重力 基本相互作用

1、3.1重力 基本相互作用,學習目標:,知道力是物體間的相互作用，力不能脫離物體而 存在，在具體問題中能找出施力物體和受力物體。 2. 知道力是矢量，知道力的作用效果和決定力的作 用效果的因素，在具體問題中能畫出力的圖示和 力的示意圖。 3. 知道力的兩種分類方法。 4. 知道重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的。 知道重力的大小和方向。 5知道重心的概念以及均勻物體重心的位置。,一、力是物體間的相互作用,1力的物質(zhì)性：力不能離開物體而存在。 2力的相互性：力的作用是相互的。 3物體間發(fā)生相互作用的方式有兩種： 直接接觸不直接接觸 4力不但有大小，而且有方向，力是矢量。 力的大小用測力計(彈簧秤

2、)來測量。 在國際單位制中，力的單位是N(牛頓)。 通常把力的大小、方向和作用點叫做力的三要 素。,力的三要素決定了力的作用效果。若其中 一個要素發(fā)生變化，則力的作用效果也將變化。 5力的作用效果 使受力物體發(fā)生形變； 使受力物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變。 力的作用效果是由力的大小、方向和作用點 共同決定的。即由力的三要素決定的。,二、力的圖示,1力可以用一根帶箭頭的線段來表示。它的 長短表示力的大小，它的指向(箭頭所指方向) 表示力的方向，箭頭或箭尾表示力的作用 點，力的方向所沿的直線叫力的作用線。這 種表示力的方法，叫做力的圖示。 這是一種把抽象的力直觀而形象地表示出來 的方法。,2畫力的圖示的

3、步驟 選定標度：畫出某一長度的線段表示一定大小的力，并把該線段所表示的力的大小寫在該線段的上方。所選標度要適當(力的圖示上刻度不能過少，也不能多而密，要便于作圖計算)，一般標度的大小應(yīng)是所圖示的力的1/n，n為除“1”以外的正整數(shù)。 畫一個方塊或一個點表示受力物體，并確定力的作用點。 從力的作用點開始，沿力的作用方向畫一線段(根據(jù)所選標度和力的大小確定線段的長度)，并在線段上加上刻度(垂直于力線段的小短線)。 在表示力的線段的末端畫上箭頭表示力的方向。在箭頭的旁邊標出表示這個力的字母或數(shù)值。,3力的示意圖：只表示力的方向和作用點， 不表示力的實際大小。 4注意： 箭尾通常畫在力的作用點上。 若

4、在同一個圖上作出不同的力的圖示，一 定要用同一個標度。 力的圖示與力的示意圖不同。力的示意圖 是為了分析受力而作，側(cè)重于力的方向，用帶箭頭而沒有標度的有向線段表示，線段的長度只定性表示力的大小。,三、力的分類,(1)按力的性質(zhì)和力的效果分類 性質(zhì)力：重力、彈力、摩擦力、電磁力、分子力等。 效果力：支持力、壓力、拉力、動力、阻力、向心力等。 (2)按作用方式可分為接觸力(如支持力、壓力等)和場力(如重力等)。 (3)按研究對象可分為內(nèi)力和外力。,(4)按力的關(guān)系可分為：共點力、共面力、平行力、 平衡力、作用力與反作用力等。 (5)注意：正確區(qū)分性質(zhì)力和效果力是對物體進行受 力分析的基礎(chǔ)，也是正確

5、解決力學問題的重要環(huán) 節(jié)。根據(jù)效果命名的不同名稱的力，性質(zhì)可能相 同，如壓力和支持力都是彈力；性質(zhì)不同的力，可 以叫同一個名稱，如重力、彈力都可使物體由靜止 開始運動，都可叫動力，其作用效果可以相同。同 一個力，可以有不同的名稱，如用繩子拉小車前 進，繩子對小車施以拉力，又叫彈力、動力等。,四、重力,重力是由于地球的吸引而使物體受到的力。 1重力的產(chǎn)生 靜止釋放的物體豎直下落。拋出的物體會落 回地面，水會從高處流向低處，這眾多的事 例說明地球上的一切物體都受到地球的吸 引。重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的。重力 也叫重量，常用符號G表示。,重力的施力物體是地球，其本質(zhì)是地球?qū)?物體的吸引力，但不能

6、說重力就是地球?qū)ξ?體的吸引力。 地球表面附近的一切物體，不論是靜止 的，還是運動的，不論是否與地面接觸，都 受重力作用。 重力與運動狀態(tài)和接觸面情況均無關(guān)。,2重力的方向總是豎直向下的 豎直向下即垂直于(當?shù)氐?水平面向下，沿重垂線 向下。物體只在重力作用下從靜止開始下落的方向 是豎直向下的。不能將“豎直向下”理解為“垂直于支 持面向下”、“垂直于地面向下”或“指向地心的方 向”。重力的方向不一定指向地心。 3重力的大小由物體的質(zhì)量和 所處的地理位置共同決定 在同一地點，重力G與質(zhì)量m成正比；同一物體， 在不同地點所受的重力可能不同(隨地理緯度的增加 而增大，隨離地高度的增加而減小)，不過這

7、種差異 很小，一般在地面附近不太大的范圍內(nèi)，可認為其 重力大小恒定不變。,重力大小的計算公式是G=mg。式中m是物體的質(zhì)量，單位用kg；g是一個與地理位置有關(guān)的量，反映地球?qū)ξ矬w作用力的強弱。(g值隨地理緯度的增加而增大，隨離地面高度的增大而減小)通常情況下(在地球表面附近)，取g=9.8Nkg，物理意義是指質(zhì)量是1kg的物體受到的重力是9.8N。 重力的大小可以用彈簧秤測出。其依據(jù)的原理是二力平衡條件和力作用的相互性：用懸繩掛著的靜止物體或用靜止的水平支持物支持的物體，對豎直懸繩的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫?，大小等于物體受到的重力。特別注意：拉力或壓力與重力大小相等是有條件(平衡)的；且不能認

8、為拉力或壓力就是重力，因力的性質(zhì)不同，施力物體和受力物體也不同。,重力的大小在一般情況下小于地球?qū)ξ矬w 的引力大小(學過“萬有引力”就明白了)。 4重力的作用點：重心。,五、重心,一個物體的各部分都要受到重力的作用。從效果上 看，可以認為各部分受到的重力作用集中于一點， 這一點叫做物體的重心。 1重心是重力的等效作用點。 引入重心的概念，就把實際作用于整個物體各部分 的重力用作用于重心的一個力等效地代替了，于是 原來的整個物體就可以用一個有質(zhì)量的點代替，從 而使研究問題大為簡便。這種方法，在物理學上叫 等效方法。,等效方法是研究物理問題常用的思維方法，它是在 保證效果不變的前提下用一種簡化的形

9、式來替代原 來的形式以使研究問題方便些。重心并不是重力的 實際作用點，也不是物體上最重的一點，更不能認 為地球只吸引物體的這一點。 2物體重心的位置跟物體的形狀和物體內(nèi)質(zhì)量的分 布有關(guān)系，跟物體的放置情況和運動狀態(tài)無關(guān)。 只有形狀規(guī)則、質(zhì)量均勻分布的物體的重心才在物 體的幾何中心。重心的位置可在物體上，也可以在 物體外。 3對于薄板狀物體，可以用懸掛法找出其重心位 置，其依據(jù)的原理是二力平衡條件。,六、自然界的四種基本相互作用：,引力作用 強相互作用 弱相互作用 電磁相互作用 終極理論之夢弦理論？,【例一】關(guān)于力的概念，下列說法中正確（ ） A一個受力物體可以對應(yīng)著一個以上的施力物體 B一個力

10、必定聯(lián)系著兩個物體，其中任一個物體 既是受力物體又是施力物體 C用手壓彈簧，手先給彈簧一個作用，彈簧壓縮 后再反過來對手作用 D直接接觸的物體間一定有力的相互作用 【例二】試說出右圖所示的 力F的大小、方向、作用點。,【例三】在下圖中作出A受到一個與水平面成30角的斜向右上方500N的拉力的圖示。 【例四】如圖：已知小球、物塊的質(zhì)量均為m，懸繩對小球的拉力_N。物塊對地面的壓力(兩者均處于靜止狀態(tài))是_N。 如果說懸繩的拉力等于重力，物塊對地面的壓力等于重力，這種說法對嗎?,【例五】物體靜止在水平桌面上，物體對水平桌面 的壓力 ( ) A、就是物體的重力 B、大小等于物體的重力 C、這壓力是由

11、于地球的吸引產(chǎn)生的 D、這壓力是豎直向下的 【例六】物體靜止在斜面上，物體所受重力的方向 如圖所示，這個表示對嗎？ 【例七】如圖所示為一空心圓球，內(nèi)部裝滿水，若 在其底部一小孔，水從中不斷流出，則在此過程 中，球和其中水整體的重心如何變化?,課堂訓練：,1下列各種力的名稱，根據(jù)力的效果命名的是( ) A、浮力 B、彈力 C、重力 D、拉力 E、摩擦力 F、動 力 G、阻力 H、壓力 I、支持力 J、分子力 2用圖示法畫出力，并指出施力物體和受力物體。 兩人合提一桶水，各用80N的拉力，兩力與水平方向的夾角 均為45。 3關(guān)于物體的重心的說法中，正確的是( ) A因物體的重心是重力的作用點，所以

12、物體的重心一定在 物體上。 B任何有規(guī)則形狀的物體，其重心必在其幾何中心。 C物體的形狀改變時，它的重心位置很可能也隨著改變。 D物體的重心可能在物體上，也可能在物體外。 4力是_的作用，一個物體受到力的作用，一定有_對它施加這種作用，力是不能離開_而獨立存在的。,閱讀材料：經(jīng)典力學的建立,十五、十六世紀，偉大的波蘭天文學家哥白 尼用自制的各種儀器對天象進行了長期的觀 測，并對觀測的資料進行分析、整理，于 1543年出版了天體運行論，提出了“日心 地動說”的體系。,在哥白尼工作的基礎(chǔ)上，揭開行星運行之迷的是偉 大的德國天文學家開普勒。開普勒從整理和研究第 谷所觀測的行星運行和恒星位置的數(shù)據(jù)中，

13、首先研 究火星的運行轉(zhuǎn)道，經(jīng)過無數(shù)次的探索，終于發(fā) 現(xiàn)：火星運行的軌道是一個橢圓。1609年，他發(fā)表 了新天文學一書論火星的運行一文，將對 火星的發(fā)現(xiàn)推廣到所有行星，這就是以他的名字命 名的開普勒第一、第二定律、面積定律)，隨后又發(fā) 現(xiàn)了第三定律(周期定律)。值得指出的是，開普勒 的工作給人們以深刻的啟示：科學不能停留在單純 的觀測數(shù)據(jù)中，而必須對觀測到的數(shù)據(jù)進行細致的 分析，才能找到事物運動的內(nèi)部規(guī)律。,還要指出的是，開普勒并沒有以發(fā)現(xiàn)這三個定律為 滿足，他還企圖用力的作用來解釋它們，牛頓正是 沿著這個思路而創(chuàng)立他的天體動力學理論的。 對亞里士多德關(guān)于重的物體比輕的物體下落得快以 及力是維持

14、物體運動的原因等錯誤觀點的否定爭糾 正是經(jīng)典力學產(chǎn)生的重要標志：1586年比利時的力 學家西蒙斯臺文(15481620)出版了一本論力 學的著作，其中關(guān)于落體實驗是這樣記敘的：“反 對亞里士多德的實驗是這樣的：讓我們拿兩只鉛 球，其中一只比另一只重十倍，把它們從三十英尺 的高度同時丟下來，落在一塊木板或者什么可以發(fā),出清晰響聲的東西上面，那末，我們會看出輕球并 不需要比重球多十倍的時間，而是同時落到木板 上，因此，它們發(fā)出的聲音聽上去就象是一個聲音 一樣?！?1589年，伽利略進一步研究了落體問題。 他在研究過程中創(chuàng)立了運動學的基本概念，并把觀 察實驗、數(shù)學推算和邏輯論證有機地結(jié)合起來，做 了

15、著名的斜面實驗，揭示了力和運動的本質(zhì)聯(lián)系， 得到了落體定律和慣性定律。伽利略的這些發(fā)現(xiàn)， 不僅在物理學史上而且在整個科學史上都占有極其 重要的地位。這不僅在于他糾正了統(tǒng)治近二千年的 亞里士多德的錯誤觀點，更重要的是他創(chuàng)立了對物 理現(xiàn)象進行實驗研究并把實驗的方法與數(shù)學方法。,經(jīng)典力學的理論體系是以牛頓運動三定律為基礎(chǔ) 的。牛頓系統(tǒng)地總結(jié)了伽利略、開普勒、惠更斯等 人的工作，得到了萬有引力定律和牛頓運動三定 律，于1687年出版了自然哲學數(shù)學原理。這是 牛頓的部代表作，也是力學的一部經(jīng)典著作。牛 頓在這部書中，從力學的基本概念（質(zhì)量、動量、 慣性、力等）和基本定律(運動三定律)出發(fā)，運用 他所發(fā)明的微積分這一銳利的數(shù)學工具，建立了經(jīng) 典力學的完整而嚴密的體系，把天體力學和地面上 的物體的力學統(tǒng)一起來，這是物理學史上第一次大 的綜合。,所以，牛頓的自然哲學數(shù)學原理的出版，標志 著經(jīng)典力學體系的建立牛頓從事自然科學研究工 作時，是站在自發(fā)的唯物主義立場上的，這是他取 得重大成就的思想基礎(chǔ)重視實驗，重視歸納，這 是牛頓的科學方法論的核心，也是他取得重大成就 的關(guān)鍵。由于時代局限，牛頓的世界觀存在著