3.1 重力 基本相互作用
教案 A
备课资源
重力的定义
重力是力学中最重要、最基本的概念之一。但是，国内外各种教材及参考书对重力概念的定义不尽一致，目前对重力的定义大致有以下三类。
第一类定义很明确，重力就是指地球对物体的 ( http: / / www.21cnjy.com )吸引力。重力即是力，就是矢量，其方向就是地球对物体引力的方向，即竖直指向地球中心。按这类定义，重力就成了引力的同义词，但重力并不代表万有引力。其实，这类定义只有在不考虑地球自转所引起的效果时才有意义。
第二类定义：“地球对其附近物体吸引的力是重 ( http: / / www.21cnjy.com )力”。“地球对地球表面附近物体的引力称重力”。第二类定义的共同特点是有“表面”、“附近”此类限制性词。这些“表面”、“附近”表达着怎样的意思呢？如只是一个区域性概念的话，那就是说只有地球表面附近的引力才称重力，除此以外，就只称引力，不再称重力了；另外，到底距地球表面多远才不算“表面”、“附近”呢？距地表大约2000m的范围内，算是附近。
第三类定义：“质点以线悬挂并相对于地球静止 ( http: / / www.21cnjy.com )时，质点所受重力的方向沿悬线且竖直向下，其大小在数值上等于质点对悬线的拉力”。“实际上，重力就是悬线对质点拉力的平衡力”。“物体在地球表面附近自由下落时，有一竖直方向的重力加速度g，产生此重力加速度的力称为重力”。第三类定义分别从静力学形式和动力学形式给出了重力的“操作性定义”，并暗示了重力不是纯地球引力，而是把地球自转影响考虑在内的地球引力和物体随地球绕地轴转动所受的向心力之差。这类定义美中不足的是未能明确表达出重力的主要本质，即“地球引力”这一本质因素。
教学目标
一、知识与技能
1．理解力的概念，认识力能使物体发生形变或物体运动状态发生改变。
2．知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图。
3．知道重力产生的原因及其定义、知道重力的方向以及重力的大小与物体质量的关系。
4．知道重心的含义。
5．了解四种相互作用。
二、过程与方法
1．了解人类对力的认识是从力的作用产生的效果开始的。
2．通过探究活动体验力的作用效果与力的大小、方向、作用点三个要素有关。
3．通过多个实验现象归纳得出力的作用是相互的。
4．通过找不规则薄板重心的实验锻炼学生的动手能力，并通过重心的概念渗透“等效代换”的物理方法。
三、情感、态度与价值观
1．通过实例激发学生对科学的求知欲，激励探索与创新的意识。通过实验培养学生的团结协作精神。
2．通过多个实验探究规律的过程，培养学生用实验寻找、验证物理规律的思想。
教学重点、难点
教学重点
1．力的概念、图示及力的作用效果。
2．重力的概念及重心的理解。
教学难点
1．力的概念。
2．重心的概念和位置。
教学过程：
一、导入新课
教师活动：（展示录像）并提 ( http: / / www.21cnjy.com )出在足球场上，守门员大脚开球，球由静止变为运动；守门员接住球时，球由运动变为静止；运动员用头顶球，球的方向改变了。是什么原因使球的运动状态发生改变？用力折木条，木条弯曲了，是什么原因造成木条形状的改变呢？
学生议论纷纷：……
教师提出：从今天这节课开始，我们来学习探究造成这些现象的原因。（引入新课板书课题）
第一节 重力 基本相互作用
二、进行新课
（一）力和力的图示
教师活动：演示1.用手压锯条、拉皮筋等 ，指导学生观察现象，分析是什么原因导致它们发生了形状的改变。
学生回答：是力使锯条、橡皮筋发生了形变。
教师活动：演示2.扔掉手中的粉笔，拖动桌面上的书等，提问学生观察到什么现象，是什么原因引起它们运动状态发生了改变。
学生回答：粉笔、书的运动状态发生了改变，是受力的原因。
教师点评并总结：很好，锯条、皮筋的形状 ( http: / / www.21cnjy.com )发生了改变，粉笔、书的运动状态发生了改变，这些都是由于这些物体受到了其他物体的作用力的作用的结果。在物理学中，人们把改变物体的运动状态、产生形变的原因，即物体与物体之间的相互作用称作力。
1. 力的定义：物体与物体之间的相互作用。
教师活动：提出问题：力可以离开物体 ( http: / / www.21cnjy.com )而单独存在吗？让学生体验用手压桌面上气球，观察体验压气球与放手的过程；并且讨论分别以手和气球为研究对象，说出什么是受力物体、什么是施力物体。
学生活动：体验、思考、讨论、回答。
教师总结：通过实验分析我们知道力是 ( http: / / www.21cnjy.com )物体对物体的作用，有力就有受力物体和施力物体，两者是同时存在的，不分先后。在研究某物体时，我们把它叫做受力物体，对它作用的物体叫做施力物体。不是有生命的物体才能作为施力物体，施力物体和受力物体不是绝对的，在研究不同问题时，同一物体有时是受力物体，有时是施力物体。这就是力的物质性。
2. 力的矢量性
教师活动：让学生用力拍打桌子，体会手痛的感觉，并提出问题：我们用手拍打桌子时，是手给桌子一个力，可为什么我们的手也会感到疼痛呢？
学生活动：体验、思考、讨论、回答。
教师总结：可见，力是物体间的相互作用，甲对乙有作用力，同时乙对甲也有力的作用，力的作用是相互的。即力总是成对出现的。这就是力的相互性。
教师活动：安排学生用大小相等的力沿不同的方向拖动桌面上的书，并观察书的运动情况，并分析出现这种现象的原因。
学生活动：体验、思考、讨论、回答。
教师指出：由我们的实验可知力是有大小和方向的物理量（矢量），力的作用效果不仅与其大小有关，也与方向有关。这就是力的矢量性。
教师提问：力的作用效果有哪些？举例说明。
学生回答：力可以使物体发生形变和运动状态发生改变（包括速度的大小和方向）。
教师活动：演示：让一位同学用力关门，在不同的地方施加不同方向和大小的力，让学生观察产生的效果的异同，体会力的作用效果与那些因素有关。
学生回答： 力的效果由三方面决定：力的三要素：大小、作用点、方向。
过渡性提问：我们可以怎样把力的三要素完整的表示出来呢？
3. 力的图示和示意图
例题：一物体重150N，在水平桌面上静止，画出桌面对物体的支持力的图示和示意图。
教师活动：安排一学生到黑板上画图，并巡回指导学生画图。
教师点评：在描述一个力的时候有时只需要画出力的示意图，即只画出力的作用点和方向，表示这个物体在这个方向上受到了力。
4. 力的单位：牛顿，符号N。
教师活动：将竖直上抛一粉笔头，让学生分析粉笔为什么会掉下来。
学生回答：粉笔头受到一个向下的力。
教师引导：抛向空中的物体会落回地面，地球在自转而海水不会洒向太空，都是地球与他们之间存在着相互吸引的作用，这种相互作用就是重力。
（二） 重力
教师活动：指导学生阅读教材P52，了解有关重力的问题，并用多媒体展示下述内容，并提出问题。
1. 定义：地面附近的物体，由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。
（1）重力是由于地球吸引而产生的，但不能说重力就是地球对物体的万有引力。
（2）在地球表面附近的物体都要受到重力作用，与物体的运动状态和是否受到其他力等情况无关。
2. 重力的大小
重力的大小可以根据公式G=mg计算，其中g是 ( http: / / www.21cnjy.com )我们以前所学的自由落体加速度，它的大小与物体所处的高度和纬度有关，当高度增加时g的值减小，当纬度增加时，g值增大。
3. 测量：可用弹簧秤测量。
4. 方向：竖直向下。
教师活动：提出问题：如何测重力的大小？测量原理是什么？指导学生用弹簧秤测物体重力。
学生活动：讨论重力的测量原理、体验用弹簧秤进行重力测量。
教师点评：重力可以用弹簧秤测量，它的测量原理是二力平衡。所以在操作的过程中要注意弹簧秤要保持竖直、静止状态时读数。
5. 重力的作用点
（1）重心：物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力集中于一点（即重心）。重心是重力的等效作用点。
（2）重心位置的确定
教师提问：质量分布均匀、形状规则的物体，重心是怎样确定的呢？
学生回答：质量分布均匀的物体（也称匀质物体），且形状规则，重心就是其几何中心。
教师点评：很好，如：均匀细直棒的重心在棒的中点，均匀球体的重心在球心，均匀圆柱的重心在轴线的中心。
教师活动：让学生讨论，并用桌上的直尺、细线、木板找出木板的重心。
学生活动：用桌上的直尺、细线、木板找出木板的重心，并思考这样做的理由。
教师活动：指出非匀质物体和 ( http: / / www.21cnjy.com )不规则的物体的重心，不仅与形状有关还与物体内的质量分布有关。对这种情况我们可以采取悬挂法找出物体的重心。演示悬挂法找不规则形状物体的重心。并指明悬挂法找重心的原理：拉力与重力是对平衡力，绳的反向延长线必过重心。
教师过渡导入：自然界中存在着四种相互作用力，重力属于其中的一种力，下面请大家阅读教材自学四种相互作用力。
学生活动：阅读自学四种相互作用力。
教师活动：投影展示四种相互作用力。
（三）四种相互作用力
1. 万有引力相互作用：存在于一切物体之间，相互作用强度随距离增大而减小。
2. 电磁相互作用：存在于电荷之间和磁体之间，他们的本质是相同的。
3. 强相互作用和弱相互作用：作用范围小，但弱相互作用的强度只有强相互作用的10-12。 QUOTE
三、课堂小结
力在我们初中时已接触过， ( http: / / www.21cnjy.com )对其概念的理解要从力的物质性、相互性、矢量性着手。重力的学习中，要理解重力的方向是竖直向下这一含义，以及重心这一概念。
四、布置作业
教材P53问题与练习 1、2题。
五、板书设计
3.1 重力 基本相互作用
一、力和力的图示
1.力的定义
2.力的测量工具
3.力是矢量
二、重力
1.定义
2.大小：G=mg QUOTE
3.方向：竖直向下
4.重心
三、四种基本相互作用
六、课堂作业
1．下列说法中正确的是（ ）。
A．某施力物体同时也一定是受力物体
B．没有施力物体和受力物体，力照样可以独立存在
C．找不到施力物体的力是不存在的
D．有的物体自己就有力，这个力不是另外的物体施加的
2.下述关于力的说法中不正确的是（ ）。
A．力对物体的作用效果，完全由力的大小决定
B．作用在物体上的力，不论作用点在什么位置，产生的效果均相同
C．物体受到力的作用后，一定同时出现形变和运动状态的改变
D．力的作用效果一定会使物体运动
3．下列说法中错误的是（ ）。
A．力是物体对物体的作用
B．只有直接接触的物体间才有力的作用
C．由相距一定距离的磁铁间有相互作用力可知，力可以离开物体而独立存在
D．甲用力把乙推倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用
4．下列说法中正确的是（ ）。
A．抛向空中的球，在空中运动时受到重力和抛力的作用
B．卡车拉着拖车前进，卡车施加给拖车的力是动力，而拖车施加给卡车的力是阻力
C．冰球被击后在冰面上滑行，滑行过程中由于受到冰面对它的阻力作用而慢慢停下来
D．只有有生命或有动力的物体才会施力，无生命或无动力的物体只会受到力，不会施力
5．在弹簧秤钩下竖直悬挂一个静止的小球，下列说法中正确的是（ ）。
A．小球对弹簧秤的拉力的施力物体是地球
B．小球所受弹簧秤的拉力的施力物体是地球
C．弹簧秤对小球的拉力在数值上等于小球的重力
D．小球对弹簧秤拉力的施力物体是小球
6．以下几种说法中正确的是（ ）。
A．一个挂在绳子上的物体，它所受到的重力就是悬绳上拉它的力
B．地球上的物体只有静止时才受到重力作用
C．物体受到的重力就是由于地球吸引而产生的
D．质量为m的物体受到的重力大小为mg，所以只要m一定，它的重力大小就保持不变
参考答案：
1.AC 2.ABCD 3.BCD 4.BC 5.CD 6.C
教育格言
有人问鹰：“你为什么到高空去教育你的孩子？”鹰回答说：“如果我贴着地面去教育他们，那它们长大了，哪有勇气去接近太阳呢？”教案 B
教学目标
一、知识与技能
1. 知道重力产生的原因及其定义。
2. 知道重力的方向以及重力的大小与物体质量的关系，能用重锤线检验一条线或一个面是否竖直或水平。
3. 知道物体重心的含义。
4. 了解力是物体对物体的作用，力的作用是相互的，认识力能使物体发生形变或运动状态发生改变。
5. 知道力的三要素。
6. 了解四种基本相互作用。
二、过程与方法
1. 知道人类认识力的作用是从力的作用产生的效果开始的。
2. 能通过探究活动体验力的作用效果与力的大小、方向、作用点三个因素有关。
3. 能通过多个实验现象归纳得出力的作用是相互的。
4. 通过观察和亲身感受以及对初中知识的回顾，概括出重力的产生、方向及大小与什么有关，培养学生归纳总结知识的能力以及认真阅读教材的习惯。
5. 通过“重心”概念的引入渗透“等效代换”的物理学方法。
三、情感、态度与价值观
1. 通过实例激发学生对科学的求知欲，激励探索与创新的意识。
2. 培养主动与他人合作的精神和与他人交流的愿望，敢于质疑，勇于修正。
3. 通过介绍“神五”发射升空过程，培养学生的爱国主义情操，了解科学技术对人类生活和社会所起的巨大推动作用。
教学重点、难点
教学重点
1. 重力的方向以及重力的大小与物体质量的关系。
2. 力能使物体发生形变或运动状态发生改变。
教学难点
1. 力的作用效果与力的大小、方向、作用点三个因素有关。
2. 重心的概念。
教学过程
一、导入新课
同学们平时都习惯这样说，我们班要数某某同 ( http: / / www.21cnjy.com )学的力量最大，某某同学脚部的力量最强，一脚可以把足球开出五六十米。这种对力的说法符合物理角度对力的定义吗？本节课我们将着手研究这个问题，并学习几种简单的力学问题。
二、进行新课
（一）力和力的图示
1.力的描述：力是物体与物体的作用。（即力产生的条件是两个或两个以上的物体发生作用）
2.力的作用效果：使物体的运动状态发生改变或是物体发生形变。
3.力的测量工具：测力计（弹簧秤）。
4.力的单位：牛顿。
5.力的量性：矢量，遵循矢量运算法则。
6.力的图示：按一定比例作出的带箭头的线段，线段的长短表示力的大小，箭头的方向表示力的作用方向，箭头或箭尾表示力的作用点。
（二）重力
1. 重力
提问：重力是怎样产生的？
学生在预习后回答：地球上的一切物体都要受到地球的吸引，所以人跳起来总会落在地上，扔出去的东西总要落回地面。
提问：有的同学说物体的重力就是地球的吸引力，到底是不是呢？
学生猜疑：有的说是，有的说不是。
教师释疑：严格地说，重力并不是地球 ( http: / / www.21cnjy.com )的吸引力，而是吸引力的一部分，以后才会学到这些知识，现在知道就行了。所以说重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，而不能说地球的吸引力就是物体的重力。由于两者相差很小，通常可以用重力代替吸引力。
（1）概念：由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，叫做重力。重力就是重量。
一个物体受到10N的重力，可以说这个物体的重量是10N。
教师提问：重物受到的重力的施力物体和受力物体各是谁？
学生回答：施力物体是地球，受力物体是重物。
教师强调：地球上的任何物体在任何状态下都受到重力的作用。因此，在今后的受力分析中重力肯定有。
在月球上，物体也会由于月球的吸引而受到相应的重力，到其他星球表面也一样。
（2）产生条件：是由于地球的吸引。
（3）重力的大小和方向。
教师提问：重力的大小可以用弹簧秤来测量，为什么？
学生回答：物体静止时对弹簧秤的拉力大小等于其重力。
实验：手提弹簧称及其下挂的钩码，测出钩码的重力；在竖直方向上用不同的方式运动，观察弹簧称示数及其变化。
引导学生根据实验，并结合二力平衡知识得出结论。
①重力的大小：重力的大小可以用弹簧秤测出。
在静止的情况下，物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力，在数值上等于物体重力的大小。
动手实验：用弹簧秤测量一个钩码、两个钩码、三个钩码的重力的大小，观察计算重力G与钩码的质量m的关系。
学生马上得到：G与m成正比。
重力大小与物体质量关系： G＝mg（g＝9.8N/kg）。
强调：g值在地球的不同位置取值不同，一般情况下忽略这个差异，可认为g值是恒定的。
实验：从静止释放的小石块总是竖直下落，重锤线的方向总是竖直向下。
归纳：从静止释放的小石块总是竖直下落，分析重锤线下重物的受力情况，可知重力的方向竖直向下。
②重力的方向：总是竖直向下。
强调：竖直向下不能说成垂直向下，竖直向下指的是与水平地面相垂直，不能笼统指垂直方向。
2. 重心
（1）概念
物体的各部分都受到重力的作用。从效果 ( http: / / www.21cnjy.com )上看，可以认为物体各部分受到的重力作用集中于一点，或各部分重力的等效作用点，或各部分所受到的重力的合力的作用点，叫物体的重心。
通俗点讲，重心就是重力的作用点。把物体的全部质量集中到一点将不影响研究结果，这就是物理学的一种等效替代的思想。
（2）与重心位置有关的因素
①与物体的形状有关；
②与物体的质量分布有关。
质量分布均匀的物体的重心，跟物体的形状有关。
质量分布均匀的有规则形状的物体，其重心在其几何中心上。
同学们在初中知识的基础上，找出这些质量分布均匀的物体的重心（P52图3.1-3）。
质量分布均匀的形状不规则的薄板形物体的重心可用二次悬挂法或寻找支点法找到。
学生动手找自己的不规则薄板的重心，并且说出其原理。
教师演示：木圆环，不规则形状薄木板的重心。（参照教材中P52做一做）
验证：用悬挂法确定重心之后，在板上固定 ( http: / / www.21cnjy.com )一条细线，让其穿过重心C点，再在其重心C处拴上细绳提拉，验证薄板可以水平平衡。也可以重心C为支点，让薄板水平平衡。
演示讲解：不倒翁的制作就是改变椭圆空腔的重心，增强对重心概念的印象。
演示：将一段均匀的直铁丝，做成直角、四边形、圆形等不同的形状，用悬挂法寻找其重心的位置。
归纳：物体的重心可在物体之上，也可在物体之外。
物体的稳定程度与重心的高低及支承面的大小等有关。
简单介绍一下不倒翁的原理，让学生有一种印象，为以后学习平衡的种类奠定基础。
巩固练习：用卡车运输一些有的轻、有的重的物体，将这些物体怎样堆放到卡车上较为合理？
尽量将重的物体放在车的底部，整体的重心较低，行驶较安全。
（三）四种基本相互作用
引力相互作用是是所有物体之间都存在的一种相互作用。对于通常大小的物体，它们之间的引力非常微弱，常被忽略不计。
电磁相互作用包括静止电荷之间 ( http: / / www.21cnjy.com )以及运动电荷之间的相互作用。电和磁是密切相关的，在一个参考系中观察到的磁力可以和另一个参考系中的电力联系起来，电力和磁力可统一为电磁相互作用。
引力和电磁力能在宏观世界里 ( http: / / www.21cnjy.com )显示其作用。这两种力是长程力，从理论上说，它们的作用范围是无限的。但是，电磁力要比引力强得多。宏观物体之间的相互作用，除引力外，所有接触力都是大量原子、分子之间电磁相互作用的宏观表现。
强相互作用和弱相互作用都是短程力。短程力的 ( http: / / www.21cnjy.com )作用范围在原子核尺度内。强作用力只在10-15m范围内有显著作用，弱作用力的作用范围不超过10-16m。这两种力只有在原子核内部和基本粒子的相互作用中才显示出来，在宏观世界里不能觉察它们的存在。核子（质子、中子）、电子和中微子等参与弱相互作用。强相互作用是介子和重子（包括质子、中子）之间的相互作用，因为这种力将核子束缚在一起，核物理学家们把它称为核相互作用。
三、课堂小结
本节课在初中知识的基础上学习了重力的概念、产生的条件以及重力与引力的区别。
知道了重力大小的测量和用G＝mg来确定，知道了重力的方向。学习了重心的概念，知道了与重心有关的因素及重心的确定方法。
四、作业
教材P53、54问题与练习1、2、3题。
