高中物理 相互作用（一）3_1 重力 基本相互作用学案1

3.1 重力 基本相互作用【学习目标】1. 理解力的概念，知道力的物质性及其作用效果。2. 知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图。(重点)3. 知道重力产生的原因、重力的方向，会计算重力。(重点)4. 知道重心的概念及其确定方法。(难点)5. 了解自然界中四种基本相互作用。【思维导图】一、力和力的图示1.力的作用效果(1) 使物体的运动状态 。(2) 使物体发生 。2. 力：物体与物体之间的 。3. 力的表示(1) 力的图示：能表示出力的大小、 和 。(2) 力的示意图：只能表示出力的 和 。4. 想一想（1）物体的运动状态发生变化有哪几种情况？（2）力可以离开物体而独立存在吗？（3）成语“孤掌难鸣”隐含了什么道理？（4）用力拉弹簧时，弹簧伸长了一定的长度，这体现了力的什么作用效果？二、重力1. 重力(1) 定义：由于 而使物体受到的力。(2) 大小：G ，其中g就是自由落体加速度，g N/kg.(3) 方向：总是 。2. 重心(1) 定义：在研究重力对一个物体的作用效果时，可以把物体各部分受到的 视为集中作用在某点，这个点就是 的作用点。即重心。(2) 分布：质量分布均匀的物体，重心位置只跟物体的 有关，如果物体形状是中心对称， 就是物体的重心。质量分布不均匀的物体，重心除跟物体的 有关外，还跟物体 情况有关。3. 想一想（1） 重力就是地球对物体的吸引力吗？ （2） 物体的重心一定在物体上吗？形状规则的物体的重心一定在其几何中心吗？ （3） 如图所示，身体素质和技术相当的跳高运动员，为什么采用“背越式”的要比采用“跨越式”的成绩好呢？三、四种基本相互作用1. 万有引力它存在于 之间，相互作用的强度随距离的增大而 。2. 电磁相互作用它存在于电荷与 、磁体与 之间。它们本质上是同一种相互作用的不同表现，作用规律与万有引力相似。3. 强相互作用它存在于原子核内质子与 、质子与 、中子与 之间。它是短程力，作用范围只有约 m。4. 弱相互作用它是在 中发现的，也是短程力。强度只有强相互作用的 倍。答案 一、1.（1）发生变化 （2）形变 2. 相互作用 3.（1）方向 作用点 （2）作用点 方向4.（1）运动状态的改变具体有三种情况：速度大小变化，方向不变；速度大小不变，方向变化；速度大小和方向都发生变化。（2）不能。任何力都有它的施力物体和受力物体。（3）“孤掌难鸣”即一个巴掌拍不响，反映了力的作用是相互的。（4）用力拉弹簧，使它变长，形状发生了改变，表明力可以使物体发生形变。二、1.（1）地球的吸引 （2）mg 9.8 （3）竖直向下 2. （1）重力 重力 （2）形状 对称中心 形状 质量的分布3.（1）不是.受地球自转的微小影响，物体所受的重力与地球对它的引力稍有不同.（2）不一定.重心可能在物体上，也可能不在物体上.比如实心铅球重心在球心，篮球重心也在球心，可是一个在物体上一个不在物体上. 不一定.重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布有关.只有当物体形状规则且质量分布均匀时，其重心才位于几何中心. （3）跳高运动员在越过相同高度的横杆时，“背越式”运动员的重心比“跨越式”运动员的重心升高的高度小，因此运动员越过相同高度的横杆，“背越式”跳法要比“跨越式”容易些，所以采用“背越式”的运动员要比采用“跨越式”的运动员成绩好。三、1. 一切物体 减小 2. 电荷 磁体 3. 质子 中子 中子 1015 4. 放射现象 1012知识点一力和力的图示一、对力的进一步理解1.力的产生方式物体间力的产生方式有两种：(1) 直接接触，如推力、拉力等；(2) 不直接接触，如重力、磁铁间的相互作用力等。2. 力的性质(1) 物质性： 力是物体对物体的作用，没有脱离物体而独立存在的力。 我们谈到一个力时，一定同时具有受力物体和施力物体。不存在只有受力物体而没有施力物体的力，也不存在只有施力物体而没有受力物体的力。(2) 相互性： 物体之间力的作用是相互的。只要一个物体对另一个物体施加了力，那么另一个物体也一定同时对这个物体施加了力。 力总是成对出现的。施力物体同时又是受力物体，受力物体同时又是施力物体。(3) 同时性：发生相互作用的两个物体A与B，A对B作用的同时，B也一定对A发生作用。(4) 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) 影响作用效果的要素：力的大小、方向和作用点。(3) 作用效果的应用：是分析物体是否受力的基本方法。若存在作用效果，说明该力存在；若没有作用效果，说明该力不存在。【名师点睛】 1. 并非有生命的物体才是施力物体，也并非先有施力物体后有受力物体。2. 任何一个力都独立地产生作用效果，使物体发生形变或使物体运动状态发生变化。3. 物体之间发生相互作用时并不一定相互接触。 4. 力直接产生于施力物体和受力物体之间，不需要第三个物体传递。 二、力的图示和力的示意图的比较力的图示和力的示意图的比较作图步骤力的图示力的示意图选标度选定标度(用某一长度表示一定的力的大小)无需选标度画线段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标方向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【易错提醒】关于力的理解的三大误区1. 误认为物体可以只受力不施力。事实上，只要一个物体受到力的作用，它必然对施力物体也施加了反作用力。2. 误认为力只发生在相互接触的物体之间，事实上，力既可发生在相互接触的物体之间，也可发生在不直接接触的物体之间。3. 误认为只有有生命的人或动物才能产生力的作用。事实上任何物体都可以作为施力物体，都可以对其他物体施加力的作用。知识点一力和力的图示【典例探究】【典例1】下列说法中正确的是()A.“风吹草动”，草受到了力，但没有施力物体，说明没有施力物体的力也是存在的B. 网球运动员用力击球，网球受力后飞出，网球受力的施力物体是人C. 每个力都必有施力物体和受力物体D. 只有直接接触的物体间才有力的作用【审题指导】解答本题时应把握以下三点：(1) 找不到施力物体的力是不存在的。(2) 力的作用是相互的，受力物体同时也是施力物体。(3) 力可以分为接触力和非接触力两大类。【学霸总结】力是物体间的相互作用，一方面说明了力不能脱离物体而独立存在，另一方面说明了力的作用是相互的，一个物体既是施力物体，同时也是受力物体。 来源:学|科|网【典例2】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 【典例3】下列说法中正确的是()A.甲用力把乙推倒，说明甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用B.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力，不会施力C.任何一个物体，一定既是受力物体，也是施力物体D.只有施力物体或受力物体的力是存在的【典例4】 图甲、乙中A的重力均为10 N，画出它所受重力的图示。【审题指导】作力的图示的思路是：【典例5】如图所示，物体A对物体B的压力是10 N，试画出这个力的图示和示意图。【学霸总结】画力的图示的顺序可按“四定”、“三标”来进行，其中“四定”是：定作用点、定作用线、定比例标度、定线段长度；“三标”是：标力的方向、标力的符号、标力的数值。【典例6】如图所示，一放在水平面上的物体A受到大小为10 N的拉力作用，该拉力方向与水平方向成30角斜向上.画出这个拉力的图示。 知识点二 重力1. 重力的概念：由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。(1) 地球上的物体都受到重力作用，不管质量大小，也不论有无生命，凡是由分子、原子构成的物体皆受重力作用。(2)重力是由于地球的吸引而产生的，但重力的大小不一定等于地球对物体的吸引力，重力一般小于地球对物体的吸引力。在有的情况下，认为物体所受的重力与地球对物体的吸引力大小相等，原因是两者相差很小。(以后会学到)(3)重力是非接触力。(4)重力的施力物体是地球。2. 重力的测量：（1）在实验室里，重力的大小可以用测力计测量；工业上用电子吊秤可以称更重的物体。（2）测量原理：二力平衡时，两个力大小相等。（3）测量条件：物体处于静止或匀速直线运动时。（4）利用弹簧测力计测重力的原理及方法 测量工具：弹簧测力计是测量力的重要工具，物体的重力一般用它来测量。 对应状态：要准确测量某物体的重力，应让它处于静止状态或者保持匀速直线运动状态。 测量原理：处于静止状态或者保持匀速直线运动状态的物体所受力为平衡力，若物体只受重力及另外一个力，则另一个力与重力大小相等、方向相反，若知道另一个力，则可以知道重力。 测量方法：将被测物体悬于弹簧测力计的下端或是放在弹簧测力计上，让它们处于静止状态或者保持匀速直线运动状态，读出弹簧测力计的示数就是物体的重力的大小。3. 重力的大小：Gmg， 在同一地点,重力的大小与质量成正比; 在不同地点,同一物体的重力随纬度的增加而增大,随海拔高度的增加而减小; 物体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。 用测力计测量物体重力时，应使物体处于静止或匀速直线运动状态。【特别提示】物体的重力大小又叫做重量。如：一个物体受到10N的重力，也可以说这个物体的重量是10N。 4. 重力的方向：重力的方向始终竖直向下,也可以说成“垂直于水平面向下”。不能将重力的方向描述为“垂直向下”“向下”或“指向地心”(只有在两极或赤道时,重力的方向才指向地心)。竖直向下不能说成垂直向下，垂直要看接触面，重力和水平面垂直，与斜面并不垂直。物体在自由释放后总是竖直向下的，就说明了重力的方向。 5. 对重心的理解 (1)重心是重力的等效作用点(等效思想),重心不是最重的一点,也不是只有这一点才受重力的作用。(2) 重心的位置与物体的质量分布和形状都有关,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,而一个质量分布均匀的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。【易错提醒】在处理重力的有关问题时，容易产生的4种错误1. 重力与地球对物体的引力相同。2. 重力的方向垂直于支撑面。3. 重力的重心必在物体上。4. 重力的大小与物体运动状态有关。知识点二 重力【典例探究】【典例7】关于重力，下列说法中正确的是() A. 重力就是地球对物体的吸引力，其方向一定指向地心B. 重力的方向就是物体自由下落的方向C. 重力的大小可以用弹簧测力计或杆秤直接测出D. 在不同地点，质量大的物体可能比质量小的物体所受的重力小【审题指导】从重力的产生、大小、方向等方面理解重力。透彻理解和准确把握概念的内涵和外延，是正确解题的前提。 【学霸总结】求解这类概念性选择题，要仔细审题，逐项进行推理判断，抓住一些关键词语，如“一定”“可以”“可能”等，从正面或反面作出肯定或否定的判断是解题的常用方法。【典例8】关于物体的重心，下列说法中正确的是()A. 物体升高或降低时，重心在物体上的位置也相应升高和降低B. 物体改变形状时，重心位置一定发生变化C. 物体的重心可能位于物体之外D. 重心是物体上最重的一点【学霸总结】 (1) 重心不是重力的真实作用点，重力的作用点遍布整个物体，重心是重力的等效作用点。(2) 重心不是物体上最重的一点，但可以把物体的重量看成都集中在重心这一点。(3) 重心的位置可以不在物体上。【典例9】关于物体的重力和重心,下列说法正确的是 () A.物体所受重力是由于受到地球吸引而产生的,所以方向总是垂直于地面向下 B.同一物体在地球上的不同位置,当用不同弹簧测力计测量时其所受重力大小是不同的,当用同一弹簧测力计测量时所受重力大小一定相同 C.物体的重心就是物体各部分所受重力的等效作用点 D.形状规则的物体(例如正方体),其重心一定在其几何中心处 【典例10】关于重力和重心,下列说法正确的是 () A.当物体漂浮在水面上时重力会减小 B.放置在水平面上的物体对水平面的压力就是物体的重力 C.物体的重心位置总是在物体的几何中心上 D.物体的重心位置可能随物体形状的变化而改变 【知识拓展】确定重心的方法重心与人类的生产、生活有着密切的联系。如给货车装载货物时，要考虑重心的高低、左右、前后位置对货车稳度、能量损失的影响；体育运动格斗比赛时，重心低不易被击倒；爬山走下坡时要放低重心，可增加身体的稳定性。1. 利用二力平衡寻找重心的方法原理：二力平衡时，两个力等大反向。方法一：(支撑法)轴对称的碗、碟等，它们的重心在中垂线上，它们的重心可用二力平衡的方法找到，用一个手指将碟子挑起静止，即可找到其重心。方法二：(悬挂法) 薄板形物体的重心可用悬挂法确定。如图317所示，先在A点把板悬挂起来，物体静止时，物体所受的重力与悬绳的拉力在同一竖直线上，所以物体的重心一定在通过A点的竖直线AB上。然后在C点把物体悬挂起来，同理知，物体的重心一定在通过C点的竖直线CD上，AB和CD的交点O，就是薄板的重心位置。2. 质量分布均匀的物体的重心，可由几何关系确定。形状或质量分布发生变化时，重心会随之变化。【典例11】如图所示，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，空心球壳和水的共同重心将会() A.一直下降B.一直上升C.先升高后降低D.先降低后升高答案与解析1. 【答案】C【解析】力是物体对物体的作用，任何力都有它的施力物体和受力物体，A错误，C正确。网球受力的施力物体是球拍，B错误。有些力如重力、磁力等物体间不接触就可以发生作用，D错误，故选C。2.【答案】AB 【解析】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。 3. 【答案】C4. 【答案】见解析【解析】此题按以下步骤进行作图： (1)选定一段长2 mm的线段表示2 N的力。 (2)从作用点(重心)沿力的方向画一线段，根据选定的标度，线段长短和力的大小成正比，线段上加刻度，沿竖直向下的方向画一段五倍于标度(即1 cm长度)的线段，如图丙、丁所示。 (3)在线段上加上竖直向下的箭头表示重力的方向。 5. 【答案】见解析【解析】画力的图示，要严格按照以下步骤进行：(1)选定标度：此题选2 mm长的线段表示2 N的力。(2)从力的作用点沿力的方向画一线段，线段长短根据选定的标度和力的大小成正比，线段上加刻度，如图甲所示，也可以如图乙所示，从O点(用O点代替B物体)竖直向下画一段五倍于标度的线段。(3)在线段上加箭头表示力的方向。画力的示意图：从作用点或从B的中心处沿力的方向画一线段，并加上箭头，表示方向，然后标明FN10 N即可，如图丙所示。6. 【答案】见解析图【解析】选1 cm长度的线段表示5 N的力，从力F的作用点沿力的方向画一条长为2 cm的线段，在线段尾端加上箭头表示力F的方向，如图所示。 7.【答案】BD【解析】重力是由于地球对物体的吸引而产生的，但由于地球自转的影响，通常情况下重力只是地球对物体的引力的一部分，重力的方向竖直向下而并不一定指向地心，选项A错误。物体由静止开始释放，只在重力作用下物体自由下落，所以重力的方向就是物体自由下落的方向，选项B正确。杆秤称量的是物体的质量而非重力，选项C错误。由公式Gmg可知，重力G的大小由质量m和重力加速度g共同决定。由于不同地点g值可能不同，因此在g值小的地点质量大的物体所受重力有可能反而小，选项D正确。可见，正确选项为B、D。 8.【答案】 C9.【答案】C【解析】重力的方向是竖直向下,与水平面垂直,但不一定与地面垂直,选项A错误;重力的大小取决于物体的质量和重力加速度的大小,与测量工具无关,不同地点重力加速度不同,重力大小不同,无论用同一弹簧测力计,还是用不同弹簧测力计,测量结果均不同,选项B错误;物体的重心是重力的等效作用点,其位置不仅与几何形状有关,还与质量分布有关,选项C正确,D错误。 10.【答案】D【解析】物体的重力与物体所处状态无关,和是否受其他力作用无关,选项A错误;物体对水平面的压力与物体的重力的施力物体及受力物体均不同,选项B错误;物体的重心位置与物体的形状及质量分布有关,只有质量分布均匀、形状规则的物体,其重心才在其几何的中心,选项C错误,D正确。 11. 【答案】D【解析】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。故球壳和水的共同重心先降低后升高，D正确。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 2. 下列关于力的作用效果的叙述中，错误的是( )A. 物体的运动状态发生改变，则物体必定受到力的作用B. 物体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3. 关于地球上的物体,下列说法正确的是() A.物体只有静止时才受到重力的作用 B.物体只有落向地面时才受到重力作用 C.物体落向地面时比物体上抛时所受到的重力大 D.物体所受重力的大小与物体的质量有关,与物体是否运动无关 4.下列有关力的说法正确的是( )A.竖直向上抛出的物体，物体竖直上升，是因为受到一个竖直向上的升力作用B.放在斜面上的物体会沿斜面下滑，是因为受到一个下滑力作用C.放在水中的木块会上浮，是因为受到了浮力的作用D.运动员跳远，腾空后能前进几米，是因为受到了空气的推力5.(多选) 关于物体的重心,下列说法正确的是() A.物体的重心一定在物体上 B.用线悬挂的物体静止时,线的方向一定通过重心 C.一块砖平放、侧放或竖放时,其重心在砖内的位置不变 D.舞蹈演员在做各种优美的动作时,其重心在体内的位置不变 6.(多选) 一个人用斜向下的力推小车前进,力的大小为40 N,方向与水平方向成30,则如图为画出的推小车的力的图示,其中正确的是() 7. 下列说法正确的是( )A.用手压弹簧，手先给弹簧一个作用，弹簧压缩后再反过来给手一个作用B.运动员将垒球抛出后，垒球的运动状态仍在变化，垒球仍为受力物体，但施力物体不是运动员C.被运动员踢出的在水平草地上运动的足球受到沿运动方向的踢力的作用D.带正电的甲球吸引带负电的乙球，那么乙球也吸引甲球，但是磁铁吸引铁块，而铁块不会吸引磁铁8. 下图中,质量分布均匀的物体A受到的重力都是8 N,试画出物体A所受重力的示意图。 9. 在如图甲中木箱P点，用与水平方向成30角斜向上的150 N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20 N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。 答案与解析1.【答案】AB 2.【答案】ABC【解析】由力的作用效果和力的三要素来判断。力的作用效果有两个，一个是使物体发生形变，另一个是使物体运动状态发生变化，且作用效果由力的三要素共同决定，故A、B、C均正确，D错误。3.【答案】D 【解析】物体所受重力大小决定于物体的质量和重力加速度,与物体的运动状态及是否受其他外力均无关。故D对,A、B、C错。 4. 【答案】C【解析】抛出的物体继续竖直上升是因为惯性，不存在使它上升的升力；放在斜面上的物体会沿斜面下滑，是因为重力的作用，它在斜面上没有受到另外的下滑力作用；跳远运动员腾空后能前进几米也是因为惯性，而不是因为受到了空气的推力；放在水中的木块能上浮，是因为受到水的浮力作用，C正确。5.【答案】BC 【解析】根据重心的定义和特点可知选项A错误,B正确;对于砖,质量分布和物体形状两因素未变,选项C正确;舞蹈演员做动作时,形状改变,物体的重心与物体的质量分布及其形状有关,选项D错误。 6.【答案】BD 【解析】力的图示法是用一条有向线段来表示力:有向线段的长短表示力的大小,有向线段的方向表示力的方向,箭尾或箭头表示作用点,A图中没有反映出力的大小;C图中力的方向画反了;B、D图中力的大小、方向、作用点均是正确的。 7. 【答案】B8. 【答案】见解析图【解析】从图中各物体的重心作竖直向下的直线,在线段末尾加箭头表示方向,所得各物体的重力的示意图如图所示。 9. 【答案】如下图所示