版块7 力 专题7-3 重力 （教师版） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

专题7-3 重力 知识· 解读 1．定义：由于地球的吸引而使物体受到的力． 2．大小：G＝mg，g=98/Kg，粗略计算时取10/Kg． 3．方向：竖直向下． 4．作用点——重心 (1)重心：一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分受到 的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心． (2)决定因素：质量分布均匀的物体的重心只跟物体的形状有关，质量分布不均匀的物体， 重心除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布情况有关． (3)确定方法：对形状不规则的薄物体，可以采用悬挂法来确定重心的位置． 典例· 解读 例1、关于重力和重心，下列说法正确的是( ) ．当物体漂浮在水面上时重力会减小 B．放置在水平面上的物体对水平面的压力就是物体的重力 ．物体的重心位置总是在物体的几何中心上 D．物体的重心位置可能随物体形状的变化而改变 【答】D 【解析】物体的重力与物体所处状态无关，错；物体对水平面的压力与物体的重力的施力物体及受力 物体不同，B 错；物体的重心位置与物体的形状及质量分布有关，只有质量分布均匀、形状 规则的物体的重心才在其几何中心，错，D 对． 第 1 页 / 共 11 页 例2 、如图所示，一个空心均匀球壳里面注满水，球的正下方有一个小孔，在水由小孔 慢慢流出的过程中，空心球壳和水的共同重心将会( ) ．一直下降 B ．一直上升 ．先升高后降低 D ．先降低后升高 【答】D 【解析】当注满水时，球壳和水的重心均在球心，故它们共同的重心在球心．随着水的流出，球壳 的重心虽然仍在球心，但水的重心逐渐下降，开始一段时间内，球壳内剩余的水较多，随着 水的重心下降，球壳和水共同的重心也下降；后来一段时间内，球壳内剩余的水较少，随着 水的重心的下降，球壳和水共同的重心却升高；最后，水流完时，重心又回到球心．故球壳 和水的共同重心先降低后升高，选项D 正确． 培优· 训练 1、下列关于重心的说法中正确的是( ) ．任何有规则形状的物体，它的重心一定与它的几何中心重合 B．用一条绳子把一个物体悬挂起来，物体处于完全静止状态，该物体的重心不一定在 绳子的延长线上 ．任何物体的重心都在物体内，不可能在物体外 D．重心与物体的形状和物体的质量分布有关 2、如图所示，歼20 战机是中国最近研制出的第五代隐身重型歼击机．它以具有隐身性、 高机动性以及先进的航电系统让世界震惊．关于歼20 战机的受力，下列说法正确的是 ( ) ．战机受到的重力指向地心 B．战机受重力的同时，它也对地球产生引力 ．战机向前运动的推力无施力物体 D．战机匀速飞行，它不受重力作用 3、一人站在体重计上称体重，保持立正姿势时称得体重为G，当其缓慢地将一条腿平直 伸出台面，体重计指针稳定后读数为G′，则( ) ．G>G′ B．G<G′ ．G＝G′ D．无法判断 4、下列说法正确的是( ) ．自由下落的石块速度越来越大，说明石块所受重力越来越大 B．在空中飞行的物体不受重力作用 ．一抛出的石块轨迹是曲线，说明石块所受的重力方向始终在改变 D．将一石块竖直向上抛出，在先上升后下降的整个过程中，石块所受重力的大小与方 向都不变 5、（多选）一个物体所受的重力在下列情形下要发生变化的有( ) 第 2 页 / 共 11 页 ．把它从赤道拿到南极 B．把它送到月球上去 ．把它从地面上浸入水中 D．把它置于向上加速的电梯内 6、（多选）关于物体的重心，下列说法正确的是( ) ．物体的重心一定在物体上 B．用线竖直悬挂的物体静止时，线的方向一定通过重心 ．一块砖平放、侧放或立放时，其重心在砖内的相对位置不变 D．舞蹈演员在做各种优美的动作时，其重心在体内相对位置不变 7、关于重力的大小和方向，下列说法中正确的是( ) ．在地球上方的物体都要受到重力作用，所受的重力与它的运动状态无关，也与是否存 在其他力的作用无关 B．在地球各处的重力方向都是相同的 ．同一物体向上运动时所受重力可能小于向下运动时所受重力 D．对某一物体而言，其重力的大小总是一个恒量，不因物体从赤道移到南极而变化 8、关于重心，下列说法中正确的是( ) ．重心就是物体上最重的一点 B．重心就是物体的几何中心 ．直铁丝弯曲后，重心便不在中点，但一定还在铁丝上 D．可以用悬挂法确定形状不规则薄板的重心 9、如图所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家集高度智慧、丰富想象、浪漫主义精神和高超 的艺术技巧的结晶，是我国古代雕塑艺术的稀世之宝，飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳 稳地踏在飞燕上，是因为( ) ．马跑得快的缘故 B．马蹄大的缘故 ．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 第9 题图 第10 题图 10、有一圆形的均匀薄板，若将其中央再挖掉一个小圆板成一个圆环，如图所示，下面说 法正确的是( ) ．重心向外侧偏移，重力减小 B．重力和重心都没有变 ．重力减小，重心位置没有变 D．重力减小，重心位置不存在 11、把一个月牙状的薄板悬挂起来，静止时如图所示．则薄板的重心可能是( ) ．点 B．B 点 ．点 D．D 点 第 3 页 / 共 11 页 第11 题图 第13 题图 第 14 题图 12、（多选）一个物体所受的重力在下列情形下要发生变化的有( ) ．把它从赤道拿到南极 B．把它送到月球上去 ．把它从地面上浸入水中 D．把它置于向上加速的电梯内 13、（多选）拥有我国自主知识产权的大飞机是几代航天人的梦想，这一梦想已经变成了 现实，如图所示，具有完全自主知识产权的919 国产客机2014 年试航，2016 年陆续 交付使用．下列关于919 客机的说法正确的是( ) ．919 客机受到的重力指向地心 B．919 客机受重力的同时，它也对地球产 生引力 ．919 客机受到的重力总是垂直水平面向下 D．919 客机匀速飞行，它不受重力作 用 14、（多选）《挑战不可能》第二季中，韩遂宁因成功地在悬吊画框中平衡摩托车而被称 为平衡大师，如图所示．下列说法正确的是( ) ．支撑摩托车的单脚一定是竖直的 B．钢丝绳的方向一定通过摩托车和画框的重心 ．当摩托车随画框旋转时，摩托车的重心也相对摩托车在移动 D．在挑战过程中，韩遂宁通过改变摩托车的倾斜程度从而改变摩托车重心的位置 15、在图中，质量分布均匀的物体受到的重力都是8 ，试画出物体所受重力的示意图． 16、一个质量为60 kg 的人，在地球上的重量为588 ，在月球上的重量为98 ．该人做 摸高运动时，在地球上的触摸高度为05 m，那么在月球上的触摸高度为多少？ 第 4 页 / 共 11 页 17、(2019 株洲)立定跳高可分解为下蹲、蹬伸和腾空三个过程．图为某运动员下蹲后在 蹬伸过程中所受地面支持力F 随时间t 变化的关系．据图可知，该运动员受到的重力为 ________；他在________(选填“t2”“t3”或“t4”)时刻获得向上的最大速度． 18、科普阅读题 2016 年4 月6 日凌晨1 点38 分，“实践十号”卫星成功升空。这是空间科学战略 性先导专项首批确定的科学卫星项目中唯一的返回式卫星，也是中国第一个专用的 微重力实验卫星。 平时我们感觉到自己有多重时，这种感觉来自支持力。如果失去支持，我们就将失 去对重力的感觉。例如，一个人从高处坠落，在坠落的过程中，因为失去了支持， 所以此人将体验到类似太空中才有的失重。但是，失重环境中物体的重力却仍然存 在。 要想造出失重的环境，可以让物体自由坠落，如自由坠落的电梯、飞机等。不过这只能 带来短暂的失重，而各种航天器如空间站、卫星等则是长期处在失重环境，这些家 伙在不停地坠落，却又一直没有掉落到地面，这真是好极了！ 那么问题来了，太空不都是失重环境吗？这个微重力又是怎么回事？ 第 5 页 / 共 11 页 微重力就是微小的重力吗？显然不是！ 我们平常说的重力是由地球引力产生的，所以不少人会误认为，人造卫星所在的轨 道因为距离地面比较远，因此地球对它们的引力很小，所以叫做微重力。这是不对 的。 根据G＝mg，同一个物体我们常用g 来衡量重力的大小。距离地球越远，g 就越小， 然而，就算是在距离地面200km 的高度也没有降多少，大约为094g，而在 1000km 的高度为075g。也就是说，一个物体在地面重100，到了1000km 高度， 依然受到75 的重力。国际空间站离地球的距离不超过420km，因此，它受到的地 球引力并没有减少多少。因此，如果我们把“微重力”理解为微小的重力，或者是 微小的地球引力，肯定是不对的。只有当距离地球很遥远时，才会出现地球引力很 小的情况。 那么，大众媒体所说的微重力又是怎么回事呢？ 通常我们说的微重力环境，它其实跟地球引力的关系不是那么大，因为它主要是由 其它外在因素造成的，如太空残余大气的阻力、航天器进行姿态调整时产生的推力、 人员在航天器内的走动，以及重力梯度等等。 要想获得微重力环境，最好的当然是大型空间站，但它们通常都很贵。而微重力落 塔的微重力持续时间太短。中科院微重力实验室的百米微重力实验落塔，自由下落 提供的微重力环境只能持续约36s，而且每天只能进行2 次实验。 相比之下，“实践十号”卫星的条件就好得多。它使用化学电池供电，因为无人而 且任务时间相对短，就不需要考虑对接和人类活动等等干扰；又因为使用化学电池， 所以不需要展开太阳翼。此外，它作为返回式卫星还有一个优点；机动性很高。可 以说，以返回式卫星为基础的“实践十号”科学卫星，不只是未来空间站的补充， 更有不可替代的作用。 同学们也许知道在失重环境中，水滴是一个近乎完美的球体。还有许多诸如此类在 太空环境中所表现出来的不同于地面上的现象，因此，在失重或微重力环境下进行 物理、化生物等相关的实验研究，显得非常有意义。 请根据上述材料，回答下列问题： （1）失重状态下的人造地球卫星___________（选填“受到”或“不受”）重力。 （2）一个在地面上重为100 的物体在距离地面200km 的高度所受的重力为_______。 （3）“实践十号”微重力水平为10 6 ﹣g，空间站的微重力水平一般为10 3 ﹣g． ______________（选填“实践十号”或“空间站”）的微重力环境更好。 （4）请你猜测一种在微重力环境下的实验研究：____________________________。 第 6 页 / 共 11 页 知 识 深 化 1．大小 (1)重力的大小G＝mg，只与质量和重力加速度g 有关，与物体的运动状态无关． (2)重力加速度g 与物体所处的纬度和高度有关，在赤道处，g 最小，在两极处，g 最大；海拔越高， g 越小，离地面越近，g 越大． 2．方向：总是竖直向下，竖直向下是指与水平面垂直向下，但是并不等同于垂直于支持面向下，也不 等同于指向地心． 3．作用点——重心 重心是物体各部分所受重力的等效作用点，并不是只有物体的重心才受到重力作用．重心的位置 除跟物体的形状有关之外，还跟物体的质量分布有关．质量分布均匀、形状规则的物体的重心为其几 何中心．重心的位置可以在物体上，也可以在物体外． 第 7 页 / 共 11 页 专题7-3 重力 例1、【答】D 【解析】物体的重力与物体所处状态无关，错；物体对水平面的压力与物体的重力的施力 物体及受力物体不同，B 错；物体的重心位置与物体的形状及质量分布有关，只 有质量分布均匀、形状规则的物体的重心才在其几何中心，错，D 对． 例2、【答】D 【解析】当注满水时，球壳和水的重心均在球心，故它们共同的重心在球心．随着水的流 出，球壳的重心虽然仍在球心，但水的重心逐渐下降，开始一段时间内，球壳内剩 余的水较多，随着水的重心下降，球壳和水共同的重心也下降；后来一段时间内， 球壳内剩余的水较少，随着水的重心的下降，球壳和水共同的重心却升高；最后， 水流完时，重心又回到球心．故球壳和水的共同重心先降低后升高，选项D 正确． 专题提升训练 1 D 解析 重心的位置与物体的形状和质量分布有关，只有形状规则、质量分布均匀的物 体的重心才在物体的几何中心，错误，D 正确；用一条绳子把一个物体悬挂起来，物体处 于完全静止状态时，物体的重力与绳子的拉力平衡，由二力平衡的知识可知，物体的重心 一定在绳子的延长线上，B 错误；重心是物体各部分所受重力的等效作用点，可以在物体 上也可以不在物体上，错误． 2 B 解析 重力的方向竖直向下，而不一定指向地心，错．由于地球对战机的引力而产生 重力，同时战机对地球也产生向上的引力，B 对．任何力都有施力物体，战机向前的推力 来自于空气，错．地球附近的任何物体都受重力作用，D 错． 3 解析 人平直伸出腿后，身体重心所在的竖直直线必须过与台面接触的脚，由二力平 衡的条件可知，人对体重计的压力的大小仍等于重力，所以两次示数应相同，选项正确． 4D 5B 解析 由G＝mg 可知，物体质量不变，当重力加速度g 发生变化时，重力G 随之改 变．由于地球两极的g 值大于赤道上的g 值，地球上的g 值大于月球上的g 值，所以选项、 B 正确．由于重力大小与物体所处的环境和运动状态无关，所以选项、D 两种情况下物体 的重力没有发生变化． 6 B 第 8 页 / 共 11 页 解析 物体的重心可以在物体上，也可以在物体外，错误．用线悬挂物体静止时，重 力与拉力等大、反向、共线，所以线的方向一定过重心，B 正确．物体形状不变时，重心 相对物体的位置不变，如果物体形状变化了，重心相对物体的位置改变，所以正确，D 错 误． 7 解析 在地球上方的物体都要受到重力作用，所受的重力与它的运动状态无关，与是否受 其他力也无关，故正确，错误．物体的重力大小在同一地点是恒定的，不同地点可能是变 化的，比如在地球上不同的高度或不同的纬度同一物体的重力不同，故B、D 错误． 8 D 解析 重心是重力的等效作用点，并不是物体上最重的一点，故选项错误．质量均匀分布 的、有规则形状的物体的重心才在其几何中心，故选项B 错误．物体的重心不一定在物体 上，如粗细均匀的铁丝被弯曲成圆圈时，其重心在圆心处，而不在铁丝上，故选项错误； 根据二力平衡，重力与绳的拉力方向总是在同一直线上且方向相反，所以可以用悬挂法确 定形状不规则薄板的重心，D 正确． 9D 解析 马的重心位置在马身上而不在飞燕上，但只有马的重心位置和飞燕在一条竖直 线上，才能保持平衡，故、B、错误，D 正确． 10 解析 圆板和圆环均属于质量分布均匀、有规则形状的物体，其重心均在几何中心，故重 心的位置不变，正确． 11D 解析 根据悬挂法测量重心位置的原理，结合二力平衡条件分析可得，重心位置可能是D 12B 解析 由G＝mg 可知，物体质量不变，当重力加速度g 发生变化时，重力G 随之改变． 由于地球两极的g 值大于赤道上的g 值，地球上的g 值大于月球上的g 值，所以选项、B 正确．由于重力大小与物体所处的环境和运动状态无关，所以选项、D 两种情况下物体的 重力没有发生变化． 13B 解析 重力的方向总是竖直向下(也可以说成垂直水平面向下)，而不一定指向地心，故错， 正确．由于地球对客机的引力而产生重力，同时客机对地球也产生引力，B 对．地球附近 的任何物体都受重力作用，D 错． 14 BD 解析 摩托车处于静止状态，其重力方向是竖直向下的，根据二力平衡可知，单脚支架对 它的作用力方向竖直向上，正确；对于摩托车和画框组成的整体，根据二力平衡可知钢丝 第 9 页 / 共 11 页 绳的方向一定通过摩托车和画框的重心，B 正确；当摩托车随画框旋转时，摩托车的重心 相对摩托车不移动，错误；在挑战过程中，韩遂宁通过改变摩托车的倾斜程度从而改变摩 托车重心的位置，D 正确． 15 如图所示 16、30 m 解析 人在地球和月球上的质量相等，由G＝mg 得，地球表面的自由落体加速度 g＝＝ m/s2＝98 m/s2 月球表面的自由落体加速度 g′＝＝ m/s2＝163 m/s2 设人在地球上的触摸高度为，在月球上的触摸高度为′ 由v2－v＝2x 得，＝， 解得′＝＝×05 m＝30 m 17、500 t3 【解析】该运动员下蹲后蹬伸前处于平衡状态，故重力与支持力是一对平衡力，从图像可 知蹬伸前支持力为500 ，因此重力为500 ；蹬伸时，在t1～t3时间段内，支持力大于重力， 合力竖直向上，运动员向上做加速运动，在t3时刻支持力等于重力时运动员速度达到最大， 在t3～t4时间段内，支持力小于重力，运动员减速向上运动． 18、【答】（1）受到；（2）94；（3）实践十号；（4）进行新型材料的研究。 【解析】 （1）由材料可知，失重环境中物体的重力却仍然存在，所以失重状态下的人造地球卫 星仍然受到重力； （2）一个在地面上重为100 的物体在距离地面200km 的高度所受的重力为G′＝ 094×100＝94； 第 10 页 / 共 11 页 （3）根据材料提供的信息可知，“实践十号”的微重力环境更好； （4）在失重或微重力环境下可以进行物理、化生物等相关的实验研究，比如：进行新 型材料的研究。 第 11 页 / 共 11 页