课外读物获奖说课稿

重力和重心

一、教学目标：

（1）知道重力的产生

（2）知道重力是万有引力的分力

（3）知道重心与稳度的关系

二、过程与方法：

（1）通过学生实验探究得出重心与稳度的关系

（2）通过物理模型分析强化重力方向

三、情感态度与价值观：

通过实验探究与分析现象，激发学生对科学的求知欲

四、重点：

（1）重力的产生；

（2）重心与稳度的关系

五、难点：重力是虚拟力的理解

六、教学设计：

我们已经在高一物理中学习过重力的基本知识，你知道重力是怎么产生的吗？物体的重心与什么因素有关呢？你会寻找物体的重心吗？重力和我们的日常生活有着怎样的密切联系？本节课我们将深入探讨重力有关的知识。

一、重力的基本知识

1．重力的产生

国内外各种课本及参考书对重力概念的定义不尽一致，基本上是以下5类。

（1）“物体由于地球的吸引而受到的力。”

（2）“地球对地球表面附近物体的引力称重力。”

（3）“质点以线悬挂并相对于地球静止时，质点所受重力的方向沿悬线且竖直向下，其大小在数值上等于质点对悬线的拉力”。“实际上，重力就是悬线对质点拉力的平衡力”。“物体在地球表面附近自由下落时，有一竖直方向的加速度g，产生此加速度的力称为重力”。

（4）静止在地面上的物体，所受重力是地球对物体的万有引力的不能产生加速度的那个分力，能产生加速度的作用效果全部分给另一个分力，即物体随地球自转所需要的向心力。

（5）“地面附近一切物体都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。”

需要注意的是，以上这几类定义有着共同的缺陷

：

①只适用于地面附近这个范围。因为定义是在地面附近建立起来的，不能随便应用到离地面更远的空间，更不能随便用到宇宙空间。但是在月球、火星等外星上或飞往太空路上的飞船上，都离不开研究物体在那里的重力，怎么办。

②即使在地面附近，求物体的重力时，也只考虑了地球对物体的万有引力和物体随地球自转的向心力，却没有考虑太阳、月亮及其他星球对物体的万有引力还有物体随地球绕太阳公转的向心力等，这是不能被人接受的。

2．为什么重力会有这么多的定义版本

重力是所有物理量中，唯一能有众多版本同时存留至今的物理量，这种现象不一般。这说明重力定义的确立存在相当大的困难。像万有引力、弹力、摩擦力这些力学中的物理量，还有热学、光学、电学、原子物理学中的各种物理量的定义都确立了单一的精准版本。

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重力定义没有一个版本能排除其他版本的存在，而在力学中独占其位。确立重力定义的艰难使得有关重力的讨论不得不被众人远远地回避。这种身边科学比高深科学还难搞明白的现象，不符合人对自然界的认识规律。

2012年在力学界出现了重力第6类定义的新版本，根据第6类定义，

我们可以推导出一个物理矢量表达式：F地=G+F向，其中F地表示物体受到

的地球对它的万有引力，G表示物体受到的重力，F向表示物体随地球自转

所需要的向心力。矢量图如图1，是按照万有引力的效果来分解的，可见，

重力是万有引力的一个分力，而分力可以认为不是物体实际受到的力，在此

我们认为重力其实是一个“虚拟力”。既然不是一个实实在在存在的力，重

图1 力有这么多的定义版本也不足为奇了。

3．重力的方向

重力的方向竖直向下，但是并不一定指向地心，如图1所示。

F地

只有在两个区域重力的方向才指向地心，一个是赤道上，还有一个

O F地

是两极的极点。请在右图中画出赤道和极点处的物体重力的方向。

4.重力的大小

地面上同一点处物体受到重力的大小跟物体的质量m成正比，同样，当m一定时，物体所受重力的大小与重力加速度g成正比，用关系式G=mg表示。通常在地球表面附近，g值约为9.8 m/s2，表示质量是1kg的物体受到的重力是9.8m/s2。(9.8 m/s2是一个平均值；在赤道上g最小，g=9.79 m/s2；在两极上g最大，g=9.83 m/s2。

重力并不等于地球对物体的引力。由于地球本身的自转，除了两极以外，地面上其他地点的物体，都随着地球一起，围绕地轴做近似匀速圆周运动，这就需要有垂直指向地轴的向心力，这个向心力只能由地球对物体的引力来提供，我们可以把地球对物体的引力分解为两个分力，一个分力F向方向指向地轴，大小等于物体绕地轴做近似匀速圆周运动所需的向心力；另一个分力G就是物体所受的重力其中F向=mr

(为地球自转角速度，r为物体旋转半径)，可见F向的大小在两极为零，所以重力最大，随纬度减少而增加，在赤道地区为最大F向max，所以重力最小。

2二、重心

1.定义：一个物体的各部分都要受到重力的作用。从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心。

2．影响一个物体重心分布的因素：（1）形状（2）质量分布

质量均匀分布的物体，重心的位置只跟物体的形状有关。有规则形状的物体，它的重心就在几何中心上，例如，均匀细直棒的中心在棒的中点，均匀球体的重心在球心，均匀圆柱的重心在轴线的中点。

3．利用悬挂法测“薄板”类物体的重心

（1）操作方法：如图，首先找一根细绳，在物体上找一点A，用绳悬挂，待物体静止后，通过悬挂点连一条竖直线AB。在该竖直线外再找一点C悬挂，通过悬挂点C连一条竖直线CD，两条竖直线的交点就是不规则物体的重心O。

（2）原理：对于静止的物体而言，只受两个力，重力和拉力，由于二力平衡时两力必等大反向且处于一条直线上，即重力与绳子处于一条直线上，因此绳子的直线通过重心（重力作用点）。对于两次悬挂，两次的绳线都- 2 -

通过重心，其交点必然就是重心了。

（3）适用范围：只能是“薄板”类物体，如果是实心物体，它的重心在内部，重垂线不能穿过，难以测量。

三、假如地球上重力突然消失

1．人无法走路：人走路依靠的是摩擦力前进，如果没有重力，人与地面之间没有了挤压，也就没有了摩擦力，自然也就不能走路了。不仅不能走路，汽车也不能行驶。在这种情况下，人如何移动呢？

2．很多器材不能使用，比如：体重秤、天平……（思考：如果在无重力环境下怎么测质量呢？）

3．灰尘会被被扬到空中：没有重力的作用，灰尘在空中自由扬起。于是，漫天的灰尘将阳光遮住，植物大量死亡，接着……

4．其实假如地球上重力消失，地球上所有的物体都将离开地球。因为地球上的物体均随地球的自转而做圆周运动，如果没有重力，则没有力提供向心力，于是地球上所有的物体都将做离心运动，永远离开地球。

5、太空中的完全失重

四、稳度

1、定义：是指物体处于稳定平衡状态的稳定程度。

2、动手小实验：如何让一个煮熟的鸡蛋树立在桌面上

3、探究决定稳度的因素：

在平板上放着一个金属圆柱框架，在框架的重心处悬挂一根重垂线．在平板倾斜的时候，只要重垂线通过支面，圆柱框架总是处于平衡状态的；重垂线不通过支面时，圆柱框架就要倾倒，就不能保持平衡了．

4、决定稳度的因素：稳度的大小由物体重心的高度和支持面的大小决定

即重心低，支持面大的物体稳度大，反之则稳度小。所谓支持面是指物体各部分所围成的面积。

如站在行驶车厢里的人，为了增大稳度，往往把两腿叉开，这样两脚所围成的面积就增加了，支持面增加了（同时重心也降低了），稳度增大了．又如一块砖平放和竖放相比较，平放时重心低，支持面积大，所以稳度就大．

5、稳度在生活中的应用

（1）长途汽车的进步

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思考：现代长途车是依靠什么方法提高稳度的？

（2）地质测量或摄影中使用的三脚架

三脚架是依靠什么方法提高稳度的？

（3）水杯一般都要做成厚底的

（4）扬稻谷机的底座面积都比较大

五、课堂趣味实验（一）：扑克牌上的铅笔

实验目的：

使铅笔停在扑克牌的边缘上。

实验器材：

（六棱形）铅笔1支、扑克牌1张

实验原理：

扑克牌的长边边缘由弯曲变成直线的过程中，铅笔与扑克牌的接触面越来越大。当扑克牌的长边缘变成直线时，铅笔的重心与扑克牌的上边缘在同一竖直平面内，这样扑克牌的上边缘就可以支撑住铅笔，使铅笔停留在扑克牌的边缘上。

实验操作：

1、用一只手拿住扑克牌短边的边缘，使扑克牌处于直立状态，并使扑克牌长边边缘尽量保持水平。

2、手指用力压扑克牌的两侧，使扑克牌长边边缘在水平面内发生弯曲。

3、把铅笔横放在扑克牌的长边边缘上。

4、慢慢放松手指的用力，使扑克牌长边边缘由弯曲变成直线，这时铅笔就会停留在扑克牌的长边边缘上。

六、课堂趣味实验（二）：不会掉的直尺

实验目的：

用榔头使直尺一端放置于桌面而不掉下。

实验器材：

榔头（比较重）1把、长直尺一根、绳子一条

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实验原理：

直尺和榔头组成的整体重心位于该整体的竖直投影平面内，直尺不会从桌上掉下。

实验操作：

1、在直尺的一端缠上绳子并把绳头系牢；

2、绳子另一端与榔头系牢；

3、将直尺一端放在水平桌面上；

4、如图所示，调整直尺和榔头的位置。

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