3.1 重力与弹力 导学案-高中物理人教版必修第一册

2019-2020年高中物理第三章《相互作用》3.1重力基本相互作用导学案新人教版必修1班级________姓名________学号_____学习目标:1.知道力是物体间的相互作用，力不能脱离物体而存在，在具体问题中能找出施力物体和受力物体。2.知道力是矢量，知道力的作用效果和决定力的作用效果的因素，在具体问题中能画出力的图示和力的示意图。3.知道力的两种分类方法。4.知道重力是由于物体受到地球的吸引而产生的。知道重力的大小和方向。5．知道重心的概念以及均匀物体重心的位置。学习重点：学习难点：主要内容:一、力是物体间的相互作用1．力的物质性：2．力的相互性：3．物体间发生相互作用的方式有两种：①直接接触②不直接接触4．力不但有大小，而且有方向，力具有矢量性。力的大小用测力计(弹簧秤)来测量。在国际单位制中，力的单位是N(牛)。通常把力的大小、方向和作用点叫做力的三要素。力的三要素决定了力的作用效果。若其中一个要素发生变化，则力的作用效果也将变化。5．力的作用效果①使受力物体发生形变；②使受力物体的运动状态发生改变。力的作用效果是由力的大小、方向和作用点共同决定的。例如用脚踢足球时，用力的大小不同，足球飞出的远近不同；用力的方向不同，足球飞出的方向不同；击球的部位不同，球的旋转方向不同。二、力的图示1．力可以用一根带箭头的线段来表示。它的长短表示力的大小，它的指向(箭头所指方向)表示力的方向，箭头或箭尾表示力的作用点，力的方向所沿的直线叫力的作用线。这种表示力的方法，叫做力的图示。这是把抽象的力直观而形象地表示出来的一种方法。2．画力的图示的步骤①选定标度：画出某一长度的线段表示一定大小的力，并把该线段所表示的力的大小写在该线段的上方。所选标度要适当(力的图示上刻度不能过少，也不能多而密，要便于作图计算)，一般标度的大小应是所图示的力的1/n，n为除“1”以外的正整数。②画一个方块或一个点表示受力物体，并确定力的作用点。③ 从力的作用点开始，沿力的作用方向画一线段(根据所选标度和力的大小确定线段的长度)，并在线段上加上刻度(垂直于力线段的小短线)。④在表示力的线段的末端画上箭头表示力的方向。在箭头的旁边标出表示这个力的字母或数值。3．注意：①箭尾通常画在力的作用点上。②若在同一个图上作出不同的力的图示，一定要用同一个标度。③力的图示与力的示意图不同。力的示意图是为了分析受力而作，侧重于画准力的方向，带箭头的线段上没有标度，线段的长度只定性表示力的大小。三、力的示意图与力的图示相比，只要求在图中准确画出力的方向，表达出物体在这个方向受力即可，不要求准确画出力的大小。四、力的分类(1)按力的性质和力的效果分类①性质力：重力、弹力、摩擦力、电磁力、分子力等。②效果力：支持力、压力、拉力、动力、阻力、向心力等。(2)按作用方式可分为接触力(如支持力、压力等)和场力(如重力等)。(3)按研究对象可分为内力和外力。(4)按力的关系可分为：共点力、共面力、平行力、平衡力、作用力与反作用力等。(5)注意：正确区分性质力和效果力是对物体进行受力分析的基础，也是正确解决力学问题的重要环节。根据效果命名的不同名称的力，性质可能相同，如压力和支持力都是弹力性质不同的力，可以叫同一个名称，如重力、弹力都可使物体由静止开始运动，都可叫动力，其作用效果可以相同。同一个力，可以有不同的名称，如用绳子拉小车前进，绳子对小车施以拉力，又叫弹力、动力等。五、重力是由于地球的吸引而使物体受到的力1．重力的产生静止释放的物体竖直下落。抛出的物体会落回地面，水会从高处流向低处，这众多的事例说明地球上的一切物体都受到地球的吸引。重力是由于地球的吸引而产生的。重力也叫重量，常用符号G表示。①重力的施力物体是地球，其本质是地球对物体的吸引力，但不能说重力就是地球对物体的吸引力。②地球表面附近的一切物体，不论是静止的，还是运动的，不论是否与地面接触，都受重力作用。重力与运动状态和接触面情况均无关。2．重力的方向总是竖直向下的竖直向下即垂直于(当地的)水平面向下，沿重锤线向下。物体只在重力作用下从静止开始下落的方向是竖直向下的。不能将“竖直向下”理解为“垂直于支持面向下”、“垂直于地面向下”或“指向地心的方向”。重力的方向不一定指向地心。3．重力的大小由物体的质量和所处的地理位置共同决定①在同一地点，重力G与质量m成正比；同一物体，在不同地点所受的重力可能不同(随地理纬度的增加而增大，随离地高度的增加而减小)，不过这种差异很小，一般在地面附近不太大的范围内，可认为其重力大小恒定不变。② 重力大小的计算公式是G=mg．式中m是物体的质量，单位用kg；g是一个与地理位置有关的量，反映地球对物体作用力的强弱。(g值随地理纬度的增加而增大，随离地面高度的增大而减小)通常情况下(在地球表面附近)，取g=9．8N／kg，表示质量是1kg的物体受到的重力是9．8N。③重力的大小可以用弹簧秤测出。其依据的原理是二力平衡条件和力作用的相互性：用悬绳挂着的静止物体或用静止的水平支持物支持的物体，对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力，大小等于物体受到的重力。特别注意：拉力或压力与重力大小相等是有条件(平衡)的；且不能认为拉力或压力就是重力，因力的性质不同，施力物体和受力物体也不同。④重力的大小在一般情况下小于地球对物体的引力大小(学过“万有引力”就明白了)。4．重力的作用点：重心。六、重心一个物体的各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。1．重心是重力的等效作用点。引入重心的概念，就把实际作用于整个物体各部分的重力用作用于重心的一个力等效地代替了，于是原来的整个物体就可以用一个有质量的点代替，从而使研究问题大为简便。这种方法，在物理学上叫等效方法。等效方法是研究物理问题常用的思维方法，它是在保证效果不变的前提下用一种简化的形式来替代原来的形式以使研究问题方便些。注意：重心并不是重力的实际作用点，也不是物体上最重的一点，更不能认为地球只吸引物体的这一点。2．物体重心的位置跟物体的形状和物体内质量的分布都有关系，跟物体的放置情况和运动状态无关。只有形状规则、质量均匀分布的物体的重心才在物体的几何中心。重心的位置可在物体上，也可以在物体外。3．对于薄板状物体，可以用悬挂法找出其重心位置，其依据的原理是二力平衡条件。七、四种基本相互作用：【例一】关于力的概念，下列说法中正确的是（AB）A．一个受力物体可以对应着一个以上的施力物体。B．一个力必定联系着两个物体，其中任一个物体既是受力物体又是施力物体。C．用手压弹簧，手先给弹簧一个作用，弹簧压缩后再反过来对手作用。D．直接接触的物体间一定有力的相互作用。【例二】试说出右图所示的力F的大小、方向、作用点。答案：大小：100N方向：水平向右作用点：小车右侧中点【例三】如图：已知小球、物块的质量均为m，悬绳对小球的拉力__mg___N。物块对地面的压力(两者均处于静止状态)是____mg____N。【例四】物体静止在水平桌面上，物体对水平桌面的压力(BD)A、就是物体的重力B、大小等于物体的重力 C、这压力是由于地球的吸引产生的D、这压力是竖直向下的。【例五】物体静止在斜面上，物体所受重力的方向如图所示，这个表示对吗？答案：不对，因为重力的方向是竖直向下【例六】如图所示为一空心圆球，内部装满水，若在其底部一小孔，水从中不断流出，则在此过程中，球和其中水整体的重心如何变化?答案：先下降后升高课堂训练：1．下列各种力的名称，根据力的效果命名的是(ADFGHI)A、浮力B、弹力C、重力D、拉力E、摩擦力F、动力G、阻力H、压力I、支持力J、分子力2．关于物体的重心的说法中，正确的是(CD)A．因物体的重心是重力的作用点，所以物体的重心一定在物体上。B．任何有规则形状的物体，其重心必在其几何中心。C．物体的形状改变时，它的重心位置很可能也随着改变。D．物体的重心可能在物体上，也可能在物体外。课后作业：1．下列说法中正确的是(AC)A、某施力物体同时也一定是受力物体。B、没有施力物体和受力物体，力照样可以独立存在。C、找不到施力物体的力是不存在的。D、有的物体自己就有力，这个力不是另外的物体施加的。2．下述关于力的说法中不正确的是(ABCD)A、力对物体的作用效果，完全由力的大小决定。B、作用在物体上的力，不论作用点在什么位置产生的效果均相同。C、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。D、力的作用效果一定会使物体运动。3．下列说法中错误的是(BCD)A、力是物体对物体的作用。B、只有直接接触的物体间才有力的作用。C、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。D、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。4．关于重力的说法，正确的是(AB)A．重力是由于地球对物体的吸引而产生的。B．物体在地球表面附近无论是静止，还是向上或向下运动，它都受到重力。C．重力就是静止的物体对竖直悬绳的拉力。 D．物体本身就有重力，所以重力没有施力物体。5．下列关于重力的方向的说法，正确的是(A)A．重力的方向总是竖直向下的。B．重力的方向总是指向地心。C．重力的方向总是和支持物体的支持面垂直。D．由于地球是一个大球体，所以重力的方向是无法确定的。6．关于重力的大小，下列说法正确的是(D)A．物体的重力跟质量成正比。B．g=9．8N／kg表示重力是9．8N的物体的质量是1kg。C．放在斜面上的物体比在平面上受的重力小。D．在地面附近，物体静止时与运动时，其重力大小是不变的。阅读材料：经典力学的建立十五、十六世纪，伟大的波兰天文学家哥白尼用自制的各种仪器对天象进行了长期的观测，并对观测的资料进行分析、整理，于1543年出版了《天体运行论》，提出了“日心地动说”的体系。在哥白尼工作的基础上，揭开行星运行之迷的是伟大的德国天文学家开普勒。开普勒从整理和研究第谷所观测的行星运行和恒星位置的数据中，首先研究火星的运行转道，经过无数次的探索，终于发现：火星运行的轨道是一个椭圆。1609年，他发表了《新天文学》一书《论火星的运行》一文，将对火星的发现推广到所有行星，这就是以他的名字命名的开普勒第一、第二定律、面积定律)，随后又发现了第三定律(周期定律)。值得指出的是，开普勒的工作给人们以深刻的启示：科学不能停留在单纯的观测数据中，而必须对观测到的数据进行细致的分析，才能找到事物运动的内部规律。还要指出的是，开普勒并没有以发现这三个定律为满足，他还企图用力的作用来解释它们，牛顿正是沿着这个思路而创立他的天体动力学理论的。对亚里士多德关于重的物体比轻的物体下落得快以及力是维持物体运动的原因等错误观点的否定争纠正是经典力学产生的重要标志：1586年比利时的力学家西蒙·斯台文(1548—1620)出版了一本《论力学》的著作，其中关于落体实验是这样记叙的：“反对亚里士多德的实验是这样的：让我们拿两只铅球，其中一只比另一只重十倍，把它们从三十英尺的高度同时丢下来，落在一块木板或者什么可以发出清晰响声的东西上面，那末，我们会看出轻球并不需要比重球多十倍的时间，而是同时落到木板上，因此，它们发出的声音听上去就象是一个声音一样。”1589年，伽利略进一步研究了落体问题。他在研究过程中创立了运动学的基本概念，并把观察实验、数学推算和逻辑论证有机地结合起来，做了著名的斜面实验，揭示了力和运动的本质联系，得到了落体定律和惯性定律。伽利略的这些发现，不仅在物理学史上而且在整个科学史上都占有极其重要的地位。这不仅在于他纠正了统治近二千年的亚里士多德的错误观点，更重要的是他创立了对物理现象进行实验研究并把实验的方法与数学方法。经典力学的理论体系是以牛顿运动三定律为基础的。牛顿系统地总结了伽利略、开普勒惠更斯等人的工作，得到了万有引力定律和牛顿运动三定律，于1687年出版了《自然哲学数学原理》。这是牛顿的— 部代表作，也是力学的一部经典著作。牛顿在这部书中，从力学的基本概念（质量、动量、惯性、力等）和基本定律(运动三定律)出发，运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具，建立了经典力学的完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体的力学统一起来，这是物理学史上第一次大的综合。所以，牛顿的《自然哲学数学原理》的出版，标志着经典力学体系的建立．牛顿从事自然科学研究工作时，是站在自发的唯物主义立场上的，这是他取得重大成就的思想基础．重视实验，重视归纳，这是牛顿的科学方法论的核心，也是他取得重大成就的关键。牛顿的世界观的根本缺陷在于它的形而上学和经验主义，他轻视哲学指导，提出了。神的第一次推动”的唯心主义观点，这是一个严重的教训．牛顿力学体系的建立，对全部自然科学的发展作出了不可磨灭的贡献。由于力学的巨大成就，使得当时的许多自然科学家和哲学家认为可以用力学来解释一切自然现象。牛顿说：“自然界的一切现象，全可以根据力学的原理，用相似的推理，一一演绎出来．”惫更新选一步说：“在真正的哲学里，所有自然现象的原因都可以用力学的术语来陈述。”这样，就逐步形成了把一切运动归结为机械决定论的自然观。