物理第1节 重力与重心导学案

重力与重心

【学习目标】

1．理解力的概念，会用力的图示和示意图来表示力。

2．知道重力的大小和方向，了解重力的测量和计算方法。

3．知道重心的概念以及均匀物体重心的位置。

4．知道重心与稳定性的关系。

【核心素养目标】

一、物理观念：

1．具有清晰的力、重力的观念，能用力、重力的观念描述和解释自然现象

2．形成初步的力、重力和重心等概念

二、科学思维：

1．能对实际过程中的力、重力进行分析和推理

2．能对比较简单的力、重力进行分析和推理

三、科学探究：观察重心相关的现象，得出重心位置的规律，得出重心与稳定性的关系

四、科学态度与责任：培养学习物理的兴趣，养成实事求是的态度

【学习重难点】

1．能对实际过程中的力、重力进行分析和推理

2．能对比较简单的力、重力进行分析和推理

【学习过程】

一、力的描述

1．力：

物体和物体之间的_______，力的单位是_______，简称_______，符号_______。

2．力的作用效果：

（1）图a中，力的作用效果是_____________________，

（2）图b中，力的作用效果是__________________________。

3．力的图示：

（1）力的三要素：_____、方向和作用点。

（2）表示方法：用一条带箭头的线段来表示力。

（3）物理意义：

①线段的长短：_________。

②箭头指向：_________。

③箭尾（或箭头）的位置：___________。

二、重力及其测量

1．重力的内涵要素：

（1）成因：由于___________而使物体受到的力。常把物体受到的重力的大小简称为_____。

（2）大小：（比例系数）。

（3）方向：重力的方向总是竖直向下。

2．重力的测量：

重力的大小可用________直接测出。

①弹簧测力计

②台秤

③电子秤

④体重计

三、物体的重心

1．重心：从效果上看，可认为重力集中作用在一个点上，这个点视为_____________，称为重心。

2．重心位置的影响因素：

（1）均匀物体：质量均匀的物体，其重心的位置只与____________有关。如果均匀物体的形状是规则的，重心就是_____________。

（2）不均匀物体：重心的位置除跟物体的形状有关之外，还跟___________分布情况有关。

3．重心与稳定性：物体的重心_____，物体的稳定程度越高。

关键能力•素养形成

一、力的三个重要性质

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力的作用，另一个物体也一定会对这个物体施加力的作用。

3．矢量性：力是矢量，不仅有大小，而且有方向。

[思考·讨论]

情境：拳击手一拳击出，没有击中对方。

讨论：（1）有同学说“这时只有施力物体，没有受力物体”，这种说法对吗？

（2）还有同学说“这时拳头施出了力，但没受到力，说明力的作用不是相互的”，这种说法对吗？

[误区警示]认识力的性质的两个误区

（1）相互作用的物体，可以直接接触，也可以不接触，但作用力必然是成对出现的。

（2）并非施力物体都有生命，也并非先有施力物体后有受力物体。

【素养训练】

（2019·龙岩高一检测）下列关于力的说法正确的是（  ）

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．由有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．力的大小可以用天平测量

二、力的图示和力的示意图

画力的图示和力的示意图的流程：

[思考·讨论]

甲、乙两图描述的是“三毛”拉车的情景。

（1）哪幅图画出的是拉力的图示？哪幅图画出的是拉力的示意图？为什么？

（2）若甲图中，确定标度时，原来的长度改为表示的力，结果会如何？说明选取标度时应注意什么？

[规律方法]力的图示的作图技巧

（1）画力的图示时，标度的选取应根据力的大小合理设计，使表示力的有向线段的长度等于2～5段标度的长度。画出同一物体受到的不同力时要用同一标度。

（2）对于几何形状规则的物体，在画力的图示或示意图时，有向线段的起点可画在几何中心。

三、重力和重心的性质

1．重力的性质：

（1）产生：重力是由于地球的吸引而产生的，但由于其自转的影响，重力一般不等于地球对物体的引力。

（2）大小：

①同一地点，不同物体重力的大小与其质量成正比。

②不同地点，同一物体的重力随所处纬度的升高而增大，随海拔高度的增大而减小。

（3）方向：重力的方向总是竖直向下，不能将重力的方向表述为“垂直地面向下”或“指向地心”等。

2．重心的性质及确定方法：

（1）重心的特点：重心是重力的等效作用点，并非物体的其他部分不受重力作用。

（2）重心的位置及决定因素。

①位置：重心的位置可以在物体上，也可以不在物体上。

②决定因素：

a．物体质量分布情况。

b．物体的形状。

[思考·讨论]

情境：乐轩同学携带一重要实验仪器，坐动车从北京去了上海，若中途仪器一直妥善保管，到达上海后：

讨论：（1）不考虑其他因素影响，该仪器的重力、质量是否变化？

[精炼反馈]

（2）乐轩同学坐车时和行走时的重心相对身体的位置相同吗？他的重心可以在身体外部吗？

[误区警示]重心位置的两点误区

（1）重心不是物体上最重的一点，也不一定是物体的几何中心。

（2）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。物体的形状改变、质量分布改变时，重心的相对位置一般会改变。

【素养训练】

1．（2019·南安高一检测）如图所示，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．战机匀速飞行时，它不受重力作用

2．关于重力与重心，下列说法正确的是（  ）

A．重心就是物体内最重的一点，每个物体就一个重心

B．一根质量均匀的柱形铁棒由直变弯，在形状改变后重心位置不变

C．形状规则的物体，它的重心可能不在物体的几何中心上

D．重心是物体所受重力的作用点，所以重心总是在物体上，不可能在物体外

精炼反馈

一、选择题（本题共4小题，每题4分，共16分）

1．关于力的描述，下面说法正确的是（  ）

A．作某力的图示时，若选定的标度不同，则表示这个力的线段的长度就不同，但箭头的指向是相同的

B．描述力只要用一根带箭头的线段表示出力的大小和方向就可以了

C．两力相等指两力大小相等即可

D．当用手按压桌面时，先有压力，才产生桌面对手的支持力

【解析】选A。作力的图示时，首先要选定标度，再按比例画出力的图示，所以选定的标度不同，那么表示这个力的线段的长度就不同，但箭头的指向是相同的，A正确；描述力时要注意力的三要素：大小、方向、作用点，B错误；力是矢量，两力相等是指两力大小、方向均一样，C错误；当用手按压桌面时，压力和支持力是同时产生的，D错误。

2．如图所示是小车所受外力的图示，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F2

B．F1和F4

C．F1和F3、F4

D．都不相同

【解析】选B。判断力的作用效果是否相同，应从力的三要素即大小、方向和作用点去考虑，力的三要素相同则作用效果相同，B正确。

3．如图所示，所画的重力示意图错误的是（物体均静止，重力为G）（  ）

【解析】选A。重力的方向总是竖直向下，故A错误。

4．“嫦娥四号”探月过程中，把一块矿石从月球运到地球，则矿石所受重力与质量的变化是（  ）

A．重力变小，质量变大

B．重力变大，质量变大

C．重力不变，质量不变

D．重力变大，质量不变

【解析】选D。矿石从月球运到地球的过程中，其质量保持不变，但随着矿石高度的减小，地球表面的重力加速度增大，故重力变大，故D正确，A、B、C错误。

【补偿训练】

一个圆台状容器装满液体密封后正立放置如图1所示，倒立放置如图2所示，两个物体的重力正确的是（  ）

A．

B．

C．

D．无法确定

【解析】选A。圆台状容器装满水后正立放置和倒立放置，质量不变，根据G=mg知，重力相等，即。

二、计算题（共14分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要标明单位）

5．画出图中A物体所受重力的示意图。（二者质量分布均匀）

【解析】图中两物体的重心可认为均在其几何中心上，其所受重力的示意图如图所示：

答案：见解析

6．（6分）如图所示为两个力的图示，则以下说法中正确的是（  ）

A．，是因为表示两个力的线段一样长

B．，是因为表示F1的标度大

C．，是因为F1具有两个标准长度，而F2有三个标准长度

D．无法比较，是因为两图示没有标明一个标准长度所表示的力的大小是多少

【解析】选D。因两图都没有标度，所以无法确定力的大小。

7．（14分）有一质量分布均匀的铁链长为L，原来放在地面上，现在将铁链竖直向上刚好拉直，它的重心位置升高了多少？使一块棱长为a的均匀正方体绕着自己的一条棱翻转，当它的一个面对角线刚好与地面垂直时，其重心位置升高了多少？

【解析】（1）铁链放在地面上时，其重心位置高度可以认为等于零，当刚好向上拉直时，它的重心在其中点位置，距地面，所以铁链的重心升高了。

（2）正方体的重心与其几何中心重合，如图所示。

原来重心高度为h1=；

翻转后的重心高度为h2=a。

所以重心升高Δh=h2-h1=a-=a。

答案：

a

【总结提升】

一、关于重心位置的三点规律

（1）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。

（2）重心在物体上的位置与物体所处的位置、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也发生变化。

（3）质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上。