高中物理鲁科版新教材必修第一册学案 第3章 第1节　重力与重心Word版含解析

第1节　重力与重心

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)只要两个力的大小、方向相同，这两个力的作用效果就相同． (×)
(2)重力的大小会随位置变化，方向总是竖直向下，所以方向不变． (×)
(3)一个物体的重心是唯一确定的，与形状变化无关． (×)
(4)同一物体在地球上和在月球上质量是一样的，但重力不同． (√)
2．(多选)关于重力的概念，下列说法正确的是(　　)
A．重力的施力物体是地球
B．重力的方向总是垂直接触面向下
C．重力就是地球对物体的吸引力，其方向必定指向地心
D．重力的大小不是总等于弹簧测力计竖直时对物体的拉力
AD　[重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，它的施力物体是地球，选项A正确；重力是由于地球对物体的吸引而产生的，其大小一般小于地球对物体的吸引力，方向是竖直向下并不一定指向地心，选项B、C错误；用弹簧测力计竖直悬挂物体，只有当物体处于静止(或匀速直线运动)状态时，弹簧测力计的读数才等于物体的重力的大小，选项D正确．]
3．关于重力的产生，下列说法正确的是(　　)
A．只有静止的物体才受重力
B．只有在空中运动的物体才受重力
C．绕地球运动的卫星，因不受重力作用，故不会掉在地面上
D．在地面附近的物体，无论质量大小，都受重力作用
D　[地球上的物体都受到重力的作用，有无重力与物体的运动状态、质量大小无关，A、B错误，D正确；绕地球运动的卫星受重力作用，大小等于地球对它的吸引力，C错误．]
力的描述
拳击比赛有很好的观赏性，因此受到很多人的青睐．某次比赛中拳击手一拳击出，没有击中对方．
探究：(1)甲同学说“这时只有施力物体，没有受力物体”，这种说法对吗？
(2)乙同学说“这时拳头施了力，但没有受到力，说明力的作用不是相互的”这种说法对吗？
提示：(1)不对．
(2)不对．力是相互的，这是拳头和手臂之间的相互作用．
1．力的四性的认识
物质性 (1)力是物体对物体的作用，没有脱离物体而独立存在的力
(2)对于一个指定的力，一定同时存在受力物体和施力物体
相互性 (1)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，那么另一个物体也一定同时对这个物体施加了力
(2)力总是成对出现的．施力物体同时又是受力物体，受力物体同时又是施力物体
矢量性 力不仅有大小，而且有方向，是矢量
独立性 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改变
2.力的作用效果
(1)
(2)力的作用效果与力的大小、方向、作用点都有关系．
(3)分析力的作用效果是判断物体是否受力的最基本方法．
【例1】　(多选)下列关于力的说法中正确的是(　　)
A．力是物体之间的相互作用
B．没有施力物体的力有可能存在
C．一个物体受到力的作用，一定有另一个物体直接接触它且施加了这种作用
D．当两个物体间发生力的作用时，其中的任一物体既是施力物体，也是受力物体
思路点拨：力的概念是力学“大厦”建立的基础，深刻理解力的概念的内涵与外延，是解答本题的关键．
AD　[力是物体之间的相互作用，离开了物体，力是不可能存在的，故A正确；力是物体间的相互作用，即一个物体受到力的同时，必对施力物体施加力的作用，受力物体和施力物体一定同时存在，故B错误；两个物体相互施加力时，不一定直接接触，如地球和太阳之间存在相互作用力，但地球与太阳并不直接接触；两块相距一定距离的磁铁之间存在相互作用的吸引力或排斥力，但两块磁铁并非直接接触，故C错误；两个物体间发生相互作用时，其中一个物体对另一个物体施加了力，同时另一个物体必对这个物体也施加了力，力的作用是相互的，不存在只对外界施加力而不受外界作用力的物体，即任意物体是施力物体的同时也是受力物体，故选项D正确．]
力的作用是相互的
(1)相互作用的物体，可能接触，也可能不接触，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的运动状态发生变化．
【例2】　如图所示，甲中在木箱的P点，用一与水平方向成30°角斜向上的150 N的力拉木箱；乙中在木块的Q点施一与竖直方向成60°角斜向上的20 N的推力，把木块抵在墙壁上．试作出甲、乙两图中所给力的图示，并作出丙中电灯所受重力和拉力的示意图．
甲　　　　　　　　乙　　　　　　　丙
思路点拨：根据力的图示的画法，正确选取标度画出力的图示．
[解析]　(1)此题可按以下步骤对P点的拉力进行作图：
①选定一段长4 mm的线段表示50 N的力．
②从作用点P沿力的作用方向画一线段，根据选定的标度与力的大小确定线段的长度，并在线段上加刻度
，如图甲′.
③在线段的尾端加上箭头表示力的方向．
(2)可按同样的步骤画出Q点推力的图示如图乙′，作图时，注意Q点推力的方向．
(3)画丙图中力的示意图时，可按以下步骤进行：
①选定电灯为研究对象．
②从作用点沿拉力方向(沿绳的方向)画出一适当长度的线段，在线段的末端标出箭头表示拉力的方向．这就是绳对电灯拉力的示意图，同样沿重力方向(竖直向下)画出一适当长度的线段，在线段的末端标出箭头表示重力的方向，这就是电灯所受重力的示意图，注意表示拉力与重力的线段长度应该相等，如图丙′所示．
　　　　　　 　　甲′　　　　　乙′　　　　丙′
[答案]　见解析
力的图示与力的示意图的作图技巧
(1)画力的图示，要严格按以下步骤进行．
①选标度：以某一长度表示一定大小的力．
②画线段：从力的作用点沿力的方向画一线段，长短根据标度和力的大小确定．
③定刻度．
④画箭头．
(2)力的图示一定要画在受力物体上，标度选取适当，所画线段的长度应是标度的整数倍．
(3)力的示意图与力的图示不同，力的示意图是便于分析受力，画准力的方向，带箭头的线段上没有标度，线段的长度只定性表示力的大小．
【一题多变】　在上题中，请作出甲图中拉力的示意图和乙图中推力的示意图．
[解析]　力的示意图比较简单，从作用点沿力的方向画出一条适当长度的线段，在末端标出箭头表示力的方向．
甲　　　　　　　　　乙
[答案]　见解析
[跟进训练]
1．用图示法画出力，并指出施力物体和受力物体．
(1)空气对气球的20 N浮力；
(2)小孩用与水平方向成30°角斜向右上方、200 N的拉力拉小车．
[解析]　(1)空气对气球的浮力为20 N，施力物体是空气，受力物体是气球．力的图示如图甲所示．
(2)小孩用与水平方向成30°角斜向右上方、200 N的拉力拉小车，施力物体是小孩，受力物体是小车．力的图示如图乙所示．
甲　　　　　　　　　乙
[答案]　见解析
重力及其测量
利用弹簧测力计测量物体的重力是物理学中的主要方法．且弹簧测力计使用方便，因此中学物理中普遍使用弹簧测力计来测重力．某次测量结果如图．
探究：(1)为什么要在静止时读数？
(2)读数时是否需要估读到下一位？请读出示数是多大？则物体重力是多大？
提示：(1)静止时示数稳定读数准确．
(2)需要估读到下一位；示数是2.05 N，重力是2.05 N.
1．重力的大小和方向
(1)在同一地点，重力的大小与质量成正比．
(2)在不同地点，某一物体的重力的大小与物体所处的纬度位置有关，在纬度越高的位置，所受重力越大；其重力的大小还与物体的海拔高度有关，在同一地点，位置越高，重力越小．
(3)重力的大小与物体的运动状态无关，与物体是否受其他力无关．
(4)重力的方向总是竖直向下，竖直向下不是垂直于支撑面向下，也不是指向地心．
2．重力的测量
(1)在实验室里，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的大小等于物体受到的重力．
(2)用弹簧测力计测量重力时，物体必须保持静止或匀速直线运动状态．
3．重力和质量的区别与联系
项目 重力 质量
区别 性质 由于地球的吸引而使物体受到的力 物体本身的一种属性
变化情况 随着地理位置的不同而发生变化 不随地理位置的改变而发生变化
测量工具 弹簧测力计 天平
矢量与标量 矢量 标量
联系 G＝mg
【例3】　(多选)下列关于重力的说法中正确的是(　　)
A．自由下落的石块速度越来越大，说明石块所受的重力越来越大
B．抛出的石块运动轨迹是曲线，说明石块所受的重力的方向在改变
C．物体受到重力的大小和方向与物体的运动状态无关
D．物体所受重力的方向一定竖直向下
思路点拨：①记住重力的方向　②重力的大小不受运动状态的影响．
CD　[物体受到的重力的大小与物体的运动状态无关，重力的方向始终是竖直向下的，则C、D正确，A、B错误．]
重力的两个特点
(1)“竖直向下”既不能说成“垂直向下”，也不能说成“指向地心”．“竖直向下”是垂直于所在地的水平面向下，而“垂直向下”可以是垂直于任何支持面向下；只有在两极或赤道时，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响，与物体的运动状态也没有关系，在任何情况下均竖直向下．
[跟进训练]
2．关于重力的大小，下列说法正确的是(　　)
A．由公式G＝mg知，物体所受的重力一定等于其质量的9.8倍
B．浮在水面上的大铁船，由于水的浮力作用，其所受重力变小了，才漂在水面上
C．熟透的苹果往下落是因为受到重力作用，在天空飞行的飞机不掉下来，说明其所受重力等于零
D．静止于水平地面上的物体对地面压力的大小不一定等于其重力大小
D　[g值不一定都等于9.8 N/kg，故A错；g值随位置的变化而变化，同一地理位置，物体重力不变，B错；地球附近的物体都受到地球的吸引，即都受重力作用，C错；若静止于水平地面上的物体还受到竖直方向上的拉力，其对地面的压力就不等于重力，故D对．]
重心与稳定
跳高是一项比较传统的运动项目，是运动员征服高度的运动项目，是人类不屈不挠、勇攀高峰的象征．跳高姿式一般有下面四种：
滚式　　　跨越式　　　　剪式　　　　背越式
探究：(1)在同样都是跳过相同高度时，这四种姿式中哪一个重心最低？
(2)他们的重心一定在人体上吗？
提示：(1)背越式重心最低．
(2)重心不一定在人体上．例如背越式重心在横杆以下，即不在人体上．
1．对重心的理解
(1)重心的意义：重心是物体所受重力的作用点，任何物体都有重心，且只有一个重心．
(2)重心的位置
①质量分布均匀的物体，重心位置只跟物体的形状有关．
若物体的形状是中心对称的，对称中心就是重心．如：我们用的直尺、铅球、魔方等实心物体，以及篮球、排球等空心物体，它们的重心都在几何中心．
而轴对称的碗、碟等，它们的重心在对称轴上．它们的重心可用二力平衡的方法找到．
②质量分布不均匀的物体，重心的位置由物体的形状和质量分布共同决定，可以用“支撑法”或“悬挂法”确定．
2．重心与稳定
(1)物体的稳定程度与物体重心的高低和物体底面积的大小有关系．物体的重心越低，物体的底面积越大，则物体越稳定．
(2)物体倾倒的条件：作用在物体重心上的重力的作用线落在它的支持底面外侧时，物体将会自然倾倒．若要使物体不倾倒，应使作用在物体重心上的重力的作用线落在支持底面之内．
【例4】　矩形均匀长薄板AB边长为60 cm，BC边长为10 cm.在O点以细线挂起并处于平衡状态．AO段长为35 cm，如图所示，则悬线与AB边的夹角为________．
思路点拨：①由于本题中的薄板是均匀的，故其重心在几何中心上．②由于薄板受拉力和重力而处于平衡状态，所以二力一定在同一直线上，即拉力的作用线的延长线一定经过重心．
[解析]　均匀矩形薄板的重心在对角线的交点上，悬挂时悬线的延长线应过重心．应注意O点不是AB的中点，E点才是AB的中点．要根据几何关系求出OE及O′E的长度，再根据OE与O′E互相垂直来计算夹角．如图所示，AE＝30 cm，AO＝35 cm，所以OE＝5 cm.由BC＝10 cm可得O′E＝5 cm.由此可见OE＝O′E＝5 cm，又因为OE与O′E互相垂直，所以α＝45°.
[答案]　45°
重心的确定方法
质量分布均匀，形状规则的物体的重心在其几何中心处．形状不规则的物体的重心可以通过下面的方法来确定．
1．利用二力平衡确定重心
原理：二力平衡时，两个力等大反向．
方法一：(支撑法)
轴对称的碗、碟等，它们的重心在中垂线上，可用二力平衡的方法确定．
方法二：(悬挂法)
对于不规则的薄板状物体，可以用悬挂法确定其重心的位置，依据的原理是二力平衡．
2．当要确定一个由几个规则形状物体(质量分布均匀)组成的系统的重心时，可以先把这个系统分成几个具有规则形状的部分，把这几个规则形状部分的重心都找出来(由于质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心处，因此很容易找到)，再确定整个系统重心的位置．
[跟进训练]
3．下列说法正确的是(　　)
A．形状规则的物体的重心，一定在物体的几何中心上
B．物体的重心一定在物体上
C．地球对物体的吸引力就是物体的重力
D．物体的重力是由于地球对物体的吸引而产生的
D　[物体重心的位置不但与物体的形状有关，还和物体质量的分布情况有关，选项A错误；物体的重心不一定在物体上，如质量分布均匀的圆环的重心在其圆心，但不在圆环上，选项B错误；重力是由于物体受到地球的吸引而产生的，但重力并不是地球对物体的吸引力，选项C错误，D正确．]
4．关于重心，下列说法正确的是(　　)
A．重心就是物体上最重的一点
B．重心就是物体的几何中心
C．直铁丝被折弯后，重心便不在中点，但一定还在铁丝上
D．重心是物体的各部分所受重力的等效作用点
D　[重心是重力的等效作用点，并不是只有重心才受重力，故选项D正确，选项A错误；质量分布均匀、有规则形状的物体的重心才在其几何中心，故选项B错误；物体的重心不一定在物体上，粗细均匀的铁丝被弯成圆时，其重心在圆心处，而不在铁丝上，故选项C错误．]
1．物理观念：力、重力、重心的概念．
2．科学思维：做力的图示、示意图，重力大小方向的确定，重心的理解．
3．科学方法：等效法、二力平衡法找重心．
1．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，所以有的力没有施力物体
B．力不能离开物体而存在
C．有的物体只是施力物体而不是受力物体
D．不接触的物体间一定没有力的作用
B　[手榴弹爆炸时是火药燃烧产生的高温高压气体与弹片发生相互作用，A错；根据力的定义，力是物体与物体间的相互作用，B对，C错；物体间有力作用时不一定直接接触，如重力，D错．]
2．一个重20 N的物体沿斜面下滑，关于该物体重力的图示，下列所示的四个图中正确的是(　　)
A　　　　　B　　　　　C　　　　　D
A　[首先由重力的方向竖直向下，可判定B、C错．因重力为20 N，标度为5 N，所以线段应有4个标度长度，D错，A对．]
3．关于重力和重心，下列说法正确的是(　　)
A．当物体漂浮在水面上时重力会减小
B．放置在水平面上的物体对水平面的压力就是物体的重力
C．物体的重心位置总是在物体的几何中心上
D．物体的重心位置可能随物体形状的变化而改变
D　[重力来源于地球对物体的引力，与物体是否漂浮在水面上无关，A错误；放置在水平面上的物体对水平面的压力和物体的重力不是一个力，B错误；重心位置取决于物体的形状和质量分布情况，只有形状规则，质量分布均匀的物体，重心才在物体的几何中心上，C错误，D正确．]
4.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．
[解析]　画力的图示，要严格按照以下步骤进行．
(1)选定标度：此题选单位长度的线段表示2 N的力．
(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和力的大小成正比，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)竖直向下画一段五倍于标度的线段．
(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N＝10 N即可，如图丙所示．
[答案]　见解析
5.(思维拓展)科技馆或儿童乐园中有一种神奇的倾斜小屋．里面什么也没有，只是屋里地面是斜的．当我们一脚踏上斜坡时感觉整个人都倾斜过来了，
我们努力想保持平衡，可是身体不听使唤，只好扶着墙边的扶手慢慢地往外挪，好不容易才走出小屋．
问题：(1)在倾斜的小屋里，重力的方向是否会变化？
(2)为什么在倾斜小屋里，人很难保持平衡？
[解析]　(1)重力的方向总是竖直向下，不会发生变化．
(2)当人垂直地面站立时，实际上人相对地面是倾斜的，重心已不在人体上，不易保持平衡．