高中一年級必修一重力及基本相互作用講義

...wd......wd......wd...教學(xué)目標(biāo)明確力的概念知道重力和重心的概念掌握力的示意圖，會畫力的示意圖4、了解四種基本相互作用重難點(diǎn)力是物體間的相互作用3、重力知識點(diǎn)梳理力和力的圖示(1)力的概念及效果①定義:力是物體與物體之間的相互作用.②力的作用效果的對比工程靜力效果——形變動力效果——運(yùn)動狀態(tài)改變例如概述形變：物體的形狀或體積的改變，如：拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)等運(yùn)動狀態(tài)改變：物體的速度變了，如：速度大小改變或方向改變力的性質(zhì)力的物質(zhì)性力是物體對物體的作用，力不能離開物體而獨(dú)立存在，每個(gè)力的產(chǎn)生必須同時(shí)聯(lián)系兩個(gè)物體，即施力物體和受力物體力的相互性物體之間力的作用是相互的，施力物體同時(shí)也是受力物體，受力物體同時(shí)也是施力物體，力總是成對出現(xiàn)的，且物體間的這一對力總是同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消失，同時(shí)變化，不存在先后關(guān)系力的矢量性力是矢量，不僅有大小，而且有方向力的獨(dú)立性一個(gè)物體可受到多個(gè)力作用，每個(gè)力都獨(dú)立地產(chǎn)生作用【注意】①并非有生命的物體才是施力物體，也并非先有施力物體后有受力物體。②力是物體間的相互作用.不存在只有施力物體而沒有受力物體，或者只有受力物體而沒有施力物體的力，所以，在分析某一物體受力時(shí)，一定要搞清楚物體所受各力的來源，不可“無中生有〞.③力的作用產(chǎn)生并不一定要直接接觸，譬如地球與物體之間的引力、電荷與電荷之間的作用力、磁極與磁極之間的作用力。都不需要直接接觸，它們是通過“場〞產(chǎn)竹相互作用的.(3)力的大?、倭Φ拇笮】捎脺y力計(jì)(彈簧測力計(jì))測量.②力的單位:在國際單位制中，力的單位是牛頓，簡稱牛，符號N.(4)力的圖示和力的示意圖工程力的圖示力的示意圖定義為了更形象、直觀地表達(dá)力，可以用一根帶箭頭的線段表示力的大小、方向和作用點(diǎn)，這種表示力的方法叫做力的圖示只畫出力的方向和作用點(diǎn)表示物體在這個(gè)方向受到了力，這種粗略表示力的方法，叫做力的示意圖步驟①選定標(biāo)度(用一定長度的線段表示多少牛的力)②從作用點(diǎn)開場沿力的方向，畫一線段，根據(jù)選定的標(biāo)度和力的大小按比例確定線段的長度③在線段的末端標(biāo)出箭頭表示力的方向①從作用點(diǎn)開場沿力的方向畫一適當(dāng)長度的線段②在線段的末端標(biāo)出箭頭表示力的方向(不需選定標(biāo)度)【注意】標(biāo)度長度適宜，以防線段過長或過短(力的圖示上刻度不能過少，也不能過密，要便于作圖計(jì)算)，一般情況下，線段應(yīng)取2～5段；一般標(biāo)度大小應(yīng)是所畫力的圖示1/n，n為除1以外的正整數(shù)力的分類按性質(zhì)按效果舉例重力、彈力、摩擦力等拉力、壓力、動力、阻力等聯(lián)系(1)根據(jù)效果命名時(shí)，不同名稱的力，性質(zhì)可能一樣，如:物體上升時(shí)，重力為阻力；物體下降時(shí)，重力為動力；〔2)同一性質(zhì)的力，效果可能不同，如:摩擦力可以是動力.也可以是阻力2、重力〔1〕定義:由于地球的吸引而使物體受到的力叫重力.【說明】①在地球附近的一切物體都受到重力作用；②重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的，在通常情況下，重力的大小小等于地球?qū)ξ矬w的吸引力；③重力是非接觸力；④重力的施力物體是地球；⑤物體所受的重力與物體所處的運(yùn)動狀態(tài)以及是否受其他力無關(guān)?！?〕大小重力的大小與質(zhì)量的關(guān)系是G=mg。g為我們前面學(xué)過的重力加速度，通常g取9.8N/kg，即1kg物體受到的重力為9.8N【注意】①由于g隨地球上的緯度及海拔高度的變化而變化，所以同一質(zhì)量的物體在不同地點(diǎn)重力不同；②在同一地點(diǎn)，物體受到的重力與其質(zhì)量成正比；③重力和質(zhì)量的關(guān)系辨析如下工程質(zhì)量重力不同性質(zhì)物體本身的一種屬性由于地球的吸引而使物體受到的力變化情況不隨地理位置的變化而發(fā)生變化隨著地理位置的變化而變化測量工具天平〔杠桿原理〕測力計(jì)〔二力平衡原理〕標(biāo)矢量標(biāo)量矢量聯(lián)系聯(lián)系G=mg在實(shí)驗(yàn)室里，重力的大小可以用測力計(jì)測量;工業(yè)上用電子吊秤和電子地秤稱更重的物體.測量原理：在平衡狀態(tài)時(shí)，物體對豎直懸繩的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫Υ笮〉扔谖矬w受到的重力?！咀⒁狻快o止時(shí)物體對測力計(jì)的拉力等于物體受到的重力，但不能說物體對測力計(jì)的拉力就是物體受到的重力，這兩個(gè)力不是同一個(gè)力，它們的施力物體和受力物體均不同.〔3〕重力的方向：物體所受重力的方向總是豎直向下的。【注意】豎直向下也就是沿重垂線的方向，不能將豎直向下說成“垂直向下〞，也不能說成“指向地心〞?！柏Q直向下〞是指垂直于當(dāng)?shù)氐乃矫嫦蛳?，而“垂直向下〞可以指垂直于任何支持面向下。只有在兩極或赤道時(shí)，重力的方向才“指向地心〞。〔4〕重心①重心的概念:一個(gè)物體的各局部都受到重力的作用，從效果上看，我們可以認(rèn)為各局部所受重力的作用都集中于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做物體的重心。引入重心的概念后，研究具體的物體時(shí)，可以把整個(gè)物體各局部的重力用作用于重心的一個(gè)力來表示，于是原來的一個(gè)物體就可以用一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)來表示。②重心確實(shí)定A、質(zhì)量分布均勻的物體，重心位置只跟物體的形狀有關(guān)。假設(shè)物體的形狀是規(guī)那么的，重心在其幾何中心上.B、質(zhì)量分布不均勻的物體，重心位置除跟物體的形狀有關(guān)外，還跟物體的質(zhì)量分布情況有關(guān)。如:起重機(jī)重心位置隨吊升貨物的多少和位置的變化而變化。【注意】①重心不是最重的點(diǎn)。各局部所受重力的效果，與只在重心處受到各局部重力的合力是等效的，因此可以認(rèn)為物體各局部所受重力集中于重心.但實(shí)際上物體的各局部都受重力，重力并不只作用于重心上，重心也不是物體上最重的點(diǎn)。②物體的重心可以不在物體上。由于重心是一個(gè)等效作用點(diǎn)，它就可以不在物體上.例如:質(zhì)量分布均勻的球殼，其重心在球心，并不在殼體上.3、四種基本相互作用近代物理確認(rèn)各種物質(zhì)之間的基本的相互作用可歸結(jié)為四種：引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和強(qiáng)相互作用，近代物理的觀點(diǎn)傾向于認(rèn)為四種基本相互作用是統(tǒng)一的，物理學(xué)家正在為建設(shè)大統(tǒng)一理論、超統(tǒng)一理論而努力.萬有引力電磁相互作用強(qiáng)相互作用弱相互作用概念及特點(diǎn)一切物體間存在的相互吸引的作用.萬有引力把行星和恒星聚在一起組成太陽系、銀河系和其他星系.地面物體所受的重力是萬有引力在地球外表附近的一種表現(xiàn)電荷之間的相互作用和磁體之間的相互作用，本質(zhì)上是一種相互作用的不同表現(xiàn).所有接觸力(常見的彈力、摩擦力)都是電磁相互作用的宏觀表現(xiàn)能使原子核保持在一起的強(qiáng)大作用力放射現(xiàn)象中起作用的基本相互作用作用范圍都是長程力，從理論上說，它們的作用范圍是無限的.在宏觀世界里顯示作用都是短程力，作用范圍在原子核尺度內(nèi)，約10-15m，距離增大時(shí)，強(qiáng)度急劇減小強(qiáng)弱對比四種相互作用按強(qiáng)度排列的次序是:強(qiáng)相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、萬有引力若何分析一個(gè)力是否存在分析一個(gè)力是否存在，可從以下幾個(gè)方面去分析:〔1〕力是不能離開物體而獨(dú)立存在的，即沒有物體，就談不上力的作用.〔2〕只有一個(gè)物體談不上力的作用.有力的作用就必須有施力物體和受力物體，不存在只有施力物體而沒有受力物體的力，也不存在只有受力物體而沒有施力物體的力.而且受力物體所受力的施力物體不可能是它自身.〔3〕力是直接產(chǎn)生于施力物體和受力物體之間的，不需要第三個(gè)物體傳遞?！?〕力的作用足相互的，施力物體對受力物體有力的作用的同時(shí)，也受到受力物體對它的反作用力，因此力總是成對出現(xiàn)的，且施力物體也必定同時(shí)是受力物體.如人推小車時(shí)，對小車而言，受到人的推力，雖然小車是研究對象，是受力物體，人是施力物體；但對人而言，人也受小車的推力，此時(shí)人是受力物體，小車是施力物體?？梢?，一個(gè)物體是受力物體還是施力物體，是不確定的.中選取某物體為研究對象時(shí)，這個(gè)物體就一定是受力物體，其他物體就是施力物體.并非有生命的物體才是施力物體，也并非先有施力物體，后有受力物體.我們知道力是物體間的相互作用，即物體A對物體B施加力的作用的同時(shí)，必然受到B對A的作用力.對于A對B施加的作用力來說，A是施力物體,B是受力物體，而對B施加于A的力來說，B是施力物體，A是受力物體，所以說施力物體同時(shí)也一定是受力物體，例如，人站在地面上，人對地面施加了壓力，人是施力物體，地面是受力物體；地面同時(shí)對人施加了支持力，地面是施力物體，而人是受力物體，5、特殊物體重心確定的方法原理：二力平衡時(shí)，兩個(gè)力等大反向.方法一:(支撐法)軸對稱的碗、碟等，它們的重心在中垂線上，它們的重心可用二力平衡的方法找到，用一個(gè)手指將碟子挑起靜止，即可找到其重心。方法二:(懸掛法)6、有關(guān)力和重力問題的討論和擴(kuò)展(1)重力的定義可以遷移到其他星球上，如由于月球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的力叫月球上的重力.物體在月球上的自由落體運(yùn)動規(guī)律類似于地球上的自由落體運(yùn)動.〔2〕人造地球衛(wèi)星都是通過運(yùn)載火箭升空的，運(yùn)載火箭升空時(shí)要受到推力作用，這個(gè)推力的施力物體是什么?火箭向下噴出燃燒產(chǎn)生的氣體，氣體反作用于火箭，故這個(gè)推力的施力物體是氣體.〔3〕試說明為什么“背越式〞跳高優(yōu)越于“跨越式〞跳高?因?yàn)椤翱缭绞建曁咴竭^橫桿時(shí)，人的重心在桿之上較多，而“背越式〞跳高越過橫桿時(shí)，人成一個(gè)“反弓形〞，人的重心在桿的下邊，同一高度的桿，用“背越式〞更容易越過，故同一個(gè)人采用“背越式〞時(shí)成績優(yōu)越于“跨越式〞時(shí)的成績?！?〕地球的外表積約為5.1x1018m2，你能估算地球大氣層的總重量嗎?為什么大氣能聚集在地球外表附近能.總重量G=P0S,P0為大氣壓強(qiáng)，S為地球的外表積.大氣受到地球的吸引〔或因重力的原因)而聚集在地球外表附近.典型例題【例1】以下關(guān)于力的作用效果的表達(dá)正確的選項(xiàng)是(ABC).A、物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變必定是物體受到力的作用B、物體的運(yùn)動狀態(tài)沒有發(fā)生改變，物體也可能受到力的作用C、力的作用效果不僅取決于力的大小和方向，還與力的作用點(diǎn)有關(guān)D、力作用在物體上，必定同時(shí)出現(xiàn)形變和運(yùn)動狀態(tài)的改變【解析】力的作用效果是使物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變或者使物體發(fā)生形變，如果物體的運(yùn)動狀態(tài)沒有發(fā)生改變或者物體沒有發(fā)生形變，力不一定不存在.而力的作用效果除了和力的大小與方向有關(guān)外，還和力的作用點(diǎn)有關(guān)，同時(shí)力的兩種作用效果可能同時(shí)存在，也可能單獨(dú)存在.因此，選項(xiàng)A、B、C正確.【例2】以下說法中正確的選項(xiàng)是(D).A、甲打乙一拳，乙感到痛，而甲未感覺到痛，說明甲對乙施加了力，而乙未對甲施加力B、“風(fēng)吹草動〞，草受到了力，但沒有施力物體，說明沒有施力物體的力也是存在的C、磁鐵吸引鐵釘時(shí)，磁鐵不需要與鐵釘接觸，說明力可以脫離物體而存在D、網(wǎng)球運(yùn)發(fā)動用力擊球，網(wǎng)球受力飛出后，網(wǎng)球受力的施力物體不再是人【解析】此題考察時(shí)力的概念的理解，關(guān)健是明確力的作用是相互的，甲對乙施力的同時(shí)，乙對甲也施力，只不過甲的“拳頭〞比乙“被打的部位〞——如肚子、胸部，更能承受打擊罷了，所以乙感到痛而甲未感到痛，故A錯(cuò);“風(fēng)吹草動〞的施力物體是空氣，故B錯(cuò)；力不可以離開物體而存在，磁場離不開磁鐵，故C錯(cuò)；網(wǎng)球飛出后受重力和阻力，施力物體是地球和空氣，而不再是人，故D正確?！纠?】以下說法中正確的選項(xiàng)是(D).A、射出槍口的子彈，能打很遠(yuǎn)的距離，是因?yàn)樽訌楇x開槍口后受到一個(gè)推力作用B、甲用力把乙推倒，說明只是甲對乙有力的作用，乙對甲沒有力的作用C、只有有生命或有動力的物體才會施力，無生命或無動力的物體只會受到力，不會施力D、任何一個(gè)物體，一定既是受力物體，也是施力物體【解析】子彈在槍管內(nèi)受到火藥爆炸所產(chǎn)生的強(qiáng)大推力，使子彈離開槍口時(shí)有很大的速度，但子彈離開槍口以后，只受重力和空氣阻力作用，并沒有一個(gè)所謂的推力，因?yàn)椴豢赡苷业竭@個(gè)“推力〞的施力物體，故不存在，所以A錯(cuò);物體間力的作用總是相互的，甲推乙的同時(shí)乙也推甲，故說法B錯(cuò);不管物體是否有生命或是否有動力，它們受到別的物體作用時(shí)，都會施力，如馬拉車時(shí)，車也拉馬;書向下壓桌子，桌子也向上推書。故C錯(cuò);由于自然界中的物體都是相互聯(lián)系的，找不到一個(gè)孤立的、不受其他物體作用的物體，所以每一個(gè)物體既是受力物體，又是施力物體，故D說法正確?！军c(diǎn)評】此題易混淆的是選項(xiàng)C，實(shí)際上，力的作用確實(shí)有主動、被動之分.如手拉一根繩子，手對繩施加的拉力是主動的，但同時(shí)繩也施加一拉力作用于手，這一因果關(guān)系不能錯(cuò)誤理解為繩不會對手施力.【例4】關(guān)于重力，以下說法正確的選項(xiàng)是(CD).A、重力就是地球?qū)ξ矬w的吸引力，其方向必定指向地心B、重力的大小可以用彈簧測力計(jì)或桿秤直接測出C、質(zhì)量大的物體所受重力可能比質(zhì)量小的物體所受重力小D、物體對懸繩的拉力或?qū)χ蚊娴膲毫Φ拇笮】梢圆坏扔谥亓Α窘馕觥恐亓Ξa(chǎn)生的原因是由于地球?qū)ξ矬w的吸引，但通常情況下重力只是地球?qū)ξ矬w的吸引的一局部，重力的方向豎直向下但并不一定指向地心，所以A選項(xiàng)錯(cuò)誤;桿秤稱童的是物體的質(zhì)量而非重力，B選項(xiàng)也錯(cuò)誤;由公式G=mg可知，重力的小由質(zhì)量m和g值共同決定，由于在不同的地球位置g值不同，因此質(zhì)量大的物體與質(zhì)量小的物體在不同的地球位置處因g值的差異有可能質(zhì)量大的物體所受重力反而小，選項(xiàng)C正確;用一根懸繩吊起一個(gè)物體，當(dāng)物體靜止時(shí)對該豎直懸繩的拉力大小才等于物體的重力，當(dāng)物體擺起來時(shí)對該懸繩的拉力大小不等于物體的重力;把物體靜止于一水平支承物上，物體時(shí)該水平支承物的壓力大小才等于物體的重力，物體靜止于料面上，物體對該支承料面的壓力大小就不等于物體的重力故正確答案為C,D.【點(diǎn)評】透徹地理解和準(zhǔn)確把握概念的內(nèi)涵和外延，是正確解題的前提，時(shí)概念性選擇題的解答，要仔細(xì)審題，逐項(xiàng)進(jìn)展推理判斷，抓住一些關(guān)鍵詞語如“一定〞“可能〞“可以〞等從正面或反面作出肯定或否認(rèn)判斷是解題常用的方法.【例5】如圖3-1-4所示，一飲料杯裝滿水，被子的底部有一小孔，在水從小孔不斷流出的過程中，杯同杯中水的共同重心將〔D〕一直下降B、一直上升C、先升后降D、現(xiàn)降后生【解析】水杯的重心位置是不變的，水不斷流出，那么水的重心不斷下降，故整體的重心在不斷下降，降到一定位置后又會上升.也可用極限思維法來研究：設(shè)想水流盡，那么整體的重心就是杯的重心，故共下重心是先降后升，所以選項(xiàng)D正確.課堂練習(xí)物體A對物體B的壓力是20N,如以以以下圖所示，試畫出這個(gè)力的圖示。2、足球運(yùn)發(fā)動已將足球踢向空中，如圖以以以下圖所示，在描述足球在向斜上方飛行過程中某時(shí)刻的受力圖中，正確的選項(xiàng)是(G為重力，F(xiàn)為腳對球的作用力,f為空氣阻力)(B).3、質(zhì)量為2kg的物體被一根細(xì)繩懸吊在天花板下靜止(g取9.8N/kg)那么以下說法正確的選項(xiàng)是(A).A、物體重力大小等于19.6NB、物體對繩的拉力與物體重力的大小、方向均一樣，所以它們是同一個(gè)力C、剪斷細(xì)繩后，物體不受任何力的作用D、物體的各局部中，只有重心處受重力4、下面關(guān)于重力加速度的說法正確的選項(xiàng)是〔AC).A、從教學(xué)樓的同一高度，同時(shí)釋放一大一小兩個(gè)實(shí)心鑰球，二者同時(shí)落地，說明二者運(yùn)動的加速度一樣，加速度就是此處的重力加速度B、在地球上所有的地方，重力加速度g的值都是一樣的C、鄭州的重力加速度是9.79m/s2，說明在鄭州做自由落體運(yùn)動的物體速度每秒增加9.79m/sD、鄭州和紐約的重力加速度的方向一樣5、關(guān)于四種基本相互作用，以下說法中正確的選項(xiàng)是(D).A、萬有引力只發(fā)生在天體與天體之間，質(zhì)量小的物體(人與人)之間無萬有引力B、強(qiáng)相互作用只發(fā)生在宇宙天體等宏觀物體之間C、弱相互作用就是非常小的物體間的相互作用D、電磁相互作用不需要相互接觸就能起作用6、以下詞語所隱含的物理現(xiàn)象，可用牛頓理論中力的概念和規(guī)律來解釋的是(C).①滴水石穿②鐵杵成針③水中望月④逆風(fēng)揚(yáng)帆⑤光陰飛逝A.①②③B.③④⑤C.①②④D.①③⑤7、以下說法正確的選項(xiàng)是(D).A.拳擊手一拳擊出，沒有擊中對方，這時(shí)只有施力物體，沒有受力物體B.運(yùn)發(fā)動將足球踢出，球在空中飛行是因?yàn)榍蚴艿揭粋€(gè)向前的推力C.甲用力把乙推倒，說明只是甲對乙有力，而乙對甲沒有力D.兩個(gè)物體發(fā)生相互作用不一定相互接觸課后作業(yè)1、關(guān)于地面上物體的重力，以下說法正確的選項(xiàng)是()A只有靜止時(shí)，物體才受重力B.物體對地面的壓力就是物體的重力C.彈簧測力計(jì)和桿秤都能稱量物體的重力大小D.同一地點(diǎn)，物體的重力與其質(zhì)量成正比2、用彈簧測力計(jì)豎直懸掛一個(gè)靜止的小球，下面說法正確的選項(xiàng)是()A‘小球?qū)椈蓽y力計(jì)的拉力就是小球的重力B.小球?qū)椈蓽y力計(jì)的拉力大小等于小球的重力大小C.