第3章 第1节 重力与重心（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（鲁科版2019）

第1节　重力与重心 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道力是物体间的相互作用． 2．知道重力产生的原因、大小和方向．会测量物体重力的大小．会画力的图示和示意图． 3．知道重心的概念、物体的重心位置与什么有关． 通过重心概念的建立初步体会等效替代的思想，形成由具体实物到物理模型的科学思维习惯． 通过实例分析，了解重力在生产和生活中的应用，体会物理学与生产、生活的紧密联系．培养学习物理的兴趣，养成实事求是的科学态度． 知识点一 力的描述 1.力的定义：物体和物体之间的相互作用． 2．力的作用效果：使物体的形状、运动状态发生改变． 3．力的单位：力的单位是牛顿，简称牛，符号N． 4．力的矢量性：力是既有大小又有方向的矢量． 5．力的图示：可以用一条带箭头的线段表示力．线段的长短表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，箭头(或箭尾)所在的位置表示力的作用点，线段所在的直线叫作力的作用线． 6．力的示意图：只画出带箭头的线段来表示力，箭头表示力的方向，对线段的长度没有严格要求． 1．每个力都必有施力物体和受力物体．(　√　) 2．网球运动员用球拍击球，对网球施力的物体是运动员．(　×　) 3．两个力的大小都是5 N，则这两个力一定相同．(　×　) 知识点二 重力及其测量 1.重力 (1)定义：由于地球的吸引而使物体受到的力． (2)重力的大小：可用公式G＝mg计算得出，式中g是比例系数，g＝9.8 N/kg. (3)重力的方向：总是竖直向下． 2．重力的测量：重力的大小可以用弹簧测力计测出．测量时物体必须保持静止，这样测力计的示数就等于物体所受重力的大小． 1．重力的施力物体是地球．(　√　) 2．只有运动的物体才受重力．(　×　) 3．重力的方向总是垂直接触面向下．(　×　) 4．重力就是地球对物体的吸引力，其方向必定指向地心．(　×　) 5．重力的大小不是总等于弹簧测力计竖直时对物体的拉力．(　√　) 知识点三 物体的重心 1.重心：物体的各组成部分都受重力作用，从效果上看，可认为各部分所受到的重力集中作用于一个点上，我们把这个点视为重力的等效作用点，称为物体的重心． 2．决定物体重心位置的因素 (1)物体的形状． (2)物体的质量分布． 3．确定物体重心的方法 (1)形状规则、质量分布均匀的物体，重心在其几何中心上． (2)对不规则的细棒和薄板，可用支撑法或悬挂法确定其重心． 4．物体重心与稳定的关系：重心越高，物体的稳定性越差；重心越低，物体的稳定性越好． 1．重心是物体的各部分所受重力的等效作用点．(　√　) 2．重心就是物体上最重的一点．(　×　) 3．重心就是物体的几何中心．(　×　) 4．直铁丝被折弯后，重心便不在中点，但一定还在铁丝上．(　×　) 探究点一　力的描述　(运动观念之形成) ►情境探究 用很大的力踢足球，脚的感受怎样，分析原因？从这个日常生活的例子我们可以看出，对应一个力有几个物体呢？球所受到的力是谁给它的呢？ 提示：当用力踢球时，球飞了，脚也会感觉疼，说明脚施力的同时，也受了力，即脚和球的作用是相互的．一个力必须对应两个物体，即施力物体和受力物体．研究球所受到的力时，球是受力物体，脚是施力物体． ►探究归纳 物质性 (1)力是物体对物体的作用，没有脱离物体而独立存在的力 (2)对于一个指定的力，一定同时存在受力物体和施力物体 相互性 (1)物体之间力的作用是相互的．只要一个物体对另一个物体施加了力，那么另一个物体也一定同时对这个物体施加了力 (2)力总是成对出现的．施力物体同时又是受力物体，受力物体同时又是施力物体 矢量性 力不仅有大小，而且有方向，是矢量 独立性 任何一个力都独立地产生作用效果，使物体发生形变或使物体运动状态改变 1.力的作用效果 (1) (2)力的作用效果与力的大小、方向、作用点都有关系． (3)分析力的作用效果是判断物体是否受力的最基本方法． 2．力的图示与力的示意图的画法 作图步骤 力的图示 力的示意图 选标度 选定标度(用某一长度表示一定大小的力) 画线段 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长度 从作用点开始沿力的方向画一适当长度线段 标方向 在线段的末端标出箭头，表示方向 在线段的末端标出箭头，表示方向 ►对点例练 (2021·湖南省长沙县第九中学高一期末)下列说法正确的是(　　) A．甲用力把乙推倒而自己不倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用 B．只有直接接触的物体间才有力的作用 C．只有运动的物体才会受到力的作用 D．找不到施力物体的力是不存在的 D　解析：物体间力的作用是相互的，甲用力把乙推倒而自己不倒，说明甲对乙有力的作用，同时乙对甲也有力的作用，A错误；力是物体间的相互作用，有力作用的物体间不一定直接接触，如两个磁铁间不直接接触就有力的作用，C错误；物体是否受力与是否运动没有关系，静止的物体也可以受到力的作用，C错误；力是物体对物体的作用，找不到施力物体的力是不存在的，D正确．故选D． [训练1] (多选)(2021·宁县第二中学高一期末)一个重20 N的物体沿着斜面下滑，在下图中关于物体受到的重力的图示正确的是(　　) A．　　　　 B． C． D． AD　解析：画重力的图示关键点，在于方向，作用点，还有就是力的大小用标度表示出来．重力方向竖直向下．故选AD． 探究点二　重力与重心　(运动观念之形成) ►情境探究 跳高是一项比较传统的运动项目，是运动员征服高度的运动项目，是人类不屈不挠、勇攀高峰的象征．跳高姿势一般有下面四种： 滚式　　　　跨越式　　　　剪式　　　　背越式 探究：(1)在同样都是跳过相同高度时，这四种姿势中哪一个重心最低？ (2)他们的重心一定在人体上吗？ 提示：(1)背越式重心最低． (2)重心不一定在人体上．例如背越式重心在横杆以下，即不在人体上． ►探究归纳 1．重力的大小和方向 (1)在同一地点，重力的大小与质量成正比． (2)在不同地点，某一物体的重力的大小与物体所处的纬度位置有关，在纬度越高的位置，所受重力越大；其重力的大小还与物体的海拔高度有关，在同一地点，位置越高，重力越小． (3)重力的大小与物体的运动状态无关，与物体是否受其他力无关． (4)重力的方向总是竖直向下，竖直向下不是垂直于支撑面向下，也不是指向地心． 2．重力的测量 (1)在实验室里，重力的大小可以用弹簧测力计测出．物体静止时弹簧测力计的拉力的大小等于物体受到的重力． (2)用弹簧测力计测量重力时，物体必须保持静止或匀速直线运动状态． 3．对重心的理解 (1)重心的意义：重心是物体所受重力的作用点，任何物体都有重心，且只有一个重心． (2)重心的位置 ①质量分布均匀的物体，重心位置只跟物体的形状有关． 若物体的形状是中心对称的，对称中心就是重心．如：我们用的直尺、铅球、魔方等实心物体，以及篮球、排球等空心物体，它们的重心都在几何中心． 而轴对称的碗、碟等，它们的重心在对称轴上．它们的重心可用二力平衡的方法找到． ②质量分布不均匀的物体，重心的位置由物体的形状和质量分布共同决定，可以用“支撑法”或“悬挂法”确定． ③当要确定一个由几个规则形状物体(质量分布均匀)组成的系统的重心时，可以先把这个系统分成几个具有规则形状的部分，把这几个规则形状部分的重心都找出来(由于质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心处，因此很容易找到)，再确定整个系统重心的位置． 4．重心与稳定 (1)物体的稳定程度与物体重心的高低和物体底面积的大小有关系．物体的重心越低，物体的底面积越大，则物体越稳定． (2)物体倾倒的条件：作用在物体重心上的重力的作用线落在它的支持底面外侧时，物体将会自然倾倒．若要使物体不倾倒，应使作用在物体重心上的重力的作用线落在支持底面之内． ►对点例练 (2021·广西桂林高一期末)关于重力，下列说法中正确的是(　　) A．重心就是物体的几何中心 B．可以用悬挂法确定形状不规则薄板的重心 C．只有静止在地面上的物体才会受到重力 D．质量大的物体受到的重力一定比质量小的物体受到的重力大 B　解析：重心只是重力的等效作用点，只有形状规则，质量分布均匀的物体，其重心才在几何中心上，故A错误；根据重力的方向是竖直向下的和二力平衡的条件，可以用悬挂法确定形状不规则薄板的重心，故B正确；重力是由于地球的吸引而产生的，方向竖直向下，与物体运动状态无关，故C错误；根据G＝mg，可知重力的大小与质量以及所处位置的重力加速度有关，若在不同位置，质量大的物体不一定比质量小的物体重力大，故D错误．故选B． [训练2] 关于重心及重力，下列说法中正确的是(　　) A．物体的形状改变后，其重心位置一定不会改变 B．重心可能在物体上，也可能在物体外 C．当物体静止在斜面上时，其重力方向垂直于斜面向下 D．一个物体放于水中称量时弹簧测力计的示数小于物体在空气中称量时弹簧测力计的示数，因此物体在水中受到的重力小于在空气中受到的重力 B　解析：物体的形状改变后，其重心位置可能会改变也可能不改变，如一个正方形铁丝变为圆形铁丝，重心一直在中心处，选项A错误；重心可能在物体上，也可能在物体外，选项B正确；当物体静止在斜面上时，其重力方向竖直向下，选项C错误；一个物体放于水中称量时弹簧测力计的示数小于物体在空气中称量时弹簧测力计的示数，这是因为物体在水中受到水的向上的浮力作用，所以弹簧秤的读数小，并不是物体在水中受到的重力小于在空气中受到的重力，选项D错误．故选B． 探究点三　解决实际问题　(科学态度与责任) [训练3] (生活情境)(2021·浙江宁波高一期末)如图所示，某同学将浙江省地图附在均匀薄泡沫塑料板上，并沿边界线剪下，利用悬挂法测得浙江省地图的薄泡沫板的重心为O，地点在永康、义乌、东阳的交界处．用这种方法测得的结果和专业机构测得的“浙江省陆地中心点”基本相符．下列说法正确的是(　　) A．任何物体的重心一定与其几何中心重合 B．除O点外，薄泡沫板其他部分均不受重力 C．要得到薄泡沫板的重心位置，至少要在不同位置悬挂两次 D．将均匀泡沫板换成均匀薄铝板，重复上述实验，O点位置将发生变化 C　解析：只有质量分布均匀、形状规则的物体的重心才与几何中心重合．A错误；薄泡沫板任何地方都受重力．B错误；要得到薄泡沫板的重心位置，至少要在不同位置悬挂两次．C正确；将均匀泡沫板换成均匀薄铝板，重复上述实验，O点位置不变．D错误．故选C． [训练4] (生产情境)在城市楼房的建筑工地上经常见到吊塔，工人师傅在安装吊塔时，常在吊塔臂末装滑轮的一端安装一个大的铁箱，并在铁箱内装入很重的砂子其主要目的是(　　) A．为了左右对称，美观 B．增加吊塔重量，防止被风吹得左右摇摆 C．防止砂子不够用，做临时补充 D．使吊塔吊起建材时，其重心落在竖直固定架上，工作起来更加平衡、安全 D　解析：吊塔吊起很重建材时，为防止重心偏离竖直铁架，在非起重端加一装满砂子的箱子，使起重臂的重心落在竖直架上，工作时吊塔更加安全、稳定、平衡，A、B、C错，D对． A组 学业基础练 1.(2021·青铜峡市高级中学高一学业考试)下列关于力的说法中，正确的是(　　) A．只有直接接触的物体之间才能产生力的作用 B．力可以脱离物体而单独存在 C．只施力而不受力的物体是不存在的 D．只要两个力的大小相同，这两个力就一定相同 C　解析：相距一定距离的两个磁铁间也有相互作用力，可见不直接接触的物体间也有作用力，故A错误；力具有物质性，不能脱离物体而存在，是物体间的相互作用，一个物体既是施力物体同时又是受力物体，只有施力物体没有受力物体的力是不存在的，故B错误，C正确；力是矢量，两个力的大小相同，但若方向不同，这两个力也不同，故D错误．故选C． 2．(2021·宁县第二中学高一期末)在世界壮汉大赛上有拉汽车前进的一项比赛，如图是某壮汉正通过绳索拉汽车运动．则汽车所受拉力的施力物体和受力物体分别是(　　) A．壮汉、汽车　　　　　　 B．壮汉、绳索 C．绳索、汽车 D．汽车、绳索 C　解析：要研究的是汽车，直接对汽车产生拉力的是绳索而不是壮汉，汽车所受拉力是绳索和汽车之间的相互作用，故其施力物体是绳索，受力物体是汽车．故C正确，A、B、D错误．故选C． 3．(2021·陕西省黄陵县中学高一期末)关于重力和重心的说法正确的是(　　) A．重力的方向总是竖直向下的 B．把同一个物体从赤道拿到南极，物体的重力不发生变化 C．重心是重力的作用点，所以重心总是在物体上，不可能在物体外 D．重心就是物体最重的点 A　解析：重力的方向总是竖直向下的，A正确；从赤道到两极，重力加速度逐渐增大，重力增大．B错误；重心是重力的作用点，是物体各部分重力的平均作用点，不是物体最重的点，可能在物体上，也可能在物体外，如质量均匀的空心球，其重心在球心．C、D错误．故选A． B组 等级提升练 4．如图所示，在甲中木箱的P点，用一与水平方向成30°角斜向上的150 N的力拉木箱；在乙中木块的Q点施一与竖直方向成60°角斜向上的20 N的推力，把木块抵在墙壁上．试作出甲、乙两图中所给力的图示，并作出丙中电灯所受重力和拉力的示意图． 答案：见解析 解析：(1)此题可按以下步骤对P点的拉力进行作图： ①选定一段长4 mm的线段表示50 N的力． ②从作用点P沿力的作用方向画一线段，根据选定的标度与力的大小确定线段的长度，并在线段上加刻度 ，如图甲′. ③在线段的尾端加上箭头表示力的方向． (2)可按同样的步骤画出Q点推力的图示如图乙′，作图时，注意Q点推力的方向． (3)画丙图中力的示意图时，可按以下步骤进行： ①选定电灯为研究对象． ②从作用点沿拉力方向(沿绳的方向)画出一适当长度的线段，在线段的末端标出箭头表示拉力的方向．这就是绳对电灯拉力的示意图，同样沿重力方向(竖直向下)画出一适当长度的线段，在线段的末端标出箭头表示重力的方向，这就是电灯所受重力的示意图，注意表示拉力与重力的线段长度应该相等，如图丙′所示． 学科网（北京）股份有限公司 $$