鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 重力与重心导学案及答案

这是一份鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 重力与重心导学案及答案，共14页。

知识点一 力的描述
1．力的定义：力是物体和物体之间的相互作用，能使物体的形状、运动状态发生改变。
2．力的单位：力的单位是牛顿，简称牛，用符号N表示。
3．力的矢量性：力是既有大小又有方向的矢量。
4．力的图示：可以用一条带箭头的线段表示力。线段的长短表示力的大小，箭头指向表示力的方向，箭尾(或箭头)所在位置表示力的作用点，线段所在的直线表示力的作用线。
5．力的示意图：只画出带箭头的线段来表示物体在这个方向上受到了力的作用，对线段的长度没有严格要求。
力是物体间的相互作用，受力物体与施力物体是同时存在的。
1：思考辨析(正确的画√，错误的打×)
(1)只有相互接触的物体间才会有力的作用。 (×)
(2)力的作用效果仅由力的大小决定。 (×)
(3)要想描述清楚一个力，需要指明力的大小、方向和作用点。
(√)
知识点二 重力及其测量
1．重力
(1)定义：由于地球的吸引而使物体受到的力。
(2)重力的大小：可用公式G＝mg计算得出，式中的比例系数g＝9.8 N/kg。
(3)重力的方向：总是竖直向下。
2．重力的测量：重力的大小可以用弹簧测力计测出，测量时使物体保持静止，这样测力计的示数就等于物体所受重力的大小。体检时常用磅秤来测量体重。

如图所示，为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直？
提示：因重力作用重垂线沿竖直方向。
2：思考辨析(正确的画√，错误的打×)
(1)地球上所有物体所受重力的施力物体都是地球。(√)
(2)只有静止在地面上的物体才会受到重力。 (×)
(3)质量大的物体受到的重力一定比质量小的物体受到的重力大。(×)
知识点三 物体的重心
1．重心：物体的各组成部分都受重力的作用，从效果上看，可认为重力集中作用在一个点上，我们把这个点视为重力的等效作用点，称为物体的重心。
2．决定物体重心位置的因素
(1)物体的形状。
(2)物体的质量分布。
3．确定物体重心的方法
(1)形状规则、质量分布均匀的物体，重心在其几何中心上。
(2)对不规则的细棒和薄板，可用支撑法或悬挂法确定其重心。
4．物体重心与稳定的关系：重心越高，物体的稳定性越差；重心越低，物体的稳定性越好。
重心是重力的等效作用点，可以在物体上，也可以在物体外。
3：思考辨析(正确的画√，错误的打×)
(1)规则物体的重心位置和物体的质量分布有关。 (√)
(2)一个物体的重心是唯一确定的，与形状变化无关。(×)
(3)物体升高或降低时，重心在物体上的位置也相应升高或降低。 (×)
考点1 力的描述
拳击比赛有很好的观赏性，因此受到很多人的青睐。某次比赛中拳击手一拳击出，没有击中对方。
(1)甲同学说“这时只有施力物体，没有受力物体”，这种说法对吗？
(2)乙同学说“这时拳头施了力，但没有受到力，说明力的作用不是相互的”这种说法对吗？
提示：(1)不对。
(2)不对。力是相互的，这是拳头和手臂之间的相互作用。
1．力的四性的认识
2．力的作用效果
(1)
(2)力的作用效果与力的大小、方向、作用点都有关系。
(3)分析力的作用效果是判断物体是否受力的最基本方法。
对力的认识
【典例1】 下列关于力的说法中正确的是 ( )
A．甲用力把乙推倒，说明甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用
B．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力，不会施力
C．任何一个物体，一定既是受力物体，也是施力物体
D．两个力的大小都是5 N，则这两个力一定相同
C [甲推乙的同时，乙也在推甲，力的作用是相互的，A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施力，例如马拉车时，车也拉马；书向下压桌子，桌子也向上支撑书，B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，所以每一个物体都受到别的物体的作用，是受力物体，同时也对其他物体施力，即又是施力物体，C对；力是矢量，比较两个力是否相同，除了比较其大小还要比较其方向，D错。]
如何判断物体受力
(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)并非有生命的物体才是施力物体，也并非先有施力物体后有受力物体。
(3)任何一个力都独立地产生作用效果，使物体发生形变或使物体运动状态发生变化。
力的图示和力的示意图
【典例2】 如图所示，甲中在木箱的P点，用一与水平方向成30°角斜向上的150 N的力拉木箱；乙中在木块的Q点施一与竖直方向成60°角斜向上的20 N的推力，把木块抵在墙壁上。试作出甲、乙两图中所给力的图示，并作出丙中电灯所受重力和拉力的示意图。
甲 乙 丙
[解析] (1)此题可按以下步骤对P点的拉力进行作图：
①选定一段长4 mm的线段表示50 N的力。
②从作用点P沿力的作用方向画一线段，根据选定的标度与力的大小确定线段的长度，并在线段上加刻度
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(即画出线段长度为\f(150,50)×4 mm＝12 mm))，如图甲′。
③在线段的尾端加上箭头表示力的方向。
(2)可按同样的步骤画出Q点推力的图示如图乙′，作图时，注意Q点推力的方向。
(3)画丙图中力的示意图时，可按以下步骤进行：
①选定电灯为研究对象。
②从作用点沿拉力方向(沿绳的方向)画出一适当长度的线段，在线段的末端标出箭头表示拉力的方向。这就是绳对电灯拉力的示意图，同样沿重力方向(竖直向下)画出一适当长度的线段，在线段的末端标出箭头表示重力的方向，这就是电灯所受重力的示意图，注意表示拉力与重力的线段长度应该相等，如图丙′所示。
甲′ 乙′ 丙′
[答案] 见解析
[母题变式]
在上题中，请作出甲图中拉力的示意图和乙图中推力的示意图。
[解析] 力的示意图比较简单，从作用点沿力的方向画出一条适当长度的线段，在末端标出箭头表示力的方向。
甲 乙
[答案] 见解析
画力的图示和力的示意图的流程：
eq \([跟进训练])
1．(角度1)关于力的作用效果，下列说法正确的是( )
A．物体的运动状态发生变化，一定受外力的作用
B．物体的运动状态不发生变化，一定不受外力的作用
C．物体受力作用后，一定同时出现形变和运动状态发生变化的现象
D．力对物体的作用效果完全由力的大小决定
A [物体的运动状态发生改变，一定是受到了力的作用，但运动状态不变并不一定是没有受到力的作用，故选项A对，B错；力的作用效果是使物体的运动状态发生改变或者是使物体发生形变，故选项C错；力的大小、方向、作用点都影响力的作用效果，故选项D错。]
2．(角度2)(多选)一个重20 N的物体沿斜面下滑，关于物体重力的图示，下列四个图中正确的是( )
A B C D
AD [根据重力方向竖直向下和力的大小判断可知选项A、D正确，B、C错误。]
考点2 重力及其测量
利用弹簧测力计测量物体的重力是物理学中的主要方法。且弹簧测力计使用方便，因此中学物理中普遍使用弹簧测力计来测重力。某次测量结果如图。
(1)为什么要在静止时读数？
(2)读数时是否需要估读到下一位？请读出示数是多大？则物体重力是多大？
提示：(1)静止时示数稳定读数准确。
(2)需要估读到下一位；示数是2.05 N，重力是2.05 N。
1．重力的大小和方向
(1)在同一地点，重力的大小与质量成正比。
(2)在不同地点，某一物体的重力的大小与物体所处的纬度位置有关，在纬度越高的位置，所受重力越大；其重力的大小还与物体的海拔高度有关，在同一地点，位置越高，重力越小。
(3)重力的大小与物体的运动状态无关，与物体是否受其他力无关。
(4)重力的方向总是竖直向下，竖直向下不是垂直于支撑面向下，也不是指向地心。
2．重力的测量
(1)在实验室里，重力的大小可以用弹簧测力计测出。物体静止时弹簧测力计的拉力大小等于物体受到的重力。
(2)用弹簧测力计测量重力时，物体必须保持静止或匀速直线运动状态。
3．重力和质量的区别与联系
【典例3】 (多选)下列关于重力的说法中正确的是( )
A．自由下落的石块速度越来越大，说明石块所受的重力越来越大
B．抛出的石块运动轨迹是曲线，说明石块所受的重力的方向在改变
C．物体受到重力的大小和方向与物体的运动状态无关
D．物体所受重力的方向一定竖直向下
思路点拨：①记住重力的方向。②重力的大小不受运动状态的影响。
CD [物体受到的重力的大小与物体的运动状态无关，重力的方向始终是竖直向下的，则C、D正确，A、B错误。]
重力的两个特点
(1)“竖直向下”既不能说成“垂直向下”，也不能说成“指向地心”。“竖直向下”是垂直于所在地的水平面向下，而“垂直向下”可以是垂直于任何支持面向下；只有在两极或赤道时，重力的方向才指向地心，其他位置并不指向地心。
(2)重力的方向不受其他力的影响，与物体的运动状态也没有关系，在任何情况下均竖直向下。
eq \([跟进训练])
3．关于重力的大小，下列说法正确的是( )
A．由公式G＝mg知，物体所受的重力一定等于其质量的9.8倍
B．浮在水面上的大铁船，由于水的浮力作用，其所受重力变小了，才漂在水面上
C．熟透的苹果往下落是因为受到重力作用，在天空飞行的飞机不掉下来，说明其所受重力等于零
D．静止于水平地面上的物体对地面压力的大小不一定等于其重力大小
D [g值不一定都等于9.8 N/kg，故A错；g值随位置的变化而变化，同一地理位置，物体重力不变，B错；地球附近的物体都受到地球的吸引，即都受重力作用，C错；若静止于水平地面上的物体还受到竖直方向上的拉力，其对地面的压力就不等于重力，故D对。]
考点3 重心与稳定
跳高是一项比较传统的运动项目，是运动员征服高度的运动项目，是人类不屈不挠、勇攀高峰的象征。跳高姿势一般有下面四种：
滚式 跨越式 剪式 背越式
(1)在同样都是跳过相同高度时，这四种姿式中哪一个重心最低？
(2)他们的重心一定在人体上吗？
提示：(1)背越式重心最低。
(2)重心不一定在人体上。例如背越式重心在横杆以下，即不在人体上。
1．对重心的理解
(1)重心的意义：重心是物体所受重力的作用点，任何物体都有重心，且只有一个重心。
(2)重心的位置
①质量分布均匀的物体，重心位置只跟物体的形状有关。
若物体的形状是中心对称的，对称中心就是重心。如：我们用的直尺、铅球、魔方等实心物体，以及篮球、排球等空心物体，它们的重心都在几何中心。
而轴对称的碗、碟等，它们的重心在对称轴上。它们的重心可用二力平衡的方法找到。
②质量分布不均匀的物体，重心的位置由物体的形状和质量分布共同决定，可以用“支撑法”或“悬挂法”确定。
2．重心与稳定
(1)物体的稳定程度与物体重心的高低和物体底面积的大小有关系。物体的重心越低，物体的底面积越大，则物体越稳定。
(2)物体倾倒的条件：作用在物体重心上的重力的作用线落在它的支持底面外侧时，物体将会自然倾倒。若要使物体不倾倒，应使作用在物体重心上的重力的作用线落在支持底面之内。
【典例4】 (2020·重庆育才中学期中)重庆育才中学的教学楼的读书角迎来了一位新客人，如图所示。这个小瓶子非常漂亮，不经意之间增添了许多审美的情趣。关于这个装饰瓶，下列说法正确的是( )
A．瓶子受到地球对它的吸引力，但它对地球没有吸引力
B．装饰瓶重心一定在其几何中心
C．装饰瓶的重心与其形状结构及质量分布有关
D．若装饰瓶底部出现一个小洞，那在水逐渐滴完的过程中，装饰瓶的重心一直在降低
C [瓶子受到地球对它的吸引力，同时它对地球也有吸引力，选项A错误；装饰瓶内装有水，则其重心不一定在其几何中心，选项B错误；装饰瓶的重心与其形状结构及质量分布有关，选项C正确；若装饰瓶底部出现一个小洞，那在水滴完的过程中，装饰瓶的重心先降低后升高，选项D错误。]
关于重心位置的三点提醒
(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；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。
eq \([跟进训练])
4．(2019·湖北荆门高一上月考)如图所示，A为矩形匀质薄板，B为半圆形钢条，C、D均为直角形支架，把这些物体分别用细绳竖直悬挂，静止时所处的位置符合实际的是( )
A B C D
C [当用绳子悬挂物体时，绳子的延长线必过物体的重心。根据物体重心的位置，可知C正确，A、B、D错误。]
1．下列说法正确的是( )
A．“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
B．运动员将足球踢出，球在空中飞行是因为球受到一个向前的推力
C．甲用力把乙推倒，只是甲对乙有力，而乙对甲没有力
D．甲用力推乙，没有推动，乙的运动状态没有改变，但乙受到了甲的力的作用
D [力是物体对物体的作用，任何力都有它的施力物体和受力物体，风吹草动，施力物体是空气，A错误；踢出去的球向前运动，并没有受到向前的推力，因为找不到这个力的施力物体，而没有施力物体的力是不存在的，B错误；由力的相互性可知，甲推乙的同时，乙也“推”甲，C错误；力的作用效果有两个，甲推乙没有推动，但乙在甲的作用下发生了形变，故乙受到了力的作用，D正确。]
2．(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°，如图为画出的推小车的力的图示，其中正确的是( )
A B C D
BD [选项A没有标度，选项C方向错误，则B、D正确，A、C错误。]
3．雅安是中国优秀旅游城市，“马踏飞燕”是“中国优秀旅游城市”标志，如图所示，飞奔的骏马三足腾空，只用一只蹄就能稳稳地踏在飞翔的燕子上，是因为( )
A．马跑得快
B．马蹄大
C．马的重心在飞燕上
D．马的重心位置和飞燕在一条竖直线上
D [飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞翔的燕子上，和马跑得快慢没关系，和马蹄的大小没关系，而是因为飞燕对马的支持力和马的重力在一条竖直线上；根据马的形态，马的重心不会在飞燕上，故A、B、C错误，D正确。]
4．(新情境题，以科技馆中倾斜小屋为背景，考查重力和重心)科技馆或儿童乐园中有一种神奇的倾斜小屋。里面什么也没有，只是屋里地面是斜的。当我们一脚踏上斜坡时感觉整个人都倾斜过来了，我们努力想保持平衡，可是身体不听使唤，只好扶着墙边的扶手慢慢地往外挪，好不容易才走出小屋。
(1)在倾斜的小屋里，重力的方向是否会变化？
(2)为什么在倾斜小屋里，人很难保持平衡？
[解析] (1)重力的方向总是竖直向下，不会发生变化。
(2)当人垂直地面站立时，实际上人相对水平面是倾斜的，重心已不在人体上，不易保持平衡。
[答案] 见解析
回归本节知识，自我完成以下问题：
1力的作用效果有哪两个？
提示：改变物体的运动状态，使物体发生形变。
2物体的重心由哪两种因素决定？
提示：物体的形状，物体的质量分布。
3重力的大小与哪些因素有关？
提示：物体的质量和物体所在处的重力加速度大小。
重心位置与物体平衡的关系
一 不倒翁为什么不倒？
甲 乙
如图所示的是有趣的不倒翁，不论你怎么使劲推，它都不会翻倒。甚至你把它横过来放，一松手，不倒翁又会站在你面前。这是怎么回事呢？一方面因为它上轻下重，底部有一个较重的铁块，所以重心很低；另一方面，不倒翁的底面大而圆滑，当它向一边倾斜时，它的重心和桌面的接触点不在同一条铅垂线上，重力作用会使它向另外一边摆动。比如，当不倒翁向左倒时，重心和重力作用线在接触点的右边，在重力作用下，不倒翁就又向右倒。当不倒翁倒向右边时，重心和重力作用线又跑到接触点左边，迫使不倒翁再向左倒。不倒翁就是这样摆过来，又摆过去，直至因为摩擦力和空气阻力，能量逐渐损失，减少到零。重力作用线此时恰好通过接触点，它才不会继续摆动。
二 一块水平放置的砖头，不论雨打风吹，总是稳稳地待在原地。如果把它竖起来，如遇大风就可能把它吹倒。这是因为砖头平放时，重心很低，接触地面的面积又很大，因此不容易翻倒。其他物体也是这样，在工厂中许多机器设备的机座都比较大，也很沉，目的就是防止机器翻倒，增加机器的稳定性。往车或船上装货物时，要先把重的东西放在底部。因为这样一来，整个车或船的重心较低，可以保证行驶安全。
物体的稳定程度与哪些因素有关？
提示：重心位置，物体与地面的接触面积。
核心素养
学习目标
物理观念
知道力是物体间的相互作用。知道重力大小、方向、测量方法和重心。
科学思维
会做力的图示和力的示意图，知道重心与稳定的关系。
科学探究
会探究找物体重心的方法，并会解决有关重力的实际问题。
科学态度与责任
培养学习物理的兴趣，养成实事求是的科学态度。
物质性
(1)力是物体对物体的作用，没有脱离物体而独立存在的力
(2)对于一个指定的力，一定同时存在受力物体和施力物体
相互性
(1)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，那么另一个物体也一定同时对这个物体施加了力
(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
矢量性
力不仅有大小，而且有方向，是矢量
独立性
任何一个力都独立地产生作用效果，使物体发生形变或使物体运动状态改变
项目
重力
质量
区别
性质
由于地球的吸引而使物体受到的力
物体本身的一种属性
变化情况
随着地理位置的不同而发生变化
不随地理位置的改变而发生变化
测量工具
弹簧测力计
天平
矢量与标量
矢量
标量
联系
G＝mg