第4章 相互作用
第1节 重力与重心
【二维选题表】
物理观念
科学思维
科学探究
科学态度与责任
力及其描述方法
1(易),2(易),
3(易),8(易),10(中)
9(易)
重力的理解
4(易),5(易)
11(中)
11(中)
重心的理解
6(易),7(中),12(难)
7(中)
基础训练
1.(2017·吉林省长春外国语学校高一检测)关于力的下列说法中正确的是( C )
A.力可以脱离物体而独立存在
B.只要有物体存在就一定有力存在
C.物体运动状态发生改变,则该物体一定受力作用
D.物体的形状改变,物体不一定受力
解析:力的作用是相互的,不能脱离物体而存在,A错;力是物体与物体的相互作用,有物体不一定有力,B错;力是改变物体运动状态的原因,C对;力的作用效果使物体形状改变或改变物体的运动状态,故
D错.
2.(2017·云南省玉溪第一中学高一检测)下列关于力的说法正确的是( B )
A.物体的运动状态不发生改变,一定不受外力作用
B.力的作用效果不仅取决于力的大小和方向,还与力的作用点有关
C.用手压弹簧,手先给弹簧一个力,弹簧被压缩后再反过来给手一 个力
D.施力物体对受力物体施加了力,施力物体本身可能不受力的作用
解析:物体形状和运动状态的改变都属于力的作用效果,但物体受到了力的作用,物体的运动状态不一定发生改变.故A错误;力的作用效果不仅取决于力的大小和方向,还与力的作用点有关,故B正确;作用力与反作用力总是大小相等方向相反,同时产生,同时消失,没有先后的分别.故C错误;力的作用是相互的,一个物体是施力物体,同时一定是受力物体,故D错误.
3.(2017·林芝高一期末)(多选)关于力的下列说法中正确的是( AB )
A.力是物体对物体的相互作用,所以力总是成对出现的
B.两物体间相互作用不一定要直接接触
C.直接接触的物体间一定有力的作用
D.由有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
解析:力是物体对物体的相互作用,所以力总是成对出现的,故选项A正确;物体间不接触可以产生力的作用,例如磁体吸引铁块,故选项B正确;直接接触的物体间不一定有力的作用,还要看物体间有没有发生挤压,故选项C错误;力是物体对物体的作用,产生力的作用至少有两个物体,力不可以离开物体而独立存在,故选项D错误.
4.(2017·江西省赣州市高一联考)(多选)小明对重力有以下四种认识,其中正确的是( BD )
A.重力方向总是垂直于物体的表面
B.重力方向总是竖直向下
C.在同一地点,同一物体静止时所受的重力与其运动时所受的重力不一样
D.物体的重心可以不在物体上
解析:重力的方向总是竖直向下的,不一定垂直于物体表面,故A错误,B正确;物体的重力大小为G=mg,与物体的运动状态等无关,故C错误;物体的重心与物体的质量分布以及物体的形状有关,不一定在物体上,故D正确.
5.(2017·湖南永州高一检测)关于重力以下说法正确的是( D )
A.重力的方向总是垂直地面向下的
B.把空气中的物体浸入水中,物体所受重力变小
C.挂在绳上静止的物体,它受到的重力就是绳对它的拉力
D.同一物体在地球各处重力大小是不一定相同的
解析:重力的方向总是竖直向下的,故选项A错误;重力是由于物体受到地球的吸引而产生的,与物体是否受其他力无关,故选项B错误;拉力是弹力,和重力是不同性质的力,故不是同一个力,故选项C错误;重力加速度与纬度和高度有关,重力大小不一定相等,故选项D正确.
6.(2017·银川一中高一检测)(多选)关于物体的重心,下列说法中正确的是( CD )
A.物体升高或降低时,重心在物体上的位置也相应升高和降低
B.物体改变形状时,重心位置一定发生变化
C.物体的重心可能位于物体之外
D.重心是物体重力的等效作用点
解析:对于一个确定的物体,其重心位置相对物体是固定不变的,不随物体上、下运动而变化,选项A错误;一条粗细均匀的绳子组成正方形时其重心为几何中心,组成圆形时其重心仍为几何中心,位置可能不变,选项B错误,C正确;重心是物体所受重力的等效作用点,但并非物体的全部重力都集中于那一点,也不是物体上最重的点,选项D正确.
7.如图所示,一容器内盛有水,容器的下方有一阀门K,打开阀门让水从小孔中慢慢流出,在水流出的过程中,水和容器的共同重心将( D )
A.一直下降
B.一直上升
C.先升高,后降低
D.先降低,后升高
解析:首先,水面的下降将导致水和容器这个共同体的质量分布发生变化,即开始一段时间内,水面下降,重心下降,但又由于容器自身质量的影响,水面下降到一定程度后,重心又开始上升了,直至水流完,重心又回到空容器的重心位置,D正确.
8.关于如图所示的两个力F1和F2,下列说法正确的是( D )
A.F1=F2,因为表示两个力的线段一样长
B.F1>F2,因为表示F1的标度大
C.F1D.无法比较,因为两个力的标度的大小未知
解析:力的图示中,所表示的力的大小取决于图中的标度的大小和线段的长短,离开了标度的大小,仅有线段长度无法确定图示中所代表的力的大小,故选项D正确.
9.一个重15 N的物体沿斜面下滑,关于该物体重力的图示,下列四个图中正确的是( A )
解析:重力的方向一定竖直向下,与接触面情况无关,再根据所选标度及重力大小可知选项A正确.
素养提升
10.(2017·西藏山南高一期末)下列对于相互作用的物体的说法正确的是( D )
A.鸡蛋碰石头,鸡蛋碎了而石头完好无损,说明只有石头对鸡蛋有力的作用,鸡蛋对石头没有力的作用
B.只有能运动的物体才会施力,静止的物体只能受到力而不会施力
C.“风吹草低见牛羊”,草受到了力而弯曲,但未见到施力物体,说明没有施力物体的力也是可以存在的
D.任何一个物体,一定既是受力物体,也是施力物体
解析:鸡蛋碰石头,鸡蛋对石头和石头对鸡蛋都有力的作用,因为力的作用是相互的,故选项A错误;力是物体间的相互作用,任何物体既是施力物体又是受力物体,故选项B错误,D正确;有力必须有施力物体和受力物体,草受到了力的施力物体是空气,故选项C错误.
11.一个质量为60 kg的人,在地球上的重力为588 N,在月球上的重力为98 N.该人做摸高运动时,在地球上其重心最大能升高0.5 m,那么在月球其重心升高的最大高度为多少?(假设人在地球和月球表面起跳速度相等)
解析:人在地球和月球上的质量相等,由G=mg得,地球表面的自由落体加速度g== m/s2=9.8 m/s2,
月球表面的自由落体加速度
g′== m/s2≈1.63 m/s2,
设人在地球上触摸高度为h,在月球上触摸高度为h′,
由v2-=2as得=,
解得h′=h=×0.5 m≈3.0 m.
答案:3.0 m
12.一个半径为R的小球,其重心不在球心O上,将它置于水平地面上,则静止时小球与地面的接触点为A.若将它置于倾角为30°的粗糙斜面上,则静止时小球与斜面的接触点为B,如图所示,已知所对的圆心角为60°,则该小球的重心离球心O的距离是多少?
解析:如图所示,当小球在斜面上静止时,小球的重力的作用线一定通过B点.又知小球在水平地面上静止时,小球与地面的接触点为A,则其重力的作用线与OA重合.综上所述,小球的重心应位于过B点的竖直线与OA线的交点C处.
由几何关系知∠CBO=30°,又已知∠AOB=60°,所以∠OCB=90°,由此得小球的重心与球心O的距离为OC=Rsin 30°=.
答案:
第1节 重力与重心
学习目标
核心提炼
1.理解力的概念及力的两种作用效果。
3个概念——力、重力、重心
2个表示力的方法——力的图示、力的示意图
2.掌握用力的图示表示力的方法。
3.知道什么是重力、重心，掌握重力的计算方法及方向。
一、力的描述
阅读教材第56～57页的“力的描述”部分，知道力的两个作用效果，结合课本图和4－6体会作力的图示的几个要素。
1．运动状态变化
只要一个物体的速度变化，不管是大小改变还是方向改变或者是大小和方向都改变，则运动状态就发生变化。
2．力的概念和效果
(1)定义：物体与物体之间的相互作用。
(2)力的图示：力可以用带箭头的线段来表示，线段的长短表示力的大小，线段指向表示力的方向，线段的箭尾(或箭头)表示力的作用点。
(3)力的作用效果：可以改变物体的运动状态，可以使物体的形状发生改变。
思维拓展
甲、乙描述的是“三毛”拉车的情景。
图1
(1)哪幅图画出的是拉力的图示？为什么？
(2)哪幅图是拉力的示意图？为什么？
提示 甲图是拉力的图示，因为有标度，乙图是拉力的示意图，它没有标度。
二、重力、重心与稳定
阅读教材第57～61页“重力及其测定、重心与稳定”部分，了解重力产生的原因，结合课本图4－13，体会决定重心位置的因素。
产生
由于地球的吸引而使物体受到的力
大小
(1)大小：G＝mg，式中G、m、g的单位分别为N、kg、N/kg
(2)测量：用弹簧测力计竖直悬挂被测物体，当处于静止状态时，示数即为其重力大小
方向
总是竖直向下
重心
(1)定义：物体的各部分都受重力作用，从效果上看可认为各部分所受到的重力作用集中于一点，即为物体的重心
(2)决定重心位置的因素：①物体的形状；②物体质量的分布
(3)重心与稳定
①重心的高低会影响物体的稳定，物体的重心越低，物体的稳定程度越高
②当物体的重力作用线落到它的支持面外时，物体就会翻倒
思维判断
(1)地球上所有物体的重力的施力物体都是地球。(√)
(2)重力的方向也可以表述为指向地心。(×)
(3)重心是物体重力的作用点，重心一定在物体上。(×)
预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中
问题1
问题2
问题3
力的性质和作用效果
[要点归纳]
1．力的三个性质
性质
理解
物质性
力是物体对物体的作用，脱离物体而独立存在的力是不存在的，一个力一定同时具有受力物体和施力物体
相互性
物体之间力的作用是相互的，只要一个物体对另一个物体施加了力的作用，另一个物体也一定会对这个物体施加力的作用
矢量性
力是矢量，不仅有大小，而且有方向
2.力的作用效果
(1)力的作用效果
(2)影响作用效果的要素：力的大小、方向和作用点。如下图所示。
[精典示例]
[例1] 下列说法中正确的是 ( )
A．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
B．不接触的物体之间不可能有力的作用
C．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
D．任何一个物体，一定既是受力物体，又是施力物体
解析 子弹在枪管内受到火药爆炸所产生的强大推力，使子弹离开枪口时具有很大的速度，但子弹离开枪口以后，只受重力和空气阻力作用，并没有一个所谓的推力，因为不可能找到这个“推力”的施力物体，故不存在，所以A错；不接触的物体之间也可能有力的作用，如两个磁铁，故B错；不论物体是否有生命或是否有动力，它们受到别的物体作用时，都会施力，如马拉车时，车也拉马；书向下压桌子，桌子也向上推书，故C错；由于自然界中的物体都是相互联系的，找不到一个孤立的、不受其他物体作用的物体，所以每一个物体既是受力物体，又是施力物体，故D正确。
答案 D
(1)相互作用的物体，可以直接接触，也可以不接触，但作用力必然是成对出现的。
(2)并非有生命的物体才是施力物体，也并非先有施力物体后有受力物体。
(3)任何一个力都独立地产生作用效果，使物体发生形变或使物体运动状态发生变化。
(4)力的物质性表明力离不开施力物体或受力物体，力的相互性表明力总是成对出现的，一个物体对其他物体施加力的同时，也一定受到其他物体的作用力。
[针对训练1] 下列说法正确的是( )
A．“风吹草动”，草受到了力，但没有施力物体，说明没有施力物体的力也是存在的
B．运动员将足球踢出，球在空中飞行是因为球受到一个向前的推力
C．甲用力把乙推倒，只是甲对乙有力，而乙对甲没有力
D．两个物体发生相互作用不一定相互接触
答案 D
力的表示方法
[要点归纳]
1．力的图示：用一条带箭头的线段来表示力的三要素。
力的示意图：用一条带箭头的线段来表示力的方向和作用点。
2．力的图示与力的示意图的区别
(1)力的图示能表示力的三要素，精确表示力时经常用到。
(2)力的示意图只能表示力的作用点和方向，在对物体的受力情况进行分析时经常用到。
3．力的图示与力的示意图的画法
作图步骤
力的图示
力的示意图
选标度
选定标度(用某一长度的线段表示一定大小的力)
画线段
从作用点开始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长度
从作用点开始沿力的方向画一适当长度线段
标方向
在线段的末端标出箭头，表示方向
在线段的末端标出箭头，表示方向
[精典示例]
[例2] 如图2所示，静止的木块对桌面的压力为6 N，试画出压力的图示，说明施力物体和受力物体；并画出木块所受重力和支持力的示意图。
图2
思维导图
解析 (1)画力的图示时，要按照以下步骤进行：
①选定标度→选适当长度的线段表示2 N的力。
②确定线段→从作用点起沿力的方向画一线段，线段长短按标度和力的大小画，线段标上刻度。如图甲所示，从O点竖直向下画一条三倍于标度的线段。
③标注方向→在线段上加箭头表示力的方向。
为了简便，也可以依照图乙来画。压力的施力物体是木块，受力物体是桌面。
(2)画力的示意图时，只需画出力的作用点和方向，对线段的长短没有严格要求。图丙为木块所受重力和支持力的示意图，也可以依照图丁那样用一个点表示木块，画出重力和支持力的示意图。
答案 见解析
(1)画力的图示时，标度的选取应根据力的大小合理设计，使表示力的有向线段的长度等于2～5段标度的长度。画出同一物体受到的不同的力时要用同一标度。
(2)对于几何形状规则的物体，在画力的图示或示意图时，有向线段的起点可画在几何中心。
[针对训练2] 某人通过细绳用大小为50 N的力F斜向上与水平方向呈30°角拉物块A，试画出拉力F的图示，并指出受力物体与施力物体。
解析 画力的图示时，先选好标度：以5 mm长的线段表示10 N的力，则拉力F共长25 mm，用A点代表物块A，即力的作用点，最后标上箭头指明拉力的方向，即得力F的图示。为了准确无误地表示拉力的方向，图中的虚线是必要的辅助线。
答案
细绳拉物块A，受力物体是物块A，施力物体是细绳。
重力的性质及重心
[要点归纳]
1．重力的性质
(1)产生：重力是由于地球的吸引而产生的，但由于其自转的影响，重力一般不等于地球对物体的引力。
(2)大小：
①同一地点，不同物体重力的大小与其质量成正比。
②不同地点，同一物体的重力随所处纬度的升高而增大，随海拔高度的增大而减小。
(3)方向：重力的方向总是竖直向下，不能将重力的方向表述为“垂直地面向下”或“指向地心”等。
2．重心的性质及确定方法
(1)重心的特点：重心是重力的等效作用点，并非物体的其他部分不受重力作用。
(2)重心的位置及决定因素
①位置：重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。
②决定因素
a．物体质量分布情况。
b．物体的形状。
(3)重心位置的确定方法。
①质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上。
②形状不规则的物体，重心与物体的形状、质量分布情况均有关，对薄板类物体，可用支撑法或悬挂法来确定重心。
[精典示例]
[例3] 关于物体的重力和重心，下列说法正确的是( )
A．物体所受的重力是由于受到地球的吸引而产生的，所以方向总是垂直于地面向下
B．同一物体在地球上的不同位置，当用不同的弹簧测力计测量时其所受重力大小是不同的，当用同一弹簧测力计测量时所受重力大小一定相同
C．物体的重心就是物体各部分所受重力的等效作用点
D．形状规则的物体(如正方体)，其重心一定在其几何中心处
解析 重力的方向为竖直向下而不是垂直地面向下，选项A错误；同一物体在地球上不同位置所受重力不同，与测力计无关，选项B错误；重心为物体各部分所受重力的等效作用点，选项C正确；重心的位置与物体的形状与质量分布是否均匀有关，如果质量不均匀分布，仅有规则几何外形，其重心也不一定在几何中心上，选项D错误。
答案 C
对物体的重心注意以下三点
(1)重心不是重力的真实作用点，重力作用于整个物体，重心是重力的等效作用点。
(2)重心不是物体上最重的一点，也不一定是物体的几何中心。
(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。重心的位置可以不在物体上。
[针对训练3] 关于重力与重心，下列说法正确的是 ( )
A．物体在空中下落时受到的重力比静止时受到的重力大
B．规则物体的重心一定在其几何中心
C．放在桌面上的物体对桌面的压力，其实就是该物体的重力
D．重心是物体内各部分所受的重力的合力的等效作用点
解析 空中下落时物体重力与静止时物体重力相同，故A错误；规则物体的重心不一定在它的几何中心上，还与物体的质量分布有关，当物体的质量分布均匀时，规则物体的重心，一定在它的几何中心上，故B错误；压力是由于相互挤压而产生的，与重力的性质不同，二者不是同一种力，故C错误；重心是物体内各部分所受的重力的合力的等效作用点，故D正确。
答案 D
1．如图3所示，歼－20战机是中国最近研制出的第五代隐身重型歼击机。它以具有隐身性、高机动性以及先进的航电系统让世界震惊。关于歼－20战机的受力，下列说法正确的是( )
图3
A．战机受到的重力指向地心
B．战机受重力的同时，它也对地球产生引力
C．战机向前运动的推力无施力物体
D．战机匀速飞行时，它不受重力作用
解析 重力的方向竖直向下，而不一定指向地心，A错；由于地球对战机的引力而产生重力，同时战机对地球也产生引力，B对；任何力都有施力物体，战机向前的推力来自于空气，C错；地球附近的任何物体都受重力作用，D错。
答案 B
2．如图4所示是小车所受外力的图示，所选标度都相同，则对于小车的运动，作用效果相同的是( )
图4
A．F1和F2 B．F1和F4
C．F1和F3、F4 D．都不相同
解析 判断力的作用效果是否相同，应从力的三要素即大小、方向和作用点去考虑，力的三要素相同则作用效果相同，B正确。
答案 B
3．(多选)如果一切物体的重力都消失了，则将会发生的情况有( )
A．天不会下雨，也不会刮风
B．一切物体都没有质量
C．河水不会流动
D．气泡在液体中将不上浮
解析 重力消失了，则与重力有关的自然现象不再发生。水向低处流、在水中气泡向上移动都是因为水的密度大于气体，风的形成是因为不同区域空气温度不同、密度不同，从而受到重力不同而导致空气流动，而质量是物质的固有属性。
答案 ACD
4．台球是大家比较喜欢的一种比赛项目，在运动员击球的瞬间，白色球所受力的施力物体和受力物体分别为( )
A．运动员、白色球 B．运动员、球杆
C．球杆、白色球 D．白色球、球杆
解析 研究的是白色球，直接对白色球产生力的是球杆，而不是运动员，白色球所受力是球杆和白色球之间的相互作用，故其施力物体是球杆，受力物体是白色球。
答案 C
5．如图5甲中木箱P点，用与水平方向成30°角斜向右上方的150 N的力拉木箱；在图乙中木块的Q点，用与竖直方向成60°角斜向左上方的20 N的力把木块抵在墙壁上，试作出甲、乙两图中所给力的图示，并作出图丙中电灯所受重力和拉力的示意图。
图5
答案 如图所示
