高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力1 重力与弹力学案

1．重力　基本相互作用

知识纲要导引

核心素养目标

(1)理解力的概念，了解力的作用效果．

(2)掌握力的图示，能正确画出力的图示或示意图．

(3)理解重力和重心的概念，知道重力产生的原因．

(4)掌握重力的大小和方向，会用公式G＝mg计算重力．

(5)了解自然界中的四种基本相互作用.

知识点一　力和力的图示

1．运动状态的变化：当一个物体的速度大小或速度方向发生改变时，就说这个物体的运动状态发生了变化．

2．力

(1)谈到一个力时，一定同时具有受力物体和施力物体．

(2)力总是成对出现的．施力物体同时又是受力物体，受力物体同时又是施力物体．

思考1

车在小孩推力的作用下沿直线匀速前进，车的运动状态改变吗？

提示：车的运动状态没变．

知识点二　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，其中g就是自由落体加速度，一般计算中g＝9.8 m/s2或g＝10 m/s2.

3．方向：竖直向下．

4．作用点：重心．

(1)定义：物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，可认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点就是物体的重心．

(2)决定物体重心位置的因素．

①物体的形状．

②物体质量的分布.

思考2

如图所示，苹果落向地面，为什么树上的苹果总要落向地面？

提示：物体落回地面是因为受到了竖直向下的重力作用．

重力的有无和大小与物体的运动状态无关．

竖直向下就是重垂线的方向，是垂直于当地的水平面向下，不能将竖直向下说成“垂直向下”或“指向地心”．

知识点三　四种基本相互作用

1．万有引力：它存在于一切物体之间，相互作用的强度随距离增大而减弱．

2．电磁相互作用：它存在于电荷与电荷、磁体与磁体之间．它们本质上是同一种相互作用的不同表现，作用规律与万有引力相似．

3．强相互作用：它存在于原子核内质子与质子、质子与中子、中子与中子之间．它是短程力，作用范围只有约10－15m.

4．弱相互作用：它是在放射现象中被发现的，也是短程力．强度只有强相互作用的10－12倍.

核心一　对力的理解

1．力的性质的理解

(1)相互作用的物体，可以直接接触，也可以不接触．

(2)不是只有有生命的物体才是施力物体，如人踢球时球对脚有力的作用，球是施力物体，脚是受力物体．

2.力的分类(命名)

(1)根据力的性质命名：如重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等．

(2)根据力的作用效果命名：如拉力、压力、支持力、动力、阻力等．

(3)根据研究对象命名：如内力、外力等．

例1　下列说法中正确的是(　　)

A．鸡蛋碰石头，蛋“粉身碎骨”，石头“毫发无损”．这说明石头对鸡蛋有力的作用，但鸡蛋对石头无力的作用

B．“风吹草动”，草受到了力，但没有施力物体，说明没有施力物体的力也是存在的

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

【解析】　A错：鸡蛋与石头的作用是相互的，只是作用效果有区别．

B错：“风吹草动”的施力物体是空气．

C错：力不可以离开物体而存在，磁铁对铁钉的作用是通过磁铁周围的磁场产生的，磁场离不开磁铁，磁场是一种特殊的物质．

D对：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．

【答案】　D

(1)找不到施力物体的力是不存在的；

(2)力的作用是相互的，受力物体同时也是施力物体．

训练1　下列说法中正确的是(　　)

A．射出枪口的子弹，能打到距离很远的物体，是因为子弹离开枪口后受到一个推力作用

B．甲用力把乙推倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用

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，也是施力物体

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，不受推力，因为这个“推力”没有施力物体，故此力不存在，A错；物体间力的作用是相互的，甲推乙的同时乙也推甲，B错；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，都会对其施力，C错；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，D对．

答案：D

核心二　力的图示和力的示意图

1．力的图示和力的示意图的区别与联系

2.力的图示五步操作：选标度→定起点→画线段→定刻度→加箭头．

3．力的示意图的三步操作：定起点→画线段→加箭头．

(1)标度的选取应根据力的大小合理设计，一般情况下，线段应取2 ～5段整数段标度的长度．

(2)要用同一标度画同一物体受到的不同的力．表示力的线段的始端一般为物体的重心位置．

例2　

如图所示，静止的木块对桌面的压力为6 N，试画出压力的图示，说明施力物体和受力物体；并画出木块所受重力和支持力的示意图．

【解析】　力的图示如图所示，压力的施力物体是木块，受力物体是桌面．

重力和支持力的示意图，如图所示．

【答案】　见解析

方法技巧

力的图示的“四定三标”

(1)四定：做力的图示要定作用点、作用线、比例标度、线的长度．

(2)三标：做力的图示要标力的方向、力的数值、力的符号．

训练2　

一质量为0.6 kg的物体放在倾角为30°的斜面上，用与斜面平行的、大小为8 N的力F拉着它沿斜面向上运动，如图所示，画出拉力和重力的图示．(g取10 N/kg)

解析：画力的图示，应严格按以下步骤进行：

①选定标度，选固定长的线段表示2 N的力；

②力的作用点应在物体的几何中心，从作用点沿力的方向画一条线段，线段长短按选定的标度和力的大小来确定，在线段上标刻度；

③在线段上加箭头表示力的方向．故拉力、重力的图示如下图所示．

答案：见解析

核心三　对重力和重心的理解

1．重力和质量的关系

要准确测量某物体的重力，应让它处于静止状态或者保持匀速直线运动状态．

2.对重心的进一步理解

(1)重心只是一个等效点，除重心位置外，物体其他各部分均受重力作用．

(2)引入重心的概念后，可以把整个物体各部分受到的重力用作用于重心的一个力来表示．

(3)重心的位置与物体所在的位置和放置状态以及运动状态无关．

3．重心与物体形状、质量分布情况的关系

(1)物体的重心可能不在物体上．

(2)薄板形物体的重心可用悬挂法确定．

例3　(多选)关于重力，下列说法中正确的是(　　)

A．重力就是地球对物体的吸引力，其方向一定指向地心

B．重力的方向就是物体自由下落的方向

C．重力的大小可以用弹簧测力计或杆秤直接测出

D．不同地点质量大的物体可能比质量小的物体所受的重力小

【解析】　可通过以下表格对各选项逐一分析.

【答案】　BD

(1)在同一地点，重力的大小与质量成正比．

(2)在不同地点，同一物体的重力随纬度的增加而增大，随海拔高度的增加而减小．

训练3　下列关于重力、重心的说法，正确的是(　　)

A．重力是由于地面附近的物体受到地球的吸引而产生的

B．物体的重心一定与它的几何中心重合

C．用一绳子将物体悬挂起来，物体处于静止状态时，该物体的重心不一定在绳子的延长线上

D．任何物体的重心都在物体内，不可能在物体外

解析：重力是由于地球吸引而使物体受到的力，A正确．物体的重心不一定在物体的几何中心上，也不一定在物体上，B、D错误．用悬挂法找物体重心时，物体所受重力与悬绳拉力是一对平衡力，它们大小相等、方向相反，因此重心一定在悬绳的延长线上，C错误．

答案：A

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改变物体运动状态的原因

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，它们产生的效果一定相同

D．两个物体相互作用，其相互作用力可以是不同性质的力

解析：可通过以下表格对各选项逐一分析．

答案：AB

2．关于地面上物体的重力，下列说法正确的是(　　)

A．只有静止时，物体才受重力

B．物体对地面的压力就是物体的重力

C．弹簧测力计和杆秤都能称量物体的重力大小

D．同一地点，物体的重力与其质量成正比

解析：A项错误，物体是否受重力与其运动状态无关．B项错误，物体对地面的压力与物体的重力的施力物体和受力物体都不同，故不是一个力．C项错误，杆秤的原理是杠杆，只能称量质量不能称量重力．D项正确，在同一地点g为常数，由G＝mg可知，重力与质量成正比．

答案：D

3．(多选)下列关于四种基本相互作用的说法正确的是(　　)

A．万有引力把行星、恒星等聚在一起，形成太阳系、银河系和其他星系，故万有引力只存在于天体之间

B．四种基本相互作用是相互独立的，有一种相互作用存在时，就一定不存在其他相互作用

C．强相互作用和弱相互作用只存在于微观粒子之间

D．四种基本相互作用的规律有很多相似之处，因此，科学家可能建立一种“统一场论”将四者统一起来

解析：宇宙万物任何两个物体之间都存在着相互作用的吸引力，这种引力叫作万有引力，故A错误；四种基本相互作用的规律既是独立的，又是统一的，有一种相互作用存在时，还可以存在其他相互作用，故B错误；强相互作用存在于原子核内，作用范围在1.5×10－15 m之内，弱相互作用是微观粒子之间的一种作用力，作用距离约10－15 m，强相互作用和弱相互作用是短程力，只存在于微观粒子之间，故C正确；四种基本相互作用的规律既是独立的，又是统一的，四种基本相互作用的规律有很多相似之处，因此，科学家可能建立一种“统一场论”将四者统一起来，故D正确．

答案：CD

4．(多选)关于物体的重心，下列说法正确的是(　　)

A．物体的重心一定在物体上

B．用线悬挂的物体静止时，线的方向一定通过重心

C．一块砖平放、侧放或竖放时，其重心在砖内的位置不变

D．舞蹈演员在做各种优美的动作时，其重心在体内的位置不变

解析：根据重心的定义和特点可知选项A错误、B正确；对于砖，质量分布和物体形状两因素未变，选项C正确；舞蹈演员做动作时，形状改变，物体的重心与物体的质量分布及其形状有关，选项D错误．

答案：BC

5．(多选)一个人用斜向下的力推小车前进，力的大小为40 N，方向与水平方向成30°，则如图所示为画出的推小车的力的图示，其中正确的是(　　)

解析：A图中没有反映出力的大小；C图中力的方向画反了；B、D图中力的大小、方向、作用点均是正确的．

答案：BD