2018-2019学年高中人教版物理必修一第三章+相互作用+第1节重力基本相互作用+Word版含答案

第1节　重力　基本相互作用
核心素养关键词
知识体系
1.力是物体与物体之间的相互作用．力的三要素：大小、方向、作用点．
2．力的图示与力的示意图不同．
3．重力是由于地球的吸引而使物体受到的力．重心的位置与物体的形状和质量分布有关，物体的重心不一定在物体上．
4．自然界有四种基本相互作用：万有引力、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用.
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一、力
1．定义：力是物体与物体间的相互作用．
2．作用效果：使物体发生形变或改变物体的运动状态．
3．力的三要素：大小、方向、作用点．
二、力的图示
1．大小：用线段的长短表示．
2．方向：用箭头的指向表示．
3．作用点：箭尾或箭头所在处．
三、重力
1．大小：G＝mg.
2．方向：竖直向下．
3．作用点：重心(重力的等效作用点)．
四、四种基本相互作用
万有引力、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用．
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一、合作探究找规律
考点一　对力的概念的理解
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：力是物体间的相互作用，力的作用都是相互的，施力物体与受力物体同时存在．一个巴掌拍不响，是因为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，当然没有响声．
考点二　力的图示与示意图
同一个物体受多个力作用，要作出各力的图示，不同的力能不能用不同的标度？
答：不能．作同一个物体的受力图示时，各力必须选用同一标度作图．
考点三　对重力、重心的理解
建筑工地上常用重锤来检测墙壁是否竖直，为什么使用重锤就能够检测墙壁是否竖直？
答：重力的方向竖直向下，所以悬挂重锤的细线方向一定在竖直方向上，如果墙壁与悬线平行，则说明墙壁竖直．
二、理解概念做判断
1．只有接触的物体间才会有力的作用．(×)
2．一个物体对另一个物体施加力的作用，但不会受到对方的力的作用．(×)
3．力的作用效果仅由力的大小决定．(×)
4．只有静止在地面上的物体才会受到重力. (×)
5．重力是由于地球的吸引而产生的，但它的方向不一定指向地心. (√)
6．质量大的物体受到的重力一定比质量小的物体受到的重力大．(×)
7．物体对支持面的压力必定等于物体的重力．(×)
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要点1|力的理解
1．力的作用效果
2．力的性质
物质性
力是物体对物体的作用，力不能离开物体而独立存在，每个力的产生必须同时联系两个物体，即施力物体和受力物体
相互性
物体之间的作用是相互的，施力物体同时也是受力物体，受力物体同时也是施力物体，力总是成对出现的，且物体间的这一对力总是同时产生、同时变化、同时消失，不存在先后关系
矢量性
力是矢量，力不仅有大小，而且有方向
独立性
几个力同时作用在同一个物体上，每一个力对物体产生的效果均不因其他力的存在而受到影响
3．力的三要素
4．力的分类：力通常按性质和效果两种方式分类
(1)根据力的性质命名：如重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等；
(2)根据力的效果命名：如拉力、压力、动力、阻力等．
/　下列关于力的说法中，正确的是(　　)
①力是不能离开施力物体和受力物体而独立存在的；
②力可以离开物体而独立存在；
③受力物体同时也是施力物体，施力物体同时也是受力物体；
④马拉车前进，马对车有拉力，但车对马没有拉力．
A．①③　　 B．①④　　　 C．②③　　 D．②④
【思考点拨】　根据力的概念，力是物体间的相互作用来分析．
【解析】　力是物体与物体之间的相互作用，力是不能离开施力物体和受力物体而独立存在的，故①正确，②错误；力是物体之间的相互作用，所以受力物体同时也是施力物体，施力物体同时也是受力物体，故③正确；力的作用是相互的，马拉车前进，马对车有拉力，车对马也一定有拉力，故④错误，故①③正确，即选项A正确．
【答案】　A
/　(2018·银川市西夏区月考)下列的说法中正确的是(　　)
A．静止不动的物体，一定不受任何力的作用
B．物体的形状没有改变，说明该物体一定不受力的作用
C．物体的运动方向改变了，说明该物体一定受到力的作用
D．只有接触的物体才会受到力的作用
解析：静止不动的物体，可能处于二力平衡状态，不一定不受任何力的作用，A选项错误；力的作用效果是改变物体的运动状态或改变物体的形状，B选项错误，C选项正确；力是物体间的相互作用，物体不一定接触，D选项错误．
答案：C
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对力的概念可以从以下几个方面理解：
(1)力是物体对物体的相互作用，一个力必然有施力物体和受力物体，一个物体是施力物体，必然也同时是受力物体．
(2)力作用在物体上所产生的效果是改变物体的运动状态或使物体发生形变．
(3)发生相互作用的两个物体，既可以直接接触，也可以不直接接触．
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名师点易错
不存在只有受力物体或施力物体的情况．力的产生一定既有受力物体，又有施力物体．
要点2|力的图示和力的示意图
1．力的图示
用有向线段把力的三要素表示出来的方法叫力的图示．即用圆点表示力的作用点，用箭头表示力的方向，用线段的长短表示力的大小，同时要规定一个单位表示多大的力．
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如图所示，表示作用点为O，大小为15 N，方向水平向右的力．
2．力的示意图
力的示意图往往只画出力的方向与作用点，表示物体在该方向受到了力的作用．
/　一个铁球在空中飞行，所受重力为120 N，试画出该重力的图示和示意图，并指出施力物体和受力物体．
【思路点拨】　
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【解析】　画力的图示．
(1)选定标度：选1 cm长的线段表示30 N的力；
(2)用一矩形或一个点表示物体，从作用点向力的方向画一线段，线段的长度按选定的标度和力的大小画，在线段上加上刻度，如图甲或乙所示，从O点竖直向下画一4倍于标度(4 cm)的线段；
(3)在线段上加上箭头表示力的方向．
画力的示意图：如图丙所示，用一矩形表示物体，从作用点向力的方向画一线段，并加上箭头，表示方向．然后标明G＝120 N即可．这个重力的施力物体是地球，受力物体是铁球．
【答案】　重力的图示如图甲或乙所示；重力的示意图如图丙所示；该重力的施力物体是地球，受力物体是铁球．
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如图所示，物体A对物体B的压力是10 N，试画出这个力的图示和示意图．
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解析：画力的图示，要严格按照以下步骤进行．
(1)选定标度：此题选2 mm长的线段表示2 N的力．
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(2)从力的作用点沿力的方向画一线段，线段长短根据选定的标度与力的大小成正比，线段上加刻度，如图甲所示，也可以如图乙所示，从O点(用O点代替B物体)竖直向下画一段5倍于标度的线段．
(3)在线段上加箭头表示力的方向．
画力的示意图：从作用点或从B的中心处沿力的方向画一线段，并加上箭头，表示方向，然后标明FN＝10 N即可，如图丙所示．
答案：见解析
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画力的图示的步骤：
(1)选定标度(用多长的线段表示多少牛的力)．
(2)从作用点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的长度，并在线段上加刻度．
(3)在线段的一端加箭头表示力的方向，箭头或箭尾表示力的作用点，线段所在的直线叫做力的作用线．
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名师点易错
力的图示
力的示意图
画出力的作用点、方向和大小
只画出力的作用点和方向
标明标度，表示力的有向线段的长度严格按比例确定
无标度，对力的有向线段的长度无严格规定
力的三要素俱全，可精确表示一个力
突出了力的方向和作用点，仅表示物体在某方向上受到力的作用
要点3|重力
1.概念
由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力．
2．重力的测量
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重力的大小可以用弹簧测力计测出：物体静止时弹簧测力计的拉力(如图甲)或支持力(如图乙)的大小等于物体受到的重力．
(1)用弹簧测力计测量时，物体必须保持静止或匀速直线运动．
物体对弹簧测力计的拉力和物体所受的重力是本质上不同的两种力，但根据二力平衡，它们的大小是相等的．
(2)在日常生活中，体检时常用磅秤测量我们的体重，工业上用的电子秤可以称更重的物体．日常我们所说的重量就是指物体的重力大小．
3．大小
物体所受的重力跟它的质量成正比，即重力的大小为：
G＝mg.
其中g是自由落体加速度，g＝9.8 m/s2＝9.8 N/kg，表示质量为1 kg的物体受到的重力是9.8 N.
4．方向
重力的方向总是竖直向下．
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，我们可认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心．
(2)重心的位置：重心的位置由物体的质量分布和物体的形状共同决定．常见的有以下两种情况：
①质量分布均匀、有规则几何形状的物体，重心在物体的几何中心．
②形状不规则或质量分布不均匀的物体，重心一般不在它的几何中心．
(3)“悬挂法”确定薄板状物体的重心的操作及原理：
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确定几何形状不规则或质量分布不均匀的物体重心，可以利用“悬挂法”来确定．如右图所示，将物体用细线在A点悬挂起来，由于物体静止时只受重力mg和悬线拉力F的作用，因此这两个力是一对平衡力(后面将学到)．由二力平衡条件知，这两个力一定大小相等、方向相反，故物体的重心一定位于悬线延长线AB上．同理，将其在D点悬挂起来，其重心一定位于悬线延长线DE上．因此，AB与DE的交点应为重心C的位置．
(4)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也发生变化．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．
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/　如图所示，一被吊着的空心的均匀球壳内装满了细沙，底部有一阀门，打开阀门让细沙慢慢流出的过程中，球壳与球壳内剩余细沙组成的系统的重心将会(　　)
A．一直下降　　　　　 B．一直不变
C．先下降后上升 D．先上升后下降
【思路点拨】　物体的重心与物体的质量分布有关系，分析细沙下降过程中质量分布情况，可以分析出系统重心如何变化．
【解析】　装满细沙的球壳和细沙整体的重心在球心，随着细沙从阀门不断流出，重心位置不断下降，当细沙流完后，重心又上升，处于球心，故重心的位置先下降后上升，故A、B、D错误，C正确．故选C.
【答案】　C
/　一条放在地面上长为L的柔软匀质粗绳，将其一端向上提至粗绳刚好离地时，它的重心位置升高了多少？长为L的均匀直钢管平放在水平地面上，现抬起一端，使其与水平面成30°角时，它的重心位置升高了多少？
解析：匀质粗绳放在地面上时重心在地面上，将它一端上提至下端刚要离地时，重心在高度，重心升高了；均匀钢管平放时重心在地面上，将其抬至与水平面成30°角时，重心即钢管的中心上升×sin30°＝.
答案：　
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1．对于重力和重心概念的把握，主要从以下几方面入手：
(1)重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，但地球的引力并非重力，它只是重力产生的原因．
(2)重力的方向总是竖直向下，其大小G＝mg.
(3)重力的大小可借助二力平衡，利用弹簧秤测出．
(4)重心是物体各部分所受重力的等效作用点．
(5)有规则几何形状且质量分布均匀的物体重心在其几何中心上．
(6)重心不一定在物体上．
2．分析重心位置的步骤：
(1)以所给物体为研究对象，了解其质量分布的情况及几何形状．
(2)对质量分布均匀、形状规则的物体，其重心在物体的几何中心上．
(3)对于薄板型的物体可利用悬挂法确定．
(4)若物体的质量分布或几何形状改变，物体的重心位置可能变化，注意重心位置不一定在物体上．
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名师点易错
1．重力和质量有什么区别？
项目
质量
重力
不
同
性质
物体本身的一种属性
是物体受到地球的吸引而产生的力
变化情况
不随地理位置的改变而发生变化
随着地理位置的不同而有所变化
测量工具
天平(杠杆原理)
测力计(二力平衡原理)
物理性质
标量
矢量
联系
G＝mg
2.重力不是万有引力．
3．重力不是压力或拉力．
要点4|四种基本相互作用
1．引力作用
引力作用是自然界的一种基本相互作用，行星与恒星能聚在一起组成星系，靠的正是这种作用．
2．电磁相互作用
电荷间的相互作用、磁体间的相互作用，本质上是同一种相互作用的不同表现(这方面的详细知识在后面将进一步学习)，这种作用就是电磁相互作用．
3．强相互作用
质子间存在斥力，但质子和中子却能组成原子核，说明原子核内有一种强大的相互作用——强相互作用．
强相互作用的作用范围约为0～10－15 m.
4．弱相互作用
放射现象(后面将进一步学习)的发现，证明了在原子核内还有一种基本的相互作用——弱相互作用．
/　关于四种基本相互作用，以下说法中正确的是(　　)
A．万有引力只发生在天体与天体之间，质量小的物体(如人与人)之间无万有引力
B．强相互作用只发生在宇宙天体等宏观物体之间
C．弱相互作用就是非常小的物体间的相互作用
D．电磁相互作用是不需要相互接触就能起作用的
【思路点拨】　了解四种基本相互作用规律及特点．
【解析】　不论大小，任何物体间均有万有引力，选项A错误；强相互作用发生在原子核内部核子之间，而弱相互作用发生在放射现象中，而不是小物体之间，故选项B、C错误；电磁相互作用即电荷之间的相互作用和磁极之间的相互作用，是不需要相互接触就能起作用的，故选项D正确．
【答案】　D
/　说明下列各例属于自然界四种基本相互作用中的哪一种：
①太阳系的结合力；②分子中的结合力；③原子中的结合力；④核子中的结合力．
解析：根据四种相互作用力的特点可以判断：
①太阳系的结合力是万有引力；
②③分子间的作用力和原子间的作用力是电磁相互作用；
④原子核内部的作用是强相互作用．
答案：①引力相互作用　②电磁相互作用　③电磁相互作用　④强相互作用
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引力作用、电磁相互作用在宏观世界里显示其作用．强相互作用和弱相互作用在微观世界显示其作用．四种相互作用按强度来排列，顺序是：强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用，引力作用．
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名师点易错
强相互作用并不一定作用力很大，弱相互作用也并不是作用力很小时就是弱相互作用.
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对点训练一　力的理解
1．(2018·黄陵县期末)关于力，下列说法正确的是(　　)
A．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
B．力不能离开物体而存在
C．不接触的物体之间一定没有力的作用
D．有的物体只是施力物体而不是受力物体
解析：力的作用是相互的，力不能脱离物体而独立存在，B选项正确；力一定有施力物体和受力物体，A选项错误；不接触的物体之间也可以有力的作用，C选项错误；任何一个物体，一定既是受力物体，也是施力物体，D选项错误．
答案：B
对点训练二　力的图示和示意图
2．用图示法画出力，并指出施力物体和受力物体．
(1)在水平桌面上重50 N的书的重力；
(2)空气对气球的20 N的浮力；
(3)小孩以东偏北30°的方向拉小车的200 N的拉力．
解析：(1)在水平桌面上重50 N的书的重力，施力物体是地球，受力物体是书．力的图示如图甲所示．(2)空气对气球的20 N浮力，施力物体是空气，受力物体是气球．力的图示如图乙所示．(3)小孩以东偏北30°的方向拉小车的200 N的拉力，施力物体是小孩，受力物体是小车．力的图示如图丙所示．
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答案：见解析
对点训练三　重力
3．(2018·邢台一模)关于重力与重心，下列说法正确的是(　　)
A．舞蹈演员在跳舞过程中，其重心可能改变
B．登珠穆朗玛峰时，运动员在山底和山顶受到的重力相同
C．蚂蚁太小，故蚂蚁不受重力的作用
D．质量分布均匀的物体，其重心一定在该物体上
解析：重力的等效作用点叫作重心，物体的重心与物体的质量分布及物体形状有关，舞蹈演员在跳舞过程中，其重心可能改变，A选项正确；重力的大小与海拔高度有关，登珠穆朗玛峰时，运动员在山底和山顶受到的重力不同，B选项错误；任何物体均受到重力作用，C选项错误；质量分布均匀、形状规则的物体其重心在它的几何中心，但不一定在物体上，D选项错误.
答案：A
4．关于重心，下列说法正确的是(　　)
A．重心是物体内重力最大的点
B．任何几何形状规则的物体的重心必与几何中心重合
C．重心是重力的作用点，它总是在物体上，不可能在物体外
D．重心是物体各部分所受重力的合力的作用点
解析：重心是重力在物体上的作用点，也就是物体各部分所受重力的合力的作用点，并不是物体上最重的一点，物体的重心可能在物体上，也可能在物体之外，故A、C错误，D正确；质量分布均匀，有规则的几何形状的物体的重心才在其几何中心，故B错误．
答案：D
对点训练四　四种基本相互作用
5．(多选)下列关于自然界中的四种基本相互作用的描述正确的是(　　)
A．一切物体之间都存在着相互作用的吸引力
B．强相互作用存在于宏观物体之间，而弱相互作用存在于原子核内部
C．电荷间的相互作用、磁体间的相互作用在本质上是同一种相互作用的不同表现
D．原子核内部的带正电的质子之间存在着斥力，但原子核仍能紧密地保持在一起，是由于万有引力作用的结果
解析：引力是自然界中的一种基本相互作用，存在于一切物体之间，这就是万有引力，故A选项正确；强相互作用和弱相互作用都存在于原子核内部，作用范围都很小，并随距离的增大而急剧减小，原子核之所以紧密地保持在一起，是由于核子间存在着强相互作用，而原子核自发放出射线的现象中是由于弱相互作用的结果，它的大小只有强相互作用的，故B、D选项均错误；电荷间的相互作用和磁体间的相互作用都属于电磁相互作用，它随距离的增大而减小的规律与万有引力类似，故C选项正确．
答案：AC
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【强化基础】
1．(2018·北京市大兴区期末)关于重力，下列说法正确的是(　　)
A．自由下落的物体速度越来越大，说明物体所受的重力越来越大
B．抛出的石块轨迹是曲线，说明石块所受的重力方向在改变
C．物体受到的重力大小和方向与物体的运动状态无关
D．物体所受的重力作用于重心处，物体的其他部分不受重力作用
解析：重力的大小和方向与物体运动的状态无关，A选项错误，C选项正确；重力的方向是竖直向下的，抛出的石块轨迹是曲线，其重力方向始终都是竖直向下的，B选项错误；重心是重力的等效作用点，物体的其他部分也受重力作用，D选项错误．
答案：C
2．(2018·龙岩市新罗区期中)关于力，下列说法中正确的是(　　)
A．力可以离开物体而独立存在
B．力的大小相同，产生的效果一定相同
C．施力物体与受力物体一定同时存在，但施力物体不可能是受力物体
D．两个磁铁同名磁极靠近但不接触，它们之间存在斥力作用，可以看出相互不接触的物体间也可以产生力的作用
解析：力不能脱离物体而独立存在，A选项错误；力产生的作用效果与力的三要素—大小、方向、作用点均有关，B选项错误；施力物体一定也是受力物体，C选项错误；力的产生不一定需要接触，D选项正确．
答案：D
3．(2018·北京市海淀区期末)有一质量均匀分布的长方形薄板，若在以其对角线交点为圆心处挖掉一个小圆，则薄板的余下部分(　　)
A．重力和重心都不变
B．重力减小，重心位置改变
C．重力减小，重心位置不变
D．重力减小，重心不存在
解析：重心是物体重力的等效作用点，质量分布均匀、形状规则的物体的重心是几何中心．故长方形薄板中心挖掉一个小圆，则重心位置不变，但质量减小，重力减小，C选项正确．
答案：C
4．关于力和重力的概念，下列说法正确的是(　　)
A．力可以离开物体而独立存在
B．将木块浮在水上，重力将减小
C．只要两个力的大小相等，它们产生的效果一定相同
D．由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力，方向竖直向下
解析：力不能离开物体而独立存在，选项A错误；将木块浮在水上，重力不变，选项B错误；两个力的作用效果与力的大小、方向及作用点都有关系，故两个力的大小相等，它们产生的效果不一定相同，选项C错误；由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力，方向竖直向下，选项D正确．故选D.
答案：D
【巩固易错】
5．一个重15 N的物体沿斜面下滑，关于该物体重力的图示，如图所示的四个图中正确的是(　　)
/
/
解析：垂直于水平面竖直向下的方向即重力的方向，该方向一定竖直向下，不一定与接触面垂直，B、C选项错误．A、D选项中虽然方向都对了，但是D选项的图示中力的大小并不是15 N，而是10 N．地球附近的物体重力大小为一定值，不因放在斜面上而有所改变，故A选项正确，D选项错误．
答案：A
6．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．自然界所有的相互作用都可归纳为四种基本相互作用
B．在四种基本相互作用中，万有引力是最强的
C．四种基本相互作用的规律是完全独立的，不可能再统一了
D．万有引力和电磁力是长程力，强相互作用和弱相互作用是短程力
解析：在当前的研究水平上，可以认为自然界所有的相互作用归纳为四种，A选项正确；在四种基本相互作用中，万有引力是最弱的，B选项错误；随着研究的深入，已经发现了几种基本相互作用之间的统一关系，如“弱电统一”，四种基本相互作用最终有可能统一为一种最基本的相互作用，C选项错误；万有引力和电磁力是长程力，强相互作用和弱相互作用是短程力，D选项正确．
答案：AD
7．如图所示，A、B是两个完全相同的长方形木块，长为l，叠放在一起，放在水平桌面上，端面与桌边平行．A木块放在B上，右端有伸出，为保证两木块不翻倒，木块B伸出桌边的长度不能超过(　　)
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A.　　　　B.　　　　C.　　　　D.
解析：由题意可知，A、B为完全相同的木块，作为整体分析，长度为，根据重心的定义可知，两木块不翻倒且木块B伸出最长，应满足整体的重心恰好在桌子的边缘，即重心与A右边缘相距，根据几何关系可知，木块B伸出桌边的长度为，B选项正确．
答案：B
【能力提升】
8．如图所示，各物体的质量相等且都处于静止状态，在图上分别画出它们所受重力的示意图．
/
解析：画出重力的示意图，特别注意重力的方向，重力的方向总是竖直向下，竖直向下垂直水平面，而不是垂直支持面．重力的示意图如图：
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答案：见解析
9．2013年12月2日“嫦娥三号”成功发射，使我国的登月计划的实现又近了一步．我们已经知道月球表面的重力加速度约为地球表面的六分之一，假设将来我国一名质量为70 kg的宇航员登上月球．(地球表面的重力加速度g＝10 N/kg)
(1)求这名宇航员在月球上的重力大小；
(2)假设这名宇航员在地球上最多能举起100 kg的物体，那么该宇航员在月球上最多能举起多大质量的物体？
解析：(1)这名宇航员在月球上的重力大小为
G＝mg月＝m·g＝70× N＝117 N .
(2)设宇航员在地球和月球上分别能举起的物体质量最多为m1、m2，
则m1g＝m2g月，
则m2＝m1＝6×100 kg＝600 kg.
答案：(1)117 N　(2)600 kg
10．如图所示，矩形均匀薄板长AC＝60 cm，宽CD＝10 cm.在B点以细线悬挂，板处于平衡，AB＝35 cm，则悬线和板边缘CA的夹角α等于多少？
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解析：均匀矩形薄板的重心在其对角线AD、CE交点O处，如图所示，根据二力平衡可知重力G与悬线拉力等大反向，且共线．过O点作OH⊥AC交AC于H，由几何关系可知tanα＝＝＝＝1，则α＝45°.
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