7.3 重力（解析版）

课时73 重力（帮课堂）（解析版） 【学习目标】 1 知道重力是由于地球吸引而产生的； 2 认识影响重力大小的因素； 3 熟悉重力的概念； 4 了解重心的概念及应用。 【知识导图】 【基础知识】 知识点一、重力的概念 1 现象探究 图 示 现 象 熟透了的瓶盖落向地 面 天上的雪花飘落大 地 水总是从高处流向低处 推出的铅球落向地 面 分 析 物体都落向地面是因为地球对它附近的一切物体都有吸引作用 2 重力 由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力，通常用字母G 表示。 3 重力的特点 （1）地球附近的所有物体都受到重力作用，不管它是运动的还是静止的（重力是非 接触力，只要在地球附近就受到重力作用）。 （2）重力的施力物体是地球，受力物体是地球附近的物体。 （3）重力的效应：使物体从高处落向地面或使物体由向下落的趋势。 （4）物体间力的作用是相互的，地球吸引物体的同时，物体也吸引地球。 ★特别提醒 日常生活中说的“物体有多重”中的“重”指的是物体的质量。物理学中说的“物重”指的是物体 的重力。这是生活语言和物理语言的区别。 【典例1】如果没有重力，下列说法不正确的是（ ）。 ．河水不再流动，再也看不见大瀑布； B．人一跳起来就离开地球，再也回不来； ．物体将失去质量； D．杯子里的水倒不进嘴里 【答】。 【解析】．如果没有重力，水不会往低处流，有可能流向高处，不会出现瀑布，说法 正确，不符合题意； B．站在地球表面的人受到重力作用，使人不能轻易脱离地球，如果地球上的物体没 有重力作用，人一跳就可能离开地球，B 说法正确，不符合题意； ．质量是物体本身的一种属性，与物体所含物质的多少有关，与是否受到重力无关， 说法错误，符合题意； D．杯里的水倒进嘴里，是由于水受到重力作用，若没有重力，杯里的水将倒不进嘴 里，D 说法正确，不符合题意。 知识点二、重力的大小 1 现象探究：质量的大小和质量的关系 提出问题 物体所受重力与它质量有什么关系 猜想与假设 通常我们感觉到物体的质量越大，就越重。因此可以作出猜想：物体所受的重 力与质量存在一定的关系，物体的质量越大，它所受的重力越大 设计实验与制定 计划 用弹簧测力计分别测出总质量不同的钩码所受重力的大小，观察、比较钩码所 受总重力的大小与总质量有何关系 进行实验与收集 证据 （1）固定弹簧测力计，使其保持竖直状态。 （2）把一个质量为50g 的钩码挂在弹簧测力计的挂钩上，当钩码静止时，读 出的弹簧测力计的示数即钩码所受重力的大小，将其记录在表格中。 （3）用同样的方法分别测出2 个、3 个、4 个、5 个、6 个、7 个相同的钩码 的重力，并把测量结果记录在表格中。 （4）以质量为横坐标，重力为纵坐标，作出钩码重力大小跟其质量的关系图 像，如图所示。 质量m/kg 005 010 015 020 025 030 035 重力G/ 049 098 147 196 245 294 343 重力与质量 98 98 98 98 98 98 98 的比值/ （·kg-1） 分析论证 （1）由实验数据可知，当质量成倍数增加时，重力也成倍数增加，物体所受的 重力与其质量的比值不变。 （2）由G-m 图像可知，此图线是一条过原点的直线，说明物体所受的重力跟 它的质量成正比。 归纳总结 大量精确的实验表明，物体所受重力跟它的质量成正比。如果用G 表示重力， m 表示质量，g 表示重力与质量的比值，地球附近的物体所受重力跟它的质量 之间的关系可以写成 ，即G=mg。 【典例2】图所示能表示物体所受重力和质量的关系的是（ ）。 ． B． ． D． 【答】。 【解析】物体所受重力和质量成正比，当质量为零时，重力也是零，所以重力G 和质 量m 的关系图象是一条过原点的倾斜直线。 故选：。 2 重力的计算 （1）物体重力大小与其质量的关系为G=mg，其中重力G 的单位是，质量m 的单 位是kg，g 的单位是/kg。g 取98/kg，粗略计算时取10/kg。 （2）g=98/kg 表示的物理意义：质量为1kg 的物体受到的重力大小为98。 （3）使用公式G=mg 时应注意以下几点： ①公式中各物理量都必须使用国际单位； ②要会将公式进行变形，能灵活运用。如已知物体的重力求质量时，可将公式 G=mg 变形为 。 ★特别提醒 注意“质量”和“重力”的因果关系 物体受到的重力是因为物体本身具有质量，因而在描述重力和质量关系时，应说“物体所受重力与 其质量成正比”，而不能说“物体质量与重力成正比”。 ▲拓展培优 g 值不是定值 g 值虽然是一常数，但它跟物体所处的地理位置有关。 （1）在同一地区的物体，g 值随其离地面高度的增加而减小（高度变化不大时，g 值的变化可以 忽略不计）。 （2）距离海平面相同高度的物体，g 值随地理位置的变化而变化，在赤道处g 值最小，在两极处 g 值最大。 （3）月球上的物体由于被月球吸引也受月球的“重力”。但是月球上的g 值大约是地球上g 值的 ，所以物体在月球表面受到的重力越是其在地球表面受到重力的 。 【典例3】月球对它表面附近的物体也有引力，这个力大约是地球上的1/6。一个连 同随身装备共90kg 的宇航员，在月球上质量为_______kg，重为_______。 【答】90；150。 【解析】质量是物体本身的一种属性，只有在所含物质的多少发生变化时才会改变， 如果只是改变了位置则质量不会发生改变，即宇航员连同随身装备的质量仍然为90kg。 宇航员在地球上的重力：G=mg=90kg×10/kg=900， 由题意知，宇航员在月球上的引力： 。 知识点三、重力的方向 1 现象探究：重力的方向 图示 现象 将小球用细线悬挂在支架上，将装置放在 水平面上，静止时发现悬线竖直向下 将同样的装置与水平面成一角度α，静止 时发现悬线竖直向下 归纳 重力的方向总是竖直向下的 2 对重力方向的理解 （1）重力的方向总是竖直向下，而不是垂直向下。 （2）重力的方向不受其他作用力的影响，与物体的运动状态及位置无关。 ★特别提醒 竖直向下≠垂直向下 “竖直向下”是指处置以是水平面向下，近似指向地心。“垂直向下”是指垂直于某个面向下，这 个面不一定是水平面。所以“竖直向下”是“垂直向下”的一个特例，我们不能把重力方向说成是 “垂直向下”。 G 竖直向下，F 垂直向下 1 1 900N=150N 6 6 G G    3 重力方向的应用 人们在一根线下吊一重物，就做成了一根铅垂线。因为重力方向始终竖直向下，所以 铅垂线静止时总竖直向下，故用铅垂线可以检查工作台面是否水平，墙壁上的画是否挂正 等。 铅垂线与台面垂直，说明台面水平 画的竖边没与铅垂线平行，说明画没挂 正 【典例4】下列物体所受重力的的示意图正确的是（ ）。 ． B． ． D． 【答】。 【解析】重力的方向竖直向下，由于球是形状规则的物体，其重心在其几何中心（球 心）上。 故只有正确。 知识点四、重心 1 概念 地球吸引物体的每一部分，物体的各部分都受到重力的作用。但是，对于整个物体， 重力的作用的表现就好像它作用在某一点上，这个点叫做物体的重心。重心实际上是物体 各部分受到重力作用的等效作用点。 2 重心的位置 （1）形状规则、质量分布均匀的物体，它的重心在它的几何中心处，如图所示。 （2）质量分布不均匀的物体，重心的位置除与物体的形状有关外，还跟物体的质量 分布有关。如图所示是空杯、少半杯水、大半杯水时杯子和水重心大致位置。 （3）物体的重心不一定在物体上。如质量分布均匀的圆环的重心在环的中心处，不在 环上。 （4）重心的位置与物体所在的位置及运动状态无关。 （5）为了研究问题方便，在受力物体上画力的示意图时，常把力的作用点画在重心 上。 ▲拓展培优“支撑法”和“悬挂法”确定重心 （1）支撑法：适用于长条状物体。把挂有两个鹦鹉的长条棍放在手指上，仔细调节手指在长条棍 的位置，使其在手指上平衡这是就可以找到长条棍的重心（即在支点上方，如图甲所示）。 甲 乙 丙 （2）悬挂法：适用于薄板，如图乙所示，用细线通过薄板上某一点将其悬挂起来。当薄板静止 时，用铅笔沿悬线在薄板上画出竖线B；如图丙所示，用细线再通过另一点把薄板悬挂起来，当薄 板静止时，沿悬线在其上画出另一条竖线D，则B、D 两直线的交点就是薄板的重心。 【典例5】关于重心，下列说法正确的是（ ）。 ．空心的足球没有重心； B．物体的重心不一定在物体上； ．将质地均匀的木球的中心挖去后，木球的重心就消失了； D．物体受到的力全部都作用在重心上 【答】B。 【解析】．任何物体都有重心，故错误； B．重心不一定在物体上，也可以物体之外，比如均匀的圆环，重心在环外，故B 正 确； ．物体重心的位置可以在物体上，也可以在物体外，如圆环。空心球它们的重心在中 间的空心部位上，所以质地均匀的木球的中心挖去后，重心仍在其球心处，故错误； D．重心是物体各部分所受重力的集中点，而物体受到的力并非都作用在重心上，故 D 错误。 知识点五、重力的由来 1 类比法分析重力的由来 现象 原因 如图所示，当橡皮筋起来之 后，需要用细绳紧紧拉住橡 皮，若松开手，橡皮会沿切线 向外飞出 橡皮能绕手做圆周运动，是因为被细绳拉住，手 通过细绳给了橡皮一个力，橡皮才会绕手做圆周 运动而不向外飞出 月球是地球的卫星，月球在不 停地绕地球做圆周运动，如图 所示 月球绕地球转动而不会跑掉，是因为月球与地球 之间有一条无形的“线”，它就是地球和月球间 的引力。在这个引力的作用下，月球绕地球转动 而不会跑掉 宇宙间的物体，大到天体，小到尘埃，都存在相互吸引的力，这就是万有引力。 2 重力是由于地球附近的物体受到地球的吸引力而产生的。但质量的大小并不一定等 于地球对物体的吸引力，除在两极处的物体的重力大于万有引力外，在地球其他各处物体 的重力都略小于万有引力。 【典例6】质量为4kg 的铅球，被掷出后在空中飞行时（不计空气阻力），则铅球只 受___________力的作用，这个力的大小是___________，施力物体是___________。（g 取 10/kg） 【答】重；40；地球。 【解析】[1][2]球被抛出后若不计空气阻力，则只受到重力的作用，由G=mg 可 求为 G=mg=4kg×10/kg=40 [3]重力的施力物体为地球。 【方法帮】 题型一：对重力和重心的理解 地球附近的所有物体都会受到重力的作用，重力的方向是竖直向下的，重力的大小与 物体的质量有关，与物体的运动状态无关。 【典例7】关于重力的一些说法，正确的是（ ）。 ．在空中飞行的物体不受重力的作用； B．重的方向总是垂直向下； ．重力的作用点可能不在物体上； D．质量与重力成正比 【答】。 【解析】、重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，其施力物体是地球，在空中飞 行的物体也受到重力作用，故错误； B、重力的方向总是竖直向下，故B 错误； 、物体的重心与物体的形状和质量分布情况有关，可以在物体上，比如实心球，也可 以在物体外，比如均匀圆环，故正确； D、物体的质量和重力的关系是：物体所受的重力与其质量成正比，故D 错误。 故选。 【典例8】关于重心，下列说法正确的是（ ）。 ．空心的足球没有重心； B．物体的重心不一定在物体上； ．将质地均匀的木球的中心挖去后，木球的重心就消失了； D．物体受到的力全部都作用在重心上 【答】B。 【解析】、任何物体都有重心，故错误； B、重心不一定在物体上，也可以物体之外，比如均匀的圆环，重心在环外。故B 正 确； 、物体重心的位置可以在物体上，也可以在物体外，如圆环、空心球它们的重心在中 间的空心部位上，所以质地均匀的木球的中心挖去后，重心仍在其球心处，故错误； D、重心是物体各部分所受重力的集中点，而物体受到的力并非都作用在重心上，故 D 错误。故选：B。 题型二：重力的大小 【角度1】重力的估测 解答估测物体重力的题目时，可以把重力通过变形公式 转化为我们相对比较熟 悉的质量，然后进行估测。 【典例9】下列物体的重力最接近500 的是（ ）。 ．一头大象B．一辆小轿车 ．一名中学生D．一个鸡蛋 【答】。 【解析】由G＝mg 得，重力为500 的物体的质量为 一头大象的质量可达5t＝5000kg，故不符合题意； B 一辆小轿车的质量约1000kg，故B 不符合题意； 一个中学生的质量约50kg，故符合题意； D 一个鸡蛋的质量约50g＝005kg，故D 不符合题意。 故选。 【角度2】质量大小的计算 质量不变是桥梁 物体质量的大小与外界条件无关，只取决于物体本身所含物质的多少。航天员在月球 上所受重力虽然大小不同，但在月球上的质量和地球上的质量是相等的。 【典例10】甲、乙两同学质量之比为10：9，甲同学重588，则乙同学身体质量和 重力分别是（ ）。 ．5292kg，5292 B．54kg，588 ．54 kg，5292 D．667kg，6533 【答】。 【解析】因为物体的重力和质量成正比,所以 ，则G 乙＝ G 甲＝ ×588＝5292； 乙的质量：m 乙＝ ＝54kg；故选。 题型三：重力的方向及应用 重力的方向在任何情况下都是竖直向下的，铅垂线就是利用重锤静止时悬线总是竖直 下垂的原理制成的。 【典例11】过春节时贴年画是我国的传统习俗．在竖直墙壁上贴长方形年画时，可 利用重垂线来检查年画是否贴正．如图所示的年画的长边与重垂线不平行，为了把年画贴 正，则下列操作方法中正确的是（ ）。 ．换用质量大的重锤； B．上下移动年画的位置； ．调整年画，使年画的长边与重垂线平行； D．调整重垂线，使重垂线与年画的长边平行 【答】。 【解析】根据重力方向竖直向下，如果画框和重锤线是平行的，画框是竖直的，否则 画框不竖直。所以为了把年画贴正，应调整年画，使年画的长边与重垂线平行。 故选。 题型四：实验探究重力与质量的关系 【典例12】地球附近物体都要受到重力，小明同学认为物体的重力大小与物体的质 量有关，他用天平、钩码、弹簧测力计进行了探究。 (1)你________(选填“同意”或“不同意”)物体的重力大小与物体的质量有关。依据 是_________。 (2)如图甲是他第2 次测量中弹簧测力计的读数，该测力计的量程是______，分度值是 _______，请将此时测力计的示数填入下表的空格处。 次数 1 2 3 4 质量m/kg 01 02 03 04 重力G/ 1 ________ 3 4 (3)请你根据表格中的实验数据，在图乙中作出重力随质量变化的图象。（______） (4)由图象可知:物体的重力跟物体的质量成________。 (5)若干年后，小明在我国建成的太空站工作时，你认为他用同样的器材________(选 “能”或“不能”)完成该探究。 【答】同意；举物体，物体质量越大，越费力；0—5；02；2；见解析；正比；不能。 【解析】（1）重力大小随质量的增大而增大，并且增大的倍数相等，从而得出重力 与质量的关系； 故同意物体的重力大小与物体的质量有关的猜想； （2）观察图象发现，弹簧测力计的量程是0-5，弹簧测力计的分度值是02，此时弹 簧测力计的示数为2； （3）根据表中的数据描点，连线得重力随质量变化的图像，如图所示； （4）由图像可知：：质量增大几倍，重力也相应的增大几倍，即是重力和质量的比 值是不变的，因此可以得出的结论是：物体的重力和质量成正比； （5）太空处于失重状态，无法测出物体的重力，故此实验不能完成； 题型五：重力的示意图 画重力示意图的步骤 第一步：确定重力作用点，即重心； 第二步：从重心竖直向下画一条线段； 第三步：在线段末端标上箭头、符号G（大小）。 【典例13】如图，小明正在打排球，请画出排球所受重力的示意图。 【解析】重力的方向是竖直向下的，过重心画一条带箭头的竖直向下的有向线段，用 G 表示，如图所示： 【中考帮】 考点一：重力的计算 【典例14】（2021·浙江嘉兴市）带着移居火星生活，实现人类真正走出地球的梦 想，“天问一号”火星探测器于2020 年7 月23 日发射，历时10 个月，于2021 年5 月 15 日成功在火星着陆（如图）。中国成为第3 个触摸这颗红色星球的国家！ （1）“天问一号”火星探测器由“长征五号”运载火箭担任发射任务。几乎所有火 箭发射都选择朝东方向是因为地球_______，使火箭在地面未发射之前，已经具有了一个向 东的速度，从而节省推进剂。 （2）本次探测的几个重要任务之一是寻找火星上是否存在_______，以回答“火星是 否存在支持生命的环境”。 （3）假如能成功移居火星，我们会比在地球上跳得更高，树木会长得更高，原因是 火星的质量比地球小，其重力加速度 比地球上的重力加速度 （98 牛/千克）也小的缘 故。若质量为240 千克的“祝融号”在火星上受到的重力为9024 牛，则火星上的加速度 大小为多少？（________） 【答】自西向东自转；水；376/kg。 【解析】[1]因为地球自西向东自转，所以在地球上的物体都有一个向东的速度，所以 向东发射，可以节省推进剂。 [2]水是生命之源，所以能否支持生命存在，只需要寻找火星上是否存在水。 [3]根据重力的计算公式 可得 答：火星上的重力加速度大小为376/kg。 中考考题要求同学们理解重力的概念，能从物理学视角认识生活中的现 象，能区分重力和质量的不同，这是物理核心素养的物理观念的体现。 考点二：重力的示意图 【典例15】（2021·辽宁中考真题）攀岩是年轻人非常喜欢的一种运动，如图甲是 一名攀岩运动员拉着绳子停在峭壁上的情景。图乙是这一时刻的简化图，请你以重心为作 用点，在图乙中画出。 （1）运动员所受的重力； （2）峭壁对运动员的支持力； （3）绳子对运动员的拉力。 【解析】当物体受到多个力作用时把多个力的作用点都画在物体的重心上，（1）运 动员所受的重力,作用在运动员的重心，方向竖直向下；（2）峭壁对运动员的支持力，作 用在运动员的重心，方向垂直支持面向上；（3）绳子对运动员的拉力，作用在运动员的 重心，方向沿着绳子向上；如图 考点三：探究重力与质量的关系 【典例16】小明同学在探究“重力的大小跟质量的关系”实验中，得到下表中的实 验数据 (1)实验中，需要的测量工具包括弹簧测力计，以及______； 实验次数 被测物体 物体质量 m(kg) 重力G() 比值G/m(/kg) 1 物体1 01 099 99 2 物体2 04 388 9 7 3 物体3 05 ______ ______ (2)第3 次实验“物体3”的重力如图所示(物体处于静止状态)，根据实验结果完成表 格中第3 次实验的有关数据。 (3)根据上面