第3章 第1节 重力与重心-【金版新学案】2025-2026学年高中物理必修第一册同步课堂高效讲义教师用书Word（鲁教版）

第1节　重力与重心 【核心素养目标】 物理观念 了解重力的内涵，能用重力的概念和规律说明生活中的相关现象，解决一些相关的实际问题。 科学思维 能通过做图表示力的大小和方向；能对重力进行分析、测量和计算。 科学探究 探究影响重心的因素，会设计实验探究薄板的重心。 科学态度与责任 有学习物理的兴趣，知道实事求是和他人合作的重要性，知道物理学渗透在日常生活的方方面面。 一、力的描述 1.力的定义：物体与物体之间的相互作用， 力的作用效果使物体形状、运动状态发生变化。 2.力的单位：力的单位是牛顿，简称牛，符号N。 3.力的矢量性：力是既有大小又有方向的矢量。 4.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。 二、重力及其测量 1.重力的定义：由于地球的吸引而使物体受到的力。 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受到的重力。 3.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。 4.重力的方向：总是竖直向下。 三、物体的重心 1.重心：物体的各个组成部分都受重力的作用，从效果上看可认为重力集中作用在一个点上，这一点称为物体的重心。 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.重心的高低会影响物体的稳定。 1.判断正误 (1)只要两个力的大小、方向相同，这两个力的作用效果就相同。 (×) (2)重力的大小会随位置变化，方向总是竖直向下，所以方向不变。 (√) (3)重心的位置可以不在物体上。 (√) (4)物体的稳定程度与重心高低有关。 (√) (5)一个物体的重心是唯一确定的，与形状变化无关。 (×) 2.链接实景 (1)如图甲所示，地球表面的一切物体，不论静止的、运动的，不论与地面是否接触。都会受到地球的什么力作用？其方向怎样？ 学生用书⬇第48页 (2)建筑工人在施工时总会用如图乙所示的装置检测墙壁，该装置我们称之为“重垂线”。 请思考：为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直？ 提示：(1)都会受到重力作用，方向竖直向下。 (2)因为重力方向始终竖直向下。 知识点一　力和力的描述 如图甲、乙描述的是“三毛”拉车的情景。哪幅图画出的是拉力的图示？为什么？哪幅图是拉力的示意图？为什么？ 　　提示：甲图是拉力的图示，因为有标度；乙图是拉力的示意图，它没有标度。 1.力的四性的认识 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 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(用某一长度的线段表示一定大小的力) 画线段 从作用点开始沿力的方向画一条线段，根据选定的标度和力的大小按比例确定线段的长度 从作用点开始沿力的方向画一条适当长度的线段 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 · 如图所示，静止的木块对桌面的压力为6 N，试画出压力的图示，说明施力物体和受力物体；并画出木块所受重力和支持力的示意图。 [思路点拨]　解此题可按以下思路 答案：见解析 解析：(1)画力的图示时，要按照以下步骤进行： ①选定标度→选适当长度的线段表示2 N的力。 ②确定线段→从作用点起沿力的方向画一线段，线段长短按标度和力的大小画，线段标上刻度。如图甲所示，从O点竖直向下画一条三倍于标度的线段。 ③标注方向→在线段上加箭头表示力的方向。 为了简便，也可以依照图乙来画。压力的施力物体是木块，受力物体是桌面。 (2)画力的示意图时，只需画出力的作用点和方向，对线段的长短没有严格要求。图丙为木块所受重力和支持力的示意图，也可以依照图丁那样用一个点表示木块，画出重力和支持力的示意图。 学生用书⬇第49页 画力的图示的“四定”“三标” 1.“四定”：一定作用点，二定作用线，三定标度，四定线段长度； 2.“三标”：一标力的方向，二标力的符号，三标力的数值。 针对练1.下列说法正确的是(　　) 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.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，只是甲对乙有力，而乙对甲没有力 D.甲用力推乙，没有推动，乙的运动状态没有改变，但乙受到了甲的力的作用 答案：D 解析：力是物体对物体的作用，任何力都有它的施力物体和受力物体，风吹草动，施力物体是空气，A错误；踢出去的球向前运动，并没有受到向前的推力，因为找不到这个力的施力物体，而没有施力物体的力是不存在的，B错误；由力的相互性可知，甲推乙的同时，乙也“推”甲，C错误；力的作用效果有两个，甲推乙没有推动，但乙在甲的作用下发生了形变，故乙受到了力的作用，D正确。 针对练2.在图甲中木箱的P点，用与水平方向成30°角斜向右上方的150 N的力拉木箱；在图乙中木块的Q点，用与竖直方向成60°角斜向左上方的20 N的力将木块抵在墙壁上，试作出甲、乙两图中所给力的图示，并作出图丙中电灯所受重力和拉力的示意图。 答案：如图所示 知识点二　对重力和重心的理解 跳高运动员无论跳得多高都会落到地面，你想过为什么运动员不会飞起来吗？表示力要有大小、方向、作用点，那重力的作用点呢？ 　　提示：运动员都受到地球的引力作用；运动员所受重力的作用点在运动员的重心。 1.重力的产生、方向、大小和重心 产生 由于地球的吸引而使物体受到的力，一般不等于地球的吸引力 方向 竖直向下或垂直于水平面向下 大小 G＝mg (1)在同一地点，重力的大小与质量成正比 (2)在不同地点，同一物体的重力随纬度的增加而增大，随海拔高度的增加而减小 (3)重力的大小与物体的运动状态无关，与物体是否受其他的力无关 作用点 (重心) 定义 等效作用点 决定因素 物体的形状、质量分布情况 位置 质量分布均匀、形状规则的物体的重心为其几何中心 质量分布均匀、形状不规则的薄物体，采用悬挂法确定重心 2.两点说明 (1)物体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。除了赤道和两极，竖直向下并不是指向地球的球心。 (2)重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。一个实心铅球重心在物体上，一个均质空心球的重心在球心，就不在物体上。 关于物体的重力和重心，下列说法正确的是(　　) A.物体所受重力是由于受到地球吸引而产生的，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所受重力大小一定相同 学生用书⬇第50页 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：重力的方向是竖直向下，与水平面垂直，但不一定与地面垂直，A错误；重力的大小取决于物体的质量和重力加速度的大小，与测量工具无关，不同地点重力加速度不同，重力大小不同，无论用同一弹簧测力计，还是用不同弹簧测力计，测量结果均不同，B错误；物体的重心是重力的等效作用点，其位置不仅与其几何形状有关，还与质量分布有关，C正确，D错误。 理解重力和重心的三点注意 1.重力的方向可以表述为“竖直向下”或“垂直于水平面向下”，但不是“垂直向下”。 2.重力大小取决于物体的质量和所在位置的重力加速度。 3.重心位置取决于物体的质量分布和形状。 针对练1.关于重力，下列说法正确的是(　　) A.重力的方向总是垂直地面向下 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：重力方向是竖直向下，而不是垂直地面向下，故A错误；重力的大小G＝mg，地面上同一点处只能说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有变化，故B错误；重心是物体各部分所受重力的作用点，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 的重力是地球对物体的吸引力，所以物体所受的重力的施力物体为地球，故D错误。 针对练2.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知G＝mg＝2×9.8 N＝19.6 N，故A正确；判断两个力是不是同一个力不能仅看大小、方向是否相同，还要看作用点、力的性质等因素。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，故它们不是同一个力，故B错误；剪断细绳后，物体仍然受重力作用，故C错误；物体的各部分都受重力，从“效果”上看跟重力作用在重心一样，故D错误。 1.关于力，下列说法正确的是(　　) A.有的物体自己就有力，如爆炸的手榴弹，所以有的力没有施力物体 B.力不能离开物体而存在 C.有的物体只是施力物体而不是受力物体 D.不接触的物体间一定没有力的作用 答案：B 解析：手榴弹爆炸时是火药燃烧产生的高温高压气体与弹片发生的相互作用，A错误；根据力的定义，力是物体与物体间的相互作用，力不可能离开物体单独存在，且施力物体和受力物体同时存在，B正确，C错误；物体间有力作用时不一定直接接触，如重力，D错误。 2.(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有关 D.物体重心的位置与物体的形状和质量分布无关 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，是竖直向下，而不是垂直向下，B错误；从图中可以看出，汽车(包括货物)的形状和质量分布发生了变化，重心的位置就发生了变化，故C正确，D错误。 3.一个物体所受重力在下列哪种情况下要发生变化(　　) A.把它从赤道拿到南极 B.把它放到水里 C.让它自由下落 D.让它加速运动 答案：A 解析：从赤道到两极，g值增大，物体所受重力增大，A正确；同一地点，物体所受重力大小与物体所处的状态和环境无关，B、C、D错误。 4.(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°，则如图所示为画出的推小车的力的图示，其中正确的是(　　) 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，箭尾或箭头都可以表示作用点，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。 课时测评11　重力与重心 (时间：45分钟　满分：70分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－11题，每题4分，共44分) 1.(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：力是物体间的相互作用，力离不开施力物体和受力物体，A正确；力有多种形式，重力的产生不需要直接接触，故B错误；人推物体时，反过来物体对人体也有力的作用，因此C错误；施力物体同时也是受力物体，D正确。 2.(多选)关于重心，下列说法正确的是(　　) A.图甲中，运动员成功完成跨栏动作，重心上升的最高点一定在栏框之上 B.图乙中，运动员成功完成背越式跳高动作，其重心上升的最高点一定在横杆之上 C.图丙中，沙漏中的沙子往下流的过程中，沙子和沙漏组成的系统，重心在下降 D.图丁中，乒乓球从水底往上浮的过程中，烧杯、水和乒乓球组成的系统，重心在上升 答案：AC 解析：题图甲中，运动员成功完成跨栏动作，则重心上升的最高点一定在栏框之上，否则就不能越过栏框，A正确；题图乙中，运动员成功完成背越式跳高动作，其重心上升的最高点可能在横杆之下，B错误；题图丙中，沙漏中的沙子往下流的过程中，沙子和沙漏组成的系统，重心在下降，C正确；题图丁中，乒乓球从水底往上浮的过程中，因乒乓球上升，则与之等体积的水球下降，因等体积水球的重力大于乒乓球的重力，可知烧杯、水和乒乓球组成的系统，重心在下降，D错误。故选AC。 3.(多选)关于重力的方向，下列说法正确的是(　　) A.重力的方向总是垂直向下的 B.重力的方向总是竖直向下的 C.重力的方向总是垂直于支持物体的支持面 D.重力的方向总是跟水平面垂直 答案：BD 解析：重力方向总是竖直向下的，跟水平面垂直，B、D正确。 4.在物理学研究过程中科学家们创造了许多物理学研究方法，下列关于“重心”这个概念的定义，采用的物理学研究方法是(　　) A.控制变量法 B.理想模型法 C.等效替代法 D.微元法 答案：C 解析：重心是物体各部分所受重力的等效作用点，所以引入“重心”这个概念运用了等效替代法。故选C。 5.(多选)弹簧测力计竖直悬挂一个静止的小球，下列说法正确的是(　　) A.小球对弹簧测力计的拉力就是小球的重力 B.弹簧测力计对小球的拉力大小等于小球的重力大小 C.小球所受重力的施力物体是弹簧测力计 D.小球所受重力的施力物体是地球 答案：BD 解析：A中重力是地球对小球的作用力，而拉力是小球对弹簧测力计的作用力，这两个力不是同一个力，故A错误；由二力平衡条件可知，弹簧测力计对小球的拉力与小球所受重力的大小相等，方向相反，B正确；重力是由于地球的吸引产生的，所以小球所受重力的施力物体是地球，故C错误，D正确。 6.设想把一个质量分布均匀的木球中央挖掉一个小球，则它的(　　) A.重力大小不变，重心向外偏移 B.重力大小减小，重心在挖去的小球之上 C.重力大小减小，重心位置不变 D.重力大小减小，重心被挖去而不复存在 答案：C 解析：物体重心位置的确定是依据效果相同的原则认为重力集中于一点上，其位置与质量分布密度有关，可在物体上，也可能不在物体上，由此可知C正确。 7.(多选)未来的某天，一名宇航员在月球上做自由落体实验。让一个质量为1 kg的小球从离月球表面20 m的高处自由下落，测得小球经过5 s刚好落到月球表面上。则(　　) A.月球表面的重力加速度大小为1.6 m/s2 B.小球在月球表面受到的重力大小为10 N C.小球刚落到月球表面时的速度大小为50 m/s D.小球刚落到月球表面时的速度大小为8 m/s 答案：AD 解析：根据自由落体运动公式h＝gt2，可得月球表面的重力加速度大小为g＝＝ m/s2＝1.6 m/s2，小球在月球表面受到的重力大小为G＝mg＝1.6 N，小球刚落到月球表面时的速度大小为v＝gt＝8 m/s。故选AD。 8.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.马跑得快的缘故 B.马蹄大的缘故 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脚稳稳地踏在飞燕上，是因为马的重心位置和飞燕在一条竖直线上，D正确。 9.一个重15 N的物体沿斜面下滑，关于该物体所受重力的图示，下列四个图中正确的是(　　) 答案：A 解析：重力的方向为竖直向下(垂直于水平面向下)，不一定与接触面垂直，B、C错误。A、D中虽然方向都对了，但是D中力的大小并不是15 N，而是10 N，故A正确，D错误。 10.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图中，正确的是(G为重力，F为脚对球的作用力、f阻为阻力)(　　) 答案：B 解析：被踢出的足球在向斜上方飞行的过程中，只受重力和空气阻力的作用。重力的方向竖直向下，阻力f阻与球的飞行速度方向相反，B正确。 11.欹器是我国古代一种倾斜易覆的盛水器，其特点是“水少则倾，中则正，满则覆”，如图1为仿制欹器的空桶，桶可绕水平轴转动，图2为其截面图，OO'为桶的对称轴，下列说法正确的是(　　) A.空桶静止时其重心高于水平轴 B.空桶静止时其重心不在水平轴的正下方 C.注水的过程中桶与水整体的重心远离OO' D.桶装满水后桶与水整体的重心位于水平轴上方 答案：D 解析：空桶静止时，若重心在水平轴正上方，桶略有倾斜，桶即刻翻倒，一旦静止则重心在水平轴的正下方，故A、B错误；注水的过程中桶与水整体的重心位置先降低然后逐渐升高，不是远离OO'，故C错误；桶装满水时，桶与水整体的重心在水平轴的上方，在重力的作用下，桶翻倒，水流出，故D正确。 12.(6分)如图所示，质量分布均匀的正方形薄板ABCD，边长为a，当薄板绕过C点垂直于纸面的水平轴转动时，其重心最多可升高多少？ 答案：a 解析：初状态重心高度h0＝a。 翻转后，板的重心在板的几何中心，如图所示，重心高度h＝a。重心位置升高Δh＝h－h0＝a。 13.(10分)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。 14.(10分)一个质量为60 kg的人，在地球上的重力为588 N，在月球上的重力为98 N。该人在地球上的弹跳高度为0.5 m。假设人在地球和月球上起跳的初速度相等，那么，他在月球上的弹跳高度为多少？ 答案：3.0 m 解析：人在地球和月球上的质量相等，由G＝mg得地球表面的自由落体加速度g＝＝ m/s2＝9.8 m/s2 月球表面的自由落体加速度 g'＝＝ m/s2≈1.63 m/s2 设人在地球上的弹跳高度为s，在月球上的弹跳高度为s'，人跳起时的初速度为v0 由－＝2as和vt＝0得＝， 解得s'＝s＝×0.5 m≈3.0 m。 学生用书⬇第51页 学科网（北京）股份有限公司 $