第3章 第1节 重力与重心 -【金版教程】2024-2025学年高中物理必修第一册创新导学案word（鲁科版2019）

第1节　重力与重心 1．物理观念：(1)了解力的概念及其作用效果。(2)知道力的三要素，会画力的图示和力的示意图。(3)知道重力产生的原因及重力的三要素。(4)知道重心的概念，知道物体重心的位置与什么因素有关，会确定均匀物体的重心位置，知道重心位置与物体稳定的关系。(5)能用重力的概念与规律说明生产生活中的相关现象，解决一些相关的实际问题。2.科学态度与责任：能将重力、重心等物理知识应用于生产生活中。 1．力的描述 (1)力的定义：力是物体和物体之间的相互作用。 (2)力的作用效果 ①使物体的形状发生改变。 ②使物体的运动状态发生改变。 (3)力的单位：力的单位是牛顿，简称牛，用符号N表示。 (4)力的标矢性：力是矢量，既有大小又有方向。 (5)力的三要素：力的大小、方向和作用点。 (6)力的表示 ①力的图示：物理学中，可用一条带箭头的线段来表示力。线段的长短表示力的大小，箭头指向表示力的方向，箭尾(或箭头)所在位置表示力的作用点，线段所在的直线表示力的作用线。这种描述力的方法，称为力的图示。 ②力的示意图：只画出带箭头的线段来表示物体在这个方向上受到了力的作用，对线段的长度没有严格要求。 2．重力及其测量 (1)定义：因地球的吸引而使物体受到的力。 (2)大小：物体所受重力的大小常简称为物重。 ①测量：通常，重力的大小可用弹簧测力计测出。测量时使物体保持静止，这样测力计的示数就等于物体所受重力的大小。在日常生活中，我们也常用电子秤称量物重。 ②用公式计算：重力还可通过计算得出。物体所受的重力G与其质量m的关系为：G＝mg，比例系数g就是自由落体加速度，g＝9.8 N/kg。 (3)方向：总是竖直向下。 3．物体的重心 (1)重心的定义 处在地球附近的物体，虽然它的各个组成部分都受重力的作用，但从效果上看，可认为重力集中作用在一个点上，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 任何物体都有重心，而且只有一个重心。重心的位置与两个因素有关： ①物体的形状。 ②物体的质量分布情况。 (3)重心位置与物体稳定的关系 重心的高低会影响物体的稳定。降低重心，会提高物体的稳定程度。 1．想一想 (1)“孤掌难鸣”说明了一个什么道理？ 提示：力的作用是相互的。 (2)物体的重心是否一定在物体上？ 提示：不一定。 (3)为什么现在优秀跳高运动员大都采用“背越式”技术而不用“跨越式”？ 提示：跳跃同样高度，“跨越式”跳高与“背越式”相比，重心需要升高得更高，等同于要跳得更高一些。 2．判一判 (1)力可以离开施力物体和受力物体单独存在。(　　) (2)只有相互接触的物体间才有力的作用。(　　) (3)力作用在物体上，必定同时出现形变和运动状态的改变。(　　) (4)只有静止在地面上的物体才会受到重力。(　　) (5)重心是物体重力的作用点，也就是物体上最重的点。(　　) 提示：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)× 课堂任务1　力的描述 1．力的三个性质 性质 理解 物质性 力是物体和物体之间的相互作用，脱离物体的力是不存在的，一个力一定同时具有受力物体和施力物体 相互性 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的作用，另一个物体也一定会对这个物体施加力的作用 矢量性 力是矢量，不仅有大小，而且有方向 　(1)物体之间发生相互作用时并不一定相互接触，如重力，电荷间、磁体间的相互作用。 (2)力直接产生于施力物体和受力物体之间，不需要第三个物体传递。 2．力的作用效果 (1)作用效果的分类 (2)影响力的作用效果的三要素：力的大小、方向、作用点。 3．力的图示和示意图 (1)区别 力的图示要表示出力的三要素(力的大小、方向、作用点)。力的示意图主要强调物体在这个方向上受到了力的作用，不需要深究力的大小。 (2)画法 步骤 力的图示 力的示意图 1 选定标度(某一长度表示多少牛的力) 无需选标度 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长度 从作用点开始沿力的方向画一适当长度的线段即可 3 在线段的末端标出箭头，表示力的方向 在线段的末端标出箭头，表示力的方向 例1　下列说法中正确的是(　　) A．“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 B．网球运动员用力击球，网球受力后飞出，网球受力的施力物体是人 C．每个力都必有施力物体和受力物体 D．只有直接接触的物体间才有力的作用 (1)力具有哪些性质？ 提示：物质性、相互性、矢量性。 (2)力的产生方式有几种？ 提示：有两种：直接接触和不直接接触。 [规范解答]　力是物体和物体之间的相互作用，任何力都有它的施力物体和受力物体，A错误，C正确；网球运动员用力击球，网球受力后飞出，网球受力的施力物体是球拍，B错误；电荷、磁体等物体间不直接接触就可以发生力的作用，D错误。 [完美答案]　C 规律点拨 (1)力是物体和物体之间的相互作用，力不能脱离施力物体和受力物体而单独存在，且两物体互为施力物体和受力物体。 (2)发生相互作用的物体，可能是直接接触的，也可能是不直接接触的。 [变式训练1]　(多选)关于力的概念，下列说法正确的是(　　) A．力能使物体的形状和运动状态发生改变 B．一个力必定联系着两个物体，其中每个物体既是受力物体又是施力物体 C．只要两个力的大小相同，它们产生的效果一定相同 D．物体受到力的作用，其形状和运动状态一定同时改变 答案　AB 解析　力有两个作用效果：一是改变受力物体的运动状态，二是使受力物体的形状发生变化，A正确；谈到一个力时，一定有受力物体，也一定有施力物体，同时力的作用是相互的，受力物体也对施力物体有作用力，即受力物体同时又是施力物体，B正确；力的作用效果与它的三要素有关，不只取决于力的大小，C错误；物体受到力的作用，其形状和运动状态不一定都改变，D错误。 例2　如图所示，物体A对物体B的压力是10 N，试画出这个力的图示和示意图。 作力的图示，步骤是什么？ 提示：选标度，画线段，标方向。 [规范解答]　画力的图示，要严格按照以下步骤进行： (1)选定标度：选一定长度的线段表示2 N的力。 (2)从力的作用点沿力的方向画一线段，线段长短由选定的标度和力的大小决定，线段加上刻度，如图甲所示，也可以如图乙所示，从O点(用O点代替物体B)竖直向下画一段五倍于标度的线段。 (3)在线段上加箭头表示力的方向，并标出力的符号FN。 画力的示意图：从作用点或从B的中心处沿力的方向画一线段，并加上箭头，表示力的方向，然后标明FN＝10 N即可，如图丙所示。 [完美答案]　见规范解答 规律点拨 (1)力的图示的作图步骤遵循“四定三标” 四定：定标度、定作用点、定力的方向、定线段长度。 三标：标箭头、标力的符号、标力的大小。 具体步骤：①选定标度，即选某一长度表示多少牛顿的力；②从力的作用点开始，沿力的方向按照标度以一定比例画出一线段；③在线段的末端标出箭头，表示力的方向。 (2)画力的图示时一定要先选定合适的标度，并且同一个图中只能选定一个标度，力的图示一定要把力的三要素充分体现出来。 (3)力的示意图只能粗略地分析物体受到的力，只注重力的方向和作用点，对力的大小表示没有严格要求，在以后对物体进行受力分析时，一般只画力的示意图就可以了。 [变式训练2]　水平地面上有一辆小车，甲水平向左推小车，用力6 N；乙向左上方与水平方向成30°角拉小车，用力9 N。作出这两个力的图示。 答案　见解析 解析　取一小段长度表示3 N的力，两力的图示如图所示。 课堂任务2　重力与重心 1．重力的产生：因地球的吸引而使物体受到的力。 2．重力的三要素 (1)重力的大小 ①计算公式：G＝mg。 ②测量：用弹簧测力计测量物体所受重力的大小。 注意：用弹簧测力计测量物体所受重力的大小时，应使物体处于静止状态，根据二力平衡，弹簧测力计的示数就等于物体所受重力的大小。 (2)重力的方向：总是竖直向下。 　 ①“竖直向下”不能说成是“垂直向下”。“竖直向下”是垂直于当地的水平面向下，而“垂直向下”可以垂直于任何支持面向下，如图所示，虚线方向为垂直斜面向下。 ②重力的方向不受其他作用力的影响，与物体的运动状态也没有关系。 (3)重力的(等效)作用点：重心。 对重心的理解：地球附近的物体的各个组成部分都受到重力的作用，重心只是物体各部分所受重力的等效作用点，如图所示。重心是为了方便研究重力而建立的一个物理模型。任何物体都只有一个重心。 3．重心的位置 (1)重心位置的决定因素：重心的位置跟物体的形状和物体的质量分布情况两个因素有关，与物体所处的位置、放置方式和运动状态无关。物体的质量分布情况或形状发生变化时，重心的位置一般变化。 (2)一种特殊情况——均匀物体的重心位置 质量分布均匀的物体(简称“均匀物体”)，其重心的位置只与物体的形状有关。如果均匀物体的形状是规则的，那么重心就在它的几何中心。 　重心可能在物体上，也可能在物体之外。例如粗细均匀的铁环，重心在环心上。 (3)重心位置与物体稳定的关系：重心的高低会影响物体的稳定。重心越高，物体的稳定程度越低；重心越低，物体的稳定程度越高。 例3　关于物体的重心，下列说法中正确的是(　　) A．物体升高或降低时，重心在物体上的位置也相应升高和降低 B．物体改变形状时，重心位置一定发生变化 C．物体的重心可能位于物体之外 D．重心是物体上最重的一点 (1)什么是重心？ 提示：重心是重力的等效作用点。 (2)影响重心位置的因素有哪些？ 提示：物体的质量分布情况及形状。 [规范解答]　对于一个确定物体，它的重心位置相对于物体是固定不变的，不随物体的升高或降低而发生变化，A错误；物体的重心位置与物体的形状和质量分布情况均有关，形状改变，重心位置不一定改变，B错误；物体的重心不一定在物体上，如环形绳子的重心就不在绳子上，C正确；重心是物体各部分所受重力的等效作用点，重心并非集中了物体的全部重力，也不是物体上最重的点，D错误。 [完美答案]　C 规律点拨 理解重心时的注意事项 (1)重心不是重力的真实作用点，重力的作用点遍布整个物体，重心是重力的等效作用点，但可以把物体所受的重力看作集中作用在重心这一点。 (2)重心不是指物体上最重的一点。 (3)重心的位置可能不在物体上。 [变式训练3]　关于物体的重力和重心，下列说法正确的是(　　) A．物体所受的重力是因受到地球的吸引而产生的，所以方向总是垂直于地面向下 B．同一物体在地球上的不同位置，当用不同的弹簧测力计测量时其所受重力大小是不同的，当用同一弹簧测力计测量时其所受重力大小一定相同 C．物体的重心就是物体各部分所受重力的等效作用点 D．形状规则的物体(如正方体)，其重心一定在其几何中心处 答案　C 解析　重力的方向为竖直向下，并不总是垂直于地面向下，A错误；同一物体在地球上不同位置所受重力一般不同，与所选弹簧测力计是否相同无关，B错误；重心为物体各部分所受重力的等效作用点，C正确；重心的位置与物体的形状、质量分布情况均有关，如果质量分布不均匀，仅有规则的几何外形，其重心不一定在其几何中心处，D错误。 1．(力的理解)(多选)关于力，下述说法正确的是(　　) A．没有施力物体的力是不存在的 B．只有直接接触的物体之间才有力的作用 C．人推物体时，人只是施力物体而不是受力物体 D．一个施力物体同时也是受力物体 答案　AD 解析　力是物体和物体之间的相互作用，力离不开施力物体和受力物体，A正确；重力的产生不需要直接接触，故B错误；人推物体时，反过来物体对人也有力的作用，因此C错误；施力物体同时也是受力物体，D正确。 2.(力的理解)甲、乙两拳击运动员竞技，甲一拳击中乙肩部，观众可认为甲运动员(的拳头)是施力物体，乙运动员(的肩部)是受力物体，但在甲一拳打空的情况下(如图)，下列说法中正确的是(　　) A．这是一种只有施力物体、没有受力物体的特殊情况 B．此时拳头因与空气相互作用而停止 C．甲的拳头、胳膊与自身躯干构成相互作用的物体 D．以上说法都不正确 答案　C 解析　力的作用是相互的，只要有力产生，必然存在着施力物体与受力物体，甲运动员打空了，但在其击拳过程中，在其拳头、胳膊与躯干的相互作用系统内由于相互作用而产生力，身体内部的力也是拳头停止的原因，C正确。 3．(重力的理解)关于地面上物体所受的重力，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所受的重力 C．弹簧测力计和杆秤都能测量物体所受的重力大小 D．在同一地点，物体所受的重力与其质量成正比 答案　D 解析　物体无论运动还是静止，都受重力作用，A错误；物体对地面的压力作用在地面上，施力物体是该物体，而物体所受的重力作用在该物体上，施力物体是地球，二者不同，故B错误；杆秤测的是物体的质量而不是重力，C错误；在同一地点，g为常量，由公式G＝mg知，物体所受的重力与其质量成正比，D正确。 4．(重力和力的示意图)如图所示，所画的重力示意图错误的是(物体均静止，重力为G)(　　) 答案　A 解析　重力的方向总是竖直向下，故A错误。 5．(重力的理解)质量为2 kg的物体被一根细绳悬吊在天花板下静止(g取9.8 N/kg)，则以下说法正确的是(　　) A．物体重力的大小等于19.6 N 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 答案　A 解析　由重力和质量的关系可知，G＝mg＝2×9.8 N＝19.6 N，A正确；判断两个力是否是同一个力不能仅看大小、方向是否相同，还要看作用点、性质等因素，物体对绳的拉力，施力物体是该物体，受力物体是绳，作用点在绳上，而重力的施力物体是地球，受力物体是该物体，作用点在该物体上，它们不是同一个力，B错误；剪断细绳后，物体仍然受重力作用，C错误；物体的各部分都受重力，从效果上看重力作用在重心上，D错误。 6．(重力和重心)(多选)如图所示，两辆车以相同的速度做匀速直线运动。根据图中所给信息和本节所学知识可以得出的结论是(　　) A．物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中于一点 B．重力的方向总是垂直向下的 C．物体重心的位置与物体的形状和质量分布情况有关 D．物体重心的位置与物体的形状和质量分布情况无关 答案　AC 解析　物体各部分都受重力作用，但从效果上看，可以认为物体各部分所受重力集中于一点，这个点就是物体的重心，故A正确；重力的方向总是和水平面垂直，且竖直向下，而不一定是垂直向下，B错误；从图中可以看出，汽车(包括货物)的形状和质量分布情况发生了变化，重心的位置就发生了变化，故C正确，D错误。 7.(重心的位置)如图所示，一个空心均匀球壳里面注满水，球的正下方有一个小孔，在水由小孔慢慢流出的过程中，空心球壳和水的共同重心将会(　　) A．一直下降 B．一直上升 C．先升高后降低 D．先降低后升高 答案　D 解析　当注满水时，球壳和水的重心均在球心，故它们共同的重心在球心。随着水的流出，球壳的重心仍在球心，但水的重心逐渐下降，则开始一段时间内，球壳和水的共同重心也下降；最后水流完时，重心又回到球心。故球壳和水的共同重心先降低后升高，D正确。 8．(力的图示)(多选)一人用斜向下的力推小车前进，力的大小为40 N，方向与水平方向成30°，则如图所示画出的推小车的力的图示中，正确的是(　　) 答案　BD 解析　力的图示法是用一条有向线段来表示力：有向线段的长短表示力的大小，有向线段的方向表示力的方向，箭尾或箭头所在位置表示力的作用点。A图中没有反映出力的大小，A错误；C图中力的方向画反了，C错误；B、D图中力的大小、方向、作用点均是正确的，B、D正确。 9．(力的示意图)画出图中A物体所受重力的示意图。 答案　见解析 解析　图中两物体的重心可认为均在其几何中心上，其所受重力的示意图如图所示： 10．(力的图示)找出下列力的施力物体和受力物体，并作出物体所受力的图示。 (1)在水平桌面上重为50 N的书的重力； (2)空气对气球的20 N的浮力； (3)小孩以东偏北30°的方向拉小车的200 N的拉力。 答案　见解析 解析　(1)在水平桌面上重为50 N的书的重力，施力物体是地球，受力物体是书。力的图示如图甲所示。 (2)空气对气球的20 N的浮力，施力物体是空气，受力物体是气球。力的图示如图乙所示。 (3)小孩以东偏北30°的方向拉小车的200 N的拉力，施力物体是小孩，受力物体是小车。力的图示如图丙所示。 11．(综合)歼－20战机是中国最近研制出的第五代隐身重型歼击机。它以具有隐身性、高机动性以及先进的航电系统让世界震惊。关于歼－20战机的受力情况，下列说法正确的是(　　) A．战机内部是空心的，所以战机没有重心 B．战机受重力的同时，它也对地球产生引力 C．使战机向前运动的推力无施力物体 D．战机匀速飞行，它不受重力作用 答案　B 解析　重心是物体各部分所受重力的等效作用点，任何物体都有重心，故A错误；力的作用是相互的，故B正确；任何力都有施力物体，使战机向前运动的推力的施力物体是喷出的燃气，故C错误；任何在地球表面附近的物体都受重力作用，故D错误。 12．(综合)关于重力，下列说法正确的是(　　) A．人浮在水中，重力变小 B．重力的大小只与质量有关 C．重心概念的建立应用了等效替代的思想 D．物体所受的重力只有受力物体，没有施力物体 答案　C 解析　重力来源于地球对物体的引力，其大小与物体是否漂浮在水面上无关，A错误；重力的大小G＝mg，在地面上同一点，物体所受重力的大小与它的质量成正比，但是由于地球表面不同纬度和海拔高度的地方g值不同，同一物体在不同地方重力可能会有变化，故B错误；重心是物体各部分所受重力的等效作用点，所以重心概念的建立应用了等效替代的思想，故C正确；物体所受重力的施力物体是地球，故D错误。 13.(力的示意图)足球运动员已将足球踢向空中，如图所示，下列描述足球在向斜上方飞行过程中某时刻的受力示意图中，正确的是(G为足球的重力，F为脚对球的作用力，Ff为空气阻力)(　　) 答案　B 解析　足球在空中飞行过程中不再受脚施加给它的力，故足球只受两个力，即重力G和空气阻力Ff的作用，空气阻力与运动方向相反。故B正确。 14．(重心与稳定)(多选)关于重心与稳定程度之间的关系，下列说法正确的是(　　) A．高大的建筑物通常建成上小下大，目的是提高稳定程度 B．重心越高，越稳定 C．重心越低，越稳定 D．用货车搬家具时，应把床、桌子放在下面，棉被、衣物放在上面 答案　ACD 解析　物体的稳定程度与重心的高低有关，重心越低，越稳定。高大的建筑物通常建造成上小下大，装运货物时总是把重的物品放在下面，轻的物品放在上面，这些都是为了降低重心，从而提高稳定程度，故A、C、D正确，B错误。 15.(重心)如图所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家高度智慧、丰富想象、浪漫主义精神和高超的艺术技巧的结晶，是我国古代雕塑艺术的稀世珍宝。飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为(　　) A．马跑得快 B．马蹄大 C．马的重心在飞燕上 D．马的重心位置和飞燕在一条竖直线上 答案　D 解析　“马踏飞燕”中的马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为马的重心位置和飞燕在一条竖直线上，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$