《重力基本相互作用》

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1、 本章综述 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 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 本章以研究力的概念开始，围绕

2、三种重要 性质的力：重力、弹力、摩擦力产生条件 和性质，然后对物体进行受力分析，并应 用平行四边形定则对力进行处理 学习过程中要掌握四个概念，两个定则 四个概念：力、重力、弹力、摩擦力 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 主要内容、课标要求、重点、难点及关键 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

3、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： 1在学习三种常见力时，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 2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

4、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、推理能力、分析综合能力、 运用数学知识解决问题的能力 3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 知识与技能 1知道力是物体间的相互作用 2知道重力和重心的概念 3掌握力的图示方法，会画力的示意 图 过程与方法 通过事实和现象去体会、感受、表述力的 存在 情感、态度与价

5、值观 通过玩具 “ 不倒翁 ” 和古代汲水瓶体验学 习物理的乐趣 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 乙 在真空中，直升机能否飞行？采取背越式比 跨越式有何优点？ 1力的概念 力是物体与物体之间的相互作用 2力的特征 (1)力的物质性 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 特别提醒： 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

6、 (2)力的效果性 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 (3)力的相互性 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 (4)力的矢量性 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 (5)力的瞬时性 力可以发生突变，既可以瞬间产生，也可

7、 以瞬间消失 (6)力的三要素 力的大小、方向、作用点，共同称为力的 三要素 3力的图示 (1)力的测量：力的大小可以用测力计 (弹 簧秤 )测量 (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. (3)力的图示：物理学中用一根有向线段来 形象、直观地表示力，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 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 2 5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

8、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 4力的示意图 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 度确定有向线段的长度 特别提醒： 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 1重力 (1)定义：由于地球的吸引而使物体受到的 力叫做重力 (2)重力的大小：重力大小与物体质量的关 系是 G mg，通常取 g 9.8N/kg，

9、即 1kg的 物体所受重力为 9.8N. 可用测力计 (如弹簧秤 )测量重力 (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 特别提醒： (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 高而增大； (6)重力随离地高度的增加而减 小 2重心 (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 (2)质量分布均匀的物体的重心位置只跟物 体

10、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 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 特别提醒： (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 若物体的形状是中心对称的，对称中心就 是重心 (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 (3)对于形状不规则，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

11、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 (4)物体的重心可以不在物体上 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 1万有引力作用 万有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

12、 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 强相互作用存在 强相互作用的作用范围约为 10 15m. 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 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 10 12倍 例 1下列说法正确的是 ( ) A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 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，说明只是甲对乙有

13、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 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 解析： 规律总结： 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，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 (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 (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 变式训练 1 关于力的概念，下列说法中 正确的是 ( ) A力是使物体发生形变和改变运动状态 的原

14、因 B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 C只要两个力的大小相等，它们产生的 效果一定相同 D两个物体相互作用，其相互作用力可 以是不同性质的力 答案： AB 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. 例 2一个铁球在空中飞行，所受重力为 120

15、N， 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 解析： 要严格按以下步骤画力的图示 (1)选定标度：选 1cm长的线段表示 30N的 力； (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； (3)在线段上加上箭头表示力的方向 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 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 F 120N即可 这个重力的施力物体是

16、地球，受力物体是 铁球 规律总结： (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 (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 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

17、的示意图 答案： 甲图：选 6mm线段表示 50N的力 乙图：选 1cm线段表示 10N的力丙图： 例 3关于重力的概念，下列说法中正确的 是 ( ) A重力的施力物体是地球 B重力的方向总是垂直向下的 C重力的大小可以用弹簧测力计和杆秤 直接测量 D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 答案： A 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 规律

18、总结： 对于重力概念的把握，主要从 以下方面入手： (1)重力是由于地球的吸引而使物体受到的 力，但地球引力并非重力，它只是重力产 生的原因 (2)重力的方向竖直向下，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 变式训练 3 关于重力的说法，正确的是 ( ) A重力就是地球对物体的吸引力 B只有静止的物体才受到重力 C同一物体在地球上无论怎样运动都受 到重力 D重力是由于物体受到地球的吸引而产 生的 答案： CD 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

19、态无关， 故 C正确， B错误 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？ 解析： ( 1 ) 铁链放在地面上时，其重心位置高度可以认 为等于零，当刚好向上拉直时，它的重心在其中点位置上， 距地面 L 2 ，所以铁链的重心升高了 L 2 . ( 2 ) 立方体的重心与其几何中心重合，如下图所示 原来距地高度为 h 1 a 2 ； 翻转后的重心高度为 h 2 2 2 a . 所以重心升高 h h 2 h 1 2 2 a a 2

20、2 1 2 a . 规律总结：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 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 ( ) A一直下降 B一直上升 C先升后降 D先降后升 答案： D 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 不断下降，降到一

21、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 一、力是 _作用；力的三要素是 _；力的作用效果有 _ 和 _ 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 _ 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 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 G mg，常取 g值为 _N/kg. 五、从 17世纪下半叶到 2

22、0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： _、 _、 _、 _. 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 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 三、 (1)性质 (2)作用效果 四、 9.8 五、万有引力 电磁相互作用 强相互作 用 弱相互作用 1下列说法正确的是 ( ) 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，则该物体一 定受到力的作用 D只有运动物体才会受到力的作用 答案： C 解析： 物体受到力的作用，

23、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 2 关于重心的位置，下列说法正确的是 ( ) A物体升高或降低时，重心在物体上的 位置也要升高或降低 B物体的形状改变时，其重心位置必定 也要改变 C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 D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 答案： D 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 3 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： (1)此物体有几个施力物体，它们分别

24、是什么 物体？ (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 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，支持力的施力物体是地面此物体 可以说是有两个施力物体 (2)因为重力 G 20N，而支持力等于重力， 显然，支持力大小为 F 20N，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 饮水鸟 中国古代玩具 “ 饮水鸟 ” 早已失传多年， 这两年才被重新发现 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

25、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 ” “ 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，前面放着一个小水盆 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？

26、 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， 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 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