
3章
第三節(jié)
重力
教學目標
【知識與技能】
(1)知道什么是重力、重力的方向。
(2)知道重力的測量方法。
(3)理解重力的大小跟質量成正比,會用公式計算重力。
【過程與方法】
在探究重力的大小與什么因素有關時,培養(yǎng)學生自主學習、動手操作、互助合作等實踐能力。
【情感態(tài)度與價值觀】
在探究活動中,讓學生體驗到探究知識的樂趣,激發(fā)學生熱愛科學、探究真理的熱情。
【重點難點】
【重點】
(1)重力及其方向。
(2)重力與質量的關系。
【難點】
探究重力與什么因素有關。
知識精講 有的放矢
核心考點一:重力
知識歸納
由于地球的吸引而使物體受到的力,叫做重力。
2.地球上的所有物體,都受到重力作用。
3.重力的施力物體是地球,受力物體是地球附近的物體。
4.重力用符號G表示。重力的大小可用測力計測量出來。
5.重力是由于地球的吸引而產生的,但與地球的吸引力并不完全相等。
說明 若沒有重力:①水將不能倒出來,物體會懸停在空中,人輕輕一跳就可離開地球等。
②不能測重力,也不能用天平測質量;但仍能用彈簧測力計測拉力。
典型例題 珠聯(lián)璧合
【例題1】把一個物體從地球帶到月球上,它的( )
A.質量不變,重力變小 B.重力不變,質量變小
C.質量和重力都發(fā)生變化 D.質量和重力都不發(fā)生變化
【答案】A
【解析】質量是物體的屬性,不會隨位置的變化而變化,故在地球和月球上物體的質量不變;但是同一物體在月球上的重力減小為地球上的六分之一,所以把一個物體從地球帶到月球上,它的質量不變,重力變小,故只有A符合題意。
【變式1】(2021秋?福清市期末)宇航員在空間站中受到的重力比他在地面上受到的重力小。在空間站中,宇航員進行體能鍛煉時,效果最好的是( )
A.舉啞鈴B.做俯臥撐C.拉彈簧D.引體向上
【答案】C
【解答】解:A、當重力小時,人可以用很小的力舉啞鈴,起不到鍛煉的作用,故A不合題意;
B、當重力小時,身體不受重力作用,用很小的力就可做俯臥撐,得不到鍛煉的作用,故B不合題意;
C、當重力小時,不影響用力拉彈簧,所以可以拉彈簧進行鍛煉,故C符合題意;
D、當重力小時,身體不受重力作用,用很小的力就可做引體向上,得不到鍛煉的作用,故D不合題意。
故選:C。
核心考點二:重力的三要素
知識歸納
1、重力的大小
物體所受的重力與質量成正比。重力與質量的比值是一定的,大約是9.8N/kg,我們用g表示這個比值。
重力與質量的關系式:eq \f(G,m)=g或 G=mg
符號的意義及單位:
G——重力——牛頓(N)
m——質量——千克(kg)
g=9.8N/kg,表示質量為1kg的物體受到的重力為9.8N。在粗略計算時,可取g=10N/kg。
延伸:由于m=ρV,所以G=ρVg。g在不同的星球上取值是不同的,g月=1/6g地
重力的方向
探究重力的方向
實驗結論:懸線下端小球所受重力的方向總是豎直向下的。
重力的方向總是豎直向下的。物體自由下落的方向、懸掛物體的細線自由下垂的方向叫做豎直方向,也就是重力的方向。
運用:1、重垂線——檢驗墻角是否豎直。
2、水平儀:檢查地面是否水平
3.重力的作用點
重力在物體上的作用點叫做物體的重心。質地均勻、外形規(guī)則的物體的重心就在這一物體的幾何中心上。如均勻的矩形薄板的重心在對角線的交點上;均勻球體的重心在它的球心上;粗細均勻的直棒的重心在棒的中點上。
對于質地不均勻、外形不規(guī)則的物體,其重心位置可根據(jù)物體的平衡條件,利用實驗的方法(懸掛法)確定。
物體的重心不一定在物體上。例如:圓環(huán)狀的光盤,其重心位于圓心處,并不在物體上。
說明 重力大小的影響因素:
①跟緯度有關,緯度越高,重力越大;
②跟高度有關,高度越高,重力越小;
③跟星球有關,月球上受到的重力約為地球的六分之一(到月球上的物體,質量不變,重力變小)。
典型例題 珠聯(lián)璧合
【例題2】(2021秋?官渡區(qū)期末)小明利用重垂線檢查墻上的畫是否掛正,如圖所示。下列做法中正確的是( )
A.把畫的左邊調高一些B.把畫的右邊調高一些
C.換用質量較小的重錘 D.調整重垂線,使重垂線與地面垂直
【答案】B
【解答】解:墻上的畫掛正時,重垂線應與畫的豎直邊框平行。由圖可知,畫的上邊緣的左側調低一些或者其右側調高一些都可使畫掛正,故B正確,ACD錯誤;
故選:B。
【變式2】(2019?泰安模擬)有關重力的方向可利用如圖甲所示的裝置來探究。實驗中發(fā)現(xiàn),隨著β角的改變,α角也跟著改變,而懸線OA的方向始終不變。據(jù)此可知,重力方向總是_______,建筑工人用來檢查墻壁砌得是否豎直的重垂線就是根據(jù)這一原理制成的,如圖乙。一堵南北走向的墻上,所掛重垂線如圖丙所示,則這堵墻一定是向_______傾斜(填“東”“西”“南”或“北”)。
【答案】豎直向下 西
【解析】本題主要考查學生對重力方向的理解和掌握。重力的方向在任何情況下都是豎直向下的,重垂線是利用重物靜止時線總是豎直下垂的原理制造的儀器。
由圖甲可知,因兩角始終相等,則由幾何知識可知,OA一定總是與水平面垂直的,因OA在重力作用下處于靜止狀態(tài),故OA的方向應為重力的方向,故說明重力的方向總是豎直向下的;由圖丙可知重垂線上端與墻緊靠,下端重垂線的位置在墻的西側,故墻向西傾斜。
核心考點三: 重力和質量的區(qū)別與聯(lián)系
知識歸納
在認識物體所受的重力與其質量成正比的關系時,應注意重力和質量的區(qū)別,現(xiàn)列表加以說明。
典型例題 珠聯(lián)璧合
【例題3】小明在體檢時站在磅秤上,秤的讀數(shù)是60kg,這時小明受到的重力為_______N,如果他到月球上,月球對它表面上物體的引力只有地球對地球表面物體引力的,則月球上小明的質量為_______,重力約為_______。(g取9.8N/kg)
【答案】600 60kg 98N
【解析】先根據(jù)G=mg求出物體的重力,再根據(jù)月球對它表面上物體的引力只有地球對地球表面物體引力的計算。
小明受到的重力:G =mg=60kg×9.8N/kg=588N,小明在月球上受到的重力:
G'= G=×588N=98N 因為質量與物體的位置無關,所以月球上小明的質量不變,還是60kg。
【變式3】小金對太空中的星球比較感興趣,他從網(wǎng)上查得:甲、乙兩個星球表面上物體的重力(G)與其質量(m)的關系如圖。從圖中信息可知,相同質量的物體在甲星球表面上的重力 (填“大于”“等于”或“小于”)其在乙星球表面上的重力;據(jù)圖可得甲星球表面上物體的重力G與其質量m的關系式是 。
【答案】大于 eq \f(G,m)=15牛/千克。
【解析】由圖可得,甲星球表面上eq \f(G,m)=eq \f(120牛,8千克)=15牛/千克,乙星球表面上eq \f(G,m)=eq \f(50牛,10千克)=5牛/千克
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【題1】.(2021?岑溪市二模)智能手機是我們常見的通訊工具,請你估測一下手機的重力大約為( )
A.0.5NB.5NC.0.2ND.2N
【解答】解:一般手機的質量在200g=0.2kg左右,受到的重力在G=mg=0.2kg×10N/kg=2N左右。
故選:D。
【題2】.(2021?寶應縣二模)某同學對預防新冠肺炎措施中使用的一些物品進行了估測,其中最接近實際的是( )
A.“戴口罩”:一只長方形口罩的面積約為180cm2
B.“勤洗手”:一瓶家用洗手液的質量約為500kg
C.“常消毒”:常用的消毒濕巾的密度為1kg/m3
D.“測體溫”:一只測溫槍所受的重力約為400N
【解答】解:A、一只長方形口罩的面積約為:S=16cm×12cm=192cm2,接近180cm2,故A正確;
B、一瓶家用洗手液的質量約為500g,故B錯誤;
C、常用的消毒濕巾的密度大于水的密度,即大于1×103kg/m3,故C錯誤;
D、一只測溫槍所受的重力約為2N,故D錯誤。
故選:A。
【題3】.(2022?廣東模擬)如圖所示,實心均勻正方體甲、乙放在水平地面上,它們質量相等?,F(xiàn)從兩正方體的上部沿水平方向切去部分,使它們剩余部分的體積相等,則剩余部分的甲、乙的重力G甲′和G乙′的大小關系是( )
A.G甲′一定小于G乙′B.G甲′一定大于G乙′
C.G甲′可能小于G乙′D.G甲′可能大于G乙′
【解答】解:由圖可知,甲、乙正方體的體積關系為V甲>V乙,又知兩者的質量相等,
由ρ=可知,甲、乙正方體的密度關系為ρ甲<ρ乙;
現(xiàn)從兩正方體的上部沿水平方向切去部分,使它們剩余部分的體積相等,且ρ甲<ρ乙,
由m=ρV可知,剩余部分的質量關系為m甲剩<m乙剩,
由G=mg可知,剩余部分的重力關系為G甲′<G乙′。
故選:A。
【題4】.(2021?靖江市模擬)如圖所示,小明用常見生活材料制成放在水面上使用的簡易天平。在橫板正中垂直釘上豎板,兩板成“”狀,在豎板正中用細線掛上重錘;在橫板兩端下方粘同規(guī)格的空飲料瓶;在橫板兩端上方粘同規(guī)格的塑料盤。使用時,左盤放物體,右盤放砝碼。
(1)重垂線的原理是 ,若使用前發(fā)現(xiàn)細線與豎板的中線不重合,重錘偏向豎板的右側時,可以在橫板的 (選填“左”或“右”)端粘些橡皮泥配重進行調整。
(2)某次測量時,當左盤物體的質量大于右盤砝碼的質量時,掛重錘的線與水面 (選填“仍然”或“不再”)垂直。
【解答】解:(1)重垂線的原理是重力的方向總是豎直向下的,重錘偏向豎板的右側時,可以在橫板的左端粘些橡皮泥配重進行調整;
(2)重力的方向總是豎直向下的。左盤物體的質量大于右盤砝碼的質量時,重錘偏向豎板的左側,掛重錘的線與水面仍然垂直。
故答案為:(1)重力的方向總是豎直向下的;左;(2)仍然。
5.(2022?禮縣模擬)如圖所示一重為10N、質地均勻的小球懸掛在天花板上,請畫出它所受重力的示意圖。
【解答】解:過小球的重心,沿豎直向下的方向畫一條有向線段,并用G表示,并標明大小為10N,即為小球所受重力;如圖所示:
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【題1】.如圖所示,圓心為O的光滑半圓面放置于水平桌面上,圓面上靜止放置一條勻質、柔軟、不可伸長的細棉線。棉線的兩端A、B恰好與桌面不接觸。棉線的最高點為C點。D點為線段OC的中點。則棉線的重心位置為( )
A.C與D之間的某一點B.D點
C.O點D.D與O之間的某一點
【解答】解:形狀規(guī)則的物體它的重心在其幾何中心,圓的重心即為圓的圓心,此圖為半圓面,可把棉線分割為AC段和BC段,如圖:
AC的中點E和BC的中點E’連線與CO交于F,F(xiàn)點在D之上,所以可判斷整個棉線的重心位置應為C與D之間的某一點,故A正確;
故選:A。
【題2】.一根質量為m、長為L的均勻鏈條一半放在粗糙的水平桌面上,另一半掛在桌邊,如圖中(a)所示,此時鏈條的重心為C1.若在鏈條兩端各掛一個質量為的小球,如圖中(b)所示,此時鏈條的重心為C2.若在鏈條兩端和中央各掛一個質量為的小球,如圖中(c)所示,此時鏈條的重心為C3(C1、C2、C3在圖中均未標出)。比較三個重心的高度h1、h2和h3的關系( )
A.h1=h2=h3B.h1<h2<h3C.h1>h2>h3D.h1>h3>h2
【解答】解:分別研究桌面以上部分和桌面以下部分,則可得出兩部分的重心;連接兩點,則連線與角平分線的交點即為重心,如圖所示;
則可得出h1>h3>h2;
故選:D。
【題3】.如圖所示,是一均勻圓薄板,半徑R=20cm,現(xiàn)從圓板上挖出一個半徑為r=10cm的內切圓,剩余部分的重心與薄板圓心的距離是 cm。
【解答】解:①設金屬片厚為h,密度為ρ,(如圖甲)
假設剩余部分的重心還在O點不變,則必須在大圓上的對稱位置再挖去一個與原來等大的小圓孔,
則剩下的部分重力為:G=πR2hρg﹣2π?()2hρg=πR2ρg=200πhρg,
②(如圖乙),由于左邊挖去一個半徑為10cm的小圓孔,必須在它的對應位置(左邊)填上一個半徑r=R=×20cm=10cm的小圓孔,
則它的重力為:G′=πr2hρg=100πhρg,重心在O2上,且OO2=10cm,
設挖空后的圓片的重心在C點,經過一“挖”一“填”,再將①和②綜合在一起,就等效于以C為支點的杠桿,
如圖丙,由杠桿平衡的條件可得:G′O2C=GOC,
即:100πhρg?(10﹣OC)=200πhρgOC,
解得:OC=3.33cm。
故答案為:3.33。
【題4】.嫦娥一號的發(fā)射,標志著中國探月工程取得了巨大的成果,中國人必將登上神秘美麗的月球。假如你從地球帶了一只彈簧測力計和一盒刻有“100g”的鉤碼登上月球表面,做了“探究物體在月球表面的重力大小與質量的關系”實驗:
(1)選取已知質量的鉤碼為測量物體,把鉤碼掛在彈簧測力計上,當鉤碼 時,彈簧測力計的示數(shù)等于鉤碼所受重力的大小。該彈簧測力計的分度值是 N;
(2)逐次增掛鉤碼,分別測出它們所受重力,并記錄在表格中,請你根據(jù)表格中的實驗數(shù)據(jù),在圖乙中作出鉤碼重力G和質量m的關系圖象;
(3)分析圖象可得出的結論為 。
【解答】解:(1)選取已知質量的鉤碼為測量物體,把鉤碼掛在彈簧測力計上,當鉤碼靜止時,物體受到的鉤碼與彈簧測力計對鉤碼的拉力是一對平衡力,大小相等;根據(jù)力的相互性,鉤碼對彈簧的拉力與彈簧對鉤碼的拉力大小相同,故彈簧測力計的示數(shù)等于鉤碼所受重力的大??;該彈簧測力計1大格為1N,故分度值是0.2N;
(2)根據(jù)表格中的實驗數(shù)據(jù),在圖乙中找出對應的點連線,如下所示:
(3)因重力G和質量m的關系圖象為過原點的直線,故分析圖象可得出的結論為:物體受到的重力與物體的質量成正比。
故答案為:(1)靜止;0.2;(2)如所所示;(3)物體受到的重力與物體的質量成正比。
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【題1】.太空艙中的物體處于失重狀態(tài),宇航員在太空艙中可以實施的是( )
A.用天平測物體質量 B.用啞鈴鍛煉手臂肌肉
C.用彈簧測力計測量摩擦力 D.用彈簧拉力器健身
【解答】解:
A、雖然物體所含物質的多少,即質量,不會隨位置的改變而改變,但質量的測量需要借助物體的重力來進行,所以在失重狀態(tài)下,用天平測物體的質量是無法實現(xiàn)的,故A錯誤;
B、在完全失重的狀態(tài)下,人可以用很小的力舉啞鈴,達不到鍛煉的作用,故B錯誤;
C、摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度和壓力大小有關,壓力由重力產生,在失重狀態(tài)下,沒有摩擦力,不能用彈簧測力計測量摩擦力,故C錯誤;
D、利用彈簧拉力計鍛煉身體,是依靠了彈簧的彈力,在失重狀態(tài)下,彈力是依然存在的,因此,此項活動可以進行,故D正確。
故選:D。
2.下列物體重力最接近1N的是( )
A.一枚大頭針B.兩個雞蛋C.一頭奶牛D.一張書桌
【解答】解:A、一枚大頭針的質量非常小,受到的重力也非常小,一般不超過0.01N.故A不符合題意;
B、兩個雞蛋的質量在100g=0.1kg左右,受到的重力為G=mg=0.1kg×10N/kg=1N.故B符合題意;
C、一頭奶牛的質量在300kg左右,受到的重力大約為G=mg=300kg×10N/kg=3000N左右。故C不符合題意;
D、一張書桌的質量在15kg左右,受到的重力為G=mg=15kg×10N/kg=150N.故D不符合題意。
故選:B。
3.CCTV科教頻道曾報道:有一輛小車載人后停在水平放置的地磅上時,左前輪、右前輪、左后輪、右后輪對地磅的壓力分別為4750N、4980N、4040N、3960N.假設該小車四個輪子的軸心圍成一個長方形,O為幾何中心,AB、CD為兩條對稱軸,如圖所示。若再在車上放一重物,能使整輛車所受重力的作用線通過O點,則該重物的重心應落在( )
A.AOC區(qū)域上B.BOC區(qū)域上C.AOD區(qū)域上D.BOD區(qū)域上
【解答】解:先進行前后比較:
兩前輪的壓力:4750N+4980N=9730N>兩后輪的壓力:4040N+3960N=8000N;則物體應放在后半部。
再進行左右比較:
兩左輪的壓力:4750N+4040N=8790N<兩右輪的壓力:4980N+3960N=8940N;則物體應放在左半部。
綜上所述,若再在車上放一重物,能使整輛車所受重力的作用通過O點,則該重物的重心應落在左后部,即AOD區(qū)域上。
故選:C。
4.如圖所示是描述地球上不同位置的人釋放手中石塊的四個示意圖,圖中的虛線表示石塊下落的路徑,則對石塊下落路徑的描述最接近實際的示意圖是( )
A.B.C.D.
【解答】答:由于地球的吸引使物體受到的力叫重力;重力的方向總是豎直向下的,地球上不同位置的人釋放手中石塊后,石塊受的重力的方向是豎直向下的,石塊都要落向地球。
故選:D。
5.下列圖象中,能正確反映“物體所受的重力跟它的質量的關系”的是( )
A.B.C.D.
【解答】解:A、如圖,物體質量增大時,物體的重力不變。不符合題意。
B、如圖,物體的重力和物體的質量是一個一次函數(shù)圖象,物體的重力跟物體的質量成正比。符合題意。
C、如圖,物體的重力跟物體的質量之間是二次函數(shù)圖象。不符合題意。
D、如圖,物體的質量增大時,物體的重力減小。不符合題意。
故選:B。
6.“一方有難,八方支援”,2020年武漢牽動了各方人士的心,某愛心人士捐贈50t救援物資運送到湖北,這50t救援物資受到的重力是 N。(g取10N/kg)
【解答】解:救援物資的重力:
G=mg=50×103kg×10N/kg=5×105N;
故答案為:5×105。
7.如圖是中國女排與塞爾維亞女排比賽時的場景,發(fā)球時,排球被拋出后又落向地面,是因為它受到 的作用。扣出后的排球被攔回,說明力可以改變物體的 。
【解答】解:重力是方向是豎直向下的,地球周圍的物體都受重力的作用。所以排球要落回地面;
扣出后的排球被攔回,運動方向發(fā)生改變,說明力可以改變物體的運動狀態(tài)。
故答案為:重力;運動狀態(tài)。
8.中國傳統(tǒng)文化博大精深,文化遺產十分豐富,如圖所示的是湖北崇陽出圖的商代銅鼓,是研究我國古代青銅藝術和農歷社會禮樂制度珍貴實物,該銅鼓質量為42.5kg,受到的重力為 N,輕敲鼓面,它能發(fā)出清脆的聲音,這是因為鼓面仍能發(fā)生 。
【解答】解:
(1)銅鼓的質量為42.5kg,所以銅鼓的重力G=mg=42.5kg×10N/kg=425N;
(2)聲音是由于物體振動而產生的,輕敲鼓面,它能發(fā)出清脆的聲音,這是因為鼓面能發(fā)生振動。
故答案為:425;振動
9.(2021?永州)如圖所示,一物體靜止在斜面上,畫出物體所受重力的示意圖。
【解答】解:過物體的重心沿豎直向下的方向畫一條帶箭頭的線段,并用符號G表示。如圖所示:
10.(2021?哈爾濱)體重500N的小明參加跳遠來增強體質,請在圖中畫出小明受重力的示意圖。(圖中O點為重力的作用點)
【解答】解:重力的方向是豎直向下的,過重心畫一條帶箭頭的豎直向下的有向線段,用G表示,大小為500N,如圖所示:
11.(2021?湘潭)如圖所示,木塊和小車以相同的速度向右水平勻速直線運動。請畫出木塊所受重力G的示意圖。
【解答】解:木塊和小車以相同的速度向右水平勻速直線運動,木塊所受重力G的方向始終是豎直向下的,重力的作用點是物體的重心,如圖所示:
12.遠距離貨物流通大多采用集裝箱運輸,某規(guī)格的集裝箱參數(shù)如下表所示。
(1)若g=10N/kg,該集裝箱裝滿貨物時總質量為27.3t,則總重力為多少?
(2)若該集裝箱體所用材料密度ρ=2.5×103kg/m3,則該箱體所用材料體積為多少?
【解答】解:
(1)總重力為:G總=m總g=27.3×103kg×10N/kg=2.73×105N;
(2)由表格數(shù)據(jù)可知集裝箱體的質量:m=2.3t=2300kg,
由ρ=可得,該箱體所用材料體積:
V===0.92m3。
答:(1)總重力為2.73×105N;
(2)若該集裝箱體所用材料密度ρ=2.5×103kg/m3,則該箱體所用材料體積為0.92m3。
實驗
圖示
內容
現(xiàn)象
實驗1
把裝置放在水平地面上,觀察懸線自由下垂的方向
懸線豎直向下
實驗2
把裝置放在斜面上,觀察懸線自由下垂的方向
懸線豎直向下
實驗3
把裝置中的懸線剪斷,觀察小球自由下落的方向
小球豎直下落
質量
重力
區(qū)別
概念
物體所含物質的多少
由于地球的吸引而使物體受到的力
符號
m
G
量性
只有大小,沒有方向
既有大小,又有方向
單位
千克
牛頓
大小與地理
位置的關系
質量大小與位置無關
物體的重力隨位置的變化而變化
計算公式
m=ρV
G=mg
測量工具
天平、秤
測力計
聯(lián)系
重力與質量的關系式是G=mg,g=9.8N/kg
次數(shù)
1
2
3
4
5
質量m/kg
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
重力G/N
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
類型
內長/m
內寬/m
內高/m
自身質量/t
載貨重/t
普通箱
5.93
2.35
2.35
2.3
25
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