● 同步導學
理解領悟
力的概念是整個力學的基礎，重力是一種最基本的力。本節內容與初中學過的力學知識銜接密切，是初中知識的拓展和深化。本節課的重點是力和力的圖示、物體重心位置的確定，而四種基本相互作用則是本節課的難點。
1. 什麼是力？
教材指出：「物體與物體之間的相互作用，稱做力。」那麼，什麼是「相互作用」呢？
教材通過運動員踢球使球的運動狀態發生改變的事實開始，列舉多個例項說明物體運動狀態的改變是有原因的，這是其它物體作用的結果。學習時，要通過具體的圖景，理解是哪個物體對哪個物體的作用。例如：
用手「推」桌子，手對桌子有了「作用」；用腳「跺」地面，腳對地面有了「作用」；用手握桌球，手對桌球有了「作用」；縴夫用繩子拉船，繩子對船有了「作用」等等。通過這些具體的例項，可以將「作用」這個抽象的概念具體化，從而由現象入手理解力的概念。
力的概念是從日常生產、生活與力有關的實際問題中抽象出來的。對初學者而言，往往會產生如下的一些誤解：認為只是有生命的人或動物能產生力的作用，無生命的物體則不能產生裡的作用；認為運動的物體才有力的作用，靜止的物體則不會有力的作用，等等。
對於這些錯誤認識，可通過例項分析加以糾正。
2. 如何理解力的物質性和相互性？
力是物體間的相互作用，或者說力是物體對物體的作用，沒有脫離物體而獨立存在的力。我們談到乙個力時，一定有受力物體，也一定有施力物體；不存在只有受力物體沒有施力物體的力，也不存在只有施力物體沒有受力物體的力。這就是所謂力的「物質性」。
我們可以通過上述例項來說明受力物體和施力物體。例如：用手「推」桌子，「推」是施加給桌子乙個力，施力物體是手，受力物體是桌子。
這個力不能脫離手和桌子而獨立存在。
初學者往往對「力不能脫離物體而獨立存在」不易理解，有人總認為：推出去的鉛球脫離人手之後是由於受到慣性力的作用而向前運動。為此，必須弄明白，對於每乙個力都要能說出其施力物體，如果找不出施力物體，這個力實際上是不存在的，憑空虛構力必然會導致結論錯誤。
物體之間的力的作用是相互的。施力物體同時又是受力物體，受力物體同時又是施力物體。力總是成對出現的。
這就是所謂力的「相互性」。例如：用手「推」桌子，手是施力物體，桌子是受力物體。
而力的作用是相互的，用手「推」桌子時，手也有被「擠壓」的感覺，這種「擠壓」來自於桌子對手的作用。這樣，桌子同時又是施力物體，手同時又是受力物體。
在力學中，我們的研究物件是「受力物體」。在談到乙個具體的力時，首先應該強調受力物體，其次再指出施力物體。在以後的學習中，當我們研究物體在力的作用下運動變化的規律時，重要的是明確研究物件（受力物體）受到的力。
3. 力的作用效果與力的「三要素」
力有兩個作用效果：一是改變受力物體的運動狀態，而是使受力物體發生形變。力的作用效果與力的「大小、方向、作用點」這三個要素密切相關，力的大小、方向、作用點不同，它們的作用效果就可能不同。
例如：對一端固定的彈簧施以拉力，拉力大小不同，彈簧的伸長是不同的；將拉力反向，變為壓力，彈簧就被壓縮；將相同的力作用在彈簧上的不同點，彈簧的形變也是不同的。又如：
開啟教室的大門時，用不同大小的力作用在門把手上，門轉動的速度變化不同；用不同方向的力作用在門把上，有時能開門，有時無論用多大的力都開不開門（例如用力方向與門面平行），有時開門效果「適得其反」，不是開門而是關門（例如向關門方向推門把手）；力作用在不同位置，開門的效果也會不同（例如同樣的力分別作用在門把手和「合頁」上）。
4. 如何畫出力的圖示？
力的大小可以用測力計（彈簧秤）來測量，在國際單位制中力的單位是牛（n）。我們可以用一根按一定比例畫出的帶箭頭的線段形象地表示乙個力，這就是力的圖示。
畫力的圖示時要注意按步進行，注意培養嚴謹認真的作風，正確規範地作圖。畫力的圖示的一般步驟是：選定標度（用多少公釐表示多少牛的力）；從作用點向力的方向畫一線段，線段長短按選定的標度和力的大小畫，線段上加刻度；**段上加箭頭表示力的方向。
為了簡便，可用乙個點表示物體，箭尾就畫在表示物體的點上。但是，當要考慮研究物件的轉動問題時，或者要考慮研究物件的形變問題時，就不能如此簡化，而應作出物體的簡筆劃，並按實際情況把箭尾畫在作用點上。有時，也可用箭頭表示力的作用點。
5. 力的圖示與力的示意圖有何區別？
力的圖示與力的示意圖是不同的。力的圖示不僅要畫出力的作用點和力的方向，還要表示出力的大小，而力的示意圖只要畫出力的作用點和力的方向就行了。因此，在力的圖示中，必須標明標度，表示力的有向線段的長度必須嚴格按比例確定；而在力的示意圖中，對表示力的有向線段的長度就沒有如此嚴格的要求。
在進行物體的受力分析時，一般只需畫出力的示意圖。
6. 什麼是重力？
重力是由於地球的吸引而使物體受到的力。今後我們將會學到，重力通常不等於地球的引力，兩者間有微小的差異，所以教材並沒有把重力說成「就是」地球對物體的引力。
重力的施力物體是地球。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，均受重力作用。重力與物體的運動狀態和接觸面情況均無關。
順便指出，處於月球或其它星球上的物體，也會由於月球或其它星球的吸引而受到力的作用，這種力也稱為「重力」。當然，同一物體在地球、月球或其它星球上的「重力」的大小是不同的。
7. 對重力方向的理解
重力的方向是豎直向下的。但是，什麼是「上」，什麼是「下」呢？我們都知道，在地球上站立的人都成輻射狀，如圖3—1所示。
每個人從頭到腳的指向謂之向上，從頭到腳的指向謂之向下。由此可見，在地球上不同地點的人，他們的上和下，在宇宙空間中的方位是不一樣的。在地球上我們是這樣來確認上、下的：
指向地心謂之下，背離地心謂之上。不過，需要特別強調的是，上述說法只是在不考慮地球自轉影響的條件下才成立。今後我們會進一步學到，實際上由於地球自轉的影響，除了赤道與兩極地區外，重力的方向並不是嚴格地指向地心的，當然偏差極小。
重力的方向「豎直」向下，不能說成「垂直」向下。因為「垂直」向下可以是垂直於水平面向下（這就是豎直向下），也可以是垂直某斜面向下（實際上是斜向下），「垂直」向下的說法不明確。
生活中有不少「利用重力的方向」來工作的例子，例如建築工地砌磚要確定鉛垂線，家庭裝修吊頂要確定水平線等，都要利用重力的方向。你還能舉出這方面的例子嗎？
8. 重力的大小如何確定？
重力的大小等於靜止時物體對豎直懸繩的拉力，或者對水平支援物的壓力。重力的大小可用彈簧秤測出，也可由關係式g=mg求得，式中的m是物體的質量，g是物體所在地的重力加速度。物體的重力隨緯度的增加而增加，隨高度的增加而減小。
在地面附近不太大的範圍內，這種差異很小，可認為其重力大小恆定不變。
9. 什麼是物體的重心？
物體各部分均受到地球的吸引，因此物體的重力是「徹體力」。但為了方便起見，我們可以認為各部分受到的重力作用集中於一點，這就是重心。要注意糾正諸如「重心就是物體上最重的點」、「重力只作用在物體的重心上」等錯誤觀點。
例如：，用線懸吊一根細棍使棍保持水平，此時細棍受重力和線的拉力兩個力的作用。根據初中物理二力平衡知識，重力和拉力一定作用在同一條直線上，大小相等，方向相反。
可見，細棍各部分所受的重力可以看成集中於懸點這一點，懸點就是細棍重力的作用點，即細棍的重心。
可見，重心是重力的等效作用點。引入重心的概念，就把實際作用於整個物體各部分的重力用作用於重心的乙個力等效替代了，從而使研究問題大為簡化。等效方法是研究物理問題常用的思維方法。
10. 如何確定物體重心的位置？
質量均勻分布的物體（即所謂「均勻物體」）重心的位置只跟物體的形狀有關。形狀規則的均勻物體，它的重心就在幾何中心上。這裡，應特別注意「形狀規則」和「均勻」（指質量分布均勻）兩個條件缺一不可。
例如：乙個由木質半球和鉛質半球粘合而成的球體，儘管有規則形狀——球形，但其質量分布不均勻，其重心就不在其幾何中心——球心，而是偏向鉛質半球一邊。
質量分布不均勻的物體，重心的位置除了跟物體的形狀有關外，還跟物體內質量的分布有關。教材「做一做」欄目介紹了用「懸掛法」確定薄板的重心，你不妨親自動手做一做。例如：
用這種方法求出一塊三角形薄板的重心，看看是否與幾何學中學到的三角形重心（三條中線的交點）位置重合，並在重心處用鐵釘（或筆尖）將薄板支起加以檢驗。
關於重心的位置，要通過例項分析，弄明白物體的重心可能在物體上，也可能在物體外；物體發生形變時，它的重心位置可能會發生變化。例如：一根粗細均勻的直鉛絲的重心在鉛絲的中點，把它彎成某一角度，其重心就移到了鉛絲外部。
11. 初步認識四種基本相互作用
自然界中存在四種基本相互作用，即引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用。引力相互作用存在於一切物體之間，地面物體所受的重力只是引力在地球表面附近的一種表現。電荷間、磁體間的相互作用，本質上是電磁相互作用的不同表現。
引力相互作用於電磁相互作用均隨距離增大而減小，直到宇宙的深處。強相互作用與弱相互作用均存在於原子核內，兩者在距離增大時強度均急劇減小，作用範圍只有原子核的大小。弱相互作用的強度只有強相互作用的10-12。
12. 力的等效移動
作用在物體上的力，可以用有向線段來表示，有向線段應當從力的作用點畫起。但實際上，如果物體不會轉動，也不發生形變，那麼在對物體進行受力分析時，常常可把力的作用點沿著力的作用線移動，或者把力在物體上平移，將力的作用點都移到物體的重心上，而不改變力的作用效果。需要特別強調的是，在作力的等效移動時必須注意以下兩點：
第一，力在移動時不能改變其大小和方向；第二，研究物體的轉動和形變時不能進行這種移動。
13. 懸掛法確定重心合理性的證明
教材「做一做」欄目在介紹了用「懸掛法」確定薄板的重心後，要求證明這種方法的合理性。對此，我們可以這樣來證明：將物體懸掛起來，物體除了在懸掛點受到豎直向上的拉力外，還受到豎直向下的重力作用。
由二力平衡可知，重力和拉力一定作用在同一條直線上，故重力的作用線一定通過懸掛點，或者說重心一定位於過懸掛點的豎直線上。那麼，在不同點兩次將物體懸掛起來，兩次豎直線的交點必定為物體的重心位置。
3 1《重力基本相互作用》學案
3.1 重力基本相互作用 學習目標細解考綱 1.知道力是物體間的相互作用，能分析出施力物體和受力物體。2.知道力既有大小又有方向，區分力的圖示與力的示意圖。3.知道重力產生的原因 大小和方向。4.掌握測量重力的方法，知道重心的概念和均勻物體重心的位置。5.了解自然界中的四種基本作用。知識梳理雙基再現...
3 1重力基本相互作用教案
2009 2010學年度第一學期高一物理教研組主體教案 必修1第三章相互作用 設計人李林強任課教師 負責人張留全使用時間 科目物理課題 3.1重力基本相互作用課型 新授課教材重點力 重力 重心的概念。力的圖示和力的作用效果 分析難點 力 重心概念的深入理解 了解力是物體對物體的作用，力的作用是相互的...
3 1重力基本相互作用同步導學案
學習目標 1.知道力是物體運動狀態發生改變和發生形變的原因 2.知道力的物質性和相互性。3.知道力的三要素，會用力的圖示和示意圖表示力。4.知道重力產生的原因，理解重力的大小和方向，知道重力的概念。重點難點 1.知道力的物質性和相互性。2 知道力的三要素，會用力的圖示和示意圖表示力。3.知道重力產生...