2020-2021学年高中物理学案：3.1-重力-基本相互作用(人教版必修1).docx

3.1　重力　基本相互作用
[目标定位]　1.知道力的概念及矢量性，会作力的图示.2.了解重力产生的缘由，会确定重力的大小和方向，理解重心的概念.3.了解自然界中四种基本相互作用．

一、力和力的图示
1．力的作用效果：(1)使物体的运动状态发生转变．(2)使物体发生形变．
2．力：物体与物体之间的相互作用．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．线段按肯定比例(标度)画出，它的长短表示力的大小，它的指向表示力的方向，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．
5．力的示意图：只需要表示出力的方向和作用点的线段．
　想一想：
在同一个图中要表示多个力，不同的力能不能用不同的标度？
答案　不能；力的图示中线段的长短可以表示力的大小，在同一个图示中只能接受相同的标度才能直观的区分各个力的大小．

二、重力
1．重力：由于地球的吸引而使物体受到的力．物体受到的重力与质量的关系是G＝mg，其中g就是自由落体加速度．重力的方向总是竖直向下的．
2．重心：一个物体的各个部分都要受到重力的作用，从效果上看，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．质量分布均匀的物体的重心只跟物体的外形有关，质量分布不均匀的物体，重心除跟物体的外形有关外，还跟物体的质量分布状况有关．
　想一想：
物体的重心肯定在物体上吗？
答案　不肯定，物体的重心与物体的质量分布和外形有关，重心可能在物体上，也可能不在物体上；比照实心铅球重心在球心，篮球重心也在球心，可是一个在物体上一个不在物体上．
三、四种基本相互作用
　四种基本相互作用力分别为：万有引力、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用.
一、对力的概念的理解
1．力的三性
(1)物质性：力是物体对物体的作用，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．力总是成对消灭的，施力物体同时又是受力物体，受力物体同时又是施力物体．
(3)矢量性：力不仅有大小，而且有方向，是矢量．力的大小常用弹簧测力计测出．
2．力的作用效果
(1)转变物体的运动状态，即使物体速度发生变化．
(2)使物体发生形变，即转变物体的外形或体积．
3．影响作用效果的三要素：力的大小、方向和作用点．
留意：(1)物体之间发生相互作用时并不肯定相互接触．
(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．
例1　下列说法正确的是(　　)
A．每个力都必有施力物体和受力物体
B．网球运动员用球拍击球，对网球施力的物体是运动员
C．两个力的大小都是5 N，则这两个力肯定相同
D．施力物体同时也是受力物体，受力物体同时也是施力物体
解析　力是物体对物体的相互作用，具有物质性，一个力既有施力物体也有受力物体，A正确；网球运动员用球拍击球，施力物体是球拍，受力物体是网球，B错误；力是矢量，比较两个力是否相同，除了要比较其大小之外，还要比较其方向，C错误；力具有相互性，一个物体在受力的同时也对另一个物体施加了力的作用，所以同时也是施力物体，D正确．
答案　AD
二、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)常画在力的作用点上(在有些问题中为了便利，常把一个物体用一个点表示)．
留意：(1)标度的选取应依据力的大小合理设计．一般状况下，线段应取2～5个整数段标度的长度．
(2)画同一物体受到的不同力时要用同一标度．
2．力的示意图：用一条带箭头的线段来表示力方向和作用点．
①从作用点开头沿力的方向画一适当长度的线段；
②在线段的末端标出箭头，表示力的方向．
留意：对于几何外形规章的物体，在画力的图示和示意图的时候，有向线段的起点可画在几何中心．为简化，也可以把物体用质点代替．
例2　一个铁球在空中飞行，所受重力为120 N，方向竖直向下，试画出重力的图示和示意图，并说明施力物体和受力物体．
解析　(1)选定标度：选1 cm长的线段表示30 N的力．
(2)用一矩形表示物体，从作用点沿力的方向画一线段，线段的长度按选定的标度和力的大小画，线段上加上刻度，如下图甲所示，从O点竖直向下画一条4倍于标度(4 cm)的线段；

(3)在线段上加上箭头表示力的方向．
也可以依据如图乙所示那样，不画物体，而用O点表示物体，画出力F的图示．
力的示意图：如图丙所示，用一矩形表示物体，从物体上沿力的方向画一线段，并加上箭头，表示方向．然后标明F＝120 N即可．
重力的施力物体是地球，受力物体是铁球
答案　见解析
三、对重力及重心的理解
1．对重力的理解
(1)重力的产生：重力的施力物体是地球，是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，但不能说成“重力就是地球对物体的吸引力”．
(2)重力的大小：G＝mg，g为重力加速度，g＝9.8 m/s2.
①同一地点，重力的大小与质量成正比，不同地点因g值不同而不同．
②在不同地点，同一物体的重力随纬度的增加而增大；随海拔的增加而减小．
③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．
(3)重力的方向．
重力的方向总是竖直向下，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对下，也不等同于指向地心．
2．对重心的理解
(1)重心是重力的等效作用点，并非物体的全部重力都作用于重心．
(2)重心的位置与质量分布和物体外形有关，质量分布均匀、外形规章的物体的重心在其几何中心．
①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，一个篮球重心就不在物体上．②对外形不规章的薄物体，可以接受悬挂法来确定重心的位置．
(3)重心在物体上的相对位置与物体的位置、放置的状态以及运动状态都无关，但一个物体的质量分布或者外形发生转变，其重心在物体上的位置可能发生变化．比如空载卡车和装满货物的卡车重心的位置不同．
例3　(2021～2022浙江高一期中)一个物体所受重力在下列哪些状况下要发生变化(　　)
A．把物体从赤道拿到南极
B．把物体放到加速上升的电梯里
C．把物体放到水里
D．用一个气球使物体悬浮在屋子内
解析　重力加速度随着纬度的上升而增大，所以把物体从赤道拿到南极，其重力变大，故A正确；重力加速度与物体的运动状态无关，在电梯或是水中或是用气球悬浮，重力加速度都没变，重力G＝mg，即重力没有变化；故选A.
答案　A
例4　(2021～2022江西高一期中)下列关于重心的说法中正确的是(　　)
A．任何有规章外形的物体，它的重心肯定与它的几何中心重合
B．用一条绳子把一个物体悬挂起来，物体处于完全静止状态，该物体的重心不肯定在绳子的延长线上
C．任何物体的重心都在物体内，不行能在物体外
D．重心与物体的外形和物体的质量分布有关
解析　重心的位置与物体的外形和质量分布有关，只有外形规章，质量分布均匀的物体的重心才在物体的几何中心，A错误，D正确；用一条绳子把一个物体悬挂起来，物体处于完全静止状态时，物体的重力与绳子的拉力平衡，由二力平衡的学问可知，物体的重心肯定在绳子的延长线上，B错误；重心是物体各部分所受重力的等效作用点，可以在物体上也可以在物体之外，C错误．
答案　D

对力的概念的理解

1．关于力的概念，下列说法正确的是(　　)
A．没有相互接触的物体间也可能有力的作用
B．力是物体位移增加的缘由
C．施力物体施力在前，受力物体受力在后
D．有的物体只是施力物体，而不是受力物体
解析　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A正确；力不是物体位移增加的缘由，比如物体做匀速运动，不受力，位移也增加，故B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，施力物体同时也是受力物体，C、D错误．
答案　A
力的表示方法

2．如图311所示，压缩弹簧对拇指的弹力15 N，作出拇指受力的图示．
图311

解析　当拇指按压弹簧时，拇指会受到弹簧的弹力，由题意知其大小为 F＝15 N，方向水平向右；那么力的作用点可画在拇指和弹簧的接触处，过力的作用点向右画一条线段，截取和标度相等的三段；在线段的末端标出箭头和力的大小．如下图：

答案　见解析
3．如图312所示，小球悬挂在细线下来回摇摆．请作出小球在图示位置时，所受沿绳子方向的拉力F和重力G的示意图．
图312

解析　绳子的拉力作用在小球上，方向沿绳子向上．过球心作竖直向下的重力和沿绳子斜向上的拉力．如图所示：

答案　见解析
对重力及重心的理解

4．如图313所示，一个被吊着的均匀球壳，其内部注满了水，在球的底部有一带阀门的细出水口．在打开阀门让水渐渐流出的过程中，球壳与其中的水的共同重心将会(　　)
图313

A．始终下降 B．始终不变
C．先下降后上升 D．先上升后下降
解析　在注满水时，球壳和水的共同重心在球心，随着水的流出，球壳的重心不变，但水的重心下降，二者共同的重心在下降，当水流完时，重心又回到球心，故C正确．
答案　C
5．(2021～2022江苏高一期中)下列关于重力的说法中正确的是(　　)
A．自由下落的石块速度越来越大，说明石块所受的重力越来越大
B．抛出的石块轨迹是曲线，说明石块所受的重力的方向在转变
C．物体受到的重力的大小和方向与物体的运动状态无关
D．物体所受重力的方向肯定竖直向下
解析　物体受到的重力的大小与运动状态无关，所以石块受到的重力大小不变，A、B错；重力的方向始终是竖直向下的，与物体的运动状态无关，C、D正确，故选C、D.
答案　CD

(时间：60分钟)

题型一　对力的概念的理解
1．下列说法正确的是(　　)
A．拳击手一拳击出，没有击中对方，这时只有施力物体，没有受力物体
B．力离不开受力物体，但可以没有施力物体．例如：向上抛出的小球在上升过程中受到向上的力，但找不到施力物体
C．一个力必定联系着两个物体，其中任意一个物体既是受力物体，又是施力物体
D．只要两个力的大小相等，它们产生的效果肯定相同
解析　拳击手一拳击出，没有击中对方，表明拳击手对对方没有施力，没有力当然谈不上施力物体和受力物体，A错；力是相互的，受力物体受到的力必定是施力物体施加的，必需有施力物体，B错依据力的相互性知C正确．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，D错误．
答案　C
2．在世界壮汉大赛上有拉汽车前进的一项竞赛，如图314是某壮汉正通过绳索拉汽车运动．则汽车所受拉力的施力物体和受力物体分别是(　　)
图314

A．壮汉、汽车 B．壮汉、绳索
C．绳索、汽车 D．汽车、绳索
解析　要争辩的是汽车，直接对汽车产生拉力的是绳索而不是壮汉，汽车所受拉力是绳索和汽车之间的相互作用，故其施力物体是绳索，受力物体是汽车．
答案　C
3．北京时间2021年11月30日晚，WBC迷你轻量级拳王熊朝忠的其次场卫冕战在他的家乡云南文山州马关县开打．竞赛进行到第5回合，优势巨大的熊朝忠KO泰国拳手卢克拉克，成功卫冕WBC迷你轻量级拳王金腰带．当熊朝忠用拳击中对手时，下列说法正确的是(　　)
图315

A．熊朝忠没有受到力的作用
B．熊朝忠也受到了力的作用
C．双方既是受力者，也是施力者
D．对手只能是受力者
解析　力是相互的，相互作用的两个物体，推断谁为施力物体，谁为受力物体时，是由争辩对象打算的，即争辩对象为受力物体，另一个就是施力物体，在没有确定争辩对象的状况下，双方既是施力物体，同时也是受力物体．
答案　BC
4．关于四种基本相互作用的说法正确的是(　　)
A．万有引力只发生在天体与天体之间，质量小的物体(如人与人)之间无万有引力
B．强相互作用只发生在宇宙天体等宏观物体之间
C．弱相互作用就是格外小的物体间的相互作用
D．电磁相互作用是不需要相互接触就能起作用的
解析　不论大小，任何物体间均有万有引力，A错；强相互作用发生在原子核内部核子之间，而弱相互作用发生在放射现象中，不是小物体之间，故B、C错；电磁相互作用即电荷之间的相互作用、磁体之间的相互作用，是不需要相互接触就能起作用的，故D对．
答案　D
题型二　对重力及重心的理解
5．(2021～2022黑龙江高一期中)下列说法正确的是(　　)
A．重力是物体的固有属性，不随位置而转变
B．外形规章的物体的重心，不肯定在它的几何中心上
C．物体放在斜面上，物体所受重力的方向垂直指向斜面
D．物体对水平支持面压力的大小总是等于物体的重力
解析　重力是地球对物体吸引产生的，不是物体的固有属性，A错误；只有质量分布均匀，外形规章的物体的重心才在它的几何中心上，假如质量分布不均匀，则不肯定在几何中心，B正确；重力的方向总是竖直向下，C错误；当在物体上施加一个竖直向下的力，则此时对水平面的压力等于重力与施加力之和，D错误；故选B.
答案　B
6．跳高运动员在如图所示的四种过杆姿势中，重心最能接近甚至低于横杆的是(　　)

解析　四种过杆姿势中，前三种过杆时重心均在横杆之上，而背越式过杆时，头、躯干、腿依次过杆，身体的大部分与杆接近，甚至低于杆．
答案　D
7．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，也不管是否存在其他力的作用
B．在地球各处的重力方向都是相同的
C．向上运动的物体所受重力可能小于向下运动的同一物体所受重力
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
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．故选A.
答案　A
8．(2021～2022河北高一期中)下列说法中正确的是(　　)
A．重力就是地球对物体的吸引力，重力的方向总是竖直向下的
B．物体落向地面时，它受到的重力大小小于它静止时受到的重力大小
C．力的三要素不同，力的作用效果可能不同
D．假如物体有几何中心，则该几何中心就是重心位置
解析　重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，重力并不等于地球的吸引力，A错；物体所受的重力只与物体的质量和和重力加速度有关，与物体的运动状态无关，B错；力的作用效果由力的三要素共同打算，故C正确；物体的重心位置与物体外形和质量分布状况有关，不肯定在物体的几何中心，故D错．
答案　C
9．一人站在体重计上称体重，保持立正姿势时称得体重为G，当其缓慢地将一条腿平直伸出台面，体重计指针稳定后读数为G′，则(　　)
图316

A．G>G′ B．G和F4
C．F1和F3、F4 D．都不相同
解析　推断作用效果是否相同，应从力的三要素，即大小、方向和作用点去考虑，三要素相同则作用效果相同，而力沿其作用线平移时作用效果不变，B正确．
答案　B
11．在图318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°角斜向上的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．
图318

答案　如图所示

12．如图319所示，各物体的质量相等且都处于静止状态，在图上分别画出它们所受重力的示意图．
图319

解析　画重力的示意图，特殊要留意重力的方向，重力的方向总是竖直向下，竖直向下是垂直于水平面，而不是垂直于支持面，它们所受重力的示意图如图所示：

答案　见解析图
题组四　综合题组
13．(2021～2022河北高一月考)一条放在地面上长为L的松软匀质细绳，将其一端向上提至绳刚好离地时，它的重心位置上升了多少？长为L的均匀直钢管平放在水平地面上，现抬起一端，使其与水平面成30°角时，它的重心位置上升了多少？
解析　匀质细绳放在地面上时重心在地面上，将它一端上提至下端刚要离地时，重心在高处，重心上升了；均匀钢管平放时重心在地面上，将其抬至与水平面成30°角时，重心即钢管的中心上升×sin 30°＝.
答案　　
14．2021年12月14日“玉兔号”月球车成功登陆月球，对月球开放了历时3个月的勘测．已知月球车质量为140 kg，已知地球表面的重力加速度g＝9.8 N/kg，月球表面的重力加速度g′＝1.6 N/kg，则该月球车：
(1)在地球上的质量为多少？所受重力大小为多少？
(2)在月球上的质量为多少？所受重力大小为多少？
解析　(1)月球车在地球上的质量为140 kg，
所受重力大小为G＝mg＝140×9.8 N＝1 372 N.
(2)质量是物体所含物质的多少，与物体所处的位置无关，
月球车在月球上的质量仍为140 kg，
所受重力大小为G′＝mg′＝140×1.6 N＝224 N.
答案　(1)140 kg　1 372 N　(2)140 kg　224 N