西北师大附中高一物理教案第一节重力和相互作用Word下载.docx

西北师大附中高一物理教案第一节重力和相互作用Word下载.docx

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在初中我们已经学习一些有关力的知识，现在请大家回忆一下，什么是力？

请举例说明。

1、力的概念

力是物体对物体的作用。

举例：

人推车，人对车施了力，同时车也推人；

人提起重物，人对重物施加了力，同时重物也向下拉人；

机车牵引列车前进，机车对列车施加了力，同时列车对机车也有作用；

磁铁吸引铁块，磁铁对铁块施加了力，同时铁块对磁铁也有力的作用；

地面上的物体受到地球的吸引，同时此物体对地球也有作用。

……

由以上分析可得：

1.什么是力：

力是物体间的相互作用。

问题讨论：

有人说，我握紧拳头用力向空中打去，结果什么也没有打着，但我用力了，所以力不是物体间的相互作用。

你说对吗？

说说你的理由？

2.理解：

（1）力不能离开物体独立存在，总是与两个物体密不可分。

（结合以上例子加以说明，或请几名学生从上例中指出：

谁是施力物体，谁是受力物体）

（2）物体之间的作用力是相互的，施力物体与受力物体是同时存在。

（请几名学生结合以上例子加以说明）

练习：

请指出下列物体所受力的施力物体：

桌面上的书受重力作用和支持力作用；

浮在液面上的物体受浮力作用；

汽车加速时驱动轮受摩擦力作用。

（3）力是矢量，既有大小，又有方向。

观察与思考：

原来静止在桌面上的粉笔盒在力的作用下可运动起来；

汽车在牵引力作用下速度越来越大，刹车后在阻力作用下速度越来越小；

弹簧受到力的作用，被越拉越长，或者被越来越短，这些现象中有没有施力物体呢？

有。

问题：

你知道力作用在物体上会产生什么样的作用效果呢？

3.力的作用效果

（1）改变物体的运动状态

思考与讨论：

除此以外，力还有哪些作用效果呢？

试举例说明。

如，粉笔在力的作用下可被折断；

弹簧在力的作用下可伸长或缩短，桌面在力的作用下可弯曲；

（2）使物体发生形变

你知道力的作用效果与哪些因素有关呢？

分析：

同样使弹簧发生形变，第一次弹簧伸长的长；

第二次弹簧伸长的短，这个例子说明什么问题？

说明力的作用效果与力的大小有关系；

一本书我可以向不同方向拉它，它就会向不同方向运动，这说明力的作用效果与力的方向有关系；

要使门打开，我可以将同一个力作用在门上的不同点，但是打开门的容易程度不同，这个例子说明力的作用效果跟力的作用点有关系。

物理学中，将力的大小、方向和作用点，称为力的三要素。

4.力的三要素——大小、方向、作用点

（1）力的大小

测量：

弹簧秤；

单位：

在国际单位制中力的单位是：

牛顿，简称为“牛”，用符号“N”表示。

机车的牵引力比汽车的牵引力大，汽车的牵引力比一头牛的拉力大，……

（2）力的方向

力不但有大小，而且有方向。

如，桌面上的书受的支持力方向向上，受的重力方向向下；

浸在液体中的物体受的浮力方向向上；

力的方向不同，其作用效果也不同。

如，作用在物体上且方向与物体运动方向相同的力将使物体的运动加快，反之，将阻碍物体的运动使起运动变慢；

（3）力的作用点

一般来说，力的作用点不同其作用效果也不同。

如，……

因此，要把一个力完全表示出来，除了力的大小，还必须指出力的方向和作用点。

如果物体可以看成一个点，则力就作用在这个点上，只需指出力的大小和方向即可。

5.力的表示方法

为了研究方便，我们可以用一种简便的方法表示出力。

（1）力的图示：

用一根带有箭头的线段来表示力，这种方法叫力的图示。

线段的长短表示力的大小。

先确定一个标度，在按标度确定线段的长短。

如，用表示1N，则

表示2N。

箭头的指向表示力的方向。

箭头或箭尾表示力的作用点。

力的方向所沿的直线是力的作用线。

例1：

水平地面上的物体受到水平向右的大小为100N的力的作用，请用图示表示出这个力。

解析：

或用一个点来代替物体，表示为：

空中飞行的炮弹受到的重力为9000N，画出它的图示。

讨论：

下列画法对吗，为什么？

强调：

作力的图示时一定要规范。

（2）力的示意图

只在图中画出力的方向和作用点的方法，叫力的示意图。

如上面两个问题可表示为：

略。

转折：

秋天熟透了的苹果会落到地面上，而不往天上飞；

人在地面上跳起后，会落回到地面上，而不飞向宇宙深处；

江河里的水只能向低处流，而不会洒向空中；

……；

为什么呢？

二、重力

1.概念：

地面附近的一切物体都受到地球的吸引，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：

（1）物体所受重力的大小跟物体的质量成正比。

－－质量，单位：

kg；

就是前面学过的自由落体加速度，在地面附近通常取

，表示质量为

的物体受到的重力为

。

值的大小与哪些因素有关，有什么关系？

（2）影响

值大小的因素

值的大小与物体在地球上的位置有关，位置不同，g的大小一般不同，g会随纬度的升高而减小，在赤道上略小，两极略大，但在地面附近差别不大。

在近似计算中，g可取

试估算我们的课本的重力和你自己的重力。

（课本：

G1≈0.5×

9.8=4.9N，G2≈55×

9.8=539N）

为什么悬挂重物的绳子静止时总是竖直向下的？

为什么从静止开始落向地面的物体总是竖直下落的呢？

3.重力的方向：

竖直向下。

竖直向下的方向指的是哪个方向呢？

（1）竖直向下指垂直于水平面向下的方向。

重力的方向在实际中有重要应用，如：

砌墙或盖房子时，为了把墙砌得垂直于水平面，往往用线系一个重锤作为标准。

画出下列物体A所受重力得示意图。

重力的方向就是指向地球地心的方向吗？

不一定，这要看把物体放在地球表面的什么位置，若果将物体放在赤道或两极，重力的方向就是指向地心的方向；

如果把物体放在地球表面的其他位置时，重力的方向就一定不是指向地心的方向。

（因为地面上的物体在绕地轴转动）

（2）重力的方向不总是沿着地球半径而指向地心的方向。

你能设计一个实验测量出重力吗？

说说你的想法。

4.重力的测量

学生思考回答。

演示实验：

用弹簧秤测物体的重。

小结：

仪器：

弹簧秤（测力计）

原理：

二力平衡

物体静止时，对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力大小等于物体受到的重力，方向与重力的方向相反。

三、重心

用手指把一只钢笔（或粉笔）水平支起，学生观察后。

思考：

钢笔的各个部分都受到重力作用，但在上面实验中，钢笔两边的部分为什么没有掉下来呢？

根据二力平衡，支持力的作用点在支点上，重力的作用从效果上看，也可认为就集中在这一点上，这个点就是重心，这种处理问题的思想就叫做等效思想。

一个物体各个部分都受到重力作用，从效果上看，可以认为个部分受到的重力集中作用于一点，这一点就叫做物体的重心。

重心是物体所受重力的等效作用点（实际上是一个等效点，即把物体各部分所受的重力等效到一点上）

重心的位置如何确定呢？

在物理学中，主要有以下三种情况。

2.重心的确定

（1）质量分布均匀，形状规则的物体，重心就在几何中心上。

如P52图1—3。

质量分布不均匀的物体，重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体内部质量分布有关。

例如：

人的重心位置不在肚脐所在的位置，而是在肚脐偏上位置。

如P4图1—4。

（2）质量分布不均匀，形状不规则的物体，重心确定方法

方法一：

匀质薄板的重心位置可用悬挂法确定

方法二：

计算法

问题一：

一块质量分布均匀的方砖，平着放，立着放，重心位置会变吗？

为什么？

因为物体的重心位置与物体的形状和质量分布有关，一个形状和质量分布一定的物体（简称固定的物体），重心的位置一定不会改变。

注意：

（3）一个固定物体重心位置与放置方法无关；

问题二：

一根质量分布均匀的铁棒，重心位置会变化吗？

形状改变，例如：

线性；

三角形；

圆形，等等。

（4）质量分布均匀的物体，形状变化时，重心位置会变化。

问题三：

物体的重心一定在物体上吗？

（5）物体的重心位置可以在物体上，也可以在物体外。

如圆环、三角板、篮球、排球和足球。

（6）重心的高低与支承面的大小决定物体的稳定程度。

四、四种基本的相互作用

牛顿在他的著作《自然哲学的数学原理》前言中写道：

“我奉献这一作品，作为哲学的数学原理，因为哲学中的全部责任似乎在于──从运动的现象去研究自然界中的力，然后从这些力去说明其他现象。

”牛顿本人正是实践这样思路的先驱，他在发表三个运动定律的同时，发表了万有引力定律。

牛顿以后的三百年来，物理学家们从各种自然现象中，寻找支配这些运动现象的力。

目前，物理学界公认，自然界存在四种基本的相互作用：

万有引力（简称引力）、电磁力、强相互作用和弱相互作用。

1.万有引力和电磁力

在宏观世界里，能显示其作用的只有两种：

万有引力和电磁力。

（1）万有引力：

是所有物体之间都存在的一种相互作用。

由于引力常量G很小，因此对于通常大小的物体，它们之间的引力非常微弱，在一般的物体之间存在的万有引力常被忽略不计。

但是，对于一个具有极大质量的天体，引力成为决定天体之间以及天体与物体之间的主要作用。

例如，地球对于它表面上的一般物体的引力，决定了物体的自由下落和抛体运动的规律。

引力对于天体、人造地球卫星或关闭动力后的航天器的运动，起主宰作用。

（2）电磁相互作用：

包括静止电荷之间以及运动电荷之间的相互作用。

两个点电荷之间的相互作用规律是19世纪法国物理学家库仑发现的。

运动着的带电粒子之间，除存在库仑静电力作用外，还存在磁力（洛伦兹力）的相互作用。

根据麦克斯韦电磁理论和狭义相对论，电和磁是密切相关的，是统一的。

在一个参考系中观察到的磁力可以和另一个参考系中观察到的库仑力联系起来，因此，电力、磁力统一为电磁相互作用。

引力、电磁力能在宏观世界里显示其作用。

这两种力是长程力，从理论上说，它们的作用范围是无限的。

但是，电磁力与引力相比，要弱得多。

宏观物体之间的相互作用，除引力外，所有接触力都是大量原子、分子之间电磁相互作用的宏观表现。

2.弱相互作用和强相互作用是短程力。

短程力的相互作用范围在原子核尺度内。

强作用力只在10-15m范围内有显著作用，弱作用力的作用范围不超过10-16m。

这两种力只有在原子核内部和基本粒子的相互作用中，才显示出来，在宏观世界里不能察觉它们的存在。

弱相互作用是在原子核的β衰变中发现的，核子（质子、中子）、电子和中微子等参与弱相互作用。

强相互作用是介子和重子（包括质子、中子）之间的相互作用，因为这种力把核子束缚在一起，核物理学家们把它称为核相互作用。

3.四种相互作用按强度来排列，顺序是：

强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用。

一对质子在相距10-16m时，各种相互作用的强度为（假定此时强相互作用强度的数量级为1）：

强相互作用　　　1

电磁相互作用　　10-2

弱相互作用　　　10-12

引力相互作用　　10-40

四种作用中，引力和电磁作用最先为人们所认识，并且认识得比较充分。

由近代物理揭示的弱相互作用和强相互作用的规律，还有待于进一步完善。

尽管四种相互作用存在巨大的差别，物理学家们在努力寻求力的统一。

近年来，在弱作用和电磁作用的统一方面，已经取得成功，实验已经证明，正如电和磁是电磁作用的两种不同表现一样，弱作用和电磁作用也只不过是统一的弱电相互作用的两种不同表现而已。

弱电统一的成就促进了强、电、弱三种作用统一起来的大统一的研究。

巩固练习：

1.下列关于力的叙述正确的是（A）

A.力是物体对物体的作用，总是成对出现的。

B.只有相互接触的物体，才能有力的作用。

C.两物体相互作用时，产生的一对力的作用效果必相同。

D.有些力可以没有施力物体，如重力。

2.下列关于重力的说法正确的是（D）

A.重力就是地球对物体的吸引力。

B.物体本身就有重力，所以重力没有施力物体。

C.将物体从高出释放，物体在下落过程中不在受重力作用。

D.一个物体无论静止还是运动，无论怎样运动，受到的重力都是一样的。

3.关于重心的叙述正确的是（A）

A.物体所受重力的作用点叫重心B.只有物体的重心处才受重力作用

C.球体的重心一定在球心处D.重心就是物体上最重的一点

4.如图，质量分布均匀的长方形木板，放在水平桌面上，板长为L，是分析用水平力从静止开始将木板的1/3推出桌面的过程中，木板对桌面的压力的变化情况。

长木板的重心在其几何中心，木板的1/2处未出桌面时，重心一直在桌面上，根据二力平衡的条件可知，木板对桌面的压力不变。

5.如图，长为L的三块完全相同的质量分布均匀的矩形木块叠放在一起，若要是他们处于平衡状态，则相临两块间的伸出量d最大可为：

（B）

A.L/2B.L/3C.L/4D.L/5

如图，设A、B、C分别为三块木板的重心，当伸长量为d时，A、B两点的水平距离BE也等于d，两块木板所受重力的作用线一定通过BE的中点D，因此，BD=d/2，只要合力的作用线MD在下面一块的支持面内，三木块就能处于平衡状态。

则有：

d＋d/2=L/2

解得，d=L/3

布置作业：

P53，1、2、3题。

课堂小结：

教学后记：

附加内容：

力的平衡、力的分类

1.力的平衡：

物体同时受几个力的作用而保持静止或作运速直线运动，这种情况叫做力的平衡，或者说，这几个力平衡。

如，用力压放在水平桌面上的书，其仍然静止，则它受到的压力、支持力、重力三力平衡。

2.二力平衡及平衡条件

概念：

物体只在两个力的作用下处与平衡状态，则这两个力平衡，也叫二力平衡。

条件：

这两个力大小相等，方向相反，作用在一条直线上。

3.力的分类

（1）根据力的性质（来源或机理）分类：

重力、弹力、摩擦力、电磁力等。

（2）根据力的作用效果分类：

动力、阻力、浮力、压力、拉力、支持力、向心力、回复力等。

（3）说明

效果不同的力可以是同种性质的力。

如，压力、拉力、支持力等都可以是弹力，只是作用效果不同。

同种性质的力可以产生不同的效果。

（请几名学生举例说明）