重力与重心.docx

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重力与重心

4.1重力与重心

一、教学目标

知识与技能

1、理解力的定义、作用效果和力的三要素；

2、掌握用力的图示、示意图法表示力；

3、掌握重力的概念、测量方法、计算方法以及方向；

4、理解重心的概念，以及找重心位置的方法；

5、了解重心与稳度的关系，并能用这一知识解释相关物理现象。

过程和方法

1、通过让学生自己动手，找薄板的重心培养学生自己动手探究的能力

2、通过“重心”的概念，让学生知道等效代替是研究物理学的一种方法。

情感、态度与价值观

1）通过观察、交流，讨论，归纳等学方法，使学生体验自然规律的艰辛与喜悦。

2）充分利用多媒体辅助教学、演示实验和课本中的小实验，让学生积极参与课堂活动，做到师生默契配合、情理交融，使学生始终处于积极探求知识的过程中，达到最佳的学习心理状态。

3）对学生进行突出主要因素，忽略次要因素，抓住事物本质，建立理想化模型的科学素质的培养。

二、教学重难点

教学重点：

1、掌握力的图示法；

2、掌握重力大小的测量、计算方法以及重力的方向；

3、理解重心的概念及确定重心位置的方法——悬挂法。

教学难点

1、用等效替换的思想得到重心的概念

1、物体重心位置的确定；

2、理解重心与稳定并解释有关现象。

三、教学方法

讲授法，实验演示法

四、教学用具

薄板、弹簧测力计、钩码、矿泉水瓶等

五、教学过程

引入（2min）：

前面两章我们就初步学习了运动的有关知识，我们知道力与运动通常是紧密联系在一起的，力与我们的生活密不可分，生活中到处存在力的现象，从今天开始，我们就进入新一章的学习，力

（板书：

一、力）。

初中我们就已经学过了力的定义，它是物体对物体间的相互作用（板书：

1、定义：

它是物体对物体间的相互作用，符号F）。

力的描述（8min）：

物理量都有自己的单位，力的单位是什么呢？

生：

力的单位是牛顿，简称牛，符号是N。

板书：

2、单位：

牛顿，N。

我们还知道力的作用效果能使物体发生形变，或者使物体的运动状态发生改变（板书：

3、力的作用效果：

形变、运动状态）。

我们知道要完整地描述一个力就要知道它的三要素，哪位同学能告诉我，力的三要素是什么？

生：

力的大小，方向和作用点。

板书：

4、三要素：

大小方向作用点

师：

那么既然力是一个有方向的物理量，它就和之前学过的速度、加速度、位移一样，是一个矢量。

所以我们求解某个力的时候，不仅要求出力的大小，还要指明力的反向。

那力具有哪些特点呢？

从力的三要素我们知道力具有矢量性，不仅有大小而且有方向；从力的定义，力是物体间的相互作用，我们可以知道力不能脱离物体而单独存在，有力的作用，就至少有两个物体，如果只有两个物体时，一个称之为施力物体、另一个就是受力物体，这就是力的另外一个重要特点——物质性；最后，由于力的作用是相互的，因此力都是成对出现的，施力物体同时也是受力物体，受力物体同时也是施力物体。

举个例子：

老师水平向右推讲台，这时候老师是施力体，讲台是受力体。

但是在推讲台时，老师同时感受到了讲台也在推我，讲台也对我施加了一个力的作用，这时候讲台是施力体，老师是受力体。

也就是说施力体和受力体相互转换了，这就是力的相互性。

板书：

5、特点：

矢量性，物质性，相互性。

由于力具有三要素。

我们怎样才能把力的三要素表示出来呢？

下面来介绍一种表示力的方法——力的图示，

我们用一条带箭头的线段来表示力，按一定比例（或标度）画出线段，线段的长短表示力的大小；在线段的末端标上箭头表示力的作用方向；箭尾表示力的作用点；箭头所在的直线表示力的作用线。

这种表示力大小，方向，作用点的方法，就是力的图示。

例如，有一个水平摆放的箱子，我用水平向右的15N的力推它。

如何用力的图示法来表示这个力呢，我们一起来看一下。

（1）选定单位长度（根据情况，画出恰当的单位长度，这里我们取这样一段来表示5N的力）

（2）找出力的作用点。

（我这样推它，力作用在这里，这个点就是力的作用点。

）

（3）确定力的作用线。

（水平向右推它，从作用点，沿力的方向——也就是水平方向画一条直线，这就是力的作用线。

）

（4）画出力的大小。

（我们的力是15N，也就是3个单位长度。

）

（5）标出箭头。

（在线段的末端上沿力的方向标出箭头，最后加上力的大小。

）

以上就是用力的图示法描述力的步骤，我们的单位长度选取也是有技巧的，根据情况，一般用单位长度的2-5倍来表示力的大小是比较适宜的。

例如，100N的力我们的单位长度选取多少比较适宜呢？

（20N~50N）很好，在取二十到五十牛之间的整数倍比较适宜。

有时我们也用初中学过的力的示意图来表示力，即只画出带箭头的线段表示物体在这个方向上受到了力，对线段的长度没有严格要求。

我们还是以刚才的例子，我们一起画物体所受力的示意图

注意了，力的图示可描述出力的大小、方向、作用点，而力的示意图却只能较为粗糙的描述一个力。

（板书：

5、表示方法：

力的图示、力的示意图）。

下面我们来做两道练习。

练习1：

某人用180N的力向下压物体。

练习2：

蚂蚁用0.06N的力与水平线成30°角斜向右上方拉物块。

我们请两位同学到讲台上画出力的图示，注意是力的图示，不是力的示意图，其他同学做在课堂练习本上（板书：

二、重力）。

（分析同学的作图是否正确）

重力的大小（8min）：

学习了力的表示方法，下面我们来研究一下生活中最常见的力——重力。

大家看老师手中的这支粉笔，我将他水平抛出，它会落回地面，我将它竖直上抛，它还是会落回地面，同学们说说，这是为什么呢？

（由于地球的吸引。

）我们把这种由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力（板书:

1、定义：

由于地球的吸引而使物体受到的力。

）。

从定义中，我们也不难看出，使物体收到的力，说明重力的受力物体就是物体，而重力的施力物体就是地球。

这里同学们要注意，虽然，重力是由于地球吸引而产生的，但我们不能说重力就是地球对物体的吸引力，等学到物理2的时候，大家就会知道，重力只是地球对物体吸引力的一个分力。

重力作为一种力，也具有力的三要素——大小，方向，作用点。

下面我们从力的三要素出发对重力加以研究。

我们把物体受到的重力大小简称为物重。

用G表示，那平日里我们提到一颗白菜五斤重，说的是白菜的物重吗？

（不是）很好，几斤几两几千克这些都是质量的单位，说的并不是物重。

我们初中学过一个计算重力大小的公式，同学们还记得吗？

生：

G=mg

师：

很好，我们通常取g等于多少？

g=9.8N/kg。

其实公式中的g是我们上一章所学自由落体加速度，取值是9.8m/s2。

等我们学习到第六章就可以知道这两个单位是等效的，它表示的是质量为1kg的物体受到的重力是9.8N。

我们在前面学过g的大小与物体所处纬度有关，纬度越大，g的值也增大；其实g还与海拔高度有关，当高度增加时，g的值减小。

而式中的m是质量，单位为kg，它是物体的固有属性，因此不会改变。

下面，我们一起来解一下这道简单的题目。

例：

一个物体质量是0.1吨，求它受到的重力为多少？

解：

（板书：

2、大小：

G=mgg=9.8N/kg）

3、单位为牛，用“N”表示。

除了用这个公式可以计算出物体受到的重力的大小之外，还可以什么仪器直接测量重力的大小呢？

对了，在实验室中，我们通常使用弹簧测力计来测物重。

测量时应注意：

首先，手应抓住弹簧秤的挂钩，而不是边框；还有一点非常重要，测量时弹簧测力计和物体必须保持静止，或者是做匀速直线运动，根据二力平衡，静止时，物体对弹簧秤的拉力才等于物体受到的重力，这样就间接测量出了物重。

另外，市场上常见的电子秤、工业上用的电子吊秤等也是通过间接测量法测出物重的。

重力的方向（5min）：

我们知道力是一个矢量，矢量的最大特点就是既有大小，也有方向，刚才我们学习了重力的大小，现在请大家大家说说重力的方向如何？

竖直向下。

什么叫做竖直向下？

为什么不说垂直向下呢？

当一个物体在斜面上时，（作图表示）它受到的重力是什么方向?

（和水平面垂直。

）对，如果说垂直向下就变成了（作图）。

竖直向下不一定垂直于接触面，一定垂直于水平面。

那怎么知道它是竖直向下的呢？

（学生很难说清楚。

）我们一起来看一下，大家看，老师在这个铁架台上用绳子吊着两个重物，一根绳子较长，一根较短。

如果我将较短的绳子烧断，物体就会从静止开始，在重力的作用下下落，所以它的下落方向就是重力的方向。

待会我会讲绳子烧断，请同学们注意观察，重力的方向和这条长的绳子有什么关系？

现在我烧断绳子，怎么样？

很显然，它们是平行的，因此这条绳子的方向就是重力的方向。

老师这里有一个透明的装水容器，我把它放在这个平板上。

先让物体静止，此时，我们可以看到绳子的方向，也就是重物受到的重力方向，与水平面是垂直的，也和支持面垂直。

现在我把平板的一端垫高，待水面和重物都静止时，再来看，诶，我们发现重力方向还是与水平面垂直，但是不与支持面垂直。

如果把支持面认为是地面的话，竖直的意思就是与水平面垂直，但是不一定与地面垂直，因此重力的方向是竖直向下的，千万不能说成是垂直向下的，垂直是指受力方向与支持面成90度角，而物体的重力方向始终是与水平面成90度角的，不会随着支持面的不同而变化。

（板书：

4、方向：

竖直向下）

重心（8min）：

力的三要素还有一个是什么？

（作用点）前面我们已经研究了重力的大小和方向，下面我们继续研究重力的作用点。

我们看这样一个粉笔盒，它的每一个部分都受到重力的作用，那么它的作用点在哪里？

为了把复杂的问题简单化，这个时候就要运用到等效替代的方法了。

我们在前面学过质点的概念，当我们研究物体运动时，如果物体的大小和形状可以忽略，可以把物体等效替换成一个质点；同样的道理，当我们在在研究重力对一个物体的作用效果时，物体上的每一个点都有受到重力的作用，我们也可以把物体各部分受到的重力视为集中作用在某一点，这个点就是重力的作用点，叫做物体的重心。

（

板书：

5、作用点：

重心

（1）、重心的概念）

重心和质点一样，它是一个理想化模型，它并不是真实存在的物体，只是人们为了研究方便而假想出来的点。

任何一个物体都有重心，而且只有一个重心。

那物体重心的位置该如何确定呢？

我们从最简单的情况开始研究。

大家说，如果一个质量分布均匀，形状规则的物体，它的重心在哪里？

比如说一个质量分布均匀实心球，它的重心在？

生：

球心

师：

质量分布均匀的长方体，重心在？

在对角线的交点上。

也就是说，质量分布均匀，形状规则的物体，它的重心就在物体的几何中心上。

如果一个物体它的形状不规则，重心又在哪里？

比如这是一块形状不规则的泡沫薄板，怎么找它的重心？

这里我们介绍一种确定重心的方法，悬挂法。

先在薄板上任取一点A并将其悬挂起来，待薄板静止时，根据二力平衡，拉力就等于重力，那么重力的作用线，就是沿悬绳过A点的直线AC，我们把它连接起来，而重心又是重力的作用点，因此重心必在直线AC上，但具体在哪一点我们不知道。

现在，在薄板上另取一点B（注意B点不要取在过AC的直线上。

）同样的，当薄板平衡时，重心就一定在沿悬绳过B点的直线BD上。

重心既在直线AC上，又在直线BD上，我们再把它连接起来。

因此，两直线的交点O就是薄板重心的位置。

同学们课后就可以用悬挂法测一下你们身边物体的重心。

刚才我们用的这块泡沫薄板虽然形状不规则，但是质量分布是均匀的，而经过科学家长期的探究，发现当物体质量分布均匀时，重心位置只与物体的形状有关。

对于形状规则的物体，如果是中心对称的，对称中心就是物体的重心。

例如实心的物体，圆板、铅球、圆柱体，它们都是中心对称的，所以它们的重心都在几何中心；现在把它们挖成空心，变成了圆环、篮球、圆筒，这三个空心物体还是中心对称的，所以重心还是在几何中心上。

由此，我们还可以知道重心既可以在物体上，也可以不在物体上。

而像轴对称的碗、碟等，它们的对称轴就是重力作用线，重心就在对称轴上，到底在对称轴上的哪一点，还要根据具体情况加以判定。

如若是质量分布不均匀的物体，那它的重心确定就更加复杂了，需要通过精确的实验和数学计算得出，这里我们不做深入探究。

刚才我们说了，任何物体都有重心，而且只有一个重心，那是不是物体的重心就永远在那不会改变了呢？

大家看，这是一根粗细均匀的铁丝，它的重心在对称中心即中点上，如果把它弯曲成一个圆环，那么重心就跑到圆环的圆心处了，说明重心的位置是可以改变的。

那是什么原因造成的呢

？

因为形状改变了，所以物体的重心有可能会随着形状的改变而改变。

不光这样，重心的位置也与其质量分布情况有关。

同学们有没有去西湖划过船那？

我们在划船时总是分坐在船身的两边，如果四五个人都坐在船只的同一侧，那么重心就会偏向人多的那一侧，船就很容易失去平衡而翻到。

（2）重心的位置：

形状、质量分布情况

那么我们为什么要研究物体的重心呢？

其实物体的重心位置与我们的生活密切相关。

空中小姐通常要求乘客按登机号码入座，以免客人都集中在某一区域而改变飞机重心位置，导致飞机失衡。

跳高运动员则要考虑用哪种姿势才能在越过横杆的同时使身体的重心提升最小。

其实重心的高低还会影响物体的稳度。

我们接下来来探究一下重心与稳定的关系。

三、重心与稳定

重心与稳定的关系（10min）：

我们看这样一个木桩，我们把木桩放到书本上，然后来回移动书本，同学们想一想木桩怎么摆放最不容易倒。

是平放，还是竖直放置？

我们看看这几种情况木块的重心，显然稳度最高的那种情况重心最低。

所以我们说物体重心越低，稳度越高。

在生活中通过降低重心来提高稳度的例子非常多，高大的建筑物通常建造上小下大；装运货物时，总是把重的物体放在下面，轻的物体放在上面，这些都是为了降低重心，增大稳定程度。

这也是不倒翁的原理。

不倒翁的下部有一个很重的物体，上部几乎都是空的，因此它的重心很低，将不倒翁扳倒后，重力的作用就会使它回到原来的位置，所以扳不倒。

假如我们把不倒翁下部很重的物体给拆掉，这是不倒翁的重心就升高了，将不倒翁扳倒后，重力的作用使它回到原来的位置。

其实稳度除了和重心高低有关，还和其他因素有关。

我们再来看一个演示实验：

老师这里有两个同样的两瓶还没有喝的矿泉水，一个正放，一个倒立。

大家说那瓶水的重心位置更高。

生：

重心位置几乎一样高。

师：

给它们施加同样大小的力，正放的稳度比倒立的好，说明稳度还与支持面大小有关，支持面面积越大，稳度越高。

同学们再看这张图，杂技演员双手握着两端栓有铁球的金属棒，这样重心就下降到支持面一下，从而帮助杂技

演员顺利地走过钢丝。

行驶中的车辆保持稳定至关重要。

那么一辆车最多能倾斜到什么程度才不会翻到呢？

书上以一块砖为例进行讨论。

把一块砖竖立在地面上，然后逐渐绕着一条棱倾斜，重力作用线将向外移，当重力作用线落到它的支持面外是，砖块将倾倒。

类似的，当汽车的重力作用线落到轮子的支持面之外时，汽车将倾倒。

那是不是所有的物体都是越稳定越好呢？

其实，不稳定也同样有它的用处。

大家看，这是一个西安半坡文化遗址出土的一种新石器时代使用的汲水瓶。

它的特点是底尖、腹大、口小，系绳的耳环设在瓶腹稍靠下的部位。

当汲水瓶空着时，由于瓶的重心高于绳的悬点，它就不稳定，容易倾倒；把它放到水里，水就会自动从瓶口流进去。

那水流进去了，重心会不会变？

当瓶中汲入水时，下面的质量增大了，重心怎么移动？

（向下移动）对了，当瓶中汲入的水达到瓶容积的60%-70%时，瓶的重心降到绳的悬点以下，很稳定，一提绳，汲水瓶就会直立着被提上来。

那继续汲水，上面的质量又增大了，重心又怎么移动呢？

（向上移动了）当瓶中的水太满，瓶的重心又高于绳的悬点，就不稳定了，瓶会自动倾倒，将多余的水倒出。

这种汲水瓶巧妙地通过重心变换，使得汲水方便、省力，又能控制汲水量，充分体现了我国古代劳动人民的智慧。

最后请同学们课后思考以下几个问题：

1、如果用一根钢丝绳把混凝土电线杆吊到平板车上，钢丝绳应绑在电线杆的什么地方？

2、小船渡河，当风浪大时，撑船人会要求乘客全部蹲下；快搁浅时，撑船人却会要求乘客都站起。

这是为什么呢？

六、板书设计

4.1重力与重心

一、力的描述

1、定义：

力是物体与物体间的相互作用。

2、单位：

N。

3、力的作用效果：

形状；

运动状态

4、力的三要素：

大小、方向、作用点。

5、特点：

矢量性，物质性相互性

6、表示方法：

力的图示（大小，方向，作用点）

力的示意图。

二、重力

1、定义：

由于地球的吸引而使物体受到的力。

2、

，

3、单位为牛，用“N”表示

4、方向：

竖直向下

5、作用点——重心

（1）概念：

各部分受到的重力集中在某一点

（2）重心的位置质量分布均匀，形状规则：

几何中心

质量分布不均匀，形状不规则：

悬挂法

（3）稳度

重心越低，稳度越高

支持面积越大，稳度越高

七、教学反思

（注：

可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!

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