【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】2020-2021學(xué)年高中物理學(xué)案：3.1-重力-基本相互作用(人教版必修1)

3.1重力基本相互作用[目標(biāo)定位]1.知道力的概念及矢量性，會(huì)作力的圖示.2.了解重力產(chǎn)生的緣由，會(huì)確定重力的大小和方向，理解重心的概念.3.了解自然界中四種基本相互作用．一、力和力的圖示1．力的作用效果：(1)使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變．(2)使物體發(fā)生形變．2．力：物體與物體之間的相互作用．力的單位是牛頓，簡(jiǎn)稱(chēng)牛，符號(hào)N.3．力的矢量性：力是既有大小又有方向的矢量．4．力的圖示：可以用一條帶箭頭的線段表示力．線段按肯定比例(標(biāo)度)畫(huà)出，它的長(zhǎng)短表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭尾(或箭頭)表示力的作用點(diǎn)，線段所在的直線叫做力的作用線．5．力的示意圖：只需要表示出力的方向和作用點(diǎn)的線段．想一想：在同一個(gè)圖中要表示多個(gè)力，不同的力能不能用不同的標(biāo)度？答案不能；力的圖示中線段的長(zhǎng)短可以表示力的大小，在同一個(gè)圖示中只能接受相同的標(biāo)度才能直觀的區(qū)分各個(gè)力的大?。⒅亓?．重力：由于地球的吸引而使物體受到的力．物體受到的重力與質(zhì)量的關(guān)系是G＝mg，其中g(shù)就是自由落體加速度．重力的方向總是豎直向下的．2．重心：一個(gè)物體的各個(gè)部分都要受到重力的作用，從效果上看，可以認(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做物體的重心．質(zhì)量分布均勻的物體的重心只跟物體的外形有關(guān)，質(zhì)量分布不均勻的物體，重心除跟物體的外形有關(guān)外，還跟物體的質(zhì)量分布狀況有關(guān)．想一想：物體的重心肯定在物體上嗎？答案不肯定，物體的重心與物體的質(zhì)量分布和外形有關(guān)，重心可能在物體上，也可能不在物體上；比照實(shí)心鉛球重心在球心，籃球重心也在球心，可是一個(gè)在物體上一個(gè)不在物體上．三、四種基本相互作用四種基本相互作用力分別為：萬(wàn)有引力、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用.一、對(duì)力的概念的理解1．力的三性(1)物質(zhì)性：力是物體對(duì)物體的作用，沒(méi)有脫離物體而獨(dú)立存在的力．一個(gè)力同時(shí)具有受力物體和施力物體．(2)相互性：物體之間力的作用是相互的．力總是成對(duì)消滅的，施力物體同時(shí)又是受力物體，受力物體同時(shí)又是施力物體．(3)矢量性：力不僅有大小，而且有方向，是矢量．力的大小常用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出．2．力的作用效果(1)轉(zhuǎn)變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即使物體速度發(fā)生變化．(2)使物體發(fā)生形變，即轉(zhuǎn)變物體的外形或體積．3．影響作用效果的三要素：力的大小、方向和作用點(diǎn)．留意：(1)物體之間發(fā)生相互作用時(shí)并不肯定相互接觸．(2)力直接產(chǎn)生于施力物體和受力物體之間，不需要靠第三個(gè)物體傳遞．例1下列說(shuō)法正確的是()A．每個(gè)力都必有施力物體和受力物體B．網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員用球拍擊球，對(duì)網(wǎng)球施力的物體是運(yùn)動(dòng)員C．兩個(gè)力的大小都是5N，則這兩個(gè)力肯定相同D．施力物體同時(shí)也是受力物體，受力物體同時(shí)也是施力物體解析力是物體對(duì)物體的相互作用，具有物質(zhì)性，一個(gè)力既有施力物體也有受力物體，A正確；網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員用球拍擊球，施力物體是球拍，受力物體是網(wǎng)球，B錯(cuò)誤；力是矢量，比較兩個(gè)力是否相同，除了要比較其大小之外，還要比較其方向，C錯(cuò)誤；力具有相互性，一個(gè)物體在受力的同時(shí)也對(duì)另一個(gè)物體施加了力的作用，所以同時(shí)也是施力物體，D正確．答案AD二、力的表示方法1．力的圖示：用一條帶箭頭的線段(有向線段)來(lái)表示力的三要素．①線段的長(zhǎng)短(嚴(yán)格按標(biāo)度畫(huà))表示力的大?。虎诩^指向表示力的方向；③箭尾(或箭頭)常畫(huà)在力的作用點(diǎn)上(在有些問(wèn)題中為了便利，常把一個(gè)物體用一個(gè)點(diǎn)表示)．留意：(1)標(biāo)度的選取應(yīng)依據(jù)力的大小合理設(shè)計(jì)．一般狀況下，線段應(yīng)取2～5個(gè)整數(shù)段標(biāo)度的長(zhǎng)度．(2)畫(huà)同一物體受到的不同力時(shí)要用同一標(biāo)度．2．力的示意圖：用一條帶箭頭的線段來(lái)表示力方向和作用點(diǎn)．①?gòu)淖饔命c(diǎn)開(kāi)頭沿力的方向畫(huà)一適當(dāng)長(zhǎng)度的線段；②在線段的末端標(biāo)出箭頭，表示力的方向．留意：對(duì)于幾何外形規(guī)章的物體，在畫(huà)力的圖示和示意圖的時(shí)候，有向線段的起點(diǎn)可畫(huà)在幾何中心．為簡(jiǎn)化，也可以把物體用質(zhì)點(diǎn)代替．例2一個(gè)鐵球在空中飛行，所受重力為120N，方向豎直向下，試畫(huà)出重力的圖示和示意圖，并說(shuō)明施力物體和受力物體．解析(1)選定標(biāo)度：選1cm長(zhǎng)的線段表示30N的力．(2)用一矩形表示物體，從作用點(diǎn)沿力的方向畫(huà)一線段，線段的長(zhǎng)度按選定的標(biāo)度和力的大小畫(huà)，線段上加上刻度，如下圖甲所示，從O點(diǎn)豎直向下畫(huà)一條4倍于標(biāo)度(4cm)的線段；(3)在線段上加上箭頭表示力的方向．也可以依據(jù)如圖乙所示那樣，不畫(huà)物體，而用O點(diǎn)表示物體，畫(huà)出力F的圖示．力的示意圖：如圖丙所示，用一矩形表示物體，從物體上沿力的方向畫(huà)一線段，并加上箭頭，表示方向．然后標(biāo)明F＝120N即可．重力的施力物體是地球，受力物體是鐵球答案見(jiàn)解析三、對(duì)重力及重心的理解1．對(duì)重力的理解(1)重力的產(chǎn)生：重力的施力物體是地球，是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而使物體受到的力，但不能說(shuō)成“重力就是地球?qū)ξ矬w的吸引力”．(2)重力的大小：G＝mg，g為重力加速度，g＝9.8m/s2.①同一地點(diǎn)，重力的大小與質(zhì)量成正比，不同地點(diǎn)因g值不同而不同．②在不同地點(diǎn)，同一物體的重力隨緯度的增加而增大；隨海拔的增加而減?。畚矬w重力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，與物體是否受其他力無(wú)關(guān)．(3)重力的方向．重力的方向總是豎直向下，豎直向下是指與水平面垂直向下．但是并不等同于垂直于支持面對(duì)下，也不等同于指向地心．2．對(duì)重心的理解(1)重心是重力的等效作用點(diǎn)，并非物體的全部重力都作用于重心．(2)重心的位置與質(zhì)量分布和物體外形有關(guān)，質(zhì)量分布均勻、外形規(guī)章的物體的重心在其幾何中心．①重心的位置可以在物體上，也可以在物體外．一個(gè)實(shí)心鉛球重心在物體上，一個(gè)籃球重心就不在物體上．②對(duì)外形不規(guī)章的薄物體，可以接受懸掛法來(lái)確定重心的位置．(3)重心在物體上的相對(duì)位置與物體的位置、放置的狀態(tài)以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都無(wú)關(guān)，但一個(gè)物體的質(zhì)量分布或者外形發(fā)生轉(zhuǎn)變，其重心在物體上的位置可能發(fā)生變化．比如空載卡車(chē)和裝滿貨物的卡車(chē)重心的位置不同．例3(2021～2022浙江高一期中)一個(gè)物體所受重力在下列哪些狀況下要發(fā)生變化()A．把物體從赤道拿到南極B．把物體放到加速上升的電梯里C．把物體放到水里D．用一個(gè)氣球使物體懸浮在屋子內(nèi)解析重力加速度隨著緯度的上升而增大，所以把物體從赤道拿到南極，其重力變大，故A正確；重力加速度與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，在電梯或是水中或是用氣球懸浮，重力加速度都沒(méi)變，重力G＝mg，即重力沒(méi)有變化；故選A.答案A例4(2021～2022江西高一期中)下列關(guān)于重心的說(shuō)法中正確的是()A．任何有規(guī)章外形的物體，它的重心肯定與它的幾何中心重合B．用一條繩子把一個(gè)物體懸掛起來(lái)，物體處于完全靜止?fàn)顟B(tài)，該物體的重心不肯定在繩子的延長(zhǎng)線上C．任何物體的重心都在物體內(nèi)，不行能在物體外D．重心與物體的外形和物體的質(zhì)量分布有關(guān)解析重心的位置與物體的外形和質(zhì)量分布有關(guān)，只有外形規(guī)章，質(zhì)量分布均勻的物體的重心才在物體的幾何中心，A錯(cuò)誤，D正確；用一條繩子把一個(gè)物體懸掛起來(lái)，物體處于完全靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，物體的重力與繩子的拉力平衡，由二力平衡的學(xué)問(wèn)可知，物體的重心肯定在繩子的延長(zhǎng)線上，B錯(cuò)誤；重心是物體各部分所受重力的等效作用點(diǎn)，可以在物體上也可以在物體之外，C錯(cuò)誤．答案D對(duì)力的概念的理解1．關(guān)于力的概念，下列說(shuō)法正確的是()A．沒(méi)有相互接觸的物體間也可能有力的作用B．力是物體位移增加的緣由C．施力物體施力在前，受力物體受力在后D．有的物體只是施力物體，而不是受力物體解析沒(méi)有相互接觸的物體間也可能有力的作用，比如磁場(chǎng)力、重力，故A正確；力不是物體位移增加的緣由，比如物體做勻速運(yùn)動(dòng)，不受力，位移也增加，故B錯(cuò)誤；力的作用是相互的，施力物體和受力物體受到的力是同時(shí)產(chǎn)生的，沒(méi)有前后之分，施力物體同時(shí)也是受力物體，C、D錯(cuò)誤．答案A力的表示方法2．如圖311所示，壓縮彈簧對(duì)拇指的彈力15N，作出拇指受力的圖示．圖311解析當(dāng)拇指按壓彈簧時(shí)，拇指會(huì)受到彈簧的彈力，由題意知其大小為F＝15N，方向水平向右；那么力的作用點(diǎn)可畫(huà)在拇指和彈簧的接觸處，過(guò)力的作用點(diǎn)向右畫(huà)一條線段，截取和標(biāo)度相等的三段；在線段的末端標(biāo)出箭頭和力的大?。缦聢D：答案見(jiàn)解析3．如圖312所示，小球懸掛在細(xì)線下來(lái)回?fù)u擺．請(qǐng)作出小球在圖示位置時(shí)，所受沿繩子方向的拉力F和重力G的示意圖．圖312解析繩子的拉力作用在小球上，方向沿繩子向上．過(guò)球心作豎直向下的重力和沿繩子斜向上的拉力．如圖所示：答案見(jiàn)解析對(duì)重力及重心的理解4．如圖313所示，一個(gè)被吊著的均勻球殼，其內(nèi)部注滿了水，在球的底部有一帶閥門(mén)的細(xì)出水口．在打開(kāi)閥門(mén)讓水漸漸流出的過(guò)程中，球殼與其中的水的共同重心將會(huì)()圖313A．始終下降B．始終不變C．先下降后上升D．先上升后下降解析在注滿水時(shí)，球殼和水的共同重心在球心，隨著水的流出，球殼的重心不變，但水的重心下降，二者共同的重心在下降，當(dāng)水流完時(shí)，重心又回到球心，故C正確．答案C5．(2021～2022江蘇高一期中)下列關(guān)于重力的說(shuō)法中正確的是()A．自由下落的石塊速度越來(lái)越大，說(shuō)明石塊所受的重力越來(lái)越大B．拋出的石塊軌跡是曲線，說(shuō)明石塊所受的重力的方向在轉(zhuǎn)變C．物體受到的重力的大小和方向與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)D．物體所受重力的方向肯定豎直向下解析物體受到的重力的大小與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，所以石塊受到的重力大小不變，A、B錯(cuò)；重力的方向始終是豎直向下的，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，C、D正確，故選C、D.答案CD(時(shí)間：60分鐘)題型一對(duì)力的概念的理解1．下列說(shuō)法正確的是()A．拳擊手一拳擊出，沒(méi)有擊中對(duì)方，這時(shí)只有施力物體，沒(méi)有受力物體B．力離不開(kāi)受力物體，但可以沒(méi)有施力物體．例如：向上拋出的小球在上升過(guò)程中受到向上的力，但找不到施力物體C．一個(gè)力必定聯(lián)系著兩個(gè)物體，其中任意一個(gè)物體既是受力物體，又是施力物體D．只要兩個(gè)力的大小相等，它們產(chǎn)生的效果肯定相同解析拳擊手一拳擊出，沒(méi)有擊中對(duì)方，表明拳擊手對(duì)對(duì)方?jīng)]有施力，沒(méi)有力當(dāng)然談不上施力物體和受力物體，A錯(cuò)；力是相互的，受力物體受到的力必定是施力物體施加的，必需有施力物體，B錯(cuò)；依據(jù)力的相互性知C正確．力的作用效果不僅與力的大小有關(guān)，還與力的方向和作用點(diǎn)的位置有關(guān)，D錯(cuò)誤．答案C2．在世界壯漢大賽上有拉汽車(chē)前進(jìn)的一項(xiàng)競(jìng)賽，如圖314是某壯漢正通過(guò)繩索拉汽車(chē)運(yùn)動(dòng)．則汽車(chē)所受拉力的施力物體和受力物體分別是()圖314A．壯漢、汽車(chē)B．壯漢、繩索C．繩索、汽車(chē)D．汽車(chē)、繩索解析要爭(zhēng)辯的是汽車(chē)，直接對(duì)汽車(chē)產(chǎn)生拉力的是繩索而不是壯漢，汽車(chē)所受拉力是繩索和汽車(chē)之間的相互作用，故其施力物體是繩索，受力物體是汽車(chē)．答案C3．北京時(shí)間2021年11月30日晚，WBC迷你輕量級(jí)拳王熊朝忠的其次場(chǎng)衛(wèi)冕戰(zhàn)在他的家鄉(xiāng)云南文山州馬關(guān)縣開(kāi)打．競(jìng)賽進(jìn)行到第5回合，優(yōu)勢(shì)巨大的熊朝忠KO泰國(guó)拳手盧克拉克，成功衛(wèi)冕WBC迷你輕量級(jí)拳王金腰帶．當(dāng)熊朝忠用拳擊中對(duì)手時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()圖315A．熊朝忠沒(méi)有受到力的作用B．熊朝忠也受到了力的作用C．雙方既是受力者，也是施力者D．對(duì)手只能是受力者解析力是相互的，相互作用的兩個(gè)物體，推斷誰(shuí)為施力物體，誰(shuí)為受力物體時(shí)，是由爭(zhēng)辯對(duì)象打算的，即爭(zhēng)辯對(duì)象為受力物體，另一個(gè)就是施力物體，在沒(méi)有確定爭(zhēng)辯對(duì)象的狀況下，雙方既是施力物體，同時(shí)也是受力物體．答案BC4．關(guān)于四種基本相互作用的說(shuō)法正確的是()A．萬(wàn)有引力只發(fā)生在天體與天體之間，質(zhì)量小的物體(如人與人)之間無(wú)萬(wàn)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．弱相互作用就是格外小的物體間的相互作用D．電磁相互作用是不需要相互接觸就能起作用的解析不論大小，任何物體間均有萬(wàn)有引力，A錯(cuò)；強(qiáng)相互作用發(fā)生在原子核內(nèi)部核子之間，而弱相互作用發(fā)生在放射現(xiàn)象中，不是小物體之間，故B、C錯(cuò)；電磁相互作用即電荷之間的相互作用、磁體之間的相互作用，是不需要相互接觸就能起作用的，故D對(duì)．答案D題型二對(duì)重力及重心的理解5．(2021～2022黑龍江高一期中)下列說(shuō)法正確的是()A．重力是物體的固有屬性，不隨位置而轉(zhuǎn)變B．外形規(guī)章的物體的重心，不肯定在它的幾何中心上C．物體放在斜面上，物體所受重力的方向垂直指向斜面D．物體對(duì)水平支持面壓力的大小總是等于物體的重力解析重力是地球?qū)ξ矬w吸引產(chǎn)生的，不是物體的固有屬性，A錯(cuò)誤；只有質(zhì)量分布均勻，外形規(guī)章的物體的重心才在它的幾何中心上，假如質(zhì)量分布不均勻，則不肯定在幾何中心，B正確；重力的方向總是豎直向下，C錯(cuò)誤；當(dāng)在物體上施加一個(gè)豎直向下的力，則此時(shí)對(duì)水平面的壓力等于重力與施加力之和，D錯(cuò)誤；故選B.答案B6．跳高運(yùn)動(dòng)員在如圖所示的四種過(guò)桿姿勢(shì)中，重心最能接近甚至低于橫桿的是()解析四種過(guò)桿姿勢(shì)中，前三種過(guò)桿時(shí)重心均在橫桿之上，而背越式過(guò)桿時(shí)，頭、軀干、腿依次過(guò)桿，身體的大部分與桿接近，甚至低于桿．答案D7．關(guān)于重力的大小和方向，下列說(shuō)法中正確的是()A．在地球上方的物體都要受到重力作用，所受的重力與它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，也不管是否存在其他力的作用B．在地球各處的重力方向都是相同的C．向上運(yùn)動(dòng)的物體所受重力可能小于向下運(yùn)動(dòng)的同一物體所受重力D．對(duì)某一物體而言，其重力的大小總是一個(gè)恒量，不因物體從赤道移到南極而變化解析在地球上方的物體都要受到重力作用，所受的重力與它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，與是否受其他力也無(wú)關(guān)，故A正確，C錯(cuò)誤．物體的重力大小在同一地點(diǎn)是恒定的，不同地點(diǎn)可能是變化的，比如在地球上不同的高度或不同的緯度同一物體的重力不同．故B、D錯(cuò)誤．故選A.答案A8．(2021～2022河北高一期中)下列說(shuō)法中正確的是()A．重力就是地球?qū)ξ矬w的吸引力，重力的方向總是豎直向下的B．物體落向地面時(shí)，它受到的重力大小小于它靜止時(shí)受到的重力大小C．力的三要素不同，力的作用效果可能不同D．假如物體有幾何中心，則該幾何中心就是重心位置解析重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，重力并不等于地球的吸引力，A錯(cuò)；物體所受的重力只與物體的質(zhì)量和和重力加速度有關(guān)，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，B錯(cuò)；力的作用效果由力的三要素共同打算，故C正確；物體的重心位置與物體外形和質(zhì)量分布狀況有關(guān)，不肯定在物體的幾何中心，故D錯(cuò)．答案C9．一人站在體重計(jì)上稱(chēng)體重，保持立正姿勢(shì)時(shí)稱(chēng)得體重為G，當(dāng)其緩慢地將一條腿平直伸出臺(tái)面，體重計(jì)指針?lè)€(wěn)定后讀數(shù)為G′，則()圖316A．G>G′B．G<G′C．G＝G′D．無(wú)法推斷解析人平直伸出腿后，身體重心所在的豎直直線必需過(guò)與臺(tái)面接觸的腳，由二力平衡的條件可知，人對(duì)體重計(jì)的壓力的大小仍等于重力，所以?xún)纱问緮?shù)應(yīng)相同，C正確．答案C題型三力的表示方法10．下圖317中表示的是小車(chē)所受外力F的圖示，所選標(biāo)度都相同，則對(duì)于小車(chē)的運(yùn)動(dòng)，作用效果相同的是()圖317A．F1和F2B．F1和F4C．F1和F3、F4D．都不相同解析推斷作用效果是否相同，應(yīng)從力的三要素，即大小、方向和作用點(diǎn)去考慮，三要素相同則作用效果相同，而力沿其作用線平移時(shí)作用效果不變，B正確．答案B11．在圖318甲中木箱的P點(diǎn)，用與水平方向成30°角斜向右上方的150N的力拉木箱；在圖乙中木塊的Q點(diǎn)，用與豎直方向成60°角斜向上的20N的力把木塊抵在墻壁上，試作出甲、乙兩圖中所給力的圖示．圖318答案如圖所示12．如圖319所示，各物體的質(zhì)量相等且都處于靜