《重力基本相互作用》

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1、v本章综述v本章讲述的是有关“力”的基础知识，是学习静力学和动力学所必需的预备知识，也是学习整个力学的基础和准备“重心”概念的引入，把实际作用于整个物体各部分的重力等效为作用于重心的一个力；“力的图示”是把物体“用一个点代表”来等效处理，渗透物理思想和物理方法“力的合成与分解”对合力与分力之间的等效处理深化了等效替代思想v本章内容多与数学、生物、建筑、体育及航空、航天等学科相联系，如人体骨骼、肌肉结构有关的力学原理，建筑物的受力平衡，体育运动中的举重、杂技等受力分析，以及航天器在不同运动过程中的受力问题等v本章以研究力的概念开始，围绕三种重要性质的力：重力、弹力、摩擦力产生条件和性质，然后对物

2、体进行受力分析，并应用平行四边形定则对力进行处理v学习过程中要掌握四个概念，两个定则v四个概念：力、重力、弹力、摩擦力v两个定则：平行四边形定则、三角形定则主要内容课标要求重点难点关键力和矢量重力弹力摩擦力力的合成力的分解区分矢量与标量；理解重力、弹力、摩擦力产生条件及基本性质；会计算滑动摩擦力；理解平行四边形定则及三角形定则；知道共点力的平衡条件v主要内容、课标要求、重点、难点及关键v对于本章内容的学习，不但要熟练掌握基本概念和规律，同时要把握知识间内在的联系，形成知识体系，这样才能抓住重点，突破难点，做到融会贯通、举一反三，最终达到熟练掌握、灵活应用的目的在学习中建议：v1在学习三种常见力

3、时，应当多与生活中的事例相结合，在感性认识的基础上正确建立这些力的概念，比如，静摩擦力的大小、方向、产生或消失都会随其他力的变化而变化；对于弹力的学习，要通过具体实例的分析、练习，掌握各种常见的弹力如拉力、压力、支持力的方向，特别是轻杆的弹力关于弹簧的弹力大小，遵循胡克定律，要求定量分析v2在理解和掌握各种常见力的基础上，多做一些受力分析的习题，在练习中要注意养成良好的受力分析习惯，提高受力分析的正确性、规范性在练习中掌握建立物理模型的方法(把实际问题转化为物理问题)，掌握受力分析的方法(整体法和隔离法)以及处理力的合成与分解问题的方法(力的图示法、代数计算法、正交分解法等)提高理解能力、推理

4、能力、分析综合能力、运用数学知识解决问题的能力v3培养良好的学习习惯；应用归纳、比较、类比的方法对知识进行整合，弄清知识间的内在联系，形成有序的知识结构；积极主动地进行探究性的学习和思考如：学习弹力的概念时，要注意理解弹力产生的本质原因v知识与技能v1知道力是物体间的相互作用v2知道重力和重心的概念v3掌握力的图示方法，会画力的示意图v过程与方法v通过事实和现象去体会、感受、表述力的存在v情感、态度与价值观v通过玩具“不倒翁”和古代汲水瓶体验学习物理的乐趣v如下图甲所示，直升机通过螺旋桨的高速转动，能够在空中飞行；如图乙所示，跳高运动员越横杆的姿势经历了几种变迁，最终大多采取“背越式”的姿势甲

5、甲乙乙v在真空中，直升机能否飞行？采取背越式比跨越式有何优点？v1力的概念v力是物体与物体之间的相互作用v2力的特征v(1)力的物质性v力不能离开物体而独立存在，无论是什么物体，它都要受到力的作用；而只要有力的存在，就必须有施力物体和受力物体v特别提醒：v相互作用的两个物体谁是施力物体谁是受力物体是相对的，和所选研究对象有关，当其中一个是受力物体时，另一个就是施力物体v(2)力的效果性v力的效果性可以体现在两个方面：物体运动状态的变化即物体速度的变化不管是速度的大小还是方向发生变化，都说这个物体的运动状态发生了变化；物体形状的变化当我们用手压锯条的时候，锯条变弯，我们就说锯条发生了形状的变化v

6、(3)力的相互性v力存在于施力物体和受力物体之间，力的作用是相互的，施力物体同时也一定是受力物体我们将两个物体之间的作用力称为作用力与反作用力v(4)力的矢量性v力是矢量，力既有大小，又有方向力的方向不同，作用效果往往不同所以，要把一个力完整地表示出来，既要说明力的大小又要说明力的方向v(5)力的瞬时性v力可以发生突变，既可以瞬间产生，也可以瞬间消失v(6)力的三要素v力的大小、方向、作用点，共同称为力的三要素v3力的图示v(1)力的测量：力的大小可以用测力计(弹簧秤)测量v(2)力的单位：国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号是N.v(3)力的图示：物理学中用一根有向线段来形象、直观地表

7、示力，线段的长度表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，用箭头或箭尾表示力的作用点，这种表示力的方法叫做力的图示v画力的图示的步骤：选定标度(用多长的线段表示多少牛的力)选标度应根据力的大小合理设计，一般情况下，线段应分为25段，不宜太多，太多了图示不清晰；也不可太少，不能少于2段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，并在线段上加刻度不能用不同标度画同一物体所受的不同的力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v4力的示意图v力的示意图是一种粗略表示力的方法，只画出物体受到的力及力的方向，不需要选定标度确定有向线段

8、的长度v特别提醒：v力的图示与力的示意图不同，它不仅需要表示物体受哪些力的作用及力的方向如何，而且需要选定标度严格画出线段的长度v1重力v(1)定义：由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力v(2)重力的大小：重力大小与物体质量的关系是Gmg，通常取g，即1kg的物体所受重力为9.8N.v可用测力计(如弹簧秤)测量重力v(3)重力的方向：重力的方向总是竖直向下的竖直向下不能说成垂直向下重力是垂直于水平面向下v特别提醒：v(1)重力是非接触力；(2)重力的施力物体是地球；(3)物体所受的重力与物体所处的运动状态以及是否受到其他力无关；(4)重力不一定等于地球对它的吸引力；(5)重力随纬度的升高而增

9、大；(6)重力随离地高度的增加而减小v2重心v(1)定义：一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果看，我们可以认为各部分受到的重力集中作用于一点，这一点叫做物体的重心v(2)质量分布均匀的物体的重心位置只跟物体的形状有关形状规则的质量分布均匀物体的重心在其几何中心v质量分布不均匀的物体重心的位置与物体的形状和质量的分布均有关系v特别提醒：v(1)质量分布均匀的物体，它的重心位置只跟物体的形状有关v若物体的形状是中心对称的，对称中心就是重心v(2)质量分布不均匀的物体，重心位置除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布情况有关如：起重机的重心位置随吊升货物的多少和位置的变化而变化v(3)对于形状不

10、规则，但体积和形状固定的物体(即重心位置不变的物体)可以利用二次悬挂法来找它的重心例如：寻找形状不规则的薄板的重心，具体做法是：如图甲所示，第一次在薄板的A点用线把它悬挂起来，当薄板静止时，用笔和刻度尺在薄板面上画出悬线的延长线AB；如图乙所示，第二次在薄板的C点再一次用线把它悬挂起来，并画出此次悬线的延长线CD；根据重力的作用点在物体的重心，并借助“二力平衡”的知识可知，AB与CD的交点O即为此薄板的重心v(4)物体的重心可以不在物体上v由于重心是一个等效作用点，它可以不在物体上例如：质量分布均匀的球壳，其重心在球心，并不在壳体上v1万有引力作用v万有引力作用是自然界的一种基本相互作用，行星

11、与恒星能聚在一起组成星系，靠的正是这种作用v2电磁相互作用v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v3强相互作用v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存在v强相互作用的作用范围约为1015m.v4弱相互作用v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v弱相互作用的范围与强相互作用相同，但强度只有强相互作用的1012倍v例1下列说法正确的是()vA拳击手一拳击出，没有击中对方，这时只有施力物体，没有受力物体vB运

12、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vC甲用力把乙推倒，说明只是甲对乙有力，而乙对甲没有力vD两个物体发生相互作用不一定相互接触v分析：力是物体对物体的作用，有力的产生必定同时有施力物体和受力物体，利用力的相互性和物质性可以判断一个力是否存在v解析：v规律总结：对力的概念可以从以下几个方面理解：v(1)力是物体对物体的相互作用，谈到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v(2)力作用在物体上所产生的效果是改变物体的运动状态和使物体发生形变v(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v变式训练1关于力的概念，下列说法中正确的

13、是v()vA力是使物体发生形变和改变运动状态的原因vB一个力必定联系着两个物体，其中每个物体既是施力物体又是受力物体vC只要两个力的大小相等，它们产生的效果一定相同vD两个物体相互作用，其相互作用力可以是不同性质的力v答案：ABv解析：要通过实例加深对力的概念的理解，注意力的物质性、相互性、力的三要素及作用效果从力的基本概念出发作出判断根据力的两个作用效果，可知选项A正确根据力的相互性，可知选项B正确根据力的三要素，可知力的作用效果不仅与力的大小有关，还与力的方向和作用点的位置有关，选项C错误相互作用力一定是同一性质的力，选项D错误可见，正确选项为A、B.v例2一个铁球在空中飞行，所受重力为1

14、20N，方向竖直向下，试画出重力的图示和示意图，并说明施力物体和受力物体v解析：要严格按以下步骤画力的图示v(1)选定标度：选1cm长的线段表示30N的力；v(2)用一矩形表示物体，从作用点沿力的方向画一线段，线段的长度按选定的标度和力的大小画，线段上加上刻度，如下图甲所示，从O点竖直向下画一条4倍于标度(4cm)的线段；v(3)在线段上加上箭头表示力的方向v也可以按照如图乙所示那样，不画物体，而用O点表示物体，画出力F的图示v画力的示意图如图丙所示，用一矩形表示物体，从物体上向力的方向画一线段，并加上箭头，表示方向然后标明F120N即可v这个重力的施力物体是地球，受力物体是铁球v规律总结：(

15、1)画力的图示时一定要先选定合适的标度，并且同一个图中只能选定一个标度，力的图示一定要把力的三要素充分体现出来v(2)力的示意图只是粗略地分析物体受到的某个力或几个力只注重力的方向和作用点，对力的大小表示没有严格要求，在以后对物体进行受力分析时，只画力的示意图就可以了注意要把各力的作用点画在物体上v变式训练2在图甲中木箱的P点，用与水平方向成30角斜向上的150N的力拉木箱；在图乙中木块的Q点，用与竖直方向成60角斜向上的20N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v答案：甲图：选6mm线段表示50N的力v乙图：选1cm线段表示10N的力丙

16、图：v例3关于重力的概念，下列说法中正确的是()vA重力的施力物体是地球vB重力的方向总是垂直向下的vC重力的大小可以用弹簧测力计和杆秤直接测量vD把物体放在水平支持物上，静止时物体对水平支持物的压力就是物体受到的重力v答案：Av解析：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；它的方向总是竖直向下的，不是垂直向下的；重力的大小可以用弹簧测力计直接测量，而杆秤直接测量的是质量，而不是重力；重力和压力的施力物体和受力物体不同，性质也不同，所以不是同一个力v规律总结：对于重力概念的把握，主要从以下方面入手：v(1)重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，但地球引力并非重力，它只是重力产

17、生的原因v(2)重力的方向竖直向下，其大小Gmg.v(3)重力的大小可借助二力平衡，利用弹簧秤测出v变式训练3关于重力的说法，正确的是()vA重力就是地球对物体的吸引力vB只有静止的物体才受到重力vC同一物体在地球上无论怎样运动都受到重力vD重力是由于物体受到地球的吸引而产生的v答案：CDv解析：地球对物体的吸引力是产生重力的原因，但不等同于重力，故D正确而A错误只要物体在地球表面或地球表面附近，物体就一定要受到重力作用，与其运动状态无关，故C正确，B错误v例4有一质量分布均匀铁链长L，原来放在地面上，现在将铁链竖直向上刚好拉直，它的重心位置升高了多少？使一块边长为a的均匀立方体绕着自己的一个

18、棱翻转，当它的对角线刚好与地面垂直时，其重心位置升高了多少？v规律总结：分析重心位置的步骤v(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v(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v(3)对于薄板型的物体可利用悬挂法确定v(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v变式训练4如右图所示，一饮料杯装满水，杯子的底部有一小孔，在水从小孔不断流出的过程中，杯连同杯中水的共同重心将()vA一直下降 B一直上升vC先升后降 D先降后升v答案：Dv解析：水杯的重心位置是不变的，水不断流出，则水的重心不断下降，故整体的重心在不断

19、下降，降到一定位置后又会上升也可用极限思维方法来研究：设想水流尽，则整体的重心就是杯的重心，故共同重心是先降后升，所以D正确v一、力是_作用；力的三要素是_；力的作用效果有_和_v二、重力是由于_；重力的大小可以用_来测量；重力的方向总是_；重力的作用点叫做_v三、力的分类：(1)根据力的_分类，常见的有重力、弹力、摩擦力、电磁力、核力等等；(2)根据力的_划分，常见的有拉力、压力、支持力、动力、阻力等等v四、重力与质量的关系：地面上同一位置处，物体的重力大小G与物体的质量m成正比，即Gmg，常取g值为_N/kg.v五、从17世纪下半叶到20世纪初，逐渐被科学家发现并认识的四种相互作用力分别是

20、：_、_、_、_.v自主校对：一、物体间的相互大小、方向、作用点使物体的形状发生改变使物体的运动状态发生改变v二、地球对物体的吸引而使物体受到的力弹簧测力计竖直向下重心v三、(1)性质(2)作用效果v四、v五、万有引力电磁相互作用强相互作用弱相互作用v1下列说法正确的是()vA静止不动的物体，一定不受任何力的作用vB物体的形状没有改变，说明该物体一定不受力的作用vC物体的运动方向改变了，则该物体一定受到力的作用vD只有运动物体才会受到力的作用v答案：Cv解析：物体受到力的作用，可能使物体形状发生改变，也可能使运动状态发生变化，C正确v2关于重心的位置，下列说法正确的是()vA物体升高或降低时，

21、重心在物体上的位置也要升高或降低vB物体的形状改变时，其重心位置必定也要改变vC物体的重心在物体上的位置随物体的放置方法不同而不同vD物体升高、降低或放置方法改变，重心在物体上的位置都不变v答案：Dv解析：确定的物体的重心在物体上的位置不变，故D正确，A、C错误；物体的形状改变时，重心的位置不一定改变，B错误v3如图所示，质量为2kg的物体m静止在水平地面上，受到两个力的作用：重力和支持力，则：v(1)此物体有几个施力物体，它们分别是什么物体？v(2)如果支持力等于重力，且重力大小为20N，试画出支持力的图示v解析：(1)据题图可知，物体受两个力作用：重力和支持力其中，重力的施力物体为地球，支

22、持力的施力物体是地面此物体可以说是有两个施力物体v(2)因为重力G20N，而支持力等于重力，显然，支持力大小为F20N，方向竖直向上作出标度如图中所示，4mm代表5N，作出支持力的图示v饮水鸟v中国古代玩具“饮水鸟”早已失传多年，这两年才被重新发现v根据前苏联著名的科普作家别莱利曼编著的趣味物理学续编，曾有人将这个涂了颜色、看不见内部奥秘的“饮水鸟”赠送给爱因斯坦，当爱因斯坦看过并明白其原理时，十分惊叹“饮水鸟”设计巧妙因此这个玩具就被别人叫做“爱因斯坦也吃惊的玩具”v“饮水鸟”大约有10厘米高，鸟身是玻璃制成的，外面涂有绿色，看不到里面情况头部用一层薄薄的棉布包着，身上贴着几片黄色羽毛，前面

23、放着一个小水盆v只要用手将鸟嘴沾湿，小鸟立即开始不停地做俯仰动作，并且幅度越来越大，接着就一头扎进水盆里喝水，很快又抬起头来前俯后仰，循环往复，就像是一台“永动机”本以为鸟的体内装有电池，但观众们仔细查看后并没有发现电池，“难道鸟的体内真的装着永动机？”但是永动机在科学理论上是不可能的，那么这到底是怎么回事呢？v专家在现场揭开了奥秘“饮水鸟”体内装有易挥发的液体乙醚，在不动的情况下，尾部下半部分是液体乙醚，上半部分是气体状态当有人往鸟头部的棉布层沾冷水时，鸟头部遇冷，吸收周围空气热量，气压下降，尾部的液体因为吸力沿颈部上升这样一来，鸟头部的重量在增加，尾部的重量在减轻，重心位置发生变化，于是就出现俯仰现象当重心超过脚架支点而移向头部时，鸟就会低头，当嘴部接触到水面时，水顺着嘴部又上升到头部，鸟头又会变湿，v此时，部分乙醚液体保存在中间玻璃管中，与下面的液体分离开来，但其位置仍是倾斜状，液体又会流下来，鸟的身体直立此时鸟的头部已经变湿，于是又会再次出现上面的一幕，循环往复，直到盆中的水被鸟喝干后，头部不能再变湿，才不再低头喝水v原来，“饮水鸟”头部不断蒸发所吸收的周围空气的热量，就是这奇妙的“饮水鸟”能够活动的动力正是因为它使用的是周围人不易察觉到的能源，所以才会被人误认为是“永动机”，难怪连爱因斯坦一见之下都被它唬住了