（新人教版必修1）物理：3.1《重力 基本相互作用》教案

本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
第三章 相互作用
3.1 重力 基本相互作用
★教学目标
(1) 知识与技能
1. 了解力的概念及其测量。
2. 知道力的作用效果。
3. 知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图。
4. 知道重力的方向以及重力的大小与物体质量的关系。21世纪教育网
5. 知道重力产生的原因及其定义。
6. 知道重心的含义。
7. 了解四种相互作用。
(2) 过程与方法
1. 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。
2. 通过“重心”概念的引入渗透“等效代换”的物理学方法。
3. 理解悬挂法确定物体重心的原理，学会用数学的方法解决物理问题。
(3) 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. 了解四种基本相互作用，激发探索自然的兴趣，大统一论。
★教学重点
1. 力的特性（物质性、相互性、同时性、矢量性）的理解
2. 力的图示法和力的示意图。
3. 重力和重心的理解。
★教学难点
1. 力的概念。
2. 重心的概念和重心的理解
★教学过程
引入
一、力
师：同学们，前面的学习中我们共同研究了物体的运动，知道物体的速度是矢量，有大小有方向，大小和方向中只要其中一个变化了，我们就说速度发生了变化。
师：今天我要告诉同学们一个新的概念：运动状态。那什么是运动状态？物理学中有这样一种说法：一个物体的速度发生了变化我们又可以说它的运动状态发生了变化。
师：根据这种说法，有没有同学能告诉我什么是运动状态？
生： 运动状态就是指物体的运动速度。
师：那运动状态不变的运动是什么样的运动呢？
生：运动状态不变就是指运动速度不变，那物体做的应该是匀速直线运动。
师：很好！现在大家看几张图片：在足球运动场上，A运动员起脚踢球，球飞起来了，球由静止到运动，B运动员用头顶球，球的运动方向发生的改变，最后守门员C将球接住，球由运动到静止。画示意图如下：
师：那大家说说看，物体的运动状态为什么会发生改变呢？
生：因为有其它物体对它作用了，比如头、脚等。
师：很好！从日常生活经验来看，大家都能理解物体运动状态的改变是因为其它物体对它有作用。
师：也就是说物体运动状态变化的原因是物体间的相互作用。那物体间的相互作用还可以产生哪些结果、现象呢？
生：物体间的相互作用还可以使物体形状或体积发生变化，比如用手捏馒头，馒头会凹下去；用手压锯条，锯条会变弯；用手拉橡皮条，橡皮条会变长……。
师：不错！刚才这位同学讲的物体形状或体积的变化物理学中把它们叫做形变。
师：物体间的相互作用还能产生哪些结果、现象？
学生思考很久，没有回答
生：好像没有什么了，目前我想到的所有现象结果都属于这两类。
生：刚才这位同学回答得很好！到目前为止，物体学上对物体间相互作用总结出来的结论也是这两个：1、物体间的相互作用能使物体运动状态发生变化；2、物体间的相互作用能使物体发生形变。
师：我们今天的研究内容就是“物体间的相互作用”。
师：物理学中，人们把物体间的相互作用抽象成一个概念：力。
定义：物体间的相互作用称做力。两物体间有相互作用我们可以说两物体间有力。如用两手拇指根处肉多的地方相互挤压，两手间就有了相互作用，我们说两手之间有力。
师：其实“力”这个概念对我们来说已经很熟悉了，我们初中阶段就已经学过了。既然都已经学过了，就请大家来判断下面几句话的正误。
①磁铁吸引铁钉，铁钉不会吸引磁铁。
②武术运动员在训练时，用力冲拳和别具踢腿，并没有受力物体，所以力可以没有受力物体。
③有的物体自己就有力，如爆炸的手榴弹，所以这个力可以没有施力物体。
④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不能施力，只能受力。
⑤射出枪口的子弹能打到很远的地方，是因为子弹离开枪口后受到一个推力作用。
⑥“风吹草动”草受到了力的作用但没有施力物体。21世纪教育网
⑦物体间必须相互接触才有力的作用。
⑧任何一个物体，一定既是施力物体又是受力物体。
学生讨论，教师不表态，只将答案写在黑板上。
师：经过刚才激烈的讨论，大家各抒己见。现在请大家跟我一起来好好研究一下力的概念，答案就都出来了。
师：什么是力？
生：力是物体间的相互作用。
师：好！对照力的定义我们再看看①的正误。力是物体间的相互作用。什么叫“相互”？就是你对我作用，我也对你作用。那显然①就错了，磁铁吸引铁钉的同时铁钉也在吸引磁铁。有同学大脑里肯定还是在在怀疑，怀疑的原因我知道，那请大家看我来做这个演示实验，仔细看好了！
演示实验：1、从用手拿着磁铁吸铁钉改成拿着铁钉去吸引磁铁；2、将磁铁质点改小一点效果将更加明显。
结论：铁钉将磁铁吸引过去了。
师：力既然是物体间的相互作用，那必然涉及两个物体，只一个物体无从谈起相互作用。比如为什么说“孤掌难鸣”。②③均错。
师：物体间作用是相互的，并没有要求一定是有生命的物体，比如讲台与讲台上的黑板擦之间就有相互挤压的作用，它们都是没有生命的物体。所以④也错。
下面的问题接着让学生重新考虑并回答，注意提醒第⑧问的思考方法：物体间作用是相互的，AB之间有相互作用即AB间有力，A对B有力的同时B也对A有力，从A对B有力这个角度来看，施力物体是A，受力物体是B；从B对A有力这个角度来看，B是施力物体，A是受力物体。所以一个物体是施力物体的同时也是受力物体是从不同角度来看的。
师：经过刚才的讨论分析，我们要了解力，必须理解牢记以下几点：
力的特点：
一、物质性：力是物体间的相互作用。有力的必定有施力物体和受力物体。
二、相互性：物体间的作用是相互的。A对B作用的同时B也对A作用，这两个力等大反向且在一条直线上。比如你在一条小船上推另一条小船，那么两条船都会后退。或者拉另一条小船，两条小船都会前进。
二、力的三要素
师：力的作用效果是使物体的运动发生变化或使物体发生形变，但我们知道不同的力产生的作用效果是不一样的，那如何来区分两个力的不同呢？其实这个我们初中就学过，叫做力的三要素。
师：哪位同学还记得力的三要素是什么？
生：力的大小、方向和作用点。21世纪教育网
师：回答得非常好！现在就以开教室的门为例，请大家分别证明当力的大小、方向、作用点不同时力的作用效果不同。
生：我先说当力的大小不同时，力的作用效果不同。当力的作用点、方向均不变时，力越大，门越好开。
生：当力的大小、方向不变时，作用点离门轴近时开门费力，离门轴远时，开门容易。
生：当力的大小、作用点相同时，沿垂直于门面的方向开门最省力，沿门面的方向开门是开不了门的。
师：力是标量还是矢量？
生：力是矢量，因为它有大小方向。
三、力的表示方法
师：根据大家已有知识，大家知道在物理作图时如何表示力吗？
生：我想应该跟位移的表示方法一样用带箭头的线段表示，因为它们都是矢量，有大小有方向。
师：回答得很好！这里我要强调一下的是：力跟位移不同的地方是它还有作用点，我们用箭头（或箭尾）表示力的作用点。
师：力表示方法从精确要求上讲有两种：1、力的图示（力的大小要求标度精确）；2、力的示意图（力的大小不要求标度精确）。
力的图示：
1、选定标度。
2、从作用点向力的方向画一有向线段，有向线段的箭头指向力的方向，有向线段长短按选定标度和力的大小来画，线段上加刻度（一般两至三格即可）
3、用箭头（或箭尾）表示力的作用点。
示例：一人在水平面上用平行于水平面的力30N推动木箱做匀速直线运动。
例1、绳对物体竖直向上的拉力大小为150N，用力的图示法表示拉力。
力的示意图：只需画出力的作用点和方向，对大小没有精确要求。
四、力的测量
师：初中时我们就已经知道，力的大小可以用测力计（弹簧秤）测量。在国际单位制中，力的单位是牛顿（N）
多媒体展示测力计。
五、补充知识
回忆初中关于平衡状态的知识
平衡状态：物体静止或匀速直线运动。
一对平衡力：大小相等、方向相反、同一直线上、作用在同一物体上。（作用可以相互抵消，如一个物体左右各有10N的力沿同一直线作用在同一点，则这两个力的作用效果相互抵消。）
牛顿第一定律：如果物体不受力或受力平衡，物体将静止或匀速直线运动。（反过来也成立）
例2、下列说法正确的是（ A ）
A. 物体运动状态发生改变，一定受到力的作用。
B. 物体的运动状态不发生改变，一定没有受到力的作用。
C. 力的作用效果由力的大小方向决定。
D. 物体受力后一定同时出现形变和运动状态的变化。
D中磁铁与铁钉相互吸引时，按住两个，没有运动状态变化。
六、重力
师：我们知道，地球表面的物体均受到地球的吸引，抛向高空的物体最终落回地面；尽管由于地球自转，但海水不会洒向天空等均是因为受到地球的吸引。我们把由于地球的吸引而受到的力叫做重力。
定义：重力：由于地球的吸引而使物体受到的力。
师：下面我们就从力的三要素来研究重力。
大小
公式： g就是前面学过的自由落体运动加速度。
师：g在地球上不同位移变化规律是什么？
生：1、纬度越高，g越大；2、同一纬度，高度越大，g越小。
师：同一物体分别放在北京和上海，哪个地方物体的重力大？
生：在北京时物体重力大。
测量：
1、力的测量用测力计。要注意测力计要竖直放置且必须保持静止或匀速直线运动（为什么？）。
2、物体对测力计的拉力等于物体的重力（一般情况下讲A力等于B力是指两力大小相等），不能说成“物体对测力计的拉力就是物体的重力”。
方向：竖直向下或垂直于水平面。（不能讲“垂直向下”、“指向地心”）
例3、下列说法正确的是（AC ）
A. 地球上的物体均受到重力的作用，不论其是否运动或是否有生命。
B. 物体受到的重力就是地球对物体的吸引力。
C. 重力是非接触力。
D. 重力的受力物体是地球。
E. 苹果对地球的吸引力小于地球对苹果的吸引力。
【解析】准确讲，重力不是地球对物体的吸引力，一般来讲重力小于地球对物体的吸引力（两极除外）：原因以后说明。重力施力物体是地球。苹果落向地球而不是地球向苹果靠近是因为地球的质量大，运动状态不容易改变。比如像磁铁吸引铁钉，磁铁吸引铁钉的力与铁钉吸引磁铁的力是大小一样的，只不过磁铁质量大，所以是铁钉靠近磁铁。
作用点：
师：我请一位同学上来作出一个重10N的均匀小球所受重力的示意图。
学生作图，注意看学生有没有搞清示意图和图示法的区别，注意看学生把重力的作用点画在什么地方，大多数同学会根据初中所学把重力作用点画在球心。
师：从同学们的解题结果我发现大家都把重力的作用点画在球心，那就是说你们认为球心受到了重力作用，那我想问一下，球的边缘受到重力吗？
学生思考
生：从重力概念来看，应该受到重力作用。因为只要有质量就会受到重力，那应该是物体各个部分都会受到重力作用。
师：那你们为什么这样作图呢？
生：我们初中学习时就是这样画的，难道初中学习错了？
师：你们初中学习的知识肯定没有错，只是初中只给了你们结论，却没有告诉你们为什么。今天的学习中我们就一起来了解为什么物体各部分均受到重力，但作图时重力作用点却画在球心。
师：我们先来了解一下什么叫做等效。
何谓等效作用：
如图所示，通过做实验，我们发现：两个小孩分别用F1、F2的两个力能把重为N物体给提起，两个力大小均是10N，与竖起方向夹角均为45度。同样一个大人用力F= ( http: / / www.21cnjy.com )N竖直向上也能把物体提起。那我们可以讲F作用在物体上的效果与F1、F2的两个力共同作用在物体上效果是相同的（都能使物体被提起至静止）。即它们是等效的。
21世纪教育网
既然它们是等效的，就应该可以等效替换。何谓等效替换？看下例，现在有两个小孩分别用F1、F2的两个力能把重为N物体给提起，两个力大小均是10N，与竖起方向夹角均为45度。，物体处于静止状态。请画出该物体受力分析图。
左边这个图是物体的真实受力图。我们又知道一个大人施加的力
F作用在物体上的效果与F1、F2的两个力共同作用在物体上效果是相同
的即等效，既然等效就能进行等效替换。等效替换后的受力图如：
看看，将原来物体受到的两个力F1、F2用F等效替换后，并没有改变力
对物体的作用效果，对物体没有影响，所以以下两个图是等效的。
有人想问，知道等效替换对我们研究问题有什么作用吗？不但有，而且很大。等效替换虽然对物体的作用效果没有影响，但有时对于我们研究问题却起了很大作用。先举个简单例子，图中物体被两个小孩提起，处于静止状态。那么物体应该受力平衡，即F1、F2、G三个力作用效果应该相互抵消。而以前我们只学过一对平衡力可以相互抵消，那这三个力是如何抵消呢？没有学过。当进行等效替换后，我们发现在不影响物体真实情况的基础上物体的受力只剩下两个了，受力变简单了，那很容易就看出物体为什么受力平衡了。等效图里物体受到的F和G是一对平衡力，相互抵消，又等效于物体没有受力。综合起来看，如下图：
这三个图是等效的，也就是说物体受力平衡（合外力为零）和不受力是等效的（牛顿第一定律不是讲过了吗？）。这更说明了等效替换对我们研究问题的重要性，它能让物体的受力变得简单些，能发现物体各受力之间的关系。
重心：
师：下面我们来讨论物体受重力的情况。
物体各部分都要受到重力的作用，将物体分成无数个部分，每个部分都受到重力的作用。大致如图：
实验证明{若用10N的力将一个10N的物体提起并处于静止状态，
则竖直向上的10N应该与很多竖直向下的小重力抵消，而根据二力平衡，
竖直向上的10N应该与作用在同一物体上拉力反向延长线上的某点（重
心）的等大反向的力抵消，从这一点知道与真实重力等效的一个力大小为mg，方向竖直向下，但等效作用点还没有确定，可以用多次悬挂法得到，所以一个作用于重心的大小为mg竖直向下的力G与许多小重力共同作用于物体是等效的。可以举例铅笔平衡的例子，手指放在什么位置平衡，则重心就在这个位置}以下两个图是等效的：
结论：物体各部分都受到重力作用，从效果上看我们可以认为各部分受到的重力集中于一点，这一点叫做重心。以后对物体进行受力分析时，对于物体受到的重力我们用作用于重心的、大小为mg竖直向下的等效力来代替。即上面的右图。
重心的确定：
1、质量分布均匀的物体，重心只跟物体的形状有关，若物体的形状规则，则重心在几何中心。21世纪教育网
2、质量分布不均匀的物体，重心的位置除了跟物体的形状有关外，还与物体内质量分布有关。（高中阶段一般不考虑）
3、质量分布均匀但形状不规则的物体呢？（悬挂法）
注：适当补充合重心的知识。
做一做
不规则形状的薄板重心的测定：
原理：二力平衡原理。
课堂练习
例4、关于重力大小的说法正确的是（B）
A. 同一物体的重力大小总是恒定不变的。
B. 同一地点，物体的重力与质量成正比。
C. 物体落向地面时受到的重力大于它静止时受到的重力。
D. 物体的重力总等于它对竖直测力计的拉力。
例5．运动员把足球踢出后，球在空中所受到的力有（D）
A. 重力、踢球力、空气阻力。
B. 重力、使球向前飞的力、空气阻力
C. 重力、使球向前飞的力、踢球力、空气阻力
D. 只有重力和空气阻力
例6、关于重心说法正确的是（D）
A. 重心就是物体上最重的一点
B. 直铁丝弯曲后，重心便不在中点，但一定还在铁丝上。
C. 重心就是物体的几何中心。
D. 重心是重力的等效作用点。
总结：
1、重心不是重力的真实作用点，重力的作用点遍布整个物体，重心是重力的等效作用点或物体各部分所受重力的合力的作用点。
2、重心不是物体上最重的一点，但可以把物体的质量看成都集中在重心这一点。
3、重心的位置可以不在物体上。
七、四种基本相互作用：
主要让学生自己阅读，让学生感受学习物理的意义，树立不迷信权威的科学态度正确的人生价值观，极大的提高了学生学习物理的兴趣和持久的学习动力。
介绍：自然界的这四种相互作用是近几十年才发现的，许多科学家都认为这四种相互作用是一种相互作用不同的体现形式，也就是说有更为一般的一种相互作用就可以解释自然界所有的力学现象了，这里面包括著名科学家爱因斯坦也支持这种说法，并且在晚年致力于统一场方面的研究但没有成功．这也给我们同学们留下了需要研究的问题，希望有一天我们的同学当中有一位能够解决这个问题．同学们有没有信心解决这个问题呢
注：四种基本相互作用是不需要物体相互接触就能起作用的。原子核中质子都是带正电，却能紧密保持在一起，是靠强相互作用。强相互作用范围是 ( http: / / www.21cnjy.com )，即原子核的大小。弱相互作用的作用范围与强相互作用相同，也是，但强度只有强相互作用的 ( http: / / www.21cnjy.com )。
w.w.w.k.s.5.u.c.o.m
www.
运动状态均发生改变
球
15N
物体不受力
物体受力
物体静止或匀速直线运动运动状态不变
受力平衡
受力不平衡
物体不能保持静止或匀速运动状态改变
G
F1
F2
F
等效
F1
F2
G
F
G
F1
F2
G
F
G
等效
真实的受力图
等效的受力图
F1
F2
G
F
G
等效
真实的受力图
等效的受力图
等效
等效的受力图
等效
G
长程力
万有引力
任何两个物体间均有引力
主要作用于天体间。（重力属于万有引力性质）
电磁力
电荷：同斥、异吸
磁体：同斥、异吸
举例：压力、摩擦力等
短程力（原子内部）
强相互作用
弱相互作用
使原子紧密保持在一起
主要用于放射现象
21世纪教育网 -- 中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。 版权所有@21世纪教育网