2. 重力教学设计第一课时

1

力

2

重力---李军

[学习目标]

1.知道力的概念及矢量性，会作力的图示.2.了解重力产生的原因，会确定重力的大小和方向.3.理解重心的概念．

一、力的单位及图示

1．力

(1)定义：物体与物体之间的一种相互作用．

(2)单位：牛顿，简称牛，符号：N. (3)矢量性：力既有大小，又有方向．

2．力的作用效果：

(1)物体的运动状态发生变化(速度大小发生变化或速度方向发生变化)；

(2)物体体积和形状发生变化．

3．力的三要素：力的大小、方向和作用点．

4．力的表示方法

(1)力的图示：用一条带箭头的线段(有向线段)来表示力的三要素．

①线段的长短(严格按标度画)表示力的大小；

②箭头指向表示力的方向；

③箭尾(或箭头)表示力的作用点，线段所在的直线叫做力的作用线．

(2)力的示意图：只用一条带箭头的线段来表示力的方向和作用点．

二、重力

1．定义：由于地球的吸引而使物体受到的力．

2．大小：G＝mg，g就是自由落体加速度，通常取g＝9.8 m/s2，物体所受重力的大小通常被简称为物重．

3．方向：竖直向下．

三、重心

1．重心：由于地球的吸引，物体各部分都会受到重力的作用，在研究重力对一个物体的作用效果时，我们可以认为各部分所受的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心．

2．决定因素：质量分布均匀的物体的重心只与物体的形状有关，质量分布不均匀的物体，

重心除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布情况有关．

3．确定方法：对形状不规则的薄物体，可以采用悬挂法来确定重心的位置．

[即学即用]

1．判断下列说法的正误．

(1)每个力都必有施力物体和受力物体．(√) (2)只有相互接触的两物体之间才有力的作用．(×) (3)两个力的大小都是5 N，则这两个力一定相同．(×) (4)只有物体的重心才受到重力的作用．(×) (5)物体的重心一定在物体上，且形状规则的物体的重心一定在其几何中心．(×) 2．小明用20 N的水平力推桌子(如图1所示)，作出此力的图示和力的示意图．

图1 答案

一、力和力的图示

[导学探究]

如图2所示是足球撞击球网的瞬间．

图2 (1)足球撞击球网时对球网产生了巨大的冲击力，球网对足球有没有作用力？若有，该力分别对球网和足球产生了什么样的作用效果？

(2)若足球对球网的作用点为图中的A点，且作用力方向水平向右，大小为50 N，请在图中画出该力的图示．

答案

(1)有．使球网发生形变，改变足球的运动状态．

(2)如图所示

[知识深化]

1．力的三性

(1)物质性：力是物体对物体的相互作用，没有脱离物体而独立存在的力．一个力同时具有受力物体和施力物体．

(2)相互性：物体之间力的作用是相互的．力总是成对出现，施力物体同时又是受力物体，受力物体同时又是施力物体．

(3)矢量性：力既有大小，又有方向，是矢量．

注意：①物体之间发生相互作用时并不一定相互接触．

②力直接产生于施力物体和受力物体之间，不需要靠第三个物体传递．

2．力的图示和力的示意图的区别

力的图示可以表示力的三个要素，即大小、方向和作用点．力的示意图只能表示力的两个要素，即方向和作用点．

例1

(多选)关于力的概念，下列说法中正确的是(

) A．力是使物体发生形变和物体的运动状态发生改变的原因

B．一个力必定联系着两个物体，其中每个物体既是施力物体又是受力物体

C．只要两个力的大小相等，它们产生的作用效果一定相同

D．两个物体相互作用，其相互作用力是有先后的

答案

AB 解析

从力的基本概念出发作出判断．根据力的两个作用效果，可知选项A正确．根据力的相互性，可知选项B正确．根据力的三要素，可知力的作用效果不仅与力的大小有关，还与力的方向和作用点的位置有关，选项C错误．物体间的相互作用力是同时的，没有时间上的先后关系，选项D错误．

例2

在图3甲中木箱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，并作出图丙中电灯所受重力和拉力的示意图．

图3

答案

如图所示

二、重力与重心

[导学探究]

(1)秋天到了，金黄的树叶离开枝头总是落向地面；高山流水，水总是由高处流向低处；无论你以多大的速度跳起，最终总会落到地面上……试解释产生上述现象的原因．

(2)重心是物体上最重的一点吗？重心位置与什么有关？物体的重心一定在物体上吗？请举例说明．

答案

(1)地面附近的一切物体都受到地球的吸引作用．正是由于地球的吸引才会使物体落向地面，使水往低处流．

(2)不是．重心是物体上各部分的等效作用点．重心位置与质量分布及形状有关．重心不一定在物体上，如木匠用的拐尺、圆环的重心都不在物体上．

[知识深化]

1．大小

(1)重力的大小G＝mg，只与质量和重力加速度g有关，与物体的运动状态无关．

(2)重力加速度g与物体所处的纬度和高度有关，在赤道处，g最小，在两极处，g最大；海拔越高，g越小，离地面越近，g越大．

2．方向：总是竖直向下，竖直向下是指与水平面垂直向下，但是并不等同于垂直于支持面向下，也不等同于指向地心．

3．作用点——重心

重心是物体各部分所受重力的等效作用点，并不是只有物体的重心才受到重力作用．重心的位置除跟物体的形状有关之外，还跟物体的质量分布有关．质量分布均匀、形状规则的物体的重心为其几何中心．重心的位置可以在物体上，也可以在物体外．

例3

关于重力的大小和方向，下列说法中正确的是(

) A．在地球上方的物体都要受到重力作用，所受的重力与它的运动状态无关，也与是否存在其他力的作用无关

B．在地球各处的重力方向都是相同的

C．同一物体向上运动时所受重力可能小于向下运动时所受重力

D．对某一物体而言，其重力的大小总是一个恒量，不因物体从赤道移到南极而变化

答案

A

解析

在地球上方的物体都要受到重力作用，所受的重力与它的运动状态无关，与是否受其他力也无关，故A正确，C错误．物体的重力大小在同一地点是恒定的，不同地点可能是变化的，比如在地球上不同的高度或不同的纬度同一物体的重力不同，故B、D错误．

例4

关于重心，下列说法中正确的是(

) A．重心就是物体上最重的一点

B．重心就是物体的几何中心

C．直铁丝弯曲后，重心便不在中点，但一定还在铁丝上

D．可以用悬挂法确定形状不规则薄板的重心

答案

D 解析

重心是重力的等效作用点，并不是物体上最重的一点，故选项A错误．质量均匀分布的、有规则形状的物体的重心才在其几何中心，故选项B错误．物体的重心不一定在物体上，如粗细均匀的铁丝被弯曲成圆圈时，其重心在圆心处，而不在铁丝上，故选项C错误；根据二力平衡，重力与绳的拉力方向总是在同一直线上且方向相反，所以可以用悬挂法确定形状不规则薄板的重心，D正确．

1．(力的概念的理解)关于力，下列说法中正确的是(

) A．没有相互接触的物体间也可能有力的作用

B．根据有一定距离的磁铁间的相互作用可知：力可以离开物体而独立存在

C．两个力大小都是10 N，方向相同，那么这两个力一定相同

D．施力物体施力在前，受力物体受力在后

答案

A 解析

力是物体对物体的相互作用，没有相互接触的物体间也可能有力的作用，比如磁场力、重力，故选项A正确．相隔一定距离的两个磁铁间有相互作用，若拿走一个磁铁，这种相互作用将不存在，所以力是不能离开物体而独立存在的，故选项B错误．只有当两个力的大小、方向、作用点都相同时，我们才能说这两个力相同，故选项C错误．力的作用是相互的，施力物体和受力物体受到的力是同时产生的，没有前后之分，故选项D错误．

2．(重力大小和方向的理解)下列说法正确的是(

) A．自由下落的石块速度越来越大，说明石块所受重力越来越大

B．在空中飞行的物体不受重力作用

C．一抛出的石块轨迹是曲线，说明石块所受的重力方向始终在改变

D．将一石块竖直向上抛出，在先上升后下降的整个过程中，石块所受重力的大小和方向都不变

答案

D 解析

在地球上的同一位置，同一物体的重力为一定值，故A错；只要在地球上，物体所受重力就不为零，故B错；重力的方向始终竖直向下，与物体的运动状态无关，故C错．

3．(对重力和重心的理解)有一圆形的均匀薄板，若将其中央再挖掉一个小圆板成一个圆环，如图4所示，下面说法正确的是(

)

图4 A．重心向外侧偏移，重力减小

B．重力和重心都没有变

C．重力减小，重心位置没有变

D．重力减小，重心位置不存在

答案

C 解析

圆板和圆环均属于质量分布均匀、有规则形状的物体，其重心均在几何中心，故重心的位置不变，C正确．

4．(力的图示和力的示意图)水平面上放一个物体A，物体的重力为20 N，一个推力为30 N，方向与水平面成30°角斜向右下方，请作出这两个力的图示和这两个力的示意图．

图5 答案

力的图示如图甲，力的示意图如图乙．

课时作业

一、选择题(1～6为单选题，7～11为多选题)

1．下列关于力的作用效果的叙述不正确的是(

) ．．．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

答案

D 解析

因为力是改变物体运动状态的原因，所以A正确．力的作用效果是使物体运动状态改变或者使物体发生形变，所以B正确，D不正确．力的三要素大小、方向、作用点都影响力的作用效果，故C正确．

2．如图1所示是姚明在比赛中的一张照片，记者给出的标题是“姚明对球施魔力”，下面是几位同学关于照片中篮球的说法，其中正确的是(空气阻力忽略不计)(

)

图1 A．球只受到重力的作用

B．球只受到一个沿运动方向的力的作用

C．球此时此刻不受到任何外力作用

D．球受到姚明的一个力和重力的共同作用

答案

A 3．关于重心及重力，下列说法中正确的是(

) A．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．据G＝mg可知，两个物体相比较，质量较大的物体的重力不一定较大

C．物体放于水平面上时，重力方向垂直于水平面向下，当物体静止于斜面上时，其重力方向垂直于斜面向下

D．物体的形状改变后，其重心位置不会改变

答案

B 解析

由于物体浸没于水中时，受到向上的浮力从而减小了弹簧的拉伸形变，弹簧测力计的拉力减小了，但物体的重力并不改变，选项A错误．当两物体所处的地理位置相同时，g值相同，质量大的物体的重力必定大，但当两物体所处的地理位置不同时，如质量较小的物体放在地球上，质量较大的物体放在月球上，由于月球上g值较小，而使质量较大的物体的

重力不一定较大，选项B正确．重力的方向是竖直向下的，而不是垂直向下的，选项C错误．物体的重心位置由物体的形状和质量分布情况共同决定，当物体的形状改变时，其重心位置可能发生改变，故选项D错误．

4.把一个月牙状的薄板悬挂起来，静止时如图2所示．则薄板的重心可能是(

)

图2 A．A点

C．C点

答案

D 解析

根据悬挂法测量重心位置的原理，结合二力平衡条件分析可得，重心位置可能是D点，选项D正确．

5．如图3为F1、F2两个力的图示，它们的大小关系是(

) B．B点

D．D点

图3 A．F1

C．F1＝F2

答案

D 解析

因不知道甲、乙两个力的图示中，每一个力的标度是多少，所以无法比较甲、乙两个力的大小，选项D正确．

6．如图4所示，

B．F1>F2

D．无法判断

图4 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，球壳的重心虽然仍在球心，但水的重心逐渐下降，开始一段时间内，球壳内剩余的水较多，随着水的重心下降，球壳和水共同的重心也下降；后来一段时间内，球壳内剩余的水较少，随着水的重心的下降，球壳和水共同的重心却升高；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，选项D正确．

7．一个重20 N的物体沿斜面下滑，关于该物体重力的图示，如图所示的四个图中正确的是(

)

答案

AD 解析

物体的重力为20 N，标度分别设为5 N和2.5 N，方向竖直向下，作用点在重心，选项A、D正确．

8．如图5所示，两辆车在以相同的速度做匀速运动．根据图中所给信息和所学知识你可以得出的结论是(

)

图5 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形状或质量分布有关

D．力是使物体运动的原因

答案

AC 解析

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，这个点就是物体的重心，选项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，选项B错误；从题图中可以看出，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，选项C正确；力是使物体发生形变或改变运动状态的原因，选项D错误．

9．一个物体所受的重力在下列情形下要发生变化的有(

) A．把它从赤道拿到南极

B．把它送到月球上去

C．把它从地面上浸入水中

D．把它置于向上加速的电梯内

答案

AB 解析

由G＝mg可知，物体质量不变，当重力加速度g发生变化时，重力G随之改变．由于地球两极的g值大于赤道上的g值，地球上的g值大于月球上的g值，所以选项A、B正确．由于重力大小与物体所处的环境和运动状态无关，所以在选项C、D两种情况下物体的重力没有发生变化．

10.拥有我国自主知识产权的大飞机是几代航天人的梦想，这一梦想已经变成了现实，如图6所示，具有完全自主知识产权的C919国产客机2014年试航，2016年陆续交付使用．下列关于C919客机的说法正确的是(

)

图6 A．C919客机受到的重力指向地心

B．C919客机受重力的同时，它也对地球产生引力

C．C919客机受到的重力总是垂直水平面向下

D．C919客机匀速飞行，它不受重力作用

答案

BC 解析

重力的方向总是竖直向下(也可以说成垂直水平面向下)，而不一定指向地心，故A错，C正确．由于地球对客机的引力而产生重力，同时客机对地球也产生引力，B对．地球附近的任何物体都受重力作用，D错．

11．2016年《挑战不可能》第二季中，韩遂宁因成功地在悬吊画框中平衡摩托车而被称为平衡大师，如图7所示．下列说法正确的是(

)

图7 A．支撑摩托车的单脚一定是竖直的

B．钢丝绳的方向一定通过摩托车和画框的重心

C．当摩托车随画框旋转时，摩托车的重心也相对摩托车在移动

D．在挑战过程中，韩遂宁通过改变摩托车的倾斜程度从而改变摩托车重心的位置

答案

ABD

解析

摩托车处于静止状态，其重力方向是竖直向下的，根据二力平衡可知，单脚支架对它的作用力方向竖直向上，A正确；对于摩托车和画框组成的整体，根据二力平衡可知钢丝绳的方向一定通过摩托车和画框的重心，B正确；当摩托车随画框旋转时，摩托车的重心相对摩托车不移动，C错误；在挑战过程中，韩遂宁通过改变摩托车的倾斜程度从而改变摩托车重心的位置，D正确．

二、非选择题

12．用图示法画出力，并指出施力物体和受力物体．

(1)空气对气球的20 N浮力；

(2)小孩用与水平方向成30°角斜向右上方、200 N的拉力拉小车．

答案

见解析

解析

(1)空气对气球的浮力为20 N，施力物体是空气，受力物体是气球．力的图示如图甲所示．

(2)小孩用与水平方向成30°角斜向右上方、200 N的拉力拉小车，施力物体是小孩，受力物体是小车．力的图示如图乙所示．

13．在图8中，质量分布均匀的物体A受到的重力都是8 N，试画出物体A所受重力的示意图．

图8 答案

如图所示