新教材高中物理第3章相互作用第1節(jié)重力與重心學(xué)案

第1節(jié)重力與重心課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.力的概念。2.會(huì)用力的圖示和力的示意圖來描述力。3.知道重力的大小和方向,了解生活中測(cè)量重力的方法。4.知道重心的概念及質(zhì)量分布均勻的物體重心的位置。1.物理觀念:能用重力的概念和規(guī)律說明生產(chǎn)生活中的相關(guān)現(xiàn)象,解決一些相關(guān)的實(shí)際問題。2.科學(xué)思維:能對(duì)物體的重力進(jìn)行分析,認(rèn)識(shí)重心。3.科學(xué)探究:通過觀察演示實(shí)驗(yàn)會(huì)對(duì)物體重力進(jìn)行測(cè)量,會(huì)用簡單的懸掛法探究不規(guī)則物體的重心位置。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:通過對(duì)重心的學(xué)習(xí),提高學(xué)習(xí)物理的興趣,知道物理學(xué)滲透在日常生活的方方面面。要點(diǎn)一力的描述力是物體和物體之間的相互作用?,能使物體的形狀、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?發(fā)生改變。要點(diǎn)二重力的理解因受地球的吸引?而使物體受到的力稱為重力。重力的方向總是豎直?向下。要點(diǎn)三重心的理解處在地球附近的物體,雖然它的各個(gè)組成部分都受重力的作用,但從效果上看,可認(rèn)為重力集中作用在一個(gè)點(diǎn)上,我們把這個(gè)點(diǎn)視為重力的等效作用點(diǎn),稱為物體的重心?。?相互作用指力的出現(xiàn)一定是一對(duì),這種認(rèn)識(shí)正確嗎?提示正確。相互作用指兩個(gè)作用是同時(shí)出現(xiàn)、相互依存的。?物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變對(duì)應(yīng)哪個(gè)物理量?提示運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變指物體的速度發(fā)生改變。?(1)物體重力的施力物體是地球,地球的吸引力就是物體重力,對(duì)嗎?(2)重力與地球的吸引力有差異的原因是什么?提示(1)不對(duì),重力的施力物體是地球,但不能說地球的吸引力是重力。(2)地球的自轉(zhuǎn)。?豎直就是指與地面垂直或指向地心對(duì)嗎?提示不對(duì),豎直指與水平面垂直,不一定與地面垂直,也不一定指向地心。?(1)由于重心是物體重力的等效作用點(diǎn),所以重心一定在物體上對(duì)嗎?(2)形狀規(guī)則的物體其重心一定在幾何中心嗎?提示(1)不對(duì),物體的重心可以在物體外,例如一個(gè)金屬圓環(huán)。(2)不一定,物體的重心除了和形狀有關(guān)外還與質(zhì)量分布有關(guān)。1.重力的產(chǎn)生重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的力,施力物體是地球。在地球附近的任何物體都受重力。2.重力的大小(1)同一地點(diǎn),不同物體重力的大小與其質(zhì)量成正比。即G=mg,其中g(shù)是重力加速度。g的單位既可以是N/kg,又可以是m/s2,而且1N/kg=1m/s2(在第5章中我們將會(huì)證明這兩個(gè)單位是相同的)。(2)一般緯度越高,g值越大,同一物體所受重力越大;海拔越高,g值越小,同一物體所受重力越小。(3)重力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān),與物體是否受其他力無關(guān)。3.重力的方向重力的方向總是豎直向下,豎直向下不是垂直于接觸面向下,也不是指向地心。4.重力的作用點(diǎn)——重心(1)重心是重力的等效作用點(diǎn),注意物體的每一部分都有重力,并非物體的全部重力都作用于重心。(2)重心的位置①重心的位置可以在物體上,也可以在物體外。例如一個(gè)圓形平板的重心在板上,而一個(gè)銅環(huán)的重心不在環(huán)上。②質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體的重心在其幾何中心上;對(duì)形狀不規(guī)則的物體,如薄板,可以應(yīng)用二力平衡的知識(shí)通過支撐法或懸掛法來確定其重心位置。③重心的位置與物體的位置、放置狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān),但一個(gè)物體的質(zhì)量分布情況或形狀發(fā)生變化時(shí),其重心的位置也發(fā)生變化。探究點(diǎn)一力的作用效果及描述六幅圖中力產(chǎn)生了什么作用效果?提示圖1、2、3都是由于力的作用使物體發(fā)生了形變。圖4、5、6都是由于力的作用使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化。1.力的作用效果(1)力是使物體發(fā)生形變的原因;(2)力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的原因。2.力的描述方法(1)力的示意圖。(2)力的圖示。3.力的圖示與力的示意圖比較項(xiàng)目力的圖示力的示意圖選標(biāo)度選定標(biāo)度(用某一長度的線段表示一定大小的力)—畫線段從作用點(diǎn)開始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長度從作用點(diǎn)開始沿力的方向畫一適當(dāng)長度的線段標(biāo)方向在線段的末端標(biāo)出箭頭,表示方向在線段的末端標(biāo)出箭頭,表示方向注意:有時(shí)箭頭表示力的作用點(diǎn)。例畫出以下力的示意圖。水平桌面對(duì)書產(chǎn)生5N的支持力把物體用3N的力壓在墻壁上答案如圖。解題感悟注意力的圖示與示意圖的區(qū)別與聯(lián)系,畫力的圖示時(shí),要嚴(yán)格按照相關(guān)的比例畫出,而力的示意圖只需要準(zhǔn)確畫出力的方向及大致的大小即可,在實(shí)際解決問題中用得較多。1.(2021天津二中高一月考)下列說法中正確的是 ()A.兩個(gè)物體發(fā)生相互作用不一定相互接觸B.運(yùn)動(dòng)員將足球踢出,球在空中飛行時(shí)球受到一個(gè)向前的推力C.甲用力把乙推倒,只是甲對(duì)乙有力,而乙對(duì)甲沒有力D.“風(fēng)吹草動(dòng)”,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答案A兩個(gè)物體發(fā)生相互作用時(shí)可以不相互接觸,如磁鐵吸引鐵釘,A正確;運(yùn)動(dòng)員將足球踢出,球在空中飛行時(shí)只受重力作用,B錯(cuò)誤;物體間力的作用是相互的,甲對(duì)乙有力的作用,乙對(duì)甲也有力的作用,C錯(cuò)誤;物體間力的作用是相互的,施力物體同時(shí)也是受力物體,D錯(cuò)誤。2.(2021山西太原五中高一月考)下列有關(guān)力的說法正確的是 ()A.兩個(gè)物體相互作用,其相互作用力是有先后的B.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C.只要兩個(gè)力的大小相等,它們產(chǎn)生的作用效果一定相同D.力作用在物體上,必定同時(shí)出現(xiàn)形變和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變答案B兩個(gè)物體相互作用,其相互作用力沒有先后,A錯(cuò)誤;因?yàn)槲矬w間的作用是相互的,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,B正確;兩個(gè)力的大小相等,它們產(chǎn)生的作用效果不一定相同,例如以卵擊石,作用效果不相同,C錯(cuò)誤;力作用在物體上,不一定同時(shí)出現(xiàn)形變和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變,例如汽車做勻速直線運(yùn)動(dòng),受重力作用但運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不改變,D錯(cuò)誤。探究點(diǎn)二重力及其測(cè)量1.為什么拋出去的籃球和樹上掉落的蘋果都會(huì)落在地面上?提示重力的作用。2.如圖所示,重垂線是利用了什么原理?提示重力的方向:垂直于水平面豎直向下。3.生活中如何稱量物體的重力。提示電子秤、彈簧測(cè)力計(jì)等。1.重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的力,用符號(hào)G表示。產(chǎn)生原因:地球吸引。施力物體:地球。受力物體:地面上和地面附近的一切物體。2.重力的大小(1)用測(cè)量工具測(cè)量:彈簧測(cè)力計(jì)、電子秤等。(2)和質(zhì)量的關(guān)系:G=mg,其中g(shù)值隨地球緯度的增大而增大;隨海拔高度的增大而減小。例(2021四川金堂竹篙中學(xué)校高一期中)關(guān)于重力,下列說法正確的是 ()A.只有地球上的物體才會(huì)受到重力的作用,太空中的物體就不會(huì)受到重力的作用B.質(zhì)量相同的物體所受重力一定相等C.重力的方向有時(shí)豎直向下,有時(shí)垂直于支持面向下D.重心是重力的等效作用點(diǎn),可以在物體上,也可以在物體外答案D重力是由于地球的吸引而使物體受到的力,地球上以及太空中的物體都會(huì)受到重力的作用,重力的方向豎直向下,故A、C選項(xiàng)錯(cuò)誤。嚴(yán)格來說,在地球上不同高度、不同緯度處重力加速度g值一般不同,結(jié)合重力公式得出質(zhì)量相同的物體在不同位置所受的重力不一定相等,故B選項(xiàng)錯(cuò)誤。重心是重力的等效作用點(diǎn),并非物體的全部重力都作用在重心,所以重心的位置是可以在物體上,也可以在物體外的,比如圓環(huán)的重心在圓心處,故D選項(xiàng)正確。解題感悟注意重力是由于地球吸引而產(chǎn)生的力,不一定等于地球?qū)ξ矬w的引力(以后會(huì)學(xué)到),重力方向豎直向下,垂直于當(dāng)?shù)厮矫?不一定指向地心,更不能說與地面垂直。1.關(guān)于重力,下列說法中正確的是 ()A.重力就是物體對(duì)地球的吸引力B.重力方向與地面垂直C.重力的大小等于物體對(duì)平面的壓力D.重力是由于地球的吸引而使物體受到的力答案D理解重力的含義及方向。2.(多選)如果重力消失了,將會(huì)發(fā)生的情況是 ()A.天不會(huì)下雨,也不會(huì)刮風(fēng)B.一切物體的質(zhì)量都沒有了C.用天平仍然可以測(cè)出物體的質(zhì)量D.河水不會(huì)流動(dòng)答案AD沒有重力,雨滴不能下落,天不會(huì)下雨;沒有重力,冷空氣不會(huì)下降,暖空氣不會(huì)上升,不會(huì)刮風(fēng),A正確;沒有重力,一切物體的質(zhì)量都不會(huì)改變,B錯(cuò)誤;重力消失了,物體和砝碼對(duì)托盤都沒有壓力,用天平不能測(cè)出物體的質(zhì)量,C錯(cuò)誤;重力消失了,河水不會(huì)向低處流動(dòng),D正確。探究點(diǎn)三物體的重心1.橙子的各部分都受到重力,那如何表示整個(gè)橙子受到的力?提示研究重力對(duì)一個(gè)物體的作用效果時(shí),可以把物體各部分受到的重力視為集中作用在某一點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)是重力的等效作用點(diǎn)——重心。2.以下物體質(zhì)量分布均勻,其重心在哪?重心一定在物體上么?提示質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體,其重心在幾何中心處。重心可以在物體上,也可以不在物體上。3.一般物體的質(zhì)量分布不一定均勻,形狀也不一定規(guī)則,如何確定如圖所示的薄板的重心?提示要確定如題圖所示的薄板的重心位置,如圖1,可以先在A點(diǎn)把薄板懸掛起來,通過A點(diǎn)畫一條豎直線AB,由于A點(diǎn)懸線的拉力跟薄板的重力平衡,薄板的重心必定在直線AB上;然后選另一處D點(diǎn)把薄板懸掛起來(如圖2),過D點(diǎn)畫一條豎直線DE,薄板的重心必定在直線DE上。因此,AB和DE的交點(diǎn)C就是薄板的重心。重力的等效作用點(diǎn)即物體的重心,重心的高低決定了物體的穩(wěn)定,重心越低,物體越穩(wěn)定。而物體重心的位置與它的質(zhì)量分布有關(guān),質(zhì)量分布均勻的物體,重心在其幾何中心處,而質(zhì)量分布不均勻的物體可通過懸掛法進(jìn)行測(cè)量,重心不一定在物體內(nèi)部,重心越低接觸面積越大越穩(wěn)定。例關(guān)于物體的重心,下列說法中正確的是 ()A.物體升高或降低時(shí),重心在物體上的位置也相應(yīng)升高或降低B.物體改變形狀時(shí),重心位置一定發(fā)生變化C.物體的重心可能位于物體之外D.重心是物體上最重的一點(diǎn)答案C對(duì)于一個(gè)確定的物體,它的重心的位置相對(duì)于物體是固定不變的,不隨物體的上升、下降而發(fā)生變化,A錯(cuò)誤;物體重心的位置與物體的形狀和質(zhì)量分布均有關(guān),形狀改變,重心位置不一定改變,B錯(cuò)誤;物體的重心不一定在物體上,如環(huán)形繩子的重心就不在繩子上,C正確;重心是物體各部分所受重力的等效作用點(diǎn),重心并非集中了物體的全部重力,也不是物體上最重的點(diǎn),D錯(cuò)誤。解題感悟理解重力和重心的注意事項(xiàng)1.重力是物體由于地球的吸引而受到的力,但并不是地球的吸引力。重力G=mg,其大小只與m、g有關(guān),方向與g相同,總是豎直向下。2.重心不是重力的真實(shí)作用點(diǎn),重力的作用點(diǎn)遍布整個(gè)物體,重心是重力的等效作用點(diǎn),可以把物體所受的重力看成都集中在重心這一點(diǎn)。重心的位置與物體的形狀和質(zhì)量分布情況有關(guān),但并不一定在物體上。1.(多選)如圖所示,兩輛車以相同的速度做勻速運(yùn)動(dòng);根據(jù)圖中所給信息和所學(xué)知識(shí)你可以得出的結(jié)論是 ()A.物體各部分都受重力作用,但可以認(rèn)為物體各部分所受重力集中于一點(diǎn)B.重力的方向總是垂直向下的C.物體重心的位置與物體的形狀和質(zhì)量分布有關(guān)D.物體只有重心受重力作用,其他部分不受重力作用答案AC物體各部分都受重力作用,但可以認(rèn)為物體各部分所受重力等效集中于一點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)叫作重心,故A正確;重力的方向是豎直向下的,故B錯(cuò)誤;重心位置與質(zhì)量分布情況和物體的形狀有關(guān),故C正確;物體各部分都受重力作用,但可以認(rèn)為物體各部分所受重力等效集中于一點(diǎn),故D錯(cuò)誤。2.跳高運(yùn)動(dòng)員在做如圖所示的四種過桿姿勢(shì)時(shí),重心最能接近甚至低于橫桿的是 ()答案D四種過桿姿勢(shì)中,前三種姿勢(shì)過桿時(shí)重心均在桿上,而背越式過桿時(shí),頭、軀干、腿依次過桿,身體的大部分與桿接近甚至低于桿。1.(多選)下列說法中正確的是 ()A.用手壓彈簧,手先給彈簧一個(gè)作用力,彈簧壓縮后再反過來給手一個(gè)作用力B.運(yùn)動(dòng)員將壘球拋出后,壘球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)仍在變化,壘球仍為受力物體,但施力物體不是運(yùn)動(dòng)員C.質(zhì)量分布均勻的木球的重心在球心,挖去球心部分后,木球就沒有重心了D.彈簧測(cè)力計(jì)下面豎直懸掛的物體的重力的大小不是總等于彈簧測(cè)力計(jì)的拉力答案BD手和彈簧之間的相互作用是同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失的;用手壓彈簧,手給彈簧一個(gè)作用力,同時(shí)彈簧反過來給手一個(gè)作用力,A錯(cuò)誤;運(yùn)動(dòng)員將壘球拋出后,壘球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)仍在變化,壘球仍受重力作用,施力物體不是運(yùn)動(dòng)員,而是地球,B正確;質(zhì)量分布均勻的木球的重心在球心,挖去球心部分后,木球的重心仍在球心,C錯(cuò)誤;只有當(dāng)物體靜止或者處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),彈簧測(cè)力計(jì)下面豎直懸掛的物體的重力的大小才等于彈簧測(cè)力計(jì)的拉力,D正確。2.(2021廣西南寧三中高一月考)如圖所示,在水平地面上的凹型底座上,放置一個(gè)頂部開有小孔的中空金屬球殼,小孔的正上方有個(gè)小水管通過小孔往球殼內(nèi)緩慢的注水,在球殼內(nèi)的水面逐漸上升至小孔處的過程中,球殼及殼內(nèi)的水的整體重心將會(huì) ()A.先下降后上升B.先上升后下降C.逐漸上升D.逐漸下降答案A球殼的重心在球心,隨著水從小孔不斷流入,重心位置不斷下降,當(dāng)水快流滿時(shí),重心又上升,處于球心,故重心的位置先下降后上升,故A正確。3.(★)(多選)關(guān)于重心,正確的說法是 ()A.將物體懸掛起來,靜止時(shí)物體的重心必在懸掛點(diǎn)的正下方B.任何物體的重心一定在物體上C.背越式跳高運(yùn)動(dòng)員,在越過橫桿時(shí),其重心可能在身體之外D.物體的重心與物體的質(zhì)量分布情況和幾何形狀無關(guān)答案AC根據(jù)二力平衡,重力和拉力共線,A正確;物體的重心與物體的質(zhì)量分布情況和幾何形狀有關(guān),物體的重心不一定在物體上,B、D錯(cuò)誤;背越式跳高越過橫桿時(shí)身體是彎曲的,重心可能在身體之外,C正確。物體平衡的三種類型1.穩(wěn)定平衡處于平衡狀態(tài)的物體,當(dāng)受到外界的擾動(dòng)而偏離平衡位置時(shí),如果外力或外力矩促使物體回到原平衡位置,這樣的平衡叫穩(wěn)定平衡,處于穩(wěn)定平衡的物體,偏離平衡位置時(shí),重心一般是升高的。如帶正電小球處在兩個(gè)帶等量正電荷小球連線的中點(diǎn)時(shí)。如圖(a)中位于光滑碗底的小球的平衡狀態(tài)就是穩(wěn)定的。2.不穩(wěn)定平衡處于平衡狀態(tài)的物體,當(dāng)受到外界的擾動(dòng)而偏離平衡位置時(shí),如果外力或外力矩促使物體偏離原來的平衡位置,這樣的平衡叫不穩(wěn)定平衡,處于不穩(wěn)定平衡的物體,偏離平衡位置時(shí),重心一般是降低的。如帶正電的小球處在兩個(gè)帶等量負(fù)電荷小球連線的中點(diǎn)時(shí)。如圖(b)中位于光滑的球形頂端的小球,其平衡狀態(tài)就是不穩(wěn)定平衡。3.隨遇平衡處于平衡狀態(tài)的物體,當(dāng)受到外界擾動(dòng)而偏