第三章 相互作用1重力 基本相互作用
学习目标1.知道力的基本概念,了解力的作用效果。2.知道力的三要素,会用力的图示和示意图来表示力。3.知道重力产生的原因,理解重力的大小及方向。4.知道重心的概念及其确定方法。5.初步了解四种基本相互作用的特点和作用范围。
一、力和力的图示1.运动状态的变化：当一个物体的速度_____或速度_____发生改变时,就说这个物体的运动状态发生了变化。大小方向
2.力：定义物体与物体之间的_________作用效果(1)使物体的_________发生变化(2)使物体_________标矢性力是______(A.矢量B.标量),既有大小,又有方向。力的大小可用_______测量。国际单位制中,力的单位是_____,符号是__三要素_____、方向、_______表示方法(1)力的图示：能表示出力的_____、_____和________(2)力的示意图：只能表示出力的_______和_____相互作用运动状态发生形变A测力计牛顿N大小作用点大小方向作用点作用点方向
【自我思悟】1.有没有这样一种情况：某个物体只受到其他物体对它的作用力,而它不对其他物体产生作用力?提示：没有,力的作用是相互的,任何物体受到其他物体对它的作用力的同时也对其他物体产生力的作用。2.力可以离开物体而独立存在吗?提示：不能,任何力都有它的施力物体和受力物体。
二、重力1.定义：由于___________而使物体受到的力。2.大小：G=___,其中g就是自由落体加速度,g=____m/s2。3.方向：_________。地球的吸引mg9.8竖直向下
4.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___________,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_____。②物体___________。集中于一点形状质量的分布
【自我思悟】1.两个物体没有接触,它们之间一定没有作用力吗?提示：不一定,有些力物体必须接触时才产生,但有的力在物体不接触的情况下就有,如重力、磁力等。
2.试画出以下甲、乙两图中物体A、B所受重力的示意图。提示：甲、乙两图中物体A、B所受重力的示意图如图所示：
三、四种基本相互作用1.万有引力：它存在于_________之间,相互作用的强度随距离增大而_____。2.电磁相互作用：它存在于电荷与电荷、_____与_____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。一切物体减弱磁体磁体
3.强相互作用：它存在于原子核内质子与质子、质子与_____、_____与_____之间。它是短程力,作用范围只有约_____m。4.弱相互作用：它是在_________中被发现的,也是短程力。强度只有强相互作用的_____倍。中子中子中子10-15放射现象10-12
【自我思悟】1.万有引力和电磁力的大小与距离的关系有何相似之处?提示：都随距离的增大而减小。2.强相互作用有何特点?提示：只存在于原子核内部,是一种短程力,作用范围只有约10-15m,大小远大于万有引力。
【盲区扫描】1.任何两个物体之间力的作用总是相互的。2.相互作用力分别作用于两个物体上,产生的作用效果可能不同,但这种相互作用是必然发生的。3.地球上所有物体的重力的施力物体都相同,那就是地球。4.重心是物体所受重力的等效作用点,但不能认为物体的重力都作用于重心,其他部分不受重力作用。5.物体的重心不一定在物体上。
一、对力的进一步理解深化理解1.力的四个性质：(1)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。
(2)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作用力,另一个物体也一定会对这个物体施加反作用力。(3)同时性：发生相互作用的两个物体A与B,A对B作用的同时,B也一定对A发生作用。(4)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。(3)作用效果的应用：是分析物体是否受力的基本方法。若存在作用效果,说明该力存在;若没有作用效果,说明该力不存在。
【微思考】(1)成语“孤掌难鸣”隐含了什么物理道理?提示：“孤掌难鸣”即一个巴掌拍不响,反映了力的作用是相互的。(2)要使弹簧伸长,需用力拉弹簧,这体现了力的什么作用效果?提示：用力拉弹簧,使它变长,形状发生了改变,表明力可以使物体发生形变。
【题组通关】【示范题】(2014·包头高一检测)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
【解题探究】(1)任何一个力,都能找到它的两个物体,即__________和_________。(2)力不能离开_____而存在。施力物体受力物体物体
【规范解答】选C。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对,D错。
【通关1+1】1.(多选)(2013·南京高一检测)关于力的叙述正确的是()A.力是物体对物体的作用,总是成对出现的B.只有相互接触的物体才有力的作用C.直接接触的物体间一定有力的作用D.两物体相互作用不一定直接接触
【解析】选A、D。力是物体间的相互作用,施力物体同时也是受力物体,力必定是成对出现的,A正确;有力作用的两物体间不一定直接接触,如相隔一定距离的两个磁体间的相互作用,B错,D正确;直接接触的物体间不一定有力的作用,如在同一光滑水平面上挨在一起的两个物体,故C错。
2.(2013·杭州高一检测)关于力的作用效果的说法中正确的是()A.物体的运动状态发生变化,一定受到外力作用B.物体的运动状态不发生变化,一定不受外力作用C.力对物体的作用效果完全由力的大小决定D.物体受到力的作用后,一定同时出现形变和运动状态发生变化的现象
【解析】选A。力是改变物体运动状态的原因,物体的运动状态发生变化,物体一定受到外力的作用,A正确。弹簧受外力被拉伸稳定后,发生了形变,但运动状态并没有发生变化,B、D不正确。力的作用效果由力的大小、方向、作用点三要素共同决定,C错误。
【变式训练】1.下列说法中,正确的是()A.力只能产生在相互接触的物体之间B.有受力物体,就必定有施力物体C.施力物体施力在先,受力物体受力在后D.一个物体就能产生力,并不需要其他物体的存在
【解析】选B。力是物体间的相互作用,施力物体同时也是受力物体,任何力都有施力物体和受力物体,且两物体不分先后,B对,C、D错。有力作用的两物体间不一定直接接触,如相隔一定距离的两个磁体间的相互作用,A错。
2.力的作用效果是()A.既能改变物体的运动状态,又能改变物体的形状B.只能改变物体的运动状态,不能改变物体的形状C.只能改变物体的形状,不能改变物体的运动状态D.既不能改变物体的运动状态,又不能改变物体的形状【解析】选A。力的作用效果有两个,一是改变物体的运动状态,二是使物体发生形状的改变,故A对,B、C、D错。
【素养升华】关于力的理解的两个误区(1)误认为力可以没有施力物体或受力物体。实际上力是物体与物体间的相互作用,任何力同时具有施力物体与受力物体。(2)误认为只有相互接触的物体间才存在作用力。实际上有些力可以发生在不接触的物体间,如重力、磁力等。
二、力的图示与力的示意图对比分析1.力的图示与力的示意图的区别：力的图示能表示力的三要素,精确表示力时经常用到;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。
2.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(用某一长度表示一定大小的力)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即可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
3.举例：(1)力的图示：(2)力的示意图。
【微思考】要想用作图法较准确地表示某个力,是作力的图示呢,还是作力的示意图?提示：由于力的图示可以同时表示出力的三要素,而力的示意图只能表示出力的作用点和方向,不能准确表示出力的大小,故采用力的图示法表示力较为准确。
【题组通关】【示范题】重30N的木块浮在水面上,作出木块所受浮力的图示和示意图,并指出施力物体和受力物体。【解题探究】(1)力的图示五步操作：选_____→定起点→画_____→定刻度→加_____。(2)力的示意图的三步操作：定起点→画_____→加_____。标度线段箭头线段箭头
【规范解答】选5mm的线段表示10N的力,从木块的作用点竖直向上画一条三倍于标度的线段,在线段上标出方向表示力的方向,如图甲为木块所受浮力的图示。从力的作用点沿浮力的方向画有向线段,并标明浮力F,如图乙为木块所受浮力的示意图。浮力的施力物体是水,受力物体是木块。答案：见规范解答
【通关1+1】1.(2013·南京高一检测)图中表示的是小车所受外力F的图示,所选标度都相同,则对于小车的运动,作用效果相同的是()A.F1和F2B.F1和F4C.F1和F3、F4D.都不相同
【解析】选B。判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,综上三点考虑,F1和F2、F1和F3、F3和F4明显效果不同,F1和F4的作用效果相同,故选项B正确。
2.有一个木球在水中上浮,在图中画出木球竖直方向所受到的力的示意图。
【解析】水中的木球在竖直方向受到重力和浮力作用,重力方向竖直向下,浮力与重力的方向相反,且浮力大于重力,它们的示意图如图所示：答案：见解析
【变式训练】1.一个重20N的物体沿斜面下滑,关于该物体重力的图示,下列所示的四个图中正确的是()
【解析】选A。首先由重力的方向竖直向下,可判定B、C错误。因为重力为20N,标度为5N,所以线段应有4个标度长度,D错,A对。
2.物体A对物体B的压力为20N,如图所示,试画出这个力的图示。
【解析】画力的图示的方法,首先要选定一个合适的标度。(1)选取标度。选取5mm长的线段表示5N的力,如图所示。(2)从力的作用点O沿竖直方向画一线段,线段的长度为标度的4倍,即取20mm长,并在线段上加上刻度。(3)在线段端点处加上箭头,表示力的方向,如图所示。答案：见解析
【素养升华】力的图示的应用(1)力的图示的应用：①力的图示反映了力的三要素,用作图法解决力的问题时经常用到。②用力的图示把力表示出来,这是一种科学方法,通过这种方法,把力译成几何语言,能更直观和形象地表示力。
(2)力的图示法口诀：要想表示力,方法很简单,选好比例尺,再画一线段,长短表大小,箭头表方向,注意线尾巴,放在作用点。
三、重力及重心深化理解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,但由于地球自转影响,重力通常不等于地球的吸引力。
(2)重力的大小。①在同一地点,重力的大小与质量成正比。②在不同的地点,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。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也无关。(3)重力的方向：重力的方向总是竖直向下,竖直向下不一定垂直地面向下,一般也不是指向地心。
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)重心的位置可以在物体上,也可以在物体外,如一个圆形平板的重心在板上,而一个铜环的重心就不在环上。
(3)重心在物体上的相对位置与物体的位置、放置状态及运动状态无关,但一个物体的质量分布或形状发生变化时,其重心在物体上的位置可能发生变化。(4)质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上;对形状不规则的薄物体,可用支撑法或悬挂法来确定其重心。
【微思考】(1)重力的方向总是垂直地面向下,这种观点正确吗?提示：不正确。若地面水平,则重力的方向垂直地面向下,即竖直向下;若地面不水平,则垂直地面向下就不同于竖直向下。(2)重心是不是物体上最重的一点?提示：重心是物体重力的等效作用点。
【题组通关】【示范题】(2013·南京高一检测)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
【解题探究】(1)重力的方向是_________。(2)地球上同一位置,重力加速度__,同一物体的重力__。(均选填：A.相同B.不相同)(3)物体的重心与其几何中心重合的条件：①物体的_____________;②物体有_______________。竖直向下AA质量分布均匀规则的几何形状
【规范解答】选C。重力的方向是竖直向下,垂直于地面向下不一定是竖直向下,A错;同一物体在地球上的不同位置,所受重力的大小一般不同,利用弹簧测力计测量当然也一般不同,B错;重心是物体各部分所受重力的等效作用点,C对;影响重心的分布有两个因素,一是质量分布是否均匀,二是物体的几何外形,只有质量分布均匀、形状规则的物体,其重心才在其几何中心处,D错。
【通关1+1】1.(2013·桂林高一检测)关于重力的方向,下列说法中正确的是()A.重力的方向总是垂直向下B.重力的方向总是竖直向下C.重力的方向总是和支持物的支持面垂直D.物体处在地面上的任何位置时所受重力的方向都相同
【解析】选B。重力的方向总是竖直向下,如处在斜坡上的物体,其重力方向仍是竖直向下,方向与地面不垂直;由于地球是一个球体,所以物体处在不同的位置时,重力的方向不同,A、C、D错,B对。
2.(2014·宜昌高一检测)有一质量均匀分布的圆形薄板,若将其中央挖掉一个小圆,则薄板的余下部分()A.重力减小,重心随挖下的小圆板移走了B.重力和重心都没改变C.重力减小,重心位置没有改变D.重力减小,重心不存在了
【解析】选C。由于圆形薄板的质量分布均匀,所以重心在圆心,在中央挖掉一个圆,薄板的质量减小,重力减小,但重心的位置还在圆心,没有发生变化,所以C正确,A、B、D错误。
【变式训练】1.歼20战机是中国最近研制出的第五代隐身重型歼击机。它以具有隐身性、高机动性以及先进的航电系统让世界震惊。关于歼20战机的受力下列说法正确的是()A.战机受到的重力指向地心B.战机受重力的同时,它也对地球产生引力C.战机向前运动的推力无施力物体D.战机匀速飞行,它不受重力作用
【解析】选B。重力的方向竖直向下,而不一定指向地心,A错。由于地球对战机的引力而产生重力,同时战机对地球也产生向上的引力,B对。任何力都有施力物体,战机向前的推力来自于空气,C错。任何在地球附近的物体都受重力作用,D错。
2.以下关于重心及重力的说法中,正确的是()A.一个物体放于水中称量时弹簧测力计的示数小于物体在空气中时弹簧测力计的示数,因此,物体在水中时的重力小于在空气中的重力B.据G=mg可知,两个物体相比较,质量较大的物体的重力一定较大C.物体放于水平面上时,重力方向垂直于水平面向下,当物体静止于斜面上时,其重力方向垂直于斜面向下D.物体的形状改变后,其重心位置往往改变
【解析】选D。物体浸没于水中时,它的质量不变,据G=mg可知重力不改变,A错。据G=mg可知,物体的重力大小与其质量及重力加速度g有关,故质量大的物体重力不一定大,B错。物体静止于斜面上时,其重力方向竖直向下,而非垂直于斜面向下,C错。物体的重心位置与物体的形状及质量分布有关,故其形状改变后,其重心位置往往改变,D对。
【素养升华】关于重力和重心的几点注意(1)关于重力理解的三点注意：①地球上所有物体都受重力作用,不管其质量大小,或有无生命。②重力虽是地球对物体的引力产生,但两力并不相等,方向也不完全相同。③重力是非接触力,同一物体在运动和静止时所受的重力大小相同。
(2)关于重心理解的三点注意：①重心不是重力的真实作用点,重力作用于整个物体,重心是重力的等效作用点。②重心不是物体上最重的一点,但可以把物体的质量看成都集中在重心这一点。③重心的位置可以不在物体上。
【资源平台】备选角度：物体重心位置的空间变化【示范题】一条放在地面上长为L的柔软匀质粗绳,将其一端向上提至粗绳刚好离地时,它的重心位置升高了多少?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,它的重心位置升高了多少?
【标准解答】匀质粗绳放在地面上时重心在地面上,将其一端上提至下端刚好离地时,重心在高度,重心升高了。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,钢管的重心上升×sin30°=。答案：
力的图示的作法【案例剖析】(2013·苏州高一检测)如图所示,重为6N的木块放在水平桌面上处于静止状态,画出木块所受重力的图示。
【精讲精析】作力的图示时要按照以下步骤进行：(1)选标度：我们可以选长为5mm的线段表示3N的力;(2)画出表示力的线段;(3)标出力的方向：在表示力的线段上标上箭头,表示力的方向,木块所受重力的图示如图所示。答案：见精讲精析图
【名师指津】“四定三标”法作力的图示(1)“四定”是指：一定标度：根据力的大小确定合适的标度,一般使力的大小是标度的2～5倍。如果在同一个图中要同时作出几个力的图示,则标度应一致。二定作用点：习惯上作用点确定在物体的几何中心。三定作用线：以力的作用点为起点,沿力的方向画一条线段。四定线段长度：根据力的大小与所选标度的倍数在作用线上确定线段的具体长度。
(2)“三标”是指：一标力的方向：线段的末端标出箭头,箭头的方向表示力的方向。二标力的符号：不同的力用相应的符号标出来,以示区别。三标力的大小：有时需要在箭头附近标出力的大小及单位。初学者只要严格要求自己,用“四定三标”的方法来作力的图示,就可很快地正确作出力的图示。
【自我小测】1.图甲、乙中A的重量均为10N,画出它们所受重力的图示。
【解析】该题可按以下步骤进行作图：(1)选定标度：此题用4mm长的线段表示2N的力。(2)从作用点(重心)沿力的方向画一线段,根据选定的标度,线段长短和力的大小成正比,线段上加刻度,如图所示,沿竖直向下的方向画一段五倍于标度(即20mm)的线段。(3)在线段上加箭头表示力的方向。
答案：见解析图
2.水平地面上一部小车,甲水平向左推,用力6N;乙向左上方与水平方向成30°角拉,用力9N。作出这两个力的图示。【解析】取标度一小段表示3N,两力的图示如图所示。答案：见解析
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