人教版高中物理必修第一册3.1 重力与弹力 导学案

●学案导思3.1《重力基本相互作用》汉沽一中物理校本教材2013.10平常我们在日常生活当中力的现象太多了，打过篮球吗？提过水吗？举过哑铃吗？帮人推过车吗……都干过，这些事情通俗的话就是出点力气，可在物理学里力是什么？【学习目标】1．知道力是概念，力的作用效果，力的三要素，会画力的图示和力的示意图，四种基本相互作用。2．学会描述力。3．知道重力产生的原因及其定义，学会描述重力。【自主学习】1.什么是力？力的三要素指的是什么？力的单位如何表示？2．物体受力会产生什么效果？3.力的图示和力的示意图有什么区别？4.什么是重力？重力产生的原因是什么？重力的大小和方向如何来表示？5．四种基本相互作用指的是什么？◇知识要点归纳:一、力和力的示图：1、定义：物体与物体的_______________。符号________。2、力的性质：（1）物质性：有力发生则一定存在着施力物体和受力物体。力不能__________而单独存在（2）相互性：力的作用是______的，施力物体同时也是______物体，力总是_______出现，施力物体同时也是受力物体（3）矢量性：力是_______量，不但有大小还有方向。2、作用效果：改变_________和_________状态。3、单位、测量工具：4、力的三要素是力的图示5、力可以用一根带箭头的线段来表示。力的图示与力的示意图的区别：力的示意图表示出力的作用点和方向，不严格画出力的大小长度表示力的________箭头的指向表示________________表示力的作用点线段所在的直线叫做____________二、重力：1.产生：由于_________而使物体受到的力。符号________、施力物体是_______。2.大小：_________.在地球附近，g=9.8N/kg，表示质量为1kg的物体受到的重力是9.8N。在地球附近：（1）g值随地球上纬度的改变而改变，纬度越高，g值越大。（2）g值还会随海拔高度而改变，海拔高度越高，g值越小。3.方向：_________4.重心：_________________（1）从________上看，可以把物体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。（2）影响重心的因素：______________________________⑶密度均匀，形状规则，在物体的______________密度不均匀，形状不规则的物体重心可由___________确定。三、四种相互作用力（自学）_______________、__________________、__________________、_________________.问题：自然界中存在着哪几种相互作用，其区别是什么？⑴万有引力相互作用：存在于一切物体之间，相互作用强度随距离增大而减小。⑵电磁相互作用：存在于电荷之间和磁体之间，他们的本质是相同的⑶强相互作用和弱相互作用作用范围小，但弱相互作用的强度只有强相互作用的10－12【自主探究-1：描述力】阅读教材p51，思考如何描述作用在物体上的力？如图所示，绳对物体竖直向上的拉力大小为150N，如何来描述这个拉力？（1）施力物体和受力物体分别是哪个？拉力作用在哪个物体上？（2）拉力的大小是多少？（3）拉力的方向如何？思考：如何来描述力？⑷出放在水平地面上的质量为3．O×106kg的木箱受重力的图示。(g取10N/kg)。【自主探究-2：描述重力】1.重力产生的原因是什么？重力的施力物体和受力物体分别是什么？如何来描述重力？如图所示，质量为2千克木块静止在倾角为a的斜面上，画出该木块所受的重力？（g=9.8N/kg）2.同一物体的重力的大小在不同的位置是否相同？重力的方向是否一定垂直于地面？3．重力的作用点称为重心，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力集中在一个点上，这个点叫做物体的重心．物体的重心位置与什么因素有关？是如何进行确定的呢?【课堂练习】1．下列说法中正确的是()A．物体受到力的作用后，一定同时出现形变和运动状态的改变。B．力是物体间的相互作用C．物体相互作用时，总是先施力后受力D．由相距一定距离的磁铁间有相互作用力可知，力可以离开物体而独立存在。2、下列关于力的说法正确的是（）A.磁铁间有作用力，说明力可以离开物体而独立存在B.只有接触的物体间才有力的作用C.一个力必定与两个物体相联系D.力可以用天平测量3、下述不正确的是（）A.力的作用效果是使物体运动状态改变B.物体受到几个力的作用，运动状态一定改变C.力可以由一个物体传到另一个物体D.一个受力物体可以对应着一个以上的施力物体.4、关于重心的说法，正确的是（） A．重心就是物体内最重的一点 [来源:21世纪教育网]B．有规则形状的物体，其重心必在物体的几何中心 C．把一物抬到高处，其重心在空间的位置也升高了 D．背跃式跳高运动员，在跃过横杆时，其重心在身体之外 课外阅读材料：“四种自然作用力的实质及其大统一的实现”大自然中，物质之间的相互作用力一般有四种，按强度由强到弱来排列它们分别是：强相互作用力、电磁相互作用力、弱相互作用力、万有引力。一、强相互作用力的实质强相互作用力乃是让强子们结合在一块的作用力，人们认为其作用机制乃是核子间相互交换介子而产生的。而其实，强子们之间的相互作用实际上乃是夸克团体与夸克团体之间的相互作用，而夸克团体之间的相互作用则必然乃夸克与夸克之间相互作用的剩余。而夸克之间的相互作用我们已知它是未饱和游空子重合体之间相互作用的延伸，这才是真正的强相互作用之作用机制。大约地说，当夸克们结合成为强子时，其结构已经较为严密完整，可是，如果强子之间发生了强烈的撞击作用，那么各强子原来的结构则定会遭到破坏，因此，各强子中的大小夸克们则自然会重新产生相互的作用而结合在一块；这，正就是强相互作用的现象。强相互作用的实质乃是由于未饱和游空子重合体之中心体因其综合循环体的未饱和而通过静空子中间体渗透出中心极性而与别的未饱和游空子重合体之外层循环体产生相互吸引，并且自身的循环体同理也受到对方中心体吸引，因而它们之间则产生了强烈的相互作用从而形成了各种层次的联合构成体，而强相互作用则乃是其中一个层次上的联合相互作用而已。二、电磁相互作用力的实质电磁相互作用力乃是带电荷粒子或具有磁矩粒子通过电磁场传递着相互之间的作用。电场和磁场的实质我们在前面已经了解：电场乃是游空子循环体的循环变化在周围静空子的中间体中引起极性感应激荡并传递开去。而磁场则是电场因电源的运动而呈现出不同的状态而已。并且我们还知道，电场和磁场实际上也是一种电磁波，不过乃是频率及高的电磁波。而电磁波能够对许多东西产生作用并使之发生结构状态的改变（如光照能使物体升温、无线电波能在导线中推动电子而形成电流等等），这是因为任何有质的东西皆由游空子所构成，而任何游空子皆处在静空子之中并与静空子共用中间体；于是，电磁波━━即静空子中间体的极性感应激荡自然会影响游空子从而或多或少地影响了游空子构成体的整体状态。所以，电磁作用的范围其实是很广的。四、万有引力的实质万有引力，乃任何有质体（即有质量之物）之间的相互吸引力。那么，这力是如何产生的？其实质又是什么呢？对于较小的粒子来说，万有引力作用并不明显；但对于较大的物体，其作用则是很明显的。我们这世界上的所谓重量，便源于万有引力。让我们用已经知晓的物质与时空的知识去认识万有引力的实质吧。我们已经知道，宇宙中所有的物质皆由游空子或游空子重合体所构成；而所有的游空子及游空子重合体，在其循环体之中那极性最弱之处，其中心体的负空体极性则会很容易地渗透了出来。并且，随着循环体的循环变化，这渗透出来的中心体极性在每一个方位上则会产生相应的强弱变化；于是周围的静空子中间体便会受此影响而产生出了极性感应激荡。结果，这静空子的感应极性激荡则一个传感一个地传播开去，形成了感应极性激荡之“场”，这“场”不过是一份份空间基元的感应极性激荡罢了。这就是说：任何物质，其四周围的空间都会产生中心体极性之感应激荡。虽然，这由渗透出来的极性所引起的激荡较弱，但如果质量增大，则由于叠加效应，便会有所加强。由于静空子中间体的极性感应激荡实际上只能是感应正空体在起主导的作用，因而与感应源起相互作用的则只能是静空子中间体中的感应正空体；因此，游空子循环体（属于正空体极性）与被感应的静空子的相互作用则乃是相排斥的作用（符合了电磁作用之原理），而游空子中心体（属于负空体极性）与被感应的静空子的相互作用则应该是相互吸引的。于是，当有质体与有质体处在空间里的时候，不管它们是否为带电体(非带电体乃有质体自身循环体所激发的两种电场相互抵消，故循环体没有与空间产生相互作用力)，它们周围那中心体极性渗透而形成的感应激荡则皆存在着；而在它们之间，由于双方那感应激荡的方向相反，因而感应激荡起来更加困难，因此在它们之间双方受到的被感应静空子的反作用力更大，而这反作用力由于乃是吸引的，所以双方则呈现相互吸引的现象━━这正是万有引力作用之实质及过程。如果撇开感应激荡源与空间体的作用机制，我们可以看到，构成万有引力场的这中心体极性感应激荡与构成电荷之电场的循环体极性感应激荡并没有本质的不同。由于，形成万有引力场的中心体极性乃是以吸引的方式开始感应静空子之中间体的，而形成负电荷之电场的循环体则乃是以排斥的方式开始感应静空子之中间体的；因而两者所形成的极性感应激荡之相位则刚好相反。而我们在前面已知，正负电荷之电场的区别乃是其极性感应之相位的相反而已；因此，从激荡波的本身来看，万有引力之场等同于非常微弱的正电荷之电场。人们应记得，牛顿之万有引力计算公式与库仑之电荷相互作用力计算公式是何其的相象，其中的缘故，正乃上述之道理。至于万有引力与有质体之质量及距离的关系，则比较容易理解：质量大，则有质体之中心体的数量多，于是静空子之极性感应激荡由于叠加的效应则越强，于是万有引力作用越强烈；而有质体之间的距离加大了，则由于感应极性激荡随着向外的传递因会受到静空子之循环体及中心体等的干扰而将逐渐地变弱，因此两物之万有引力的作用则会随之而变弱。终于，宇宙中最基本的四种自然力的作用本质我们都已清楚。于是，我们现在便可以对它们进行概括和统一了。附：四种自然作用力的统一总之，自然界的四种基本相互作用力，皆源于物质基元游空子与空间基元静空子之间或物质基元与物质基元再加上空间基元三者之间的相互作用。而它们之间的所有的相互作用，说到底乃是两种空间状态“正空体”与“负空体”的相互作用。而这两种“密度”不同、相对于中间态呈对偶正负极性的空间体之相互作用,则最终来源于宇宙的最根本的规则：即━━平衡趋势。而正是这“平衡趋势”，导致了正负空体的极性吸引；而正空体与正空体、负空体与负空体之间的相互排斥，则乃是因为逆“平衡趋势”所导致。因此，最后我们可以得出结论：自然界的强相互作用力、电磁相互作用力、弱相互作用力、万有引力，全皆起源于“平衡趋势”之作用及逆“平衡趋势”之作用。宇宙正是在“平衡趋势”与逆“平衡趋势”的双重作用下，不断地进行着循环变化的过程。所以，她是永恒的、并且是美丽的。宇宙的四种自然作用力在这里终于得到了终极高度的统一。就这一结果，却已是多少物理学家多年来的梦想。  自然界的四种基本相互作用之一，是带电粒子与电磁场的相互作用以及带电粒子之间通过电磁场传递的相互作用。在强度上它次于强相互作用而居于四种相互作用的第二位。在四种相互作用中，人们对电磁相互作用的基本规律最为了解。电磁相互作用和引力相互作用是长程力，它们可以在宏观尺度的距离中起作用而表现为宏观现象。 根据现代科学研究的成果按力的基本性质区分，自然界中当前所认识的各种力可归结为下列四种基本相互作用：引力相互作用——由于物体具有质量，物体之间有万有引力相互作用．电磁相互作用——存在于静止电荷或运动电荷之间的相互作用．强相互作用——存在于核子（中子和质子）、介子和超子之间的一种相互作用．弱相互作用——存在于基本粒子之间的另一种相互作用，主要存在于粒子的衰变过程中．弹力的本质是分子间的作用力.当物体被拉伸或压缩时,分子间的距离便会发生变化,使分子间的相对位置拉开或靠拢，这样,分子间的引力与斥力就会不平衡,出现相吸或相斥的倾向,而这些分子间的吸引或相斥的总效果,就是宏观上观察到的弹力.如果外力太大,分子间的距离被拉开太多,分子就会滑进另一个稳定的位置,即使外力除去后,也不能再回复原位,就会保留永久的变形.