4.1 重力與重心
班級(jí)________姓名________學(xué)號(hào)_____
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(diǎn)：重力
學(xué)習(xí)難點(diǎn)：重力 基本相互作用
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(cè)力計(jì)(彈簧秤)來測(cè)量。在國(guó)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(diǎn)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(gè)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(yùn)動(dòng)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(diǎn)共同決定的。例如用腳踢足球時(shí)，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(zhǎng)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(diǎn)，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(zhǎng)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(jì)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(gè)方塊或一個(gè)點(diǎn)表示受力物體，并確定力的作用點(diǎn)。
③從力的作用點(diǎn)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(zhǎng)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(gè)力的字母或數(shù)值。
3．注意：①箭尾通常畫在力的作用點(diǎn)上。②若在同一個(gè)圖上作出不同的力的圖示，一定要用同一個(gè)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(zhǎng)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(gè)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(dòng)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(chǎng)力(如重力等)。
(3)按研究對(duì)象可分為內(nèi)力和外力。
(4)按力的關(guān)系可分為：共點(diǎn)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(duì)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(gè)名稱，如重力、彈力都可使物體由靜止開始運(yùn)動(dòng)，都可叫動(dòng)力，其作用效果可以相同。同一個(gè)力，可以有不同的名稱，如用繩子拉小車前進(jìn)，繩子對(duì)小車施以拉力，又叫彈力、動(dòng)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(huì)落回地面，水會(huì)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(hào)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(yùn)動(dòng)的，不論是否與地面接觸，都受重力作用。重力與運(yùn)動(dòng)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(diǎn)，重力G與質(zhì)量m成正比；同一物體，在不同地點(diǎn)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(jì)算公式是G=mg．式中m是物體的質(zhì)量，單位用kg；g是一個(gè)與地理位置有關(guān)的量，反映地球?qū)ξ矬w作用力的強(qiáng)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(cè)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(duì)豎直懸繩的拉力或?qū)λ�平支持物的壓力，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(diǎn)：重心。
六、重心
一個(gè)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(diǎn)，這一點(diǎn)叫做物體的重心。
1．重心是重力的等效作用點(diǎn)。引入重心的概念，就把實(shí)際作用于整個(gè)物體各部分的重力用作用于重心的一個(gè)力等效地代替了，于是原來的整個(gè)物體就可以用一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)代替，從而使研究問題大為簡(jiǎn)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(jiǎn)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(shí)際作用點(diǎn)，也不是物體上最重的一點(diǎn)，更不能認(rèn)為地球只吸引物體的這一點(diǎn)。
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(yùn)動(dòng)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(duì)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(gè)受力物體可以對(duì)應(yīng)著一個(gè)以上的施力物體。
B．一個(gè)力必定聯(lián)系著兩個(gè)物體，其中任一個(gè)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(gè)作用，彈簧壓縮后再反過來對(duì)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(diǎn)。

【例三】在下圖中作出A受到一個(gè)與水平面成30°角的斜向右上方500N的拉力的圖示。


【例四】如圖：已知小球、物塊的質(zhì)量均為m，懸繩對(duì)小球的拉力________N。物塊對(duì)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(duì)地面的壓力等于重力，這種說法對(duì)嗎?


【例五】物體靜止在水平桌面上，物體對(duì)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(gè)表示對(duì)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(dòng)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(diǎn)，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(shí)，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(gè)物體受到力的作用，一定有_________對(duì)它施加這種作用，力是不能離開_____________而獨(dú)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(shí)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(dú)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(gè)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(duì)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(diǎn)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(shí)出現(xiàn)形變和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。
D、力的作用效果一定會(huì)使物體運(yùn)動(dòng)。
3．下列說法中錯(cuò)誤的是( )
A、力是物體對(duì)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(dú)立存在。
D、甲用力把乙推倒，說明只是甲對(duì)乙有力的作用，乙對(duì)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(yùn)動(dòng)，它都受到重力。
C．重力就是靜止的物體對(duì)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(gè)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(shí)與運(yùn)動(dòng)時(shí)，其重力大小是不變的。
7．一條放在地面上的長(zhǎng)為L(zhǎng)的柔軟勻質(zhì)粗繩，向上提其一端剛好拉直時(shí)，它的重心位置升高了__________；長(zhǎng)為L(zhǎng)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(shí)，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．O×106 N的木箱。
(2)質(zhì)量為8kg的小球在空中自由下落時(shí)(不計(jì)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(duì)天象進(jìn)行了長(zhǎng)期的觀測(cè)，并對(duì)觀測(cè)的資料進(jìn)行分析、整理，于1543年出版了《天體運(yùn)行論》，提出了“日心地動(dòng)說”的體系。
在哥白尼工作的基礎(chǔ)上，揭開行星運(yùn)行之迷的是偉大的德國(guó)天文學(xué)家開普勒。開普勒從整理和研究第谷所觀測(cè)的行星運(yùn)行和恒星位置的數(shù)據(jù)中，首先研究火星的運(yùn)行轉(zhuǎn)道，經(jīng)過無數(shù)次的探索，終于發(fā)現(xiàn)：火星運(yùn)行的軌道是一個(gè)橢圓。1609年，他發(fā)表了《新天文學(xué)》一書《論火星的運(yùn)行》一文，將對(duì)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(cè)數(shù)據(jù)中，而必須對(duì)觀測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)致的分析，才能找到事物運(yùn)動(dòng)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(gè)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(gè)思路而創(chuàng)立他的天體動(dòng)力學(xué)理論的。
對(duì)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(yùn)動(dòng)的原因等錯(cuò)誤觀點(diǎn)的否定爭(zhēng)糾正是經(jīng)典力學(xué)產(chǎn)生的重要標(biāo)志：1586年比利時(shí)的力學(xué)家西蒙?斯臺(tái)文(1548?1620)出版了一本《論力學(xué)》的著作，其中關(guān)于落體實(shí)驗(yàn)是這樣記敘的：“反對(duì)亞里士多德的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(huì)看出輕球并不需要比重球多十倍的時(shí)間，而是同時(shí)落到木板上，因此，它們發(fā)出的聲音聽上去就象是一個(gè)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(yùn)動(dòng)學(xué)的基本概念，并把觀察實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)推算和邏輯論證有機(jī)地結(jié)合起來，做了著名的斜面實(shí)驗(yàn)，揭示了力和運(yùn)動(dòng)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(gè)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(cuò)誤觀點(diǎn)，更重要的是他創(chuàng)立了對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究并把實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)量、慣性、力等）和基本定律(運(yùn)動(dòng)三定律)出發(fā)，運(yùn)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(shí)，是站在自發(fā)的唯物主義立場(chǎng)上的，這是他取得重大成就的思想基礎(chǔ)．重視實(shí)驗(yàn)，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(yàn)主義，他輕視哲學(xué)指導(dǎo)，提出了。神的第一次推動(dòng)”的唯心主義觀點(diǎn)，這是一個(gè)嚴(yán)重的教訓(xùn)．
牛頓力學(xué)體系的建立，對(duì)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(shí)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：

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