1、第第 1 1 节节 重力与重心重力与重心 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.了解重力的内涵， 能用重力的概念和规律 说明生产生活中的相关现象，解决一些相 关的实际问题。 2.能对物体的重力进行分析， 会作图表示力 的大小和方向。 3.知道重心的概念以及物体重心的位置。 1.科学探究 能通过作图表示力的大小和方向， 通 过观察演示实验讨论交流得出结论。 2.关键能力 规范作图能力和应用数学知识解决 物理问题的能力。 一、力的描述 1力的概念 (1)定义：力是物体和物体之间的相互作用，能使物体的形状、运动状态发生改 变。 (2)力的单位是牛顿，简称牛，用符号 N 表示。 2力的图示 在物理学中
2、，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。 3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的力，对线 段的长度没有严格要求。 【判一判】 (1)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。() (2)力作用在物体上，必定同时出现形变和运动状态的改变。() (3)有的力可能只有施力物体而没有受力物体。() 二、重力及其测量、物体的重心 产生 因地球的吸引而使物体受到的力 大小 (1)大小：Gmg，式中 G、m、g 的单位分别为 N、kg、N/kg(或 m/s2)
3、(2)测量：用弹簧测力计测出。测量时竖直悬挂被测物体，当处于静止 状态时，测力计的示数就等于物体重力的大小 方向 总是竖直向下 重心 (1)定义：一个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，把这个点视为重力的等效作用点，称 为物体的重心 (2)决定重心位置的因素：物体的形状；物体的质量分布情况 【想一想】 甲 乙 (1)熟透的苹果为什么落向地面？ (2)地球表面的一切物体，不论静止的，还是运动的，不论与地面是否接触，是 否都受到地球对它们的吸引作用？ 答案 (1)苹果因地球的吸引而受重力。 (2)是。 【判一判】 (1)地球上所有物体的重力的施力物体都是地
4、球。() (2)重力的方向也可以表述为指向地心。() (3)重心是物体重力的作用点，重心一定在物体上。() 探究 1 力的性质和作用效果 情境导入 如图所示是足球撞击球网的瞬间。讨论回答下列问题： 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， 该力对足球产生了什么样的作用效果？ 答案 有 改变足球的运动状态。 归纳拓展 1力的三个性质 性质 理解 物质性 力是物体对物体的作用，脱离物体而独立存在的力是不存在的，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
5、矢量性 力是矢量，不仅有大小，而且有方向 2.力的作用效果 (1)力的作用效果 (2)影响作用效果的要素：力的大小、方向和作用点。如图所示。 3误区警示 (1)相互作用的物体，可以直接接触，也可以不接触，但作用力必然是成对出现 的。 (2)并非有生命的物体才是施力物体，也并非先有施力物体后有受力物体。 (3)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发生 变化。 (4)力的物质性表明力离不开施力物体或受力物体，力的相互性表明力总是成对 出现的，一个物体对其他物体施加力的同时，也一定受到其他物体的作用力。 【例 1】 下列说法中正确的是( ) A射出枪口的子弹，能打到很远的地
6、方，是因为子弹离开枪口后受到一个推力 作用 B不接触的物体之间不可能有力的作用 C只有有生命或有动力的物体才会施力，无生命或无动力的物体只会受到力， 不会施力 D任何一个物体，一定既是受力物体，又是施力物体 答案 D 解析 子弹在枪管内受到火药爆炸所产生的强大推力， 使子弹离开枪口时具有很 大的速度，但子弹离开枪口以后，只受重力和空气阻力作用，并没有一个所谓的 推力，因为无法找到这个“推力”的施力物体，故不存在，选项 A 错误；不接 触的物体之间也可能有力的作用，如两个磁铁，故选项 B 错误；不论物体是否 有生命或是否有动力，它们受到别的物体作用时，都会对别的物体施加力，如马 拉车时，车也拉马
7、；书向下压桌子，桌子也向上推书，故选项 C 错误；由于自 然界中的物体都是相互联系的，找不到一个孤立的、不受其他物体作用的物体， 所以每一个物体既是受力物体，又是施力物体，故选项 D 正确。 【针对训练 1】 下列有关力的说法中正确的是( ) A力的产生离不开施力物体，但可以没有受力物体 B力的产生离不开受力物体，但可以没有施力物体 C力是物体对物体的作用，如果找不到施力物体或受力物体，这个力就不存在 D不接触的物体间也可以产生力的作用，例如，磁铁吸引铁钉，可见力可以离 开物体单独存在 答案 C 解析 任何力都有它的施力物体和受力物体，只有施力物体而没有受力物体，或 只有受力物体没有施力物体的
8、力是不存在的，A、B 错误；磁铁吸引铁钉，说明 不接触的物体之间也可以产生力的作用，力不能离开物体单独存在，任何力都有 它的施力物体或受力物体，C 正确，D 错误。 探究 2 力的表示方法 情境导入 如图甲、乙描述的是“三毛”拉车的情景。讨论以下问题： (1)哪幅图画出的是拉力的图示？为什么？ (2)哪幅图是拉力的示意图？为什么？ 答案 (1)甲图是拉力的图示，因为有标度。(2)乙图是拉力的示意图，它没有标 度。 归纳拓展 1力的图示：用一条带箭头的线段来表示力的三要素。 力的示意图：用一条带箭头的线段来表示力的方向和作用点。 2力的图示与力的示意图的区别 (1)力的图示能表示力的三要素，精确
9、表示力时经常用到。 (2)力的示意图只能表示力的作用点和方向，在对物体的受力情况进行分析时经 常用到。 3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 画同一物体受力图示时要选同一 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 【例 2】 如图所示，通过细绳用大小为 50 N 的力 F 沿与水平方向成 30 角斜向 上拉物块 A，试画出拉力 F 的图示，并指出受力物
10、体与施力物体。 答案 见解析 解析 依题意知，细绳拉物块 A，受力物体是物块 A，施力物体是细绳。画力的 图示时， 先选好标度， 以 4 mm 长的线段表示 10 N 的力， 则拉力 F 共长 20 mm， 用点 A 代表物块 A，即力的作用点，最后标上箭头指明拉力的方向，即得力 F 的图示， 如图所示， 为了准确无误地表示拉力的方向， 图中的虚线是必要的补充。 【针对训练 2】 (2021 湖南张家界高一上学期期末)如图所示运动员在投篮时把 篮球抛向空中，若不计空气阻力，则能正确表示篮球在空中飞行时的受力图的是 (G 表示重力，F 表示手对球的作用力)( ) 答案 C 解析 由于篮球在运动的
11、过程中不计空气的阻力，则篮球只受到重力的作用，重 力的方向竖直向下，故 C 正确，A、B、D 错误。 探究 3 对重力和重心的理解 情境导入 (1)如图所示，为什么树上的苹果总要落向地面？ (2)为什么建筑工地上工人常用重垂线来检测墙壁是否竖直？ 答案 (1)苹果落向地面是因为受到了竖直向下的重力作用。 (2)重垂线能检测墙壁是否竖直的原理，是根据重力的方向是竖直向下的，重锤 静止时，悬挂重锤的细线方向一定是沿竖直方向的，如果墙壁与细线平行，就说 明墙壁是竖直的，没有倾斜。 归纳拓展 1对重力的理解 (1)产生：重力是由于地球的吸引而产生的，但由于其自转的影响，重力一般不 等于地球对物体的吸引
12、力。 (2)大小：同一地点，不同物体重力的大小与其质量成正比。 (3)方向：重力的方向总是竖直向下。 关键提醒 2对重心的理解 (1)重心的特点： 重心是重力的等效作用点， 并非物体的其他部分不受重力作用。 (2)重心的位置及决定因素 位置：重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。 决定因素 a物体质量分布情况。 b物体的形状。 (3)重心位置的高低影响物体的稳定程度。重心越低，物体越稳定。 【例 3】 关于物体的重力和重心，下列说法正确的是( ) A物体所受的重力是由于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
13、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 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而不是垂直地面向下，选项 A 错误；同一物体在 地球上不同位置所受重力不同，与弹簧测力计无关，选项 B 错误；重心为物体 各部分所受重力的等效作用点，选项 C 正确；重心的位置与物体的形状与质量 分布是否均匀有关，如果质量不均匀分布，仅有规则几何外形，其重心也不一定 在几何中心上，选项 D 错误。 【针对训练 3】 (2021 浙江杭州余杭第二高级中学高一开学考试)如图所示，是 陕西西安半坡村出土的
14、盛水陶罐(也称为欹 q 器)， 它的特点是底尖、 腹大、 口小。 穿入绳子(系绳的耳环设在瓶腹稍靠下的部位)，将空的欹器悬挂起来静止时，发 现整个容器无法正立而是略有倾斜(如图所示)。 往其中注入适量的水(一半水左右) 后，发现整个容器正立了，保持竖直状态；若注入水太满，容器会自动倾倒，将 多余的水倒出。关于以上几个状态时容器重心的变化，下列说法正确的是( ) A让未装水的欹器竖立时，它的重心略低于耳环 B装一半水时的欹器，重心略高于耳环 C装一半水时的欹器，重心略低于耳环 D装满水时的欹器重心最低 答案 C 解析 未装水的欹器竖立时，容器无法正立而是略有倾斜，说明它的重心略高于 耳环，故 A
15、 错误；装一半水时的欹器，整个容器正立了，说明重心略低于耳环， 故 B 错误，C 正确；装满水时的欹器会自动倾倒，说明其重心最高，故 D 错误。 1(对力的理解)下列说法中正确的是( ) A甲打乙一拳，乙感到痛，而甲未感觉到痛，说明甲对乙施加了力，而乙未对 甲施加力 B地球对苹果有引力作用，苹果对地球没有引力作用，所以苹果才落到地面上 C磁铁吸引铁钉时，磁铁不需要与铁钉接触，说明力可以脱离物体而存在 D网球运动员用力击球，网球受力飞出后，网球受力的施力物体不再是人 答案 D 解析 甲对乙施力的同时，乙对甲也施力，只不过甲的“拳头”比乙“被打的部 位”如肚子、胸部，更能承受打击罢了，所以乙感到痛
16、而甲未感到痛，故 A 错误；地球对苹果有引力作用，使苹果落到地面，由于力的作用是相互的，苹果 对地球也有引力作用，故 B 错误；力不可以离开物体而存在，磁铁对铁钉的作 用是通过磁铁产生的磁场产生的，磁场离不开磁铁，故 C 错误；网球飞出后受 重力和阻力，施力物体是地球和空气，而不再是人，故 D 正确。 2(重力的大小)在星球表面物体受到的重力大小可以用公式 Gmg 表示，地球 和火星的 g 值如图所示。同一个物体从地球表面移至火星表面时( ) A质量变大 B质量变小 C重力变大 D重力变小 答案 D 解析 质量与物体所处的位置无关，故物体移到火星表面后质量不变，A、B 错 误； 由于火星表面的
17、重力加速度小于地球表面， 故物体受到的重力变小， D 正确， C 错误。 3(对重心的理解)如图所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家集高度智慧、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之宝， 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 马的重心在马身上而不在飞燕上， 但只有马的重心位置和飞燕在一条竖直 线上，才能保持平衡，故选项 A、B、C 错误，D 正确。 4(力的图示和示意图)如图甲中木箱 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。 答案 如图所示