【2020秋備課】高中物理學(xué)案新人教版必修1-3.1-重力-基本相互作用

3.1重力基本相互作用一個(gè)靜止的球，我們踢它一腳，就可以把力作用在球上，使它開頭運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生速度；假如再去頂它一下，那就不只轉(zhuǎn)變了它的運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)也轉(zhuǎn)變了它的速度．力也可以使物體的外形轉(zhuǎn)變，譬如撐桿跳時(shí)，可以使桿發(fā)生彎曲．力的性質(zhì)和特點(diǎn)有哪些呢？.要點(diǎn)一、力和力的圖示1．力的概念力是物體與物體之間的相互作用．2．力的特征(1)力的物質(zhì)性力不能離開物體而獨(dú)立存在，無(wú)論是什么物體，它都要受到力的作用；而只要有力的存在，就必需有施力物體和受力物體．(2)力的效果性力的效果性可以體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化即物體速度的變化．不管是速度的大小還是方向發(fā)生變化，都說(shuō)這個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化；②物體外形的變化．當(dāng)我們用手壓鋸條的時(shí)候，鋸條變彎，我們就說(shuō)鋸條發(fā)生了外形的變化．(3)力的相互性力存在于施力物體和受力物體之間，力的作用是相互的，施力物體同時(shí)也確定是受力物體．我們將兩個(gè)物體之間的作用力稱為作用力與反作用力．(4)力的矢量性力是矢量，力既有大小，又有方向．力的方向不同，作用效果往往不同．所以，要把一個(gè)力完整地表示出來(lái)，既要說(shuō)明力的大小又要說(shuō)明力的方向．(5)力的瞬時(shí)性力可以發(fā)生突變，既可以瞬間產(chǎn)生，也可以瞬間消逝．(6)力的三要素力的大小、方向、作用點(diǎn)，共同稱為力的三要素．3．力的圖示(1)力的測(cè)量：力的大小可以用測(cè)力計(jì)(彈簧秤)測(cè)量．(2)力的單位：國(guó)際單位制中，力的單位是牛頓，簡(jiǎn)稱牛，符號(hào)是N.(3)力的圖示：物理學(xué)中用一根有向線段來(lái)形象、直觀地表示力，線段的長(zhǎng)度表示力的大小，箭頭的指向表示力的方向，用箭頭或箭尾表示力的作用點(diǎn)，這種表示力的方法叫做力的圖示．(4)作力的圖示需要“四定”：①定標(biāo)——選定作圖的標(biāo)度，即單位長(zhǎng)度的線段表示多大的力．有幾個(gè)力時(shí)，應(yīng)當(dāng)兼顧各個(gè)力的大小，一般接受這幾個(gè)力的最大公約數(shù)作為共同的標(biāo)度．②定點(diǎn)——確定力的作用點(diǎn)畫在何處．畫一個(gè)方塊或一個(gè)點(diǎn)表示受力物體，并確定力的作用點(diǎn)．③定線——從力的作用點(diǎn)開頭，沿力的作用方向畫一線段(依據(jù)所選標(biāo)度和該力的大小確定線段的長(zhǎng)度)，并在線段上加上刻度．④定向——在線段的末端加注箭頭，指明力的方向，并且在箭頭的旁邊標(biāo)出表示這個(gè)力的字母、數(shù)值和單位．要點(diǎn)二、重力和重心1．概念地面四周的一切物體都受到地球的吸引，由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力，重力也叫重量．理解重力要把握好以下幾個(gè)方面：(1)本質(zhì)：由于地球的吸引而使物體受到的力．(2)重力的施力物體是地球．(3)地球表面四周的一切物體，不論是靜止還是運(yùn)動(dòng)的，不論是否與地面接觸，都受重力作用，重力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和接觸面的狀況均無(wú)關(guān)．(4)重力的方向總是豎直向下的．(5)重力大小的計(jì)算公式是G＝mg.式中m是物體的質(zhì)量，單位用kg，g是一個(gè)與地球位置有關(guān)的量，叫重力加速度(g值隨地球緯度的增加而增大，隨距地面高度的增大而減小)．通常狀況下，g取9.8N/kg，表示質(zhì)量是1kg的物體受到的重力是9.8N(6)重力的大小可以用彈簧秤測(cè)出．2．重心一個(gè)物體的各部分都要受到重力的作用．從效果上看，可以認(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫做物體的重心．(1)重心是重力的等效作用點(diǎn)．(2)物體重心的位置跟物體的外形和物體內(nèi)質(zhì)量的分布都有關(guān)系，跟物體的放置狀況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)．(3)對(duì)于薄板狀物體，可以用懸掛法找出其重心所在的位置．這種方法依據(jù)的主要原理是二力平衡條件一、力的理解例1下列說(shuō)法中不正確的是()A．甲用力把乙推倒，說(shuō)明只是甲對(duì)乙有力的作用，乙對(duì)甲沒有力的作用B．只有有生命或有動(dòng)力的物體才會(huì)施力，無(wú)生命或無(wú)動(dòng)力的物體只受到力，不會(huì)施力C．只有直接接觸的物體相互作用才有力的作用D．小說(shuō)《水滸》中的花和尚魯智深是一位“大力士”，是說(shuō)他有很大的力解析甲推乙的同時(shí)，乙也推甲，力的作用是相互的，故A錯(cuò)誤．不論物體是否有生命或是否有動(dòng)力，它們受到別的物體作用時(shí)都會(huì)施力，也就是說(shuō)，受力物體確定同時(shí)也是施力物體，如馬拉車，車也拉馬，故B選項(xiàng)錯(cuò)．兩個(gè)物體發(fā)生了力的作用，不愿定需要直接接觸，如磁鐵隔著一段距離時(shí)也能吸引鐵屑，故選項(xiàng)C錯(cuò)．物理學(xué)中的“力”與現(xiàn)實(shí)中的“力”是兩個(gè)不同的概念，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤．答案ABCD(1)力的作用是相互的，施力物體同時(shí)也是受力物體．(2)力可以發(fā)生在接觸和不接觸的物體之間.二、力的圖示例2一個(gè)重20N的物體沿著斜面下滑，如下圖所示，關(guān)于物體所受重力的圖示不正確的是()答案BC解析重力的方向總是豎直向下即垂直于水平面對(duì)下，不愿定與接觸面垂直；另外，選取不同的標(biāo)度，力的圖示會(huì)有所不同．依據(jù)上述原則可知A、D圖示正確，B、C則不正確．三、重力的理解例3假如重力消逝了，將會(huì)發(fā)生的狀況是()A．天不會(huì)下雨，也不會(huì)刮風(fēng)B．一切物體的質(zhì)量都沒有了C．用天平照舊可以測(cè)出物體的質(zhì)量D．河水不會(huì)流淌解析下雨、刮風(fēng)以及河水流淌都是由于物體受到重力作用而引起的，假如重力消逝，這些自然現(xiàn)象都不會(huì)發(fā)生，故A、D正確．質(zhì)量是物體本身的固有屬性，與重力是否消逝無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)．假如重力消逝，放在天平托盤上的物體對(duì)托盤天平無(wú)壓力，所以天平也就無(wú)法測(cè)量物體的質(zhì)量了，所以C錯(cuò)．答案AD四、重心的理解例4關(guān)于物體的重心，下列說(shuō)法正確的是()A．物體的重心確定在物體上B．用線豎直懸掛的物體靜止時(shí)，線的方向確定通過(guò)重心C．一磚塊平放、側(cè)放或立放時(shí)，其重心在磚內(nèi)的位置不變D．舞蹈演員在做各種秀麗?的動(dòng)作時(shí)，其重心在體內(nèi)位置不變解析物體的重心是重力的等效作用點(diǎn)，不愿定在物體上，所以A項(xiàng)錯(cuò)誤；懸掛法確定物體重心時(shí)，線的方向確定通過(guò)重心，因此B項(xiàng)正確；物體重心與質(zhì)量分布和外形有關(guān)，當(dāng)質(zhì)量分布不變、外形不變時(shí)，其重心不變，而外形轉(zhuǎn)變時(shí)重心位置也轉(zhuǎn)變，所以C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤．答案BC1.關(guān)于地面上物體的重力，下列說(shuō)法正確的是()A．只有靜止時(shí)，物體才受重力B．物體對(duì)地面的壓力就是物體的重力C．彈簧測(cè)力計(jì)和桿秤都能稱量物體的重力大小D．同一地點(diǎn)，物體的重力與其質(zhì)量成正比答案D解析重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而使物體受到的力，故物體運(yùn)動(dòng)時(shí)也受到重力作用．由試驗(yàn)可知，在同一地點(diǎn)，物體的重力與其質(zhì)量是成正比的．2.關(guān)于力的說(shuō)法正確的是()A．力是轉(zhuǎn)變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由B．運(yùn)動(dòng)物體在運(yùn)動(dòng)方向上確定受到力的作用C．一個(gè)力必定涉及兩個(gè)物體D．力的大小相等，作用效果不愿定相同答案ACD3.下列有關(guān)力的一些說(shuō)法正確的是()A．物體被豎直向上拋出后，由于受到一個(gè)豎直向上的升力作用才上升B．放在斜面上的物體會(huì)沿斜面下滑，是由于受了一個(gè)下滑力的作用C．放在水中的木塊浮于水面，是由于受了一個(gè)浮力的作用D．運(yùn)動(dòng)員跳遠(yuǎn)騰空后，是由于受了一個(gè)強(qiáng)大的沖力作用，所以能前進(jìn)幾米答案C4.下列說(shuō)法正確的是()A．甲打乙一拳，乙感到痛，而甲未感覺到痛，說(shuō)明甲對(duì)乙施加了力，而乙未對(duì)甲施加力B．“風(fēng)吹草動(dòng)”，草受到了力，但沒有施力物體，說(shuō)明沒有施力物體的力也是存在的C．磁鐵吸引鐵釘時(shí)，磁鐵不需要與鐵釘接觸，說(shuō)明力可以脫離物體而存在D．網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員用力擊球，網(wǎng)球受力飛出后，網(wǎng)球受力的施力物體不再是人答案D5．下列說(shuō)法中正確的是()A．自然界全部的相互作用力都可歸納為四種基本相互作用B．在四種基本相互作用中，萬(wàn)有引力是最強(qiáng)的C．四種基本相互作用的規(guī)律是完全獨(dú)立的，不行能再統(tǒng)一了D．萬(wàn)有引力和電磁力是長(zhǎng)程力，強(qiáng)相互作用和弱相互作用是短程力答案AD6．一飲料杯裝滿水，如圖3－1－1所示，杯的底部有一小孔，在水從小孔不斷流出的過(guò)程中，杯連同水的共同重心將()A．始終下降B．始終上升C．先上升后降低D．先降低后上升答案D7．在圖3－1－2中，質(zhì)量分布均勻的物體A受到的重力都是8N，試畫出物體A所受重力的示意圖．圖3－1－2答案8．一根密度和粗細(xì)均勻的直銅棒，它的重心在何處？水平放置、豎直放置和傾斜放置時(shí)，它的重心位置是否相同？為什么？假如把直銅棒變成弧形，它的重心位置是否轉(zhuǎn)變？為什么？答案直銅棒的重心在棒的幾何中心；當(dāng)變換放置方式時(shí)，重心位置相同，這是由于物體重心與物體外形和物體的質(zhì)量分布有關(guān)；外形發(fā)生了轉(zhuǎn)變，所以，銅棒的重心位置也發(fā)生轉(zhuǎn)變．題型1力的相互性和作用效果的理解例1關(guān)于力的作用效果的說(shuō)法中正確的是()A．物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，確定受到外力作用B．物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不發(fā)生變化，確定不受外力作用C．力對(duì)物體的作用效果完全由力的大小打算D．物體受到力的作用后，確定同時(shí)毀滅形變和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的現(xiàn)象答案A解析當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，則說(shuō)明物體確定受到外力的作用，故A正確，同時(shí)也說(shuō)明白B、D不正確，如彈簧受外力被拉伸穩(wěn)定后，發(fā)生了形變，但運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并沒有發(fā)生變化．力的作用效果由力的大小、方向、作用點(diǎn)三要素共同打算，故C錯(cuò)誤．拓展探究若氣球下掛一重物，沿與水平面成45°角的方向斜向上勻速上升，如圖3－1－1所示，不考慮空氣阻力，從力的相互性和作用效果的角度，分析氣球和重物整體受力狀況，下列說(shuō)法正確的是：()圖3－1－1A．受重力、浮力、水平方向的風(fēng)力B．只受重力和浮力的作用C．受重力、浮力、斜向上的沖力D．受重力、浮力、風(fēng)力、斜向上的沖力答案B解析依據(jù)力是物體間的相互作用可知，對(duì)于一個(gè)力總是同時(shí)對(duì)應(yīng)著受力物體和施力物體，對(duì)于C、D選項(xiàng)中的沖力，我們找不到相應(yīng)的施力物體，因此不存在，所以C、D錯(cuò)誤；依據(jù)力的作用效果可知，物體受到力的作用會(huì)轉(zhuǎn)變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或發(fā)生形變，反過(guò)來(lái)我們也能依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判定物體的受力狀況，我們發(fā)覺假如氣球和重物整體受重力、浮力、水平方向的風(fēng)力三個(gè)力的作用，就不行能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)，只有B選項(xiàng)正確．1．力的作用效果：當(dāng)物體受到力的作用時(shí)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變或產(chǎn)生形變，反之假如物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)變或產(chǎn)生了形變，則物體確定受到力的作用．2．力的作用效果由力的大小、方向、作用點(diǎn)三要素共同打算．3．物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由速度來(lái)描述，只要物體的速度發(fā)生了變化，不管是速度的大小還是方向發(fā)生了轉(zhuǎn)變，都說(shuō)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化．4．分析一個(gè)力是否存在時(shí)，要看它是否有施力物體和受力物體.題型2重力的理解例2下列說(shuō)法正確的是()A．自由下落的石塊速度越來(lái)越大，說(shuō)明石塊所受重力越來(lái)越大B．在空中飛行的物體不受重力作用C．一拋出的石塊軌跡是曲線，說(shuō)明石塊所受的重力方向始終在轉(zhuǎn)變D．將一石塊豎直向上拋出，在先上升后下降的整個(gè)過(guò)程中，石塊所受重力的大小與方向都不變答案D解析在地球上的同一位置，同一物體的重力為確定值，故A錯(cuò)；只要在地球上，物體所受重力就不為零，故B錯(cuò)；重力的方向始終豎直向下，與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，故C錯(cuò)．拓展探究一個(gè)質(zhì)量為60kg的人，在地球上的重量為588N，在月球上的重量為98N．該人做摸高運(yùn)動(dòng)時(shí)，在地球上的高度為0.5m，那么在月球上的觸摸高度為多少？答案3.0m解析人在地球和月球上的質(zhì)量相等，由G＝mg得，地球表面的自由落體加速度g＝eq\f(G,m)＝eq\f(588,60)m/s2＝9.8m/s2，月球表面的自由落體加速度g′＝eq\f(G′,m)＝eq\f(98,60)m/s2＝1.63m/s2設(shè)人在地球上的觸摸高度為h，在月球上的觸摸高度為h′.由veq\o\al(2,t)－veq\o\al(2,0)＝2ax得，eq\f(h,h′)＝eq\f(g′,g)，解得h′＝eq\f(g,g′)h＝eq\f(9.8,1.63)×0.5m＝3.0m.1．重力的大小G＝mg，只與重力加速度g有關(guān)，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)．2．重力加速度g與物體所處的緯度和高度有關(guān)，在赤道處，g最小，在兩極處，g最大；海拔越高，g越小，離地越近，g越大.題型3力的圖示圖3－1－2例3如圖3－1－2所示，物體A對(duì)物體B的壓力是10N，試畫出這個(gè)力的圖示．答案見解析圖解析畫力的圖示，按以下步驟進(jìn)行．①選定標(biāo)度，此題可選3mm長(zhǎng)的線段表示2N的力；②從作用點(diǎn)沿力的方向畫一線段，線段長(zhǎng)短依據(jù)選定的標(biāo)度和力的大小畫，線段畫上刻度．如下圖甲從O點(diǎn)豎直向下畫一段五倍于標(biāo)度(3mm)線段；③在線段上加箭頭表示力的方向．為了簡(jiǎn)便，也可以照?qǐng)D乙那樣，不畫B物體，而用O點(diǎn)代替B物體，畫出力F的圖示．力是矢量，既有大小又有方向．力的作用點(diǎn)不同，作用效果不同．所以要把一個(gè)力完全表達(dá)出來(lái)，必需表明力的大小、方向、作用點(diǎn)．在物理學(xué)中通常用力的圖示來(lái)形象、直觀地表示某個(gè)力.1.下列說(shuō)法中正確的是()A．用手壓彈簧，手先給彈簧一個(gè)作用，彈簧壓縮后再反過(guò)來(lái)給手一個(gè)作用B．運(yùn)動(dòng)員將壘球拋出后，壘球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)仍在變化，壘球仍為受力物體，但施力物體不是運(yùn)動(dòng)員C．施力物體對(duì)受力物體施加了力，施力物體本身可能不受力的作用D．某物體作為一個(gè)施力物體，也確定是受力物體答案BD解析力是轉(zhuǎn)變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，確定是有力作用在物體上．力的作用是相互的，一個(gè)物體是施力物體，同時(shí)也是受力物體．2．關(guān)于重力的大小和方向，下列說(shuō)法中正確的是()A．物體重力的大小等于它對(duì)豎直懸繩拉力的大小或等于它對(duì)水平支持面壓力的大小B．在地球各處的重力方向都是相同的C．重心是抱負(fù)化的物理模型D．對(duì)某一物體而言，其重力的大小總是一個(gè)恒量，不因物體從赤道移到南極而變化答案C解析物體的重力大小與它對(duì)豎直懸線的拉力大小或它對(duì)水平支持面壓力的大小并不愿定相等，只有在物體靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)才相等，故A錯(cuò)誤；在地球上各處的重力方向都是豎直向下的，但各個(gè)地方的豎直向下并不是指向同一方向，例如南極和北極的重力方向恰好相反，同一物體在不同緯度處的重力大小也是不同的，在地球表面上，越靠近兩極其重力的大小也越大，故B、D錯(cuò)誤；重心是為爭(zhēng)辯問(wèn)題的便利引入的一個(gè)物理模型，物體各個(gè)部分都受重力作用，可以等效地看作集中在一點(diǎn)上，故C正確．3．對(duì)下列狀況中的物體進(jìn)行受力分析，正確的是()A．汽車剎車時(shí)，車上人向前傾倒，是由于突然受到向前的沖力B．物體在桌面上靜止不動(dòng)，是由于它沒有受到任何外力C．被踢向空中的足球，不再受到腳踢球的作用力D．放風(fēng)箏時(shí)，只要有線拉動(dòng)，不需要空氣供應(yīng)作用力答案C4．一個(gè)物體所受的重力在下列哪些情形下要發(fā)生變化()A．把它從赤道拿到兩極B．把它運(yùn)到月球上去C．把它從地面浸入水中D．把它置于運(yùn)行的電梯內(nèi)答案AB解析由G＝mg可知，物體質(zhì)量不變，當(dāng)重力加速度g發(fā)生變化時(shí)，重力G隨之轉(zhuǎn)變．由于地球兩極的g值大于赤道上的g值，地球上的g值大于月球上的g值，所以選項(xiàng)A、B正確；由于重力大小與物體所處的環(huán)境和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，所以C、D兩種狀況下物體的重力沒有發(fā)生變化．5．物體受到力的作用可能發(fā)生的變化是()A．速度的大小發(fā)生變化B．發(fā)生形變C．運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生轉(zhuǎn)變D．速度的大小和方向都發(fā)生變化答案ABCD6．關(guān)于物體的重力和重心，下列說(shuō)法正確的是()A．物體所受的重力是由于受到地球的吸引而產(chǎn)生的，所以方向總是垂直于地面對(duì)下B．同一物體在地球上的不同位置，當(dāng)用不同彈簧秤測(cè)量時(shí)其所受重力大小是不同的，當(dāng)用同一彈簧秤測(cè)量時(shí)所受重力大小確定相同C．物體的重心就是物體各部分所受重力的合力的作用點(diǎn)D．外形規(guī)章的物體(例如正方體)，其重心確定在其幾何中心處答案C解析重力的方向是豎直向下，“垂直”是典型的錯(cuò)誤說(shuō)法；同一物體在地球上的不同位置，所受重力的大小一般不同，利用彈簧秤測(cè)量當(dāng)然也一般不同；影響重心的分布有兩個(gè)因素，一是質(zhì)量分布是否均勻，二是物體的幾何外形，只有質(zhì)量分布均勻、外形規(guī)章的物體，其重心才在其幾何中心處．7．如圖3－1－3所示，一物體A受到一個(gè)大小為10N的拉力作用，該拉力方向與水平方向成30°角斜向上，畫出這個(gè)拉力的圖示．圖3－1－3解析題圖僅是拉力的示意圖，而不是拉力的圖示，畫力的圖示時(shí)，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：(1)選定標(biāo)度，本題我們可以選取1cm長(zhǎng)的線段表示5N(2)沿力的方向并且從力的作用點(diǎn)開頭，按比例畫出一線段，下圖中有向線段的長(zhǎng)度為2cm(3)在線段末端標(biāo)出箭頭，如上圖所示．為了簡(jiǎn)便，還可以將受力物體用一個(gè)點(diǎn)來(lái)代替，將力畫成如右上圖所示的形式．8．依據(jù)下列要求用圖示法畫出力：(1)水平桌面對(duì)桌面上的書產(chǎn)生30N的支持力；(2)用1600N的力沿與水平方向成30°角的斜上方拉車．