高中一年级必修一重力及基本相互作用讲义.docx

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高中一年级必修一重力及基本相互作用讲义

1、教学目标

1、明确力的概念

2、知道重力和重心的概念

3、掌握力的示意图，会画力的示意图

4、了解四种基本相互作用

2、重难点

1、力是物体间的相互作用

3、重力

3、知识点梳理

1、力和力的图示

（1）力的概念及效果

①定义:

力是物体与物体之间的相互作用.

②力的作用效果的比较

项目

静力效果——形变

动力效果——运动状态改变

示例

概述

形变：

物体的形状或体积的改变，如：

拉伸、压缩、扭转等

运动状态改变：

物体的速度变了，如：

速度大小改变或方向改变

（2）力的性质

力的物质性

力是物体对物体的作用，力不能离开物体而独立存在，每个力的产生必须同时联系两个物体，即施力物体和受力物体

力的相互性

物体之间力的作用是相互的，施力物体同时也是受力物体，受力物体同时也是施力物体，力总是成对出现的，且物体间的这一对力总是同时产生，同时消失，同时变化，不存在先后关系

力的矢量性

力是矢量，不仅有大小，而且有方向

力的独立性

一个物体可受到多个力作用，每个力都独立地产生作用

【注意】

①并非有生命的物体才是施力物体，也并非先有施力物体后有受力物体。

②力是物体间的相互作用.不存在只有施力物体而没有受力物体，或者只有受力物体而没有施力物体的力，所以，在分析某一物体受力时，一定要搞清楚物体所受各力的来源，不可“无中生有”.

③力的作用产生并不一定要直接接触，譬如地球与物体之间的引力、电荷与电荷之间的作用力、磁极与磁极之间的作用力。

都不需要直接接触，它们是通过“场”产竹相互作用的.

（3）力的大小

①力的大小可用测力计（弹簧测力计）测量.

②力的单位:

在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号N.

（4）力的图示和力的示意图

项目

力的图示

力的示意图

定义

为了更形象、直观地表达力，可以用一根带箭头的线段表示力的大小、方向和作用点，这种表示力的方法叫做力的图示

只画出力的方向和作用点表示物体在这个方向受到了力，这种粗略表示力的方法，叫做力的示意图

步骤

①选定标度（用一定长度的线段表示多少牛的力）

②从作用点开始沿力的方向，画一线段，根据选定的标度和力的大小按比例确定线段的长度

③在线段的末端标出箭头表示力的方向

①从作用点开始沿力的方向画一适当长度的线段

②在线段的末端标出箭头表示力的方向（不需选定标度）

【注意】

标度长度适宜，以防线段过长或过短（力的图示上刻度不能过少，也不能过密，要便于作图计算），一般情况下，线段应取2～5段；一般标度大小应是所画力的图示1/n，n为除1以外的正整数

（5）力的分类

按性质

按效果

举例

重力、弹力、摩擦力等

拉力、压力、动力、阻力等

联系

（1）根据效果命名时，不同名称的力，性质可能相同，如:

物体上升时，重力为阻力；物体下降时，重力为动力；

（2）同一性质的力，效果可能不同，如:

摩擦力可以是动力.也可以是阻力

2、重力

（1）定义:

由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力.

【说明】①在地球附近的一切物体都受到重力作用；

②重力是由于地球的吸引而产生的，在通常情况下，重力的大小小等于地球对物体的吸引力；

③重力是非接触力；

④重力的施力物体是地球；

⑤物体所受的重力与物体所处的运动状态以及是否受其他力无关。

（2）大小

重力的大小与质量的关系是G=mg。

g为我们前面学过的重力加速度，通常g取9.8N/kg，即1kg物体受到的重力为9.8N

【注意】

①由于g随地球上的纬度及海拔高度的变化而变化，所以同一质量的物体在不同地点重力不同；

②在同一地点，物体受到的重力与其质量成正比；

③重力和质量的关系辨析如下

项目

质量

重力

不同

性质

物体本身的一种属性

由于地球的吸引而使物体受到的力

变化情况

不随地理位置的变化而发生变化

随着地理位置的变化而变化

测量工具

天平（杠杆原理）

测力计（二力平衡原理）

标矢量

标量

矢量

联系

联系

G=mg

在实验室里，重力的大小可以用测力计测量;工业上用电子吊秤和电子地秤称更重的物体.

测量原理：

在平衡状态时，物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力大小等于物体受到的重力。

【注意】

静止时物体对测力计的拉力等于物体受到的重力，但不能说物体对测力计的拉力就是物体受到的重力，这两个力不是同一个力，它们的施力物体和受力物体均不同.

（3）重力的方向：

物体所受重力的方向总是竖直向下的。

【注意】

竖直向下也就是沿重垂线的方向，不能将竖直向下说成“垂直向下”，也不能说成“指向地心”。

“竖直向下”是指垂直于当地的水平面向下，而“垂直向下”可以指垂直于任何支持面向下。

只有在两极或赤道时，重力的方向才“指向地心”。

（4）重心

①重心的概念:

一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分所受重力的作用都集中于一点，这一点叫做物体的重心。

引入重心的概念后，研究具体的物体时，可以把整个物体各部分的重力用作用于重心的一个力来表示，于是原来的一个物体就可以用一个有质量的点来表示。

②重心的确定

A、质量分布均匀的物体，重心位置只跟物体的形状有关。

若物体的形状是规则的，重心在其几何中心上.

B、质量分布不均匀的物体，重心位置除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布情况有关。

如:

起重机重心位置随吊升货物的多少和位置的变化而变化。

【注意】

①重心不是最重的点。

各部分所受重力的效果，与只在重心处受到各部分重力的合力是等效的，因此可以认为物体各部分所受重力集中于重心.但实际上物体的各部分都受重力，重力并不只作用于重心上，重心也不是物体上最重的点。

②物体的重心可以不在物体上。

由于重心是一个等效作用点，它就可以不在物体上.例如:

质量分布均匀的球壳，其重心在球心，并不在壳体上.

3、四种基本相互作用

近代物理确认各种物质之间的基本的相互作用可归结为四种：

引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用，近代物理的观点倾向于认为四种基本相互作用是统一的，物理学家正在为建立大统一理论、超统一理论而努力.

万有引力

电磁相互作用

强相互作用

弱相互作用

概

念

及

特

点

一切物体间存在的相互吸引的作用.万有引力把行星和恒星聚在一起组成太阳系、银河系和其他星系.地面物体所受的重力是万有引力在地球表面附近的一种表现

电荷之间的相互作用和磁体之间的相互作用，本质上是一种相互作用的不同表现.所有接触力（常见的弹力、摩擦力）都是电磁相互作用的宏观表现

能使原子核保持在一起的强大作用力

放射现象中起作用的基本相互作用

作用范围

都是长程力，从理论上说，它们的作用范围是无限的.在宏观世界里显示作用

都是短程力，作用范围在原子核尺度内，约10-15m，距离增大时，强度急剧减小

强弱比较

四种相互作用按强度排列的次序是:

强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、万有引力

4、怎样分析一个力是否存在

分析一个力是否存在，可从以下几个方面去分析:

（1）力是不能离开物体而独立存在的，即没有物体，就谈不上力的作用.

（2）只有一个物体谈不上力的作用.有力的作用就必须有施力物体和受力物体，不存在只有施力物体而没有受力物体的力，也不存在只有受力物体而没有施力物体的力.而且受力物体所受力的施力物体不可能是它自身.

（3）力是直接产生于施力物体和受力物体之间的，不需要第三个物体传递。

（4）力的作用足相互的，施力物体对受力物体有力的作用的同时，也受到受力物体对它的反作用力，因此力总是成对出现的，且施力物体也必定同时是受力物体.

如人推小车时，对小车而言，受到人的推力，虽然小车是研究对象，是受力物体，人是施力物体；但对人而言，人也受小车的推力，此时人是受力物体，小车是施力物体。

可见，一个物体是受力物体还是施力物体，是不确定的.当选取某物体为研究对象时，这个物体就一定是受力物体，其他物体就是施力物体.并非有生命的物体才是施力物体，也并非先有施力物体，后有受力物体.

我们知道力是物体间的相互作用，即物体A对物体B施加力的作用的同时，必然受到B对A的作用力.对于A对B施加的作用力来说，A是施力物体,B是受力物体，而对B施加于A的力来说，B是施力物体，A是受力物体，所以说施力物体同时也一定是受力物体，例如，人站在地面上，人对地面施加了压力，人是施力物体，地面是受力物体；地面同时对人施加了支持力，地面是施力物体，而人是受力物体，

5、特殊物体重心确定的方法

原理：

二力平衡时，两个力等大反向.

方法一:

（支撑法）

轴对称的碗、碟等，它们的重心在中垂线上，它们的重心可用二力平衡的方法找到，用一个手指将碟子挑起静止，即可找到其重心。

方法二:

（悬挂法）

6、有关力和重力问题的讨论和扩展

（1）重力的定义可以迁移到其他星球上，如由于月球对物体的吸引而产生的力叫月球上的重力.物体在月球上的自由落体运动规律类似于地球上的自由落体运动.

（2）人造地球卫星都是通过运载火箭升空的，运载火箭升空时要受到推力作用，这个推力的施力物体是什么?

火箭向下喷出燃烧产生的气体，气体反作用于火箭，故这个推力的施力物体是气体.

（3）试说明为什么“背越式”跳高优越于“跨越式”跳高?

因为“跨越式”跳高越过横杆时，人的重心在杆之上较多，而“背越式”跳高越过横杆时，人成一个“反弓形”，人的重心在杆的下边，同一高度的杆，用“背越式”更容易越过，故同一个人采用“背越式”时成绩优越于“跨越式”时的成绩。

（4）地球的表面积约为5.1x1018m2，你能估算地球大气层的总重量吗?

为什么大气能聚集在地球表面附近？

能.总重量G=P0S,P0为大气压强，S为地球的表面积.大气受到地球的吸引〔或因重力的原因）而聚集在地球表面附近.

4、典型例题

【例1】下列关于力的作用效果的叙述正确的是（ABC）.

A、物体的运动状态发生改变必定是物体受到力的作用

B、物体的运动状态没有发生改变，物体也可能受到力的作用

C、力的作用效果不仅取决于力的大小和方向，还与力的作用点有关

D、力作用在物体上，必定同时出现形变和运动状态的改变

【解析】力的作用效果是使物体的运动状态发生改变或者使物体发生形变，如果物体的运动状态没有发生改变或者物体没有发生形变，力不一定不存在.而力的作用效果除了和力的大小与方向有关外，还和力的作用点有关，同时力的两种作用效果可能同时存在，也可能单独存在.因此，选项A、B、C正确.

【例2】下列说法中正确的是（D）.

A、甲打乙一拳，乙感到痛，而甲未感觉到痛，说明甲对乙施加了力，而乙未对甲施加力

B、“风吹草动”，草受到了力，但没有施力物体，说明没有施力物体的力也是存在的

C、磁铁吸引铁钉时，磁铁不需要与铁钉接触，说明力可以脱离物体而存在

D、网球运动员用力击球，网球受力飞出后，网球受力的施力物体不再是人

【解析】本题考查时力的概念的理解，关健是明确力的作用是相互的，甲对乙施力的同时，乙对甲也施力，只不过甲的“拳头”比乙“被打的部位”——如肚子、胸部，更能承受打击罢了，所

以乙感到痛而甲未感到痛，故A错;“风吹草动”的施力物体是空气，故B错；力不可以离开物体而存在，磁场离不开磁铁，故C错；网球飞出后受重力和阻力，施力物体是地球和空气，而不再是人，故D正确。

【例3】下列说法中正确的是（D）.

A、射出枪口的子弹，能打很远的距离，是因为子弹离开枪口后受到一个推力作用

B、甲用力把乙推倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用

C、只有有生命或有动力的物体才会施力，无生命或无动力的物体只会受到力，不会施力

D、任何一个物体，一定既是受力物体，也是施力物体

【解析】子弹在枪管内受到火药爆炸所产生的强大推力，使子弹离开枪口时有很大的速度，但子弹离开枪口以后，只受重力和空气阻力作用，并没有一个所谓的推力，因为不可能找到这个“推力”的施力物体，故不存在，所以A错;物体间力的作用总是相互的，甲推乙的同时乙也推甲，故说法B错;不论物体是否有生命或是否有动力，它们受到别的物体作用时，都会施力，如马拉车时，车也拉马;书向下压桌子，桌子也向上推书。

故C错;由于自然界中的物体都是相互联系的，找不到一个孤立的、不受其他物体作用的物体，所以每一个物体既是受力物体，又是施力物体，故D说法正确。

【点评】本题易混淆的是选项C，实际上，力的作用的确有主动、被动之分.如手拉一根绳子，手对绳施加的拉力是主动的，但同时绳也施加一拉力作用于手，这一因果关系不能错误理解为绳不会对手施力.

【例4】关于重力，下列说法正确的是（CD）.

A、重力就是地球对物体的吸引力，其方向必定指向地心

B、重力的大小可以用弹簧测力计或杆秤直接测出

C、质量大的物体所受重力可能比质量小的物体所受重力小

D、物体对悬绳的拉力或对支撑面的压力的大小可以不等于重力

【解析】重力产生的原因是由于地球对物体的吸引，但通常情况下重力只是地球对物体的吸引的一部分，重力的方向竖直向下但并不一定指向地心，所以A选项错误;杆秤称童的是物体的质量而非重力，B选项也错误;由公式G=mg可知，重力的小由质量m和g值共同决定，由于在不同的地球位置g值不同，因此质量大的物体与质量小的物体在不同的地球位置处因g值的差异有可能质量大的物体所受重力反而小，选项C正确;用一根悬绳吊起一个物体，当物体静止时对该竖直悬绳的拉力大小才等于物体的重力，当物体摆起来时对该悬绳的拉力大小不等于物体的重力;把物体静止于一水平支承物上，物体时该水平支承物的压力大小才等于物体的重力，物体静止于料面上，物体对该支承料面的压力大小就不等于物体的重力故正确答案为C,D.

【点评】透彻地理解和准确把握概念的内涵和外延，是正确解题的前提，时概念性选择题的解答，要仔细审题，逐项进行推理判断，抓住一些关键词语如“一定”“可能”“可以”等从正面或反面作出肯定或否定判断是解题常用的方法.

【例5】如图3-1-4所示，一饮料杯装满水，被子的底部有一小孔，在水从小孔不断流出的过程中，杯同杯中水的共同重心将（D）

A、一直下降B、一直上升

C、先升后降D、现降后生

【解析】水杯的重心位置是不变的，水不断流出，则水的重心不断下降，故整体的重心在不断下降，降到一定位置后又会上升.也可用极限思维法来研究：

设想水流尽，则整体的重心就是杯的重心，故共下重心是先降后升，所以选项D正确.

5、课堂练习

1、物体A对物体B的压力是20N,如下图所示，试画出这个力的图示。

2、足球运动员已将足球踢向空中，如图下图所示，在描述足球在向斜上方飞行过程中某时刻的受力图中，正确的是（G为重力，F为脚对球的作用力,f为空气阻力）（B）.

3、质量为2kg的物体被一根细绳悬吊在天花板下静止（g取9.8N/kg）则以下说法正确的是（A）.

A、物体重力大小等于19.6N

B、物体对绳的拉力与物体重力的大小、方向均相同，所以它们是同一个力

C、剪断细绳后，物体不受任何力的作用

D、物体的各部分中，只有重心处受重力

4、下面关于重力加速度的说法正确的是（AC）.

A、从教学楼的同一高度，同时释放一大一小两个实心钥球，二者同时落地，说明二者运动的加速度相同，加速度就是此处的重力加速度

B、在地球上所有的地方，重力加速度g的值都是相同的

C、郑州的重力加速度是9.79m/s2，说明在郑州做自由落体运动的物体速度每秒增加9.79m/s

D、郑州和纽约的重力加速度的方向相同

5、关于四种基本相互作用，以下说法中正确的是（D）.

A、万有引力只发生在天体与天体之间，质量小的物体（人与人）之间无万有引力

B、强相互作用只发生在宇宙天体等宏观物体之间

C、弱相互作用就是非常小的物体间的相互作用

D、电磁相互作用不需要相互接触就能起作用

6、下列词语所隐含的物理现象，可用牛顿理论中力的概念和规律来解释的是（C）.

①滴水石穿②铁杵成针③水中望月④逆风扬帆⑤光阴飞逝

A.①②③B.③④⑤C.①②④D.①③⑤

7、下列说法正确的是（D）.

A.拳击手一拳击出，没有击中对方，这时只有施力物体，没有受力物体

B.运动员将足球踢出，球在空中飞行是因为球受到一个向前的推力

C.甲用力把乙推倒，说明只是甲对乙有力，而乙对甲没有力

D.两个物体发生相互作用不一定相互接触

6、课后作业

1、关于地面上物体的重力，下列说法正确的是（）

A只有静止时，物体才受重力

B.物体对地面的压力就是物体的重力

C.弹簧测力计和杆秤都能称量物体的重力大小

D.同一地点，物体的重力与其质量成正比

2、用弹簧测力计竖直悬挂一个静止的小球，下面说法正确的是（）

A‘小球对弹簧测力计的拉力就是小球的重力

B.小球对弹簧测力计的拉力大小等于小球的重力大小

C.小球的重力的施力物体是弹簧测力计

D，小球的重力的施力物体是地球

3、下列说法中不正确的是（）

A.甲用力把乙推倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用

B.只有有生命或有动力的物体才会施力，无生命或无动力的物体只受到力，不会施力

C.两个物体发生相互作用不一定相互接触

D，小说《水浒》中的花和尚鲁智深是一位“大力士”，是说他有很大的力

4、物体竖直悬挂在弹簧测力计下静止时，示数为29.4N，则用天平测此物体质量时，示数为多少?

当弹簧测力计拉着物体向上匀速运动时对物体所受的拉力而言，指出施力物体和受力物体，此时弹簧测力计的示数是多少?

（g取9.8N/kg）

5、关于重心，下列说法正确的是（）

A、重心就是物体内最重的一点

B、物体发生形变时，其重心位置一定不变

C、物体升高时，其重心在空中的位置一定不变

D、采用背越式跳高的运动员在越过横杆时，其重心位置可能在横杆之下

6、在下表中，分别表示了A、B、C、D四个力的图示.其中正确的是（）

A、重3N的电灯受到灯绳的拉力

B、静止在空中重力是2sD0N的气球受到的重力

C、铁锤对道钉竖直向下的大小为2.Ox103N的打击力

D、重5N的书对桌面的压力

7、蚂蚁可称为“六脚大力士”一只质量约为5mg的蚂蚁，能举起质量是它自身体重20倍的树叶，蚂蚁对这个树叶的支持力约是多大?

如果到了月球上举树叶，那么蚂蚁能举起多少千克的树叶?

（已知在月球上的重力加速度是地球上重力加速度的六分之一）

8、运输货车的制造标准是:

当货车侧立在倾角为30°的斜坡上时，如图3-1-6所示仍不至于翻倒.也就是说，货车受到重力的作用仍落在货车的支持面（以车轮为顶点构成的平面范围）以内，如果车轮间的距离为2.0m，车身的重心不能高出地面多少米?

（设车的重心在如图3-1-6所示的中轴线上）