学年高中物理第4章相互作用第1节重力与重心教学案鲁科版必修1.docx
《学年高中物理第4章相互作用第1节重力与重心教学案鲁科版必修1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学年高中物理第4章相互作用第1节重力与重心教学案鲁科版必修1.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
学年高中物理第4章相互作用第1节重力与重心教学案鲁科版必修1
第1节重力与重心
1.力是物体间的相互作用，是有大小和方向的矢量；力的作用效果是使物体的形状或运动状态发生改变；可用力的图示或示意图表示力。
2．重力是由于地球的吸引而产生的，其大小为G＝mg，其方向总是竖直向下，且不一定指向地心。
3．重心是重力作用的集中点，其位置与物体形状和质量分布有关。
任何物体仅有一个重心，且不一定在物体上。
一、力的描述
1．力的图示
用一条带箭头的按一定比例画出的线段来表示力。
2．力的示意图
只画出带箭头的线段来表示力，箭头表示力的方向，对线段的长度没有严格要求。
3．标矢性
力不但有大小，而且有方向，是矢量（填“矢量”或“标量”）。
二、重力及其测量
1．重力
（1）定义：
由于地球吸引而使物体受到的力。
（2）重力的大小：
可用公式G＝mg计算得出，式中g是比例系数，g＝9.8_N/kg。
（3）重力的方向：
总是竖直向下。
2．重力的测量
重力的大小可以用弹簧测力计测出，测量时物体必须保持静止，这样物体对测力计的拉力才等于物体受到的重力，体检时常用磅秤来测量体重。
三、重心与稳定
1．重心
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，这一点称为物体的重心。
2．决定物体重心位置的因素
（1）物体的形状；
（2）物体的质量分布。
3．确定物体重心的方法
（1）形状规则、质量分布均匀的物体，重心在其几何中心上。
（2）对不规则的细棒和薄板，可用支撑法或悬挂法确定其重心。
4．物体重心与稳定的关系
重心越高，物体的稳定性越差；重心越低，物体的稳定性越好。
1．自主思考——判一判
（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，所以不变。
（×）
（3）重心的位置可以不在物体上。
（√）
（4）物体的稳定程度与重心高低有关。
（√）
（5）一个物体的重心是唯一确定的，与形状变化无关。
（×）
（6）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．合作探究——议一议
（1）苹果从树上下落，静止释放的物体竖直下落，抛出的物体会落回地面，水会从高处流向低处。
这些司空见惯的现象受什么样的共同规律支配呢？
图411
提示：
因为这些物体都受到重力作用，而重力的方向是竖直向下的，所以这些物体总要下落。
（2）如图412所示，当笔记本电脑放在某电子秤上时，便可直接从电子秤上显示出电脑的质量。
静止时电脑对电子秤的压力就是电脑所受的重力，这种说法正确吗？
为什么？
图412
提示：
不正确。
这两个力大小相等、方向相同，但力的性质、施力物体、受力物体、作用点都不相同，重力的施力物体是地球，受力物体是电子秤上的物体（电脑）；压力的受力物体是电子秤，施力物体是压在电子秤上的物体（电脑）。
（3）重力的施力物体是谁？
重力与运动状态有关吗？
提示：
重力的施力物体是地球，其大小与物体运动状态无关。
对力的概念的认识
1．对力的性质的认识
（1）物质性：
力是物体对物体的作用，任何力一定同时具有施力物体和受力物体。
只有施力物体或只有受力物体的力不存在。
（2）独立性：
任何一个力都独立地产生作用效果，使受力物体发生形变或改变运动状态。
（3）矢量性：
力不仅有大小，而且有方向，是矢量。
2．力的作用效果
（1）
（2）力的大小、方向和作用点都会影响力的作用效果。
（3）分析力的作用效果是判断物体是否受力的基本方法。
1．（多选）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也是受力物体
C．只要两个力的大小相等，它们产生的效果一定相同
D．互不接触的物体间的某对力，可以先后消失
解析：
选AB 根据力的两个作用效果知A正确；力的大小、方向和作用点都会影响到作用效果，故C错误；由于力具有相互性和同时性，故B正确、D错误。
2．下列说法中正确的是（ ）
A．射出枪口的子弹，能射出很远的距离，是因为子弹离开枪口后受到一个推力作用
B．甲用力把乙推倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用
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，也是施力物体
解析：
选D 子弹在枪管内受到火药爆炸所产生的强大推力，离开枪口时有很大的速度，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，A错误；物体间力的作用总是相互的，所以每一个物体既是受力物体，也是施力物体，甲推乙的同时乙也推甲，B错误，D正确；不论物体是否有生命或是否有动力，它们受到力的同时，都会施力，如马拉车时，车也拉马，C错误。
3．（多选）下列关于力的作用效果的叙述正确的是（ ）
A．物体的运动状态发生改变必定是物体受到力的作用
B．物体的运动状态没有发生改变，物体也可能受到力的作用
C．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
D．力作用在物体上，必定同时出现形变和运动状态的改变
解析：
选ABC 因为力是改变物体运动状态的原因，故物体的运动状态发生改变，必定受到力的作用，故A说法正确；由于力的作用效果是使物体发生形变或改变物体的运动状态，两者可同时发生，也可不同时发生，故B说法正确，D错误；力的作用效果取决于力的三要素，故C说法正确。
力的图示与力的示意图的比较
[典例] 如图413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。
图413
[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
，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
做力的图示与示意图的步骤
步骤
力的图示
力的示意图
1
选定标度（用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适当长度线段即可
3
在线段的末端标出箭头，表示方向
在线段末端标出箭头，表示方向
1.关于图414所示的两个力F1和F2，下列说法正确的是（ ）
图414
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：
选D 在力的图示中，所表示的力的大小取决于图中标度的大小和线段的长短，离开了标度的大小，仅由线段的长度无法比较F1和F2的大小，所以选项D正确。
2．一个铁块在空中飞行，所受重力为120N，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：
（1）选定标度：
选5mm长的线段表示30N的力。
（2）用一矩形表示铁块，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，线段上面加上刻度，如图甲所示，从O点竖直向下画一条4倍于标度的线段。
（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，不画铁块，而用O点表示铁块，画出重力的图示。
画力的示意图，如图丙所示，用一矩形表示铁块，从铁块上沿力的方向画一线段，并加上箭头，表示方向。
然后标明G＝120N即可。
这个重力的施力物体是地球，受力物体是铁块。
答案：
见解析
物体的重力及重心
1．与重力的大小有关的因素及重力的方向
（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．重心的意义和重心的位置
（1）重心是重力的等效作用点，并非物体的全部重力都作用于重心。
（2）重心的位置可以在物体上，也可以在物体外，如一个圆形平板的重心在板上，而一个铜环的重心就不在环上。
（3）重心在物体上的位置与物体所处的位置、放置状态及运动状态无关，但一个物体的质量分布或形状发生变化时，其重心在物体上的位置也发生变化。
（4）质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上；对形状不规则的薄物体，可用支撑法或悬挂法来确定其重心。
[典例] 关于地面上物体的重力，下列说法正确的是（ ）
A．只有静止时，物体才受重力
B．物体对地面的压力就是物体的重力
C．弹簧测力计和杆秤都能称量物体的重力大小
D．同一地点，物体的重力与其质量成正比
[思路点拨] 解答本题时应把握以下三点：
（1）重力是由地球吸引而产生的，与运动状态无关。
（2）明确物体的重力和对地面的压力的施力物体和受力物体。
（3）把握物体的重力与物体的质量的关系。
[解析] 物体是否受重力与运动状态无关，A错误；物体对地面的压力与物体的重力的施力物体和受力物体不同，故不是一个力，B错误；杆秤的原理是杠杆原理，只测质量不测重力，C错误；在同一地点g为常数，由G＝mg可知，重力与质量成正比。
[答案] D
悬挂法确定物体的重心
薄板形物体的重心可用悬挂法确定。
如图所示，先在A点把薄板悬挂起来，薄板静止时，薄板所受的重力与悬绳的拉力在同一竖直线上，所以薄板的重心一定在通过A点的竖直线AB上。
然后在C点把薄板悬挂起来，同理知，薄板的重心一定在通过C点的竖直线CD上，所以AB和CD的交点O就是薄板的重心位置。
1．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
解析：
选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。
2．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
解析：
选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，如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。
3．不倒翁不倒的原因，是它的重心设计巧妙。
下列说法中正确的是（ ）
A．重心在不倒翁的几何中心上
B．不倒翁的重心很高
C．不倒翁的重心很低
D．不倒翁的重心不在物体上
解析：
选C 由于物体在其他条件不变的情况下，重心越低，物体的稳定性越大，不倒翁的重心一定很低，C对，A、B、D均不对。
1.在世界壮汉大赛上有一项拉汽车前进的比赛，如图1所示中某壮汉正通过绳索拉汽车运动，则汽车所受拉力的施力物体和受力物体分别是（ ）
图1
A．壮汉、汽车
B．壮汉、绳索
C．绳索、汽车
D．汽车、绳索
解析：
选C 汽车所受拉力是绳索对汽车施加的作用力，故其施力物体是绳索，受力物体是汽车。
选项C正确。
2．关于重力的方向，下列说法中正确的是（ ）
A．重力的方向总是垂直向下
B．重力的方向总是竖直向下
C．重力的方向总是和支持物的支持面垂直
D．重力的方向总是垂直于地面向下
解析：
选B 根据重力的特点可知，重力的方向总是竖直向下，选项B正确，A、C、D错误。
3．关于重力的大小和方向，下列说法中正确的是（ ）
A．物体重力的大小等于它对竖直悬绳拉力的大小或等于它对水平支持面压力的大小
B．在地球各处的重力方向都是相同的
C．重心是理想化的物理模型
D．对某一物体而言，其重力的大小总是一个恒量，不因物体从赤道移到南极而变化
解析：
选C 物体的重力大小与它对竖直悬绳的拉力或它对水平面压力的大小并不一定相等，只有在物体静止或匀速直线运动时才相等，A不正确；在地球上各处的重力都是竖直向下，但各个地方的竖直向下并不是指向同一方向，例如南极和北极的重力方向恰好相反，同一物体在不同纬度处的重力也是不同的，地球表面上，越靠近两极其重力的大小越大，所以B、D是不正确的；重心是为研究问题的方便引入的一个物理模型，物体各个部分都受重力作用，可以等效看做集中在一点上，故选C。
4．如图2所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家高度智慧、丰富想象、浪漫主义精神和高超的艺术技巧的结晶，是我国古代雕塑艺术的稀世珍宝，飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为（ ）
图2
A．马跑得快的缘故
B．马蹄大的缘故
C．马的重心在飞燕上
D．马的重心位置和飞燕在一条竖直线上
解析：
选D “马踏飞燕”中的马之所以能用一只脚稳稳地踏在飞燕上，是因为马的重心位置和飞燕在一条竖直线上，D正确。
5．下面关于重心位置的说法正确的是（ ）
A．汽车上的货物卸下后，汽车的重心位置降低了
B．物体在斜面上下滑时，物体的重心相对该物体降低了
C．对于形状规则的物体，重心一定在物体的几何中心
D．对于重力一定的物体，无论其形状如何变化，其重心位置不变
解析：
选A 重心位置随质量的变化而改变，选项A正确。
物体的重心相对自身位置不变，选项B错误。
质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心，选项C错误。
物体的形状改变，质量分布改变，重心位置也要发生变化，选项D错误。
6．（多选）关于重心与稳定之间的关系，下列说法正确的是（ ）
A．高大的建筑物通常建成上小下大，目的是增大稳定程度
B．重心越高，越稳定
C．重心越低，越稳定
D．如果让一块砖翻倒，应该使重力的作用线落到它的支持面外才可，否则，不能翻倒
解析：
选ACD 物体的稳定程度与重心的高低有关，重心越低，越稳定。
比如“不倒翁”，高大的建筑物通常建造成上小下大，目的是降低重心，从而增大稳定程度，故选项A、C、D正确。
7．一个重20N的物体沿斜面下滑，关于该物体的重力的图示，下列图中正确的是（ ）
解析：
选A 首先由重力的方向竖直向下，可判定选项B、C错误。
因为重力为20N，标度为5N，所以选项D错误，A正确。
8．一人站在体重计上称体重，当保持立正姿势时称得体重为G；当其缓慢地将一条腿平直伸出台面，体重计指针稳定后读数为G′，则（ ）
A．G>G′ B．GC．G＝G′D．无法确定
解析：
选C 人平直伸出腿后，身体重心所在的竖直线必过与台面接触的脚，由二力平衡条件可知，人对体重计的压力大小仍等于重力，所以两次示数应相同。
故选项C正确。
9．（多选）把一根直木棒放在水平桌面上，当它的中点被推出桌边时（ ）
A．直木棒一定翻倒
B．直木棒不一定翻倒
C．在直木棒中点没有推出桌边时，就有可能翻倒
D．以上说法均不正确
解析：
选BC 题干中只给出“直木棒”的条件。
棒的粗细是否均匀，质量分布是否均匀，这些都是不确定的因素，这样重心的位置也就不确定了。
若棒的质量分布是均匀的，而粗细是不均匀的，则木棒的重心不在木棒的中点，而距粗端较近，如果木棒细端在前放置在水平桌面上，当细端推出，木棒中点已推出桌边时，但木棒的重心还未离开桌边，仍在水平桌面上，此时木棒不会翻倒，因此选项A错误，选项B正确。
若木棒粗端首先推出桌边，木棒中点还未推出桌边时，木棒的重心已推出桌边，而使木棒翻倒，由此可以知道，选项C正确，选项D错误。
10.如图3所示，一个空心均匀球壳里面注满水，球的正下方有一个小孔，在水由小孔慢慢流出的过程中，空心球壳和水共同的重心将会（ ）
图3
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：
选D 当注满水时，球壳和水的重心均在球心，故它们共同的重心在球心。
随着水的流出，球壳的重心虽然仍在球心，但水的重心逐渐下降，开始一段时间内，球壳内剩余的水较多，随着水的重心下降，球壳和水共同的重心也下降。
后来一段时间内，球壳内剩余的水较少，随着水的重心下降，球壳和水共同的重心却升高。
最后，水流完时，重心又回到球心。
故球壳和水共同的重心先降低后升高，D正确。
11.电灯的重力是6N，用AC和AB两根绳子悬挂，如图4所示。
已知AB绳对电灯的拉力是10N，AC绳对电灯的拉力是8N，用图中给出的标度作出电灯所受三个力的图示。
图4
解析：
在画力的图示或示意图时，可以用一个形状规则的物块代表实际的受力物体，力的图示如图所示。
答案：
见解析
12．运输货车的制造标准是：
当汽车侧立在倾角为30°的斜坡上时，如图5所示，仍不致翻倒。
也就是说，货车受到的重力的作用线仍落在货车的支持面（地面上，以车轮为顶点构成的平面）以内，如果车轮间的距离为2m，车身的重心不能高出地面多少米？
图5
解析：
重力的作用线在竖直方向，由题意知，要求重力的作用线落在货车的支持面内，即要求重力作用线与斜坡的交点应在车轮与中轴线之间，当交点位于车轮与斜坡的接触点时，对应重心的位置即为满足条件的最高重心位置，作出示意图，利用几何关系可求解。
作出如图所示的示意图，设重心离地面的最高位置为x，
A点是车轮与地面的交点，B点为中轴线与地面的交点，由几何关系，在△ABO中，∠AOB＝30°，有
＝tan30°，将AB＝1m代入得x＝
m≈1.7m。
答案：
1.7m
升级会员 