高中物理学案第3章第1节重力与重心

第3章相互作用第1节重力与重心一、力的描述1．力：物体和物体之间的相互作用，力的单位是牛顿，简称牛，符号N。2．力的作用效果：(1)使物体的形状发生改变；(2)使物体的运动状态发生改变。3．力的图示：(1)力的三要素：大小、方向和作用点。(2)表示方法：用一条带箭头的线段来表示力。(3)物理意义：①线段的长短：力的大小。②箭头指向：力的方向。③箭尾(或箭头)的位置：力的作用点。二、重力及其测量1．重力的内涵要素：(1)成因：由于地球的吸引而使物体受到的力。常把物体受到的重力的大小简称为物重。(2)大小：G＝mg(比例系数g取9.8N/kg)。(3)方向：重力的方向总是竖直向下。2．重力的测量：重力的大小可用①直接测出。①弹簧测力计 ②台秤③电子秤 ④体重计三、物体的重心1．重心：从效果上看，可认为重力集中作用在一个点上，这个点视为重力的作用点，称为重心。2．重心位置的影响因素：(1)均匀物体：质量均匀的物体，其重心的位置只与物体的形状有关。如果均匀物体的形状是规则的，重心就是几何中心位置。(2)不均匀物体：重心的位置除跟物体的形状有关之外，还跟物体的质量分布情况有关。3．重心与稳定性：物体的重心越低，物体的稳定程度越高。某同学学习重力与重心后，总结出以下结论：①力可以离开施力物体或受力物体单独存在。②只有相互接触的物体间才有力的作用。③重力是由于地球对物体的吸引而产生的。④重力的方向也可以表述为指向地心。⑤重心是物体重力的作用点，重心一定在物体上。你的判断：正确的结论有③建筑工人在施工时总会用如图所示的装置检测墙壁，该装置我们称之为“重垂线”。思考：为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直？提示：因为重力方向始终竖直向下。一、力的三个重要性质(物理观念——相互作用观念)1．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。2．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。3．矢量性：力是矢量，不仅有大小，而且有方向。力的作用效果是分析物体是否受力的基本方法。(1)若存在作用效果，说明该力存在。(2)若没有作用效果，说明该力不存在。【典例】下列关于力的说法中正确的是()A．甲用力把乙推倒，说明甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用B．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力，不会施力C．任何一个物体，一定既是受力物体，也是施力物体D．两个力的大小都是5N，则这两个力一定相同【解析】选C。甲推乙的同时，乙也在推甲，力的作用是相互的，A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，例如马拉车时，车也拉马；书向下压桌子，桌子也向上支撑书，B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，所以每一个物体都受到别的物体的作用，是受力物体，同时也对其他物体施力，所以又是施力物体，C对；力是矢量，比较两个力是否相同，除了比较其大小还要比较其方向，D错。如何判断物体受力(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。1．关于力的作用效果，下列说法正确的是()A．物体的运动状态发生变化，一定受外力的作用B．物体的运动状态不发生变化，一定不受外力的作用C．物体受力作用后，一定同时出现形变和运动状态发生变化的现象D．力对物体的作用效果完全由力的大小决定【解析】选A。物体的运动状态发生改变，一定是受到了力的作用，但运动状态不变并不一定是没有受到力的作用，故选项A对，B错；力的作用效果是使物体的运动状态发生改变或者是使物体发生形变，故选项C错；力的大小、方向、作用点都影响力的作用效果，故选项D错。2．下列有关力的说法中正确的是()A．力的产生离不开施力物体，但可以没有受力物体B．力的产生离不开受力物体，但可以没有施力物体C．力是物体对物体的作用，如果找不到施力物体或受力物体，这个力就不存在D．不接触的物体间也可以产生力的作用。例如，磁铁吸引铁钉，可见力可以离开物体单独存在【解析】选C。任何力都有它的施力物体和受力物体，只有施力物体而没有受力物体，或只有受力物体没有施力物体的力是不存在的，A、B错误；磁铁吸引铁钉，说明不接触的物体之间也可以产生力的作用，力不能离开物体单独存在，任何力都有它的施力物体或受力物体，C正确，D错误。二、力的图示和示意图(科学思维——科学推理)如图所示是飞机飞行时受到多个力的示意图，现在要作出各力的图示，能否用不同的标度？提示：不能，作同一个物体的受力图示时，各力必须选用同一标度。力的图示就是要在图上表示出力的三要素(力的大小、方向、作用点)。力的示意图主要是强调受到了什么力，不需要深究力的大小，具体作图方式如表所示：步骤力的图示力的示意图1选定标度(某一长度表示多少牛的力)无需选标度2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条适当长度的线段即可3在线段的末端标上箭头，表示方向在线段的末端标上箭头，表示方向【典例】如图所示，物体A对物体B的压力是10N，试画出这个力的图示和示意图。【解析】如图所示1．下图表示的是小车所受外力F的图示，所选标度都相同，则力的作用效果相同的是()A.F1和F2 B．F1和F4C.F1和F3、F4 D．都不相同【解析】选B。力的作用效果与力的大小、方向及作用点均有关，图中F3方向斜向上，其余力的方向水平向右，所以F3的作用效果与其他力的效果不同；F2比F1、F4两个力小，所以F2与F1、F4作用效果也不同；只有F1和F4作用效果相同，选项B正确。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150N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20N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。【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4mm的线段表示50N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(即画出线段长度为eq\f(150,50)×4mm＝12mm)，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。答案：见解析【拔高题组】1．(多选)一个重20N的物体沿斜面下滑，关于物体重力的图示，下列四个图中正确的是()【解析】选A、D。根据重力方向竖直向下和力的大小判断可知选项A、D正确，B、C错误。2.如图所示，一放在水平面上的物体A受到大小为10N的拉力作用，该拉力方向与水平方向成30°角斜向上。画出这个拉力的图示。【解析】选1cm长度的线段表示5N的力，从力F的作用点沿力的方向画一条长为2cm的线段，在线段尾端加上箭头表示力F的方向，如图所示。答案：见解析三、重力和重心的性质(物理观念——相互作用观念)如图所示，建筑工人常用重垂线来检测墙壁是否竖直，为什么使用重垂线就能够检测墙壁是否竖直？【解析】重力的方向竖直向下，重垂线检测墙壁是否竖直是利用重力的方向总是竖直向下的原理，所以悬挂重锤的细线一定沿竖直方向，若墙壁与细线平行，则墙壁竖直。1．重力的方向竖直向下，“竖直向下”等价于“垂直于水平面向下”，但是“竖直向下”不一定“垂直于接触面向下”，也不一定“指向地心”。2．重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布有关。质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心。重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。确定重心位置的方法：悬挂法。【典例】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【解析】选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。1．关于物体的重力和重心，下列说法正确的是()A．物体所受重力是由于受到地球吸引而产生的，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其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】选C。重力的方向是竖直向下，与水平面垂直，但不一定与地面垂直，A错误；重力的大小取决于物体的质量和重力加速度的大小，与测量工具无关，不同地点重力加速度不同，重力大小不同，无论用同一弹簧测力计，还是用不同弹簧测力计，测量结果均不同，B错误；物体的重心是重力的等效作用点，其位置不仅与其几何形状有关，还与质量分布有关，C正确，D错误。2．(多选)如图所示，两辆车以相同的速度做匀速直线运动。根据图中所给信息和本节所学知识可以得出的结论是()A.物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中于一点B．重力的方向总是垂直向下的C．物体重心的位置与物体的形状和质量分布有关D．物体重心的位置与物体的形状和质量分布无关【解析】选A、C。物体各部分都受重力作用，但从效果上看可以认为物体各部分所受重力集中于一点，这个点就是物体的重心，故A正确；重力的方向总是和水平面垂直，是竖直向下，而不是垂直向下，B错误；从图中可以看出，汽车(包括货物)的形状和质量分布发生了变化，重心的位置就发生了变化，故C正确，D错误。【补偿训练】把一个薄板状物体悬挂起来，静止时如图所示，则对于此薄板状物体所受重力的理解，下列说法正确的是()A．重力就是地球对物体的引力B．重力大小和物体运动状态有关C．重力的方向总是指向地心的D．薄板的重心一定在直线AB上【解析】选D。重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，不是地球对物体的引力，选项A错误；重力的大小与物体的运动状态无关，选项B错误；重力的方向竖直向下，选项C错误；因为绳对板的拉力与板受的重力为一对平衡力，必在一条直线上，所以薄板的重心一定在直线AB上，选项D正确。【拓展例题】考查内容：重心位置的确定【典例】如图所示，一个被吊着的均匀球壳，其内部注满了水，在球的底部有一带阀门的细出水口。在打开阀门让水慢慢流出的过程中，球壳与其中的水的共同重心将会()A.一直下降 B．一直不变C．先下降后上升 D．先上升后下降【解析】选C。在注满水时，球壳和水的共同重心在球心，随着水的流出，球壳的重心不变，但其中的水的重心下降，二者共同的重心在下降，当水流完时，重心又回到球心，故选项C正确。月球重力比地球小，人从200米高度跳下会受伤吗？大家都知道，月球体积比地球小，也因此其重力也只相当于地球的eq\f(1,6)，这意味着80kg的物体在地球上的重力为800N，而在月球上却只有133N。也正是这个原因，有的同学就提出一个令人费解的问题：如果在月球上，人从200米高度跳下，会受伤吗？提示：在排除其他影响因素的情况下，人体在地球上能承受的最大高度是8～10米，一旦在这个范围内甚至超出这个高度，轻则残重则死，这是因为人受到向下的重力，从高处下落的过程中是在做加速运动的，落地速度也就是末速度肯定比初速度大，而人体骨头轻而脆，在没有任何保护的情况下，是无法承受这么大冲击力的。这规律亦可适用于月球，月球的重力虽然小，但也并不是没有。宇航员登陆月球后，由于所受重力影响小，按照地球上走路的力度，这是很容易飞起来的，所以宇航员更多的是选择蹦蹦跳前行。而如果人在月球上从200米高的高度跳下来，由于月球质量及体积等因素，它的重力加速度只有地球的eq\f(1,6)，也就是物体下落达到同样的速度，在月球上所需要的时间会比地球上多出5倍，在不考虑空气阻力和下落方式的情况下，速度与形成的伤害呈完全正比，速度越快，伤害越大。在月球上，人从200米高度跳下时的末速度也就是触地速度达到25m/s，以这个速度逆推地球，可以算出相当于是在30米的高度上跳下的。而人体承受极限是8～10米，如此看来，哪怕月球重力小，从200米高的高度跳下也是相当危险的行为。1.(水平1)如图所示，“马踏飞燕”是我国古代雕塑艺术的稀世之宝，它呈现了飞奔的骏马的一只蹄踏在飞燕上的情景，这座雕塑能稳稳地立着是因为()A．马所受重力很大B．马蹄很大C．马的重心在飞燕体内D．马的重心位置和飞燕在一条竖直线上【解析】选D。飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地