人教課標(biāo)實驗版九年級力和機(jī)械重力-“黃岡杯”一等獎

重力一、學(xué)習(xí)目標(biāo)（一）知識與技能①知道什么叫重力，了解重力產(chǎn)生的原因；②知道重力的方向以及重垂線的應(yīng)用；③理解重力的大小與質(zhì)量的關(guān)系。（二）過程與方法①通過學(xué)生探究實驗得出影響重力的因素；②通過“實驗分析”強(qiáng)化理解重力方向及重心。（三）情感態(tài)度與價值觀①培養(yǎng)學(xué)生樂于探究自然現(xiàn)象，物理規(guī)律的興趣，提高學(xué)生辯證的分析物理知識的意識；②培養(yǎng)學(xué)生的交流意識與團(tuán)隊協(xié)作精神。二、基礎(chǔ)知識精講你參加過跳高運(yùn)動嗎？當(dāng)你用力蹬地會騰空而起，但越過橫桿后，你會重重地落在海綿墊上，這是為什么呢？也許你有過這樣的幻想：自己能夠飛翔，飛到宇宙中探索那神秘的世界，光靠你自己的能力，行嗎？這些都與我們要研究的“重力”有關(guān)。（一）萬有引力牛頓認(rèn)為，月亮繞地球轉(zhuǎn)動，是由于地球與月亮之間存在相互吸引的力，而且根據(jù)這一思考，牛頓又研究了歷史上其他科學(xué)家的這一類論述，根據(jù)研究成果，牛頓得到一個真理：宇宙間任何兩個物體，大到天體，小到灰塵之間，都存在著互相吸引的力，這個力就是萬有引力。我們可以用一個小實驗來模擬萬有引力：用一根細(xì)線拴住一塊橡皮，甩起來，使橡皮繞手做圓周運(yùn)動。這時，橡皮好像要“沖”破細(xì)繩的束縛，因此，只有用細(xì)繩拉住才不會跑掉。因為實驗器材和做法都比較簡單，你可以親自實驗來感受一下。（二）重力的定義重力是萬有引力，屬于物體間的相互作用。重力的施力物體是地球。日常生活的經(jīng)驗告訴我們，無論是靠自身的牽引力上升的物體，還是被人為地拋向空中的物體，無論它運(yùn)動的過程怎樣，最終還是要落到地面上的。事實告訴我們，地面附近的一切物體都要受到來自地球的力，這個力是由于地球吸引而產(chǎn)生的，這個力就叫重力。重力的受力物體就是地面附近的一切物體。為什么說是“地面附近”的物體受重力的作用呢？因為不僅地面上的物體受重力，離地面有一定高度的物體也要受到重力作用，或者說空中的物體也受重力，像在空中飛行的鳥、空中的飛機(jī)都會受到重力作用。因此，我們說“地面附近的一切物體都受重力”。生活中物體受重力有對人們有利的一面，也有對人們有害的一方面。有利的一面是：我們擺放物體時，由于物體受重力，可以被放在地面上、桌面上靜止，例如：桌子放在地面上、書本放在桌面上都可以靜止不動。也就是說，我們找到一個支持面，讓它對物體的支持力與物體的重力平衡，就可以使物體靜止不動。這樣的水平面是很容易找到的，讓物體靜止也因此變得簡單。不利的一面是：由于物體受重力，它一旦離開支持面就要下落，因此放在高處的物體下落時就會造成危險。而且，你要搬動物體時，必須克服物體的重力，因此會麻煩一些，費(fèi)些力氣。重力在我們生活中的作用有多大，我們可以從另一個角度去考慮，就是如果沒有了重力會怎樣？那么就會像生活在宇宙飛船中的宇航員一樣，因為一切物體在宇宙飛船中都不受重力，那么，喝水時，水的方向會向著四面八方中的任一個，你的嘴要順著水流的方向，才有可能喝掉它，穿衣服也會變得困難很多?？梢?，我們的生活離開了重力是會變化很多的。（三）重力與質(zhì)量的關(guān)系我們?nèi)粘Ｉ钪兄v“重量”，說的是物體的質(zhì)量，其實這是不對的。嚴(yán)格地說，在物理學(xué)中，重量指的是物體受到的重力。重力和質(zhì)量是有區(qū)別的。質(zhì)量是物體本身的一種性質(zhì)，只要物質(zhì)的多少不發(fā)生變化，物體的質(zhì)量是不會改變的；重力是一種作用，是地球?qū)ξ矬w的力，離開了地球，物體的質(zhì)量仍在，但重力就不存在了。例如，把一鐵塊帶到月球上，它的質(zhì)量不會改變，但它受的重力就是月球?qū)ξ矬w的吸引力卻改變了，大約為地球上重力的。因此，重力和質(zhì)量不是一回事，這一點你要明白。但重力和質(zhì)量還是有聯(lián)系的。因為我們發(fā)現(xiàn)質(zhì)量越大的物體，它就越沉。我們可以猜想：重力和質(zhì)量有關(guān)。具體關(guān)系我們可以通過實驗來探究。如圖12—1，實驗裝置有：彈簧測力計，它是用來測量重力的，還有就是鉤碼，實驗前要弄清每個鉤碼的質(zhì)量是多大，便于實驗時數(shù)據(jù)的記錄。

按上圖那樣，把鉤碼逐個掛在彈簧測力計上，分別測出它們受到的重力，將每組數(shù)據(jù)分別記錄在所設(shè)計的表格中：

質(zhì)量m(kg)

重力G（N）

從表中的數(shù)據(jù)不難分析出：每組重力和質(zhì)量的比值都是相等的。這里我要提醒你一下：如果在計算時你發(fā)現(xiàn)有一組比值和其他幾組相差很大，那么說明你在做這組實驗過程中有錯誤，可能是操作或是讀數(shù)上出了問題，建議你重新做一遍此組實驗，如果比值相差不大，那就是操作實驗中必不可少的誤差。由數(shù)據(jù)分析，我們可以得出結(jié)論：物體所受的重力跟它的質(zhì)量成正比。重力和質(zhì)量的比值大約是N/kg,如果用g表示這個比值，則可將重力與質(zhì)量的關(guān)系寫成：G/m=g或G=mg。這兩個公式都很重要，特別是后者，我們常用它來計算物體的重力。公式中G代表重力，單位是N，m代表質(zhì)量，單位是kg,g為N/kg，在粗略計算中常取作10N/kg。（四）重力的方向研究完了重力的大小，該看看三要素中的第二要素：重力的方向了。我們可以做個實驗來畫出重力的方向：用細(xì)線把物體懸掛起來，像圖12—2那樣，物體是較重的為好。線的方向跟物體所受重力的方向一致。這個方向就是我們常說的“豎直向下”的方向。對此，我要說明兩個問題：第一，嚴(yán)格地說，重力的方向和萬有引力的方向不一致，不是指向地心的。如圖12—3。第二，“豎直向下”不能被描述為“垂直向下”，這是兩個完全不同的概念。豎直向下是專門指與水平方向垂直向下的方向，也就是說，不論物體放在什么位置，例如放在斜面上的物體，它受的重力都是與水平面垂直向下的，如圖12—4。而垂直向下，必須有一個條件：垂直于什么向下，這個方向的范圍就很廣了。它不像“豎直向下”那樣有特指性。因此，將重力方向描述成“垂直向下”是完全錯誤的，這一點你一定要清楚。

（五）重心重力的作用點在哪兒？地球吸引物體的每一部分。但是，對于整個物體，重力作用的表現(xiàn)就好像它作用在物體的一個點上，那么，重力在物體上的作用點就叫重心。質(zhì)地均勻，外形規(guī)則的物體的重心在它的幾何中心上。例如，正方體、長方體的重心在它們的對角線的交點上，球的重心在球心上，質(zhì)地均勻的木棒的重心在它的中心上。以后在畫重力的示意圖時，要將它的作用點畫在物體的重心上。三、學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)（一）找物體重心的方法質(zhì)地均勻、外形規(guī)則的物體的重心在它的幾何中心上，那么那些質(zhì)地均勻、外形不規(guī)則的物體或是質(zhì)地不均勻、外形不規(guī)則的物體的重心在哪兒呢？要找這類物體的重心看上去很困難，我教你一種簡單的方法。如圖12—5，將形狀不規(guī)則的物體用細(xì)繩拴好A點，掛在天花板上，當(dāng)物體靜止時，沿細(xì)繩的方向劃一條直線，這是重力的作用線，重心就在這條直線上。按同樣的方法將細(xì)繩拴在B點，劃出這時細(xì)繩的所在的直線，如圖12—6，這兩次所畫的直線的交點就是物體的重心。為什么這兩條直線的交點就是物體的重心呢？我們來分析一下：當(dāng)物體被細(xì)繩吊起能保持靜止時，物體受到的重力和細(xì)繩對它的拉力是彼此平衡的。這樣重力和拉力就滿足二力平衡的四個條件，其中之一就是重力和拉力作用在一條直線上，因此拉力作用線所在的直線也就是重力作用線所在的直線。這樣，兩條作用線必然都經(jīng)過重心，這兩條直線的交點就是該物體的重心了。用這種方法可以測出許多物體的重心，其中包括充氣的保險圈。我們發(fā)現(xiàn)，充氣保險圈的重心并不是在保險圈上，如圖12—7所示。類似的，螺絲帽的重心也不在螺絲帽本身。用上述方法，你可以測出所有物體的重心位置。四、拓展訓(xùn)練（一）重力對人體的生理影響地球?qū)Φ孛嫔系囊磺形矬w都有重力作用，我們長期生活在有重力的環(huán)境里，你是否想過，重力對人體的生理有什么影響？兒童和青少年，身高不斷增長。成年以后，一般地說，人的身高不會再增長了。由于重力作用，人的身高并不是固定不變的，而是一直在發(fā)生著微小的變化。晚上入睡前和清晨起床時，量一量身高，就可以發(fā)現(xiàn)兩次測量結(jié)果有明顯的差異，仿佛睡了一覺，人就長高了一些，而忙碌了一天，人又變矮了一點。其實這是重力對人的脊椎施加作用的結(jié)果。重力對人體的生理影響，最重要的還是對血液流動的影響。雖然由于心臟的工作，血液能在人的周身流動，但是重力吸引血液向下流動，這是人能正常生活的重要因素。不信，你可以做一個頭朝下、腳朝上的“豎蜻蜓”動作，堅持一段時間，就感到暈眩得難受，這是因為在重力作用下，下肢血量減少，頭部血量增多的緣故。又如手指受傷流血時，可以把手指豎起來舉過頭頂，就比較容易止血。我們還可以看一看人在沒有重力的情況下生理上會發(fā)生什么變化，這樣重力對生理的影響也就清楚了，當(dāng)航天器在軌道上運(yùn)行時，完全處于失重狀態(tài)。宇航員一旦進(jìn)入失重環(huán)境里，生理方面會遇到許多麻煩。由于血液重新分配，下肢血量減少，頭部血量增多，收縮壓和動脈壓、靜脈壓將上升，舒張壓則下降，導(dǎo)致排尿量增加、水分及血漿量減少。由于人體骨骼受力減小，時間一久，肌肉萎縮，骨骼將變得松脆，特別是失重會引起骨骼內(nèi)鈣、磷鹽的喪失，使宇航員返回地面后變得軟弱無力。由此可見，重力對人體正常生理活動影響是多方面的，它與人體健康有著密切關(guān)系。（二）重力在生活中的應(yīng)用在農(nóng)村，家庭主婦在篩米時，端起簸箕朝同一方向持續(xù)搖動，簸箕里的碎米就會集中到較下層的位置，而那些完整的米粒則從下層跑到上面來。有興趣的話，請你也試一試。為什么出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？要說明這個問題必須先弄明白物體的重心和穩(wěn)度的關(guān)系。取兩塊完全相同的長方體，分別豎放和平放在水平桌面上，如圖12—8所示。這時它們雖然都處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，但是其穩(wěn)定程度是有區(qū)別的，圖中位置甲的長方體比位置乙的長方體更容易翻倒。若使用“穩(wěn)度”這個概念來區(qū)別物體翻倒的難易程度，則長方體在位置甲時比在位置乙時的穩(wěn)度小，通過分析可以知道，要提高物體的穩(wěn)度的兩個措施是：擴(kuò)大支撐面和降低重心?，F(xiàn)在，我們回過頭來討論文章開頭描述的現(xiàn)象。若把簸箕里的米