小車．[解析](1)空氣對氣球的浮力為20N，施力物體是空氣，受力物體是氣球．力的圖示如圖甲所示．(2)小孩用與水平方向成30°角斜向右上方、200N的拉力拉小車，施力物體是小孩，受力物體是小車．力的圖示如圖乙所示．甲乙[答案]見解析重力及其測量利用彈簧測力計測量物體的重力是物理學(xué)中的主要方法．且彈簧測力計運用便利，因此中學(xué)物理中普遍運用彈簧測力計來測重力．某次測量結(jié)果如圖．探究：(1)為什么要在靜止時讀數(shù)？(2)讀數(shù)時是否須要估讀到下一位？請讀出示數(shù)是多大？則物體重力是多大？提示：(1)靜止時示數(shù)穩(wěn)定讀數(shù)精確．(2)須要估讀到下一位；示數(shù)是2.05N，重力是2.05N.1．重力的大小和方向(1)在同一地點，重力的大小與質(zhì)量成正比．(2)在不同地點，某一物體的重力的大小與物體所處的緯度位置有關(guān)，在緯度越高的位置，所受重力越大；其重力的大小還與物體的海拔高度有關(guān)，在同一地點，位置越高，重力越小．(3)重力的大小與物體的運動狀態(tài)無關(guān)，與物體是否受其他力無關(guān)．(4)重力的方向總是豎直向下，豎直向下不是垂直于支撐面對下，也不是指向地心．2．重力的測量(1)在試驗室里，重力的大小可以用彈簧測力計測出．物體靜止時彈簧測力計的拉力的大小等于物體受到的重力．(2)用彈簧測力計測量重力時，物體必需保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)．3．重力和質(zhì)量的區(qū)分與聯(lián)系項目重力質(zhì)量區(qū)分性質(zhì)由于地球的吸引而使物體受到的力物體本身的一種屬性變更狀況隨著地理位置的不同而發(fā)生變更不隨地理位置的變更而發(fā)生變更測量工具彈簧測力計天平矢量與標(biāo)量矢量標(biāo)量聯(lián)系G＝mg【例3】(多選)下列關(guān)于重力的說法中正確的是()A．自由下落的石塊速度越來越大，說明石塊所受的重力越來越大B．拋出的石塊運動軌跡是曲線，說明石塊所受的重力的方向在變更C．物體受到重力的大小和方向與物體的運動狀態(tài)無關(guān)D．物體所受重力的方向肯定豎直向下思路點撥：①記住重力的方向②重力的大小不受運動狀態(tài)的影響．CD[物體受到的重力的大小與物體的運動狀態(tài)無關(guān)，重力的方向始終是豎直向下的，則C、D正確，A、B錯誤．]重力的兩個特點(1)“豎直向下”既不能說成“垂直向下”，也不能說成“指向地心”．“豎直向下”是垂直于所在地的水平面對下，而“垂直向下”可以是垂直于任何支持面對下；只有在兩極或赤道時，重力的方向才指向地心，其他位置并不指向地心．(2)重力的方向不受其他力的影響，與物體的運動狀態(tài)也沒有關(guān)系，在任何狀況下均豎直向下．[跟進訓(xùn)練]2．關(guān)于重力的大小，下列說法正確的是()A．由公式G＝mg知，物體所受的重力肯定等于其質(zhì)量的9.8倍B．浮在水面上的大鐵船，由于水的浮力作用，其所受重力變小了，才漂在水面上C．熟透的蘋果往下落是因為受到重力作用，在天空飛行的飛機不掉下來，說明其所受重力等于零D．靜止于水平地面上的物體對地面壓力的大小不肯定等于其重力大小D[g值不肯定都等于9.8N/kg，故A錯；g值隨位置的變更而變更，同一地理位置，物體重力不變，B錯；地球旁邊的物體都受到地球的吸引，即都受重力作用，C錯；若靜止于水平地面上的物體還受到豎直方向上的拉力，其對地面的壓力就不等于重力，故D對．]重心與穩(wěn)定跳高是一項比較傳統(tǒng)的運動項目，是運動員折服高度的運動項目，是人類不屈不撓、勇攀高峰的象征．跳高姿式一般有下面四種：滾式跨越式剪式背越式探究：(1)在同樣都是跳過相同高度時，這四種姿式中哪一個重心最低？(2)他們的重心肯定在人體上嗎？提示：(1)背越式重心最低．(2)重心不肯定在人體上．例如背越式重心在橫桿以下，即不在人體上．1．對重心的理解(1)重心的意義：重心是物體所受重力的作用點，任何物體都有重心，且只有一個重心．(2)重心的位置①質(zhì)量分布勻稱的物體，重心位置只跟物體的形態(tài)有關(guān)．若物體的形態(tài)是中心對稱的，對稱中心就是重心．如：我們用的直尺、鉛球、魔方等實心物體，以及籃球、排球等空心物體，它們的重心都在幾何中心．而軸對稱的碗、碟等，它們的重心在對稱軸上．它們的重心可用二力平衡的方法找到．②質(zhì)量分布不勻稱的物體，重心的位置由物體的形態(tài)和質(zhì)量分布共同確定，可以用“支撐法”或“懸掛法”確定．2．重心與穩(wěn)定(1)物體的穩(wěn)定程度與物體重心的凹凸和物體底面積的大小有關(guān)系．物體的重心越低，物體的底面積越大，則物體越穩(wěn)定．(2)物體傾倒的條件：作用在物體重心上的重力的作用線落在它的支持底面外側(cè)時，物體將會自然傾倒．若要使物體不傾倒，應(yīng)使作用在物體重心上的重力的作用線落在支持底面之內(nèi)．【例4】矩形勻稱長薄板AB邊長為60cm，BC邊長為10cm.在O點以細線掛起并處于平衡狀態(tài)．AO段長為35cm，如圖所示，則懸線與AB邊的夾角為________．思路點撥：①由于本題中的薄板是勻稱的，故其重心在幾何中心上．②由于薄板受拉力和重力而處于平衡狀態(tài)，所以二力肯定在同始終線上，即拉力的作用線的延長線肯定經(jīng)過重心．[解析]勻稱矩形薄板的重心在對角線的交點上，懸掛時懸線的延長線應(yīng)過重心．應(yīng)留意O點不是AB的中點，E點才是AB的中點．要依據(jù)幾何關(guān)系求出OE及O′E的長度，再依據(jù)OE與O′E相互垂直來計算夾角．如圖所示，AE＝30cm，AO＝35cm，所以O(shè)E＝5cm.由BC＝10cm可得O′E＝5cm.由此可見OE＝O′E＝5cm，又因為OE與O′E相互垂直，所以α＝45°.[答案]45°重心的確定方法質(zhì)量分布勻稱，形態(tài)規(guī)則的物體的重心在其幾何中心處．形態(tài)不規(guī)則的物體的重心可以通過下面的方法來確定．1．利用二力平衡確定重心原理：二力平衡時，兩個力等大反向．方法一：(支撐法)軸對稱的碗、碟等，它們的重心在中垂線上，可用二力平衡的方法確定．方法二：(懸掛法)對于不規(guī)則的薄板狀物體，可以用懸掛法確定其重心的位置，依據(jù)的原理是二力平衡．2．當(dāng)要確定一個由幾個規(guī)則形態(tài)物體(質(zhì)量分布勻稱)組成的系統(tǒng)的重心時，可以先把這個系統(tǒng)分成幾個具有規(guī)則形態(tài)的部分，把這幾個規(guī)則形態(tài)部分的重心都找出來(由于質(zhì)量分布勻稱、形態(tài)規(guī)則的物體的重心在其幾何中心處，因此很簡潔找到)，再確定整個系統(tǒng)重心的位置．[跟進訓(xùn)練]3．下列說法正確的是()A．形態(tài)規(guī)則的物體的重心，肯定在物體的幾何中心上B．物體的重心肯定在物體上C．地球?qū)ξ矬w的吸引力就是物體的重力D．物體的重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的D[物體重心的位置不但與物體的形態(tài)有關(guān)，還和物體質(zhì)量的分布狀況有關(guān)，選項A錯誤；物體的重心不肯定在物體上，如質(zhì)量分布勻稱的圓環(huán)的重心在其圓心，但不在圓環(huán)上，選項B錯誤；重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的，但重力并不是地球?qū)ξ矬w的吸引力，選項C錯誤，D正確．]4．關(guān)于重心，下列說法正確的是()A．重心就是物體上最重的一點B．重心就是物體的幾何中心C．直鐵絲被折彎后，重心便不在中點，但肯定還在鐵絲上D．重心是物體的各部分所受重力的等效作用點D[重心是重力的等效作用點，并不是只有重心才受重力，故選項D正確，選項A錯誤；質(zhì)量分布勻稱、有規(guī)則形態(tài)的物體的重心才在其幾何中心，故選項B錯誤；物體的重心不肯定在物體上，粗細勻稱的鐵絲被彎成圓時，其重心在圓心處，而不在鐵絲上，故選項C錯誤．]1．物理觀念：力、重力、重心的概念．2．科學(xué)思維：做力的圖示、示意圖，重力大小方向的確定，重心的理解．3．科學(xué)方法：等效法、二力平衡法找重心．1．關(guān)于力，下列說法正確的是()A．有的物體自己就有力，如爆炸的手榴彈，所以有的力沒有施力物體B．力不能離開物體而存在C．有的物體只是施力物體而不是受力物體D．不接觸的物體間肯定沒有力的作用B[手榴彈爆炸時是火藥燃燒產(chǎn)生的高溫高壓氣體與彈片發(fā)生相互作用，A錯；依據(jù)力的定義，力是物體與物體間的相互作用，B對，C錯；物體間有力作用時不肯定干脆接觸，如重力，D錯．]2．一個重20N的物體沿斜面下滑，關(guān)于該物體重力的圖示，下列所示的四個圖中正確的是()ABCDA[首先由重力的方向豎直向下，可判定B、C錯．因重力為20N，標(biāo)度