【2020秋备课】高中物理学案新人教版必修1-3.1-重力-基本相互作用.docx

3.1 重力 基本相互作用

一个静止的球，我们踢它一脚，就可以把力作用在球上，使它开头运动，并产生速度；假如再去顶它一下，那就不只转变了它的运动方向，同时也转变了它的速度．力也可以使物体的外形转变，譬如撑杆跳时，可以使杆发生弯曲．力的性质和特点有哪些呢？
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要点一、力和力的图示
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，就必需有施力物体和受力物体．
(2)力的效果性
力的效果性可以体现在两个方面：①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；②物体外形的变化．当我们用手压锯条的时候，锯条变弯，我们就说锯条发生了外形的变化．
(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，施力物体同时也确定是受力物体．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，也可以瞬间消逝．
(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．
(4)作力的图示需要“四定”：
①定标——选定作图的标度，即单位长度的线段表示多大的力．有几个力时，应当兼顾各个力的大小，一般接受这几个力的最大公约数作为共同的标度．
②定点——确定力的作用点画在何处．画一个方块或一个点表示受力物体，并确定力的作用点．
③定线——从力的作用点开头，沿力的作用方向画一线段(依据所选标度和该力的大小确定线段的长度)，并在线段上加上刻度．
④定向——在线段的末端加注箭头，指明力的方向，并且在箭头的旁边标出表示这个力的字母、数值和单位．
要点二、重力和重心
1．概念
地面四周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，重力也叫重量．
理解重力要把握好以下几个方面：
(1)本质：由于地球的吸引而使物体受到的力．
(2)重力的施力物体是地球．
(3)地球表面四周的一切物体，不论是静止还是运动的，不论是否与地面接触，都受重力作用，重力与运动状态和接触面的状况均无关．
(4)重力的方向总是竖直向下的．
(5)重力大小的计算公式是G＝mg.式中m是物体的质量，单位用kg，g是一个与地球位置有关的量，叫重力加速度(g值随地球纬度的增加而增大，随距地面高度的增大而减小)．通常状况下，g取9.8 N/kg，表示质量是1 kg的物体受到的重力是9.8 N.
(6)重力的大小可以用弹簧秤测出．
2．重心
一个物体的各部分都要受到重力的作用．从效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心．
(1)重心是重力的等效作用点．
(2)物体重心的位置跟物体的外形和物体内质量的分布都有关系，跟物体的放置状况和运动状态无关．
(3)对于薄板状物体，可以用悬挂法找出其重心所在的位置．这种方法依据的主要原理是
二力平衡条件

一、力的理解
例1 下列说法中不正确的是(　　)
A．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
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受到力，不会施力
C．只有直接接触的物体相互作用才有力的作用
D．小说《水浒》中的花和尚鲁智深是一位“大力士”，是说他有很大的力
解析　甲推乙的同时，乙也推甲，力的作用是相互的，故A错误．不论物体是否有生命或是否有动力，它们受到别的物体作用时都会施力，也就是说，受力物体确定同时也是施力物体，如马拉车，车也拉马，故B选项错．两个物体发生了力的作用，不愿定需要直接接触，如磁铁隔着一段距离时也能吸引铁屑，故选项C错．物理学中的“力”与现实中的“力”是两个不同的概念，故选项D错误．
答案　ABCD

(1)力的作用是相互的，施力物体同时也是受力物体．
(2)力可以发生在接触和不接触的物体之间.
二、力的图示
例2 一个重20 N的物体沿着斜面下滑，如下图所示，关于物体所受重力的图示不正确的是(　　)

答案　BC
解析　重力的方向总是竖直向下即垂直于水平面对下，不愿定与接触面垂直；另外，选取不同的标度，力的图示会有所不同．依据上述原则可知A、D图示正确，B、C则不正确．
三、重力的理解
例3 假如重力消逝了，将会发生的状况是(　　)
A．天不会下雨，也不会刮风
B．一切物体的质量都没有了
C．用天平照旧可以测出物体的质量
D．河水不会流淌
解析　下雨、刮风以及河水流淌都是由于物体受到重力作用而引起的，假如重力消逝，这些自然现象都不会发生，故A、D正确．质量是物体本身的固有属性，与重力是否消逝无关，故B错．假如重力消逝，放在天平托盘上的物体对托盘天平无压力，所以天平也就无法测量物体的质量了，所以C错．
答案　AD
四、重心的理解
例4 关于物体的重心，下列说法正确的是(　　)
A．物体的重心确定在物体上
B．用线竖直悬挂的物体静止时，线的方向确定通过重心
C．一砖块平放、侧放或立放时，其重心在砖内的位置不变
D．舞蹈演员在做各种秀丽 的动作时，其重心在体内位置不变
解析　物体的重心是重力的等效作用点，不愿定在物体上，所以A项错误；悬挂法确定物体重心时，线的方向确定通过重心，因此B项正确；物体重心与质量分布和外形有关，当质量分布不变、外形不变时，其重心不变，而外形转变时重心位置也转变，所以C项正确，D项错误．
答案　BC

1.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
答案　D
解析　重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，故物体运动时也受到重力作用．由试验可知，在同一地点，物体的重力与其质量是成正比的．
2. 关于力的说法正确的是(　　)
A．力是转变物体运动状态的缘由
B．运动物体在运动方向上确定受到力的作用
C．一个力必定涉及两个物体
D．力的大小相等，作用效果不愿定相同
答案　ACD
3. 下列有关力的一些说法正确的是(　　)
A．物体被竖直向上抛出后，由于受到一个竖直向上的升力作用才上升
B．放在斜面上的物体会沿斜面下滑，是由于受了一个下滑力的作用
C．放在水中的木块浮于水面，是由于受了一个浮力的作用
D．运动员跳远腾空后，是由于受了一个强大的冲力作用，所以能前进几米
答案　C
4. 下列说法正确的是(　　)
A．甲打乙一拳，乙感到痛，而甲未感觉到痛，说明甲对乙施加了力，而乙未对甲施加力
B．“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
C．磁铁吸引铁钉时，磁铁不需要与铁钉接触，说明力可以脱离物体而存在
D．网球运动员用力击球，网球受力飞出后，网球受力的施力物体不再是人
答案　D
5．下列说法中正确的是(　　)
A．自然界全部的相互作用力都可归纳为四种基本相互作用
B．在四种基本相互作用中，万有引力是最强的
C．四种基本相互作用的规律是完全独立的，不行能再统一了
D．万有引力和电磁力是长程力，强相互作用和弱相互作用是短程力
答案　AD

6．一饮料杯装满水，如图3－1－1所示，杯的底部有一小孔，在水从小孔不断流出的过程中，杯连同水的共同重心将(　　)

A．始终下降 B．始终上升
C．先上升后降低 D．先降低后上升
答案　D
7．在图3－1－2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．

图3－1－2
答案　

8．一根密度和粗细均匀的直铜棒，它的重心在何处？水平放置、竖直放置和倾斜放置时，它的重心位置是否相同？为什么？假如把直铜棒变成弧形，它的重心位置是否转变？为什么？
答案　直铜棒的重心在棒的几何中心；当变换放置方式时，重心位置相同，这是由于物体重心与物体外形和物体的质量分布有关；外形发生了转变，所以，铜棒的重心位置也发生转变．

题型1 力的相互性和作用效果的理解
例1 关于力的作用效果的说法中正确的是(　　)
A．物体的运动状态发生变化，确定受到外力作用
B．物体的运动状态不发生变化，确定不受外力作用
C．力对物体的作用效果完全由力的大小打算
D．物体受到力的作用后，确定同时毁灭形变和运动状态发生变化的现象
答案　A
解析　当物体的运动状态发生变化，则说明物体确定受到外力的作用，故A正确，同时也说明白B、D不正确，如弹簧受外力被拉伸稳定后，发生了形变，但运动状态并没有发生变化．
力的作用效果由力的大小、方向、作用点三要素共同打算，故C错误．
拓展探究　若气球下挂一重物，沿与水平面成45°角的方向斜向上匀速上升，如图3－1－1所示，不考虑空气阻力，从力的相互性和作用效果的角度，分析气球和重物整体受力状况，下列说法正确的是：(　　)

图3－1－1
A．受重力、浮力、水平方向的风力
B．只受重力和浮力的作用
C．受重力、浮力、斜向上的冲力
D．受重力、浮力、风力、斜向上的冲力
答案　B
解析　依据力是物体间的相互作用可知，对于一个力总是同时对应着受力物体和施力物体，对于C、D选项中的冲力，我们找不到相应的施力物体，因此不存在，所以C、D错误；依据力的作用效果可知，物体受到力的作用会转变运动状态或发生形变，反过来我们也能依据物体的运动状态来判定物体的受力状况，我们发觉假如气球和重物整体受重力、浮力、水平方向的风力三个力的作用，就不行能做匀速直线运动，故A错，只有B选项正确．

1．力的作用效果：当物体受到力的作用时其运动状态会发生转变或产生形变，反之假如物体的运动状态发生了转变或产生了形变，则物体确定受到力的作用．
2．力的作用效果由力的大小、方向、作用点三要素共同打算．
3．物体的运动状态由速度来描述，只要物体的速度发生了变化，不管是速度的大小还是方向发生了转变，都说物体的运动状态发生了变化．
4．分析一个力是否存在时，要看它是否有施力物体和受力物体.
题型2 重力的理解
例2 下列说法正确的是(　　)
A．自由下落的石块速度越来越大，说明石块所受重力越来越大
B．在空中飞行的物体不受重力作用
C．一抛出的石块轨迹是曲线，说明石块所受的重力方向始终在转变
D．将一石块竖直向上抛出，在先上升后下降的整个过程中，石块所受重力的大小与方向都不变
答案　D
解析　在地球上的同一位置，同一物体的重力为确定值，故A错；只要在地球上，物体所受重力就不为零，故B错；重力的方向始终竖直向下，与物体运动状态无关，故C错．
拓展探究　一个质量为60 kg的人，在地球上的重量为588 N，在月球上的重量为98 N．该人做摸高运动时，在地球上的高度为0.5 m，那么在月球上的触摸高度为多少？
答案　3.0 m
解析　人在地球和月球上的质量相等，由G＝mg得，地球表面的自由落体加速度g＝＝ m/s2＝9.8 m/s2，月球表面的自由落体加速度g′＝＝ m/s2＝1.63 m/s2
设人在地球上的触摸高度为h，在月球上的触摸高度为h′.由v－v＝2ax得，＝，解得h′＝h＝×0.5 m＝3.0 m.

1．重力的大小G＝mg，只与重力加速度g有关，与物体的运动状态无关．
2．重力加速度g与物体所处的纬度和高度有关，在赤道处，g最小，在两极处，g最大；海拔越高，g越小，离地越近，g越大.
题型3 力的图示

图3－1－2
例3 如图3－1－2所示，物体A对物体B的压力是10 N，试画出这个力的图示．
答案　见解析图
解析　画力的图示，按以下步骤进行．①选定标度，此题可选3 mm长的线段表示2 N的力；
②从作用点沿力的方向画一线段，线段长短依据选定的标度和力的大小画，线段画上刻度．如下图甲从O点竖直向下画一段五倍于标度(3 mm)线段；

③在线段上加箭头表示力的方向．
为了简便，也可以照图乙那样，不画B物体，而用O点代替B物体，画出力F的图示．

力是矢量，既有大小又有方向．力的作用点不同，作用效果不同．所以要把一个力完全表达出来，必需表明力的大小、方向、作用点．在物理学中通常用力的图示来形象、直观地
表示某个力.

1.下列说法中正确的是(　　)
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．施力物体对受力物体施加了力，施力物体本身可能不受力的作用
D．某物体作为一个施力物体，也确定是受力物体
答案　BD
解析　力是转变物体运动状态的缘由，物体运动状态发生变化，确定是有力作用在物体上．力的作用是相互的，一个物体是施力物体，同时也是受力物体．
2．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．重心是抱负化的物理模型
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
答案　C
解析　物体的重力大小与它对竖直悬线的拉力大小或它对水平支持面压力的大小并不愿定相等，只有在物体静止或做匀速直线运动时才相等，故A错误；在地球上各处的重力方向都是竖直向下的，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大小也是不同的，在地球表面上，越靠近两极其重力的大小也越大，故B、D错误；重心是为争辩问题的便利引入的一个物理模型，物体各个部分都受重力作用，可以等效地看作集中在一点上，故C正确．
3．对下列状况中的物体进行受力分析，正确的是(　　)
A．汽车刹车时，车上人向前倾倒，是由于突然受到向前的冲力
B．物体在桌面上静止不动，是由于它没有受到任何外力
C．被踢向空中的足球，不再受到脚踢球的作用力
D．放风筝时，只要有线拉动，不需要空气供应作用力
答案　C
4．一个物体所受的重力在下列哪些情形下要发生变化(　　)
A．把它从赤道拿到两极
B．把它运到月球上去
C．把它从地面浸入水中
D．把它置于运行的电梯内
答案　AB
解析　由G＝mg可知，物体质量不变，当重力加速度g发生变化时，重力G随之转变．由于地球两极的g值大于赤道上的g值，地球上的g值大于月球上的g值，所以选项A、B正确；由于重力大小与物体所处的环境和运动状态无关，所以C、D两种状况下物体的重力没有发生变化．
5．物体受到力的作用可能发生的变化是(　　)
A．速度的大小发生变化
B．发生形变
C．运动方向发生转变
D．速度的大小和方向都发生变化
答案　ABCD
6．关于物体的重力和重心，下列说法正确的是(　　)
A．物体所受的重力是由于受到地球的吸引而产生的，所以方向总是垂直于地面对下
B．同一物体在地球上的不同位置，当用不同弹簧秤测量时其所受重力大小是不同的，当用同一弹簧秤测量时所受重力大小确定相同
C．物体的重心就是物体各部分所受重力的合力的作用点
D．外形规章的物体(例如正方体)，其重心确定在其几何中心处
答案　C
解析　重力的方向是竖直向下，“垂直”是典型的错误说法；同一物体在地球上的不同位置，所受重力的大小一般不同，利用弹簧秤测量当然也一般不同；影响重心的分布有两个因素，一是质量分布是否均匀，二是物体的几何外形，只有质量分布均匀、外形规章的物体，其重心才在其几何中心处．
7．如图3－1－3所示，一物体A受到一个大小为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．

图3－1－3
解析　题图仅是拉力的示意图，而不是拉力的图示，画力的图示时，应按以下步骤进行：
(1)选定标度，本题我们可以选取1 cm长的线段表示5 N的力．
(2)沿力的方向并且从力的作用点开头，按比例画出一线段，下图中有向线段的长度为2 cm.

(3)在线段末端标出箭头，如上图所示．为了简便，还可以将受力物体用一个点来代替，将力画成如右上图所示的形式．
8．依据下列要求用图示法画出力：
(1)水平桌面对桌面上的书产生30 N的支持力；
(2)用1 600 N的力沿与水平方向成30°角的斜上方拉车．
答案　见解析
解析　水平桌面对书的支持力竖直向上，作用点可认为在书的中部．拉车时可取车上前部某点为作用点．
(1)取3 mm长的线段表示10 N，作用点为A，书所受支持力为FA，力的图示如下图(a)所示，力的示意图如下图(b)所示．

(2)取3 mm长的线段表示400 N，作用点为B，车所受拉力为FB力的图示，如下图(a)所示，力的示意图如下图(b)所示．

9．如图3－1－4所示，绳对物体竖直向上的拉力的大小为100 N，请用力的图示法表示拉力．指出此力的施力物体和受力物体，并画出该物体受到的重力与拉力的示意图．
答案　见解析．
解析　(1)选取合适的标度：1 cm长线段表示25 N，并用线段表示出；(2)从作用点沿力的方向画一线段，线段长短按选定的标度和力的大小画，如图甲所示，从O点竖直向上画一段4倍于标度的线段；(3)在线段终点上加箭头表示力的方
向．为了简便，也可以依据图乙那样不画物体，而用质点来表示物体，画出拉力F的图示．该力F的施力物体是绳受力物体即该物体，该物体所受重力和拉力的示意图如图丙所示．

甲　　　　　　乙　　　　　丙
10．(1)把一条盘在地面上长为L的匀质绳向上提起，当绳刚好被拉直时，它的重心上升了多少？
(2)把一个长为a，宽为b的匀质长方形木板ABCD(如图3－1－5所示)，绕C点翻到对角线AC处于竖直位置时，其重心位置上升了多少？

图3－1－5
答案　(1)L　(2)
解析　(1)绳子被提起时，重心位于其中点上，故它的重心上升.(2)开头时，木板重心的高度为.当木板绕C点翻到AC处于竖直位置时，重心的高度为，故木板重心位置上升了.