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111 3.1重力 基本相互作用 班級________姓名________學(xué)號_____ 學(xué)習(xí)目標(biāo): 1. 知道力是物體間的相互作用，力不能脫離物體而存在，在具體問題中能找出施力物體和受力物體。 2. 知道力是矢量，知道力的作用效果和決定力的作用效果的因素，在具體問題中能畫出力的圖示和力的示意圖。 3. 知道力的兩種分類方法。 4. 知道重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的。知道重力的大小和方向。 5．知道重心的概念以及均勻物體重心的位置。 學(xué)習(xí)重點： 學(xué)習(xí)難點： 主要內(nèi)容: 一、力是物體間的相互作用 1．力的物質(zhì)性： 2．力的相互性： 3．物體間發(fā)生相互作用的方式有兩種：①直接接觸②不直接接觸 4．力不但有大小，而且有方向，力具有矢量性。力的大小用測力計(彈簧秤)來測量。在國際單位制中，力的單位是N(牛)。通常把力的大小、方向和作用點叫做力的三要素。力的三要素決定了力的作用效果。若其中一個要素發(fā)生變化，則力的作用效果也將變化。 5．力的作用效果 ①使受力物體發(fā)生形變； ②使受力物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變。 力的作用效果是由力的大小、方向和作用點共同決定的。例如用腳踢足球時，用力的大小不同，足球飛出的遠(yuǎn)近不同；用力的方向不同，足球飛出的方向不同；擊球的部位不同，球的旋轉(zhuǎn)方向不同。 二、力的圖示 1．力可以用一根帶箭頭的線段來表示。它的長短表示力的大小，它的指向(箭頭所指方向)表示力的方向，箭頭或箭尾表示力的作用點，力的方向所沿的直線叫力的作用線。這種表示力的方法，叫做力的圖示。這是把抽象的力直觀而形象地表示出來的一種方法。 2．畫力的圖示的步驟 ①選定標(biāo)度：畫出某一長度的線段表示一定大小的力，并把該線段所表示的力的大小寫在該線段的上方。所選標(biāo)度要適當(dāng)(力的圖示上刻度不能過少，也不能多而密，要便于作圖計算)，一般標(biāo)度的大小應(yīng)是所圖示的力的1/n，n為除“1”以外的正整數(shù)。 ②畫一個方塊或一個點表示受力物體，并確定力的作用點。 ③從力的作用點開始，沿力的作用方向畫一線段(根據(jù)所選標(biāo)度和力的大小確定線段的長度)，并在線段上加上刻度(垂直于力線段的小短線)。 ④在表示力的線段的末端畫上箭頭表示力的方向。在箭頭的旁邊標(biāo)出表示這個力的字母或數(shù)值。 3．注意：①箭尾通常畫在力的作用點上。②若在同一個圖上作出不同的力的圖示，一定要用同一個標(biāo)度。③力的圖示與力的示意圖不同。力的示意圖是為了分析受力而作，側(cè)重于畫準(zhǔn)力的方向，帶箭頭的線段上沒有標(biāo)度，線段的長度只定性表示力的大小。 三、力的示意圖 與力的圖示相比，只要求在圖中準(zhǔn)確畫出力的方向，表達(dá)出物體在這個方向受力即可，不要求準(zhǔn)確畫出力的大小。 四、力的分類 (1)按力的性質(zhì)和力的效果分類 ①性質(zhì)力：重力、彈力、摩擦力、電磁力、分子力等。 ②效果力：支持力、壓力、拉力、動力、阻力、向心力等。 (2)按作用方式可分為接觸力(如支持力、壓力等)和場力(如重力等)。 (3)按研究對象可分為內(nèi)力和外力。 (4)按力的關(guān)系可分為：共點力、共面力、平行力、平衡力、作用力與反作用力等。 (5)注意：正確區(qū)分性質(zhì)力和效果力是對物體進(jìn)行受力分析的基礎(chǔ)，也是正確解決力學(xué)問題的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)效果命名的不同名稱的力，性質(zhì)可能相同，如壓力和支持力都是彈力性質(zhì)不同的力，可以叫同一個名稱，如重力、彈力都可使物體由靜止開始運動，都可叫動力，其作用效果可以相同。同一個力，可以有不同的名稱，如用繩子拉小車前進(jìn)，繩子對小車施以拉力，又叫彈力、動力等。 五、重力是由于地球的吸引而使物體受到的力 1．重力的產(chǎn)生 靜止釋放的物體豎直下落。拋出的物體會落回地面，水會從高處流向低處，這眾多的事例說明地球上的一切物體都受到地球的吸引。重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的。重力也叫重量，常用符號G表示。 ①重力的施力物體是地球，其本質(zhì)是地球?qū)ξ矬w的吸引力，但不能說重力就是地球?qū)ξ矬w的吸引力。 ②地球表面附近的一切物體，不論是靜止的，還是運動的，不論是否與地面接觸，都受重力作用。重力與運動狀態(tài)和接觸面情況均無關(guān)。 2．重力的方向總是豎直向下的 豎直向下即垂直于(當(dāng)?shù)氐?水平面向下，沿重錘線向下。物體只在重力作用下從靜止開始下落的方向是豎直向下的。不能將“豎直向下”理解為“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．重力的大小由物體的質(zhì)量和所處的地理位置共同決定 ①在同一地點，重力G與質(zhì)量m成正比；同一物體，在不同地點所受的重力可能不同(隨地理緯度的增加而增大，隨離地高度的增加而減小)，不過這種差異很小，一般在地面附近不太大的范圍內(nèi)，可認(rèn)為其重力大小恒定不變。 ②重力大小的計算公式是G=mg．式中m是物體的質(zhì)量，單位用kg；g是一個與地理位置有關(guān)的量，反映地球?qū)ξ矬w作用力的強弱。(g值隨地理緯度的增加而增大，隨離地面高度的增大而減小)通常情況下(在地球表面附近)，取g=9．8N／kg，表示質(zhì)量是1kg的物體受到的重力是9．8N。 ③重力的大小可以用彈簧秤測出。其依據(jù)的原理是二力平衡條件和力作用的相互性：用懸繩掛著的靜止物體或用靜止的水平支持物支持的物體，對豎直懸繩的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫?，大小等于物體受到的重力。特別注意：拉力或壓力與重力大小相等是有條件(平衡)的；且不能認(rèn)為拉力或壓力就是重力，因力的性質(zhì)不同，施力物體和受力物體也不同。 ④重力的大小在一般情況下小于地球?qū)ξ矬w的引力大小(學(xué)過“萬有引力”就明白了)。 4．重力的作用點：重心。 六、重心 一個物體的各部分都要受到重力的作用。從效果上看，可以認(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點，這一點叫做物體的重心。 1．重心是重力的等效作用點。引入重心的概念，就把實際作用于整個物體各部分的重力用作用于重心的一個力等效地代替了，于是原來的整個物體就可以用一個有質(zhì)量的點代替，從而使研究問題大為簡便。這種方法，在物理學(xué)上叫等效方法。等效方法是研究物理問題常用的思維方法，它是在保證效果不變的前提下用一種簡化的形式來替代原來的形式以使研究問題方便些。注意：重心并不是重力的實際作用點，也不是物體上最重的一點，更不能認(rèn)為地球只吸引物體的這一點。 2．物體重心的位置跟物體的形狀和物體內(nèi)質(zhì)量的分布都有關(guān)系，跟物體的放置情況和運動狀態(tài)無關(guān)。只有形狀規(guī)則、質(zhì)量均勻分布的物體的重心才在物體的幾何中心。重心的位置可在物體上，也可以在物體外。 3．對于薄板狀物體，可以用懸掛法找出其重心位置，其依據(jù)的原理是二力平衡條件。 七、四種基本相互作用： 【例一】關(guān)于力的概念，下列說法中正確的是（ ） A．一個受力物體可以對應(yīng)著一個以上的施力物體。 B．一個力必定聯(lián)系著兩個物體，其中任一個物體既是受力物體又是施力物體。 C．用手壓彈簧，手先給彈簧一個作用，彈簧壓縮后再反過來對手作用。 D．直接接觸的物體間一定有力的相互作用。 【例二】試說出右圖所示的力F的大小、方向、作用點。 【例三】在下圖中作出A受到一個與水平面成30角的斜向右上方500N的拉力的圖示。 A 【例四】如圖：已知小球、物塊的質(zhì)量均為m，懸繩對小球的拉力________N。物塊對地面的壓力(兩者均處于靜止?fàn)顟B(tài))是___________N。如果說懸繩的拉力等于重力，物塊對地面的壓力等于重力，這種說法對嗎? 【例五】物體靜止在水平桌面上，物體對水平桌面的壓力 ( ) A、就是物體的重力 B、大小等于物體的重力 C、這壓力是由于地球的吸引產(chǎn)生的 D、這壓力是豎直向下的。 【例六】物體靜止在斜面上，物體所受重力的方向如圖所示，這個表示對嗎？ 【例七】如圖所示為一空心圓球，內(nèi)部裝滿水，若在其底部一小孔，水從中不斷流出，則在此過程中，球和其中水整體的重心如何變化? 課堂訓(xùn)練： 1．下列各種力的名稱，根據(jù)力的效果命名的是( ) A、浮力B、彈力C、重力D、拉力 E、摩擦力F、動力 G、阻力 H、壓力 I、支持力 J、分子力 2．用圖示法畫出力，并指出施力物體和受力物體。 兩人合提一桶水，各用80N的拉力，兩力與水平方向的夾角均為45。 3．關(guān)于物體的重心的說法中，正確的是( ) A．因物體的重心是重力的作用點，所以物體的重心一定在物體上。 B．任何有規(guī)則形狀的物體，其重心必在其幾何中心。 C．物體的形狀改變時，它的重心位置很可能也隨著改變。 D．物體的重心可能在物體上，也可能在物體外。 4．力是__________的作用，一個物體受到力的作用，一定有_________對它施加這種作用，力是不能離開_____________而獨立存在的。 課后作業(yè)： 1．下列說法中正確的是( ) A、某施力物體同時也一定是受力物體。 B、沒有施力物體和受力物體，力照樣可以獨立存在。 C、找不到施力物體的力是不存在的。 D、有的物體自己就有力，這個力不是另外的物體施加的。 2．下述關(guān)于力的說法中不正確的是( ) A、力對物體的作用效果，完全由力的大小決定。 B、作用在物體上的力，不論作用點在什么位置產(chǎn)生的效果均相同。 C、物體受到力的作用后，一定同時出現(xiàn)形變和運動狀態(tài)的改變。 D、力的作用效果一定會使物體運動。 3．下列說法中錯誤的是( ) A、力是物體對物體的作用。 B、只有直接接觸的物體間才有力的作用。 C、由相距一定距離的磁鐵間有相互作用力可知，力可以離開物體而獨立存在。 D、甲用力把乙推倒，說明只是甲對乙有力的作用，乙對甲沒有力的作用。 4．關(guān)于重力的說法，正確的是( ) A．重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的。 B．物體在地球表面附近無論是靜止，還是向上或向下運動，它都受到重力。 C．重力就是靜止的物體對豎直懸繩的拉力 。 D．物體本身就有重力，所以重力沒有施力物體。 5．下列關(guān)于重力的方向的說法，正確的是( ) A． 重力的方向總是豎直向下的。 B．重力的方向總是指向地心。 C．重力的方向總是和支持物體的支持面垂直。 D．由于地球是一個大球體，所以重力的方向是無法確定的。 6．關(guān)于重力的大小，下列說法正確的是( ) A．物體的重力跟質(zhì)量成正比。 B．g=9．8N／kg表示重力是9．8N的物體的質(zhì)量是1kg。 C．放在斜面上的物體比在平面上受的重力小。 D．在地面附近，物體靜止時與運動時，其重力大小是不變的。 7．一條放在地面上的長為L的柔軟勻質(zhì)粗繩，向上提其一端剛好拉直時，它的重心位置升高了__________；長為L的均勻直鋼管平放在水平地面上，現(xiàn)抬起其一端使其與水平地面成30角時，它的重心位置升高了___________。 8．如圖所示，畫出均勻矩形木塊在不同情況下所受重力的示意圖 9．畫出下面物體所受重力的圖示 (1)放在水平地面上的重為3．O106 N的木箱。 (2)質(zhì)量為8kg的小球在空中自由下落時(不計空氣阻力)所受力的圖示(g取10N/kg)。 閱讀材料：經(jīng)典力學(xué)的建立 十五、十六世紀(jì)，偉大的波蘭天文學(xué)家哥白尼用自制的各種儀器對天象進(jìn)行了長期的觀測，并對觀測的資料進(jìn)行分析、整理，于1543年出版了《天體運行論》，提出了“日心地動說”的體系。 在哥白尼工作的基礎(chǔ)上，揭開行星運行之迷的是偉大的德國天文學(xué)家開普勒。開普勒從整理和研究第谷所觀測的行星運行和恒星位置的數(shù)據(jù)中，首先研究火星的運行轉(zhuǎn)道，經(jīng)過無數(shù)次的探索，終于發(fā)現(xiàn)：火星運行的軌道是一個橢圓。1609年，他發(fā)表了《新天文學(xué)》一書《論火星的運行》一文，將對火星的發(fā)現(xiàn)推廣到所有行星，這就是以他的名字命名的開普勒第 一、第二定律、面積定律)，隨后又發(fā)現(xiàn)了第三定律(周期定律)。值得指出的是，開普勒的工作給人們以深刻的啟示：科學(xué)不能停留在單純的觀測數(shù)據(jù)中，而必須對觀測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致的分析，才能找到事物運動的內(nèi)部規(guī)律。還要指出的是，開普勒并沒有以發(fā)現(xiàn)這三個定律為滿足，他還企圖用力的作用來解釋它們，牛頓正是沿著這個思路而創(chuàng)立他的天體動力學(xué)理論的。 對亞里士多德關(guān)于重的物體比輕的物體下落得快以及力是維持物體運動的原因等錯誤觀點的否定爭糾正是經(jīng)典力學(xué)產(chǎn)生的重要標(biāo)志：1586年比利時的力學(xué)家西蒙斯臺文(1548—1620)出版了一本《論力學(xué)》的著作，其中關(guān)于落體實驗是這樣記敘的：“反對亞里士多德的實驗是這樣的：讓我們拿兩只鉛球，其中一只比另一只重十倍，把它們從三十英尺的高度同時丟下來，落在一塊木板或者什么可以發(fā)出清晰響聲的東西上面，那末，我們會看出輕球并不需要比重球多十倍的時間，而是同時落到木板上，因此，它們發(fā)出的聲音聽上去就象是一個聲音一樣。”1589年，伽利略進(jìn)一步研究了落體問題。他在研究過程中創(chuàng)立了運動學(xué)的基本概念，并把觀察實驗、數(shù)學(xué)推算和邏輯論證有機地結(jié)合起來，做了著名的斜面實驗，揭示了力和運動的本質(zhì)聯(lián)系，得到了落體定律和慣性定律。伽利略的這些發(fā)現(xiàn)，不僅在物理學(xué)史上而且在整個科學(xué)史上都占有極其重要的地位。這不僅在于他糾正了統(tǒng)治近二千年的亞里士多德的錯誤觀點，更重要的是他創(chuàng)立了對物理現(xiàn)象進(jìn)行實驗研究并把實驗的方法與數(shù)學(xué)方法。 經(jīng)典力學(xué)的理論體系是以牛頓運動三定律為基礎(chǔ)的。牛頓系統(tǒng)地總結(jié)了伽利略、開普勒惠更斯等人的工作，得到了萬有引力定律和牛頓運動三定律，于1687年出版了《自然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理》。這是牛頓的—部代表作，也是力學(xué)的一部經(jīng)典著作。牛頓在這部書中，從力學(xué)的基本概念（質(zhì)量、動量、慣性、力等）和基本定律(運動三定律)出發(fā)，運用他所發(fā)明的微積分這一銳利的數(shù)學(xué)工具，建立了經(jīng)典力學(xué)的完整而嚴(yán)密的體系，把天體力學(xué)和地面上的物體的力學(xué)統(tǒng)一起來，這是物理學(xué)史上第一次大的綜合。所以，牛頓的《自然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理》的出版，標(biāo)志著經(jīng)典力學(xué)體系的建立．牛頓從事自然科學(xué)研究工作時，是站在自發(fā)的唯物主義立場上的，這是他取得重大成就的思想基礎(chǔ)．重視實驗，重視歸納，這是牛頓的科學(xué)方法論的核心，也是他取得重大成就的關(guān)鍵。牛頓的世界觀的根本缺陷在于它的形而上學(xué)和經(jīng)驗主義，他輕視哲學(xué)指導(dǎo)，提出了。神的第一次推動”的唯心主義觀點，這是一個嚴(yán)重的教訓(xùn)． 牛頓力學(xué)體系的建立，對全部自然科學(xué)的發(fā)展作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。由于力學(xué)的巨大成就，使得當(dāng)時的許多自然科學(xué)家和哲學(xué)家認(rèn)為可以用力學(xué)來解釋一切自然現(xiàn)象。牛頓說：“自 然界的一切現(xiàn)象，全可以根據(jù)力學(xué)的原理，用相似的推理，一一演繹出來．”憊更新選一步說： “在真正的哲學(xué)里，所有自然現(xiàn)象的原因都可以用力學(xué)的術(shù)語來陳述?！边@樣，就逐步形成了 把一切運動歸結(jié)為機械決定論的自然觀。 一定有一 對它 111