高中物理 第1节 重力、基本相互作用

1 第三章第三章 相互作用相互作用 自然界中 任何物体都不是孤立存在的 它们之间有着各种各样的相互作用 物体运动 状态或者形状的改变 都与物体之间的相互作用即力有关 力学知识是物理学的基础 它所要解决的中心课题是力和运动的关系 现在我们开始学 习力学知识 第第 1 节节 重力 基本相互作用重力 基本相互作用 知识导航知识导航 工地上 起重机把重物从地面上由静止吊起来 足球场上 运动员踢球 后足球由静止变为运动 公路上 运动的汽车慢慢地停下来 以上几个物体 有的由静止 到运动 有的由运动到静止 有的速度越来越慢 它们共同的特点就是速度发生了变化 在物理学中 只要一个物体的速度发生了变化 无论是大小还是方向改变了 都说这个物 体的运动状态发生了改变 压缩海绵 海绵变形了 拉橡皮筋 橡皮筋变长了 这两个物体的共同特点是发生了 形变 其实 物体的运动状态发生改变 或产生形变 都是其他物体作用的结果 也就是我 们常说的物体受到了力的作用 学习目标学习目标 1 了解力是物体对物体的作用 力的作用是相互的 认识力能使物体发 生形变或使物体运动状态发生改变 2 知道力的三要素 会画力的图示和力的示意图 3 知 道重力的方向以及重力的大小与物体质量的关系 4 知道物体重心的含义 5 知道重力产生 的原因及其定义 6 了解四种相互作用 重点难点重点难点 重点重点 知道力的三要素 会画力的图示和力的示意图 知道重力的方 向以及重力的大小与物体质量的关系 难点难点 认识力能使物体发生形变或使物体运动状态 发生改变 确定重心的位置 预习检测预习检测 1 只要一个物体的 变化了 不管是 还是 改变了 都说这 个物体运动状态发生了变化 2 2 人们把改变物体的 产生 的原因 即物体与物体之间的 称为力 3 力的大小可以用 测量 国际单位制中 力的单位是 简称 符号 4 可以用 的线段表示力 线段的 表示力的大小 线段上 的指向表示力的方向 表示力的作用点 线段所在的直线叫做力的 这种表示力的方法 叫做力的图示 5 重力是由于 而使物体受到的力 物体所受的重力 G 与物体的质量 m 的关系 是 方向 针对练习针对练习 1 关于重力的说法 下述正确的是 A 重力的施力物体是地球 B 重力等于物体对支持面的压力 C 重力可以用弹簧秤测量 D 重力的方向竖直向下 针对练习针对练习 2 关于重力 正确的是 A 只有静止的物体才受重力 B 物体只有落到地面才受重力 C 重力是由于地球的吸引而产生的 D 浮在水面上的物体由于受浮力作用 重力将减小 针对练习针对练习 3 用弹簧秤竖直悬挂静止的小球 下面说法正确的是 A 弹簧秤对小球的拉力就是小球的重力 B 弹簧秤对小球的拉力等于小球的重力 C 小球的重力的施力物体是弹簧 D 小球的重力的施力物体是地球 6 物体各部分都受重力作用 从 上看 可以认为各部分受到的重力作用集中 于一点 这一点叫做 其位置与物体的 和 有关 物体的重心 不一定在物体上 针对练习针对练习 4 关于重心 正确的说法是 A 将物体悬挂起来 静止时物体的重心必在悬挂点的正下方 B 质量分布均匀 几何形状规则的物体 其重心一定和它的几何中心重合 C 背跃式跳高运动员 在越过横杆时 其重心可能在身体之外 D 物体的重心与物体的质量分布和几何形状有关 3 7 自然界中的四种基本相互作用是 参考答案 1 速度 大小 方向 2 运动状态 形状 3 测力计 或弹簧秤 牛顿 牛 N 4 带箭头 长度 箭头 箭尾 或箭头 作用线 5 地球的吸引 G mg 竖直 向下 6 效果 重心 形状 质量分布 7 万有引力相互作用 电磁相互作用 强相互作 用 弱相互作用 针对练习 1 ACD 解析解析 只有支持面是水平而且物体静止或匀速运动时 B 才是正 确的 重力是由于地球的吸引而使物体受到的力 所以重力的施力物体是地球 重力可以 用弹簧秤测量 正确选项为 ACD 2 C 解析解析 重力由地球吸引而产生 与物体运动状态 无关 ABD 错误 C 正确 3 BD 解析解析 小球对弹簧秤的拉力性质属于弹力 受力物体弹 簧秤并非小球的重力 A 错误 由二力平衡知弹簧秤对小球拉力等于小球的重力 B 正确 小球重力的施力物体是地球 D 正确 正确选项为 BD 4 ABCD 解读教材解读教材 一 力和力的图示一 力和力的图示 1 1 力的定义力的定义 物体与物体之间的相互作用 注意注意 有力的作用 就一定有施力物体和受力物体 两者同时存在 2 2 力的效果力的效果 1 使物体的运动状态发生改变 2 使物体发生形变 思考思考 我们要描述某个物体受到力的作用 应该如何描述呢 解答解答 我们发现 要清楚的描述某个物体受到力的作用 必须做三方面的描述 1 力的大小 2 力的方向 3 力的作用点 3 3 力的三要素力的三要素 大小 方向 作用点 力是矢量 4 4 力的单位力的单位 牛顿 简称牛 符号为 N 5 5 力的图示力的图示 要画出力的图示 就是画出力的三要素 要表示出力的作用点 大小 方向 1 力的作用点的画法力的作用点的画法 一般来说 把力的作用点画在受力物体上即可 对于一个物 体同时受到几个力的作用时 作用点一般都画在物体的中心上 2 力的大小的画法力的大小的画法 首先要选择一个合适的标度 比如要画一个大小为 60N 的 力 可以选择用 1cm 表示 20N 那么 60N 的力就可以用 3cm 的线段表示 一般我们所 选的表度要小于所画力的大小 比如我们一般不用 1cm 的线段表示刚才 60N 的力的大 4 小 注意注意 同一图示中只能确定一个标度 3 力的方向的画法力的方向的画法 在线段的末端用箭头表示力的方向 大小 线段的长短 方向 线段的指向 作用点 箭尾 或箭头 6 6 力的示意图力的示意图 力的图示可以直观 准确地表示物体的受力情况 但在许多情形下 我们只关心力的方向 而不太关心力的大小和作用点 这时就可以对力的图示加以简化 只用一个带箭头的线段表示力 不必严格准确地画出力的大小 突出力的方向即可 二 重力二 重力 静止释放的物体竖直下落 抛出的物体会落回地面 水会从高处流向低处 这众多的 事例说明地球上的一切物体都受到地球的吸引 重力是由于地球的吸引而使物体受到的力 地面上物体所受重力的使力物体是地球 在地球吸引物体的同时 物体对地球也有吸引 力 注意 注意 不能说地球对物体的引力就是重力 关于这一点 将在以后学习万有引力一章 时给出详细的解释 1 大大小小 重力的大小 G mg 1 重力大小可以用测力计测量 2 地面上同一点处物体受到重力的大小跟物体的质量m 成正比 用关系式 G mg 表示 通常在地球表面附近 g 取值为 9 8 N kg 表示质量是 1kg 的物体受到的重力是 9 8N 9 8N 是一个平均值 注意 注意 重力的大小与物体运动状态无关 但与地理位置有关 一般同一物体重力随高 度增加而减小 随纬度增加而增大 在两极处重力最大 3 静止或匀速直线运动的物体对测力计的拉力或压力的大小等于重力的大小 有密度较大的矿石附近地区 物体的重力要比周围地区稍大些 利用重力的差异可 以探矿 这种方法叫重力探矿 2 方方向向 方向竖直向下 1 竖直方向也叫重锤线方向 也就是与水平面相垂直的方向 因此 不宜把竖直方 向说成 垂直 方向 2 向下 是相对于地面上的观察者来说的 对于地球另一端的观察者 其 上 下 指向刚好与我们相反 5 重重力力方方向向的的应应用用 重垂线 检查所砌的墙是否竖直 水平仪 检查桌面或窗 台是否水平 感感觉觉 重重力力的的方方向向 我们站在地面上 观察手中的小球自由下落的方向 观察 重垂线挂起静止时 线的方向 我们 感觉 到的小球下落方向和静止时重垂线的方向称 为竖直方向 小球自由下落是受到了重力作用 重锤静止是重锤受到了两个相互平衡的重 力和悬线的拉力 因此我们说重力的方向是竖直向下的 让水槽中的水静止 水面是平的 这个水面叫水平面 我们发现 重垂线挂起静止时 重垂线的方向与水平面成直角 因此 可以说重力的方向与水平面垂直且向下 而不是垂直任何物体表面都向下 重力无论在任 何情况下都是竖直向下 无论物体是运动还是静止 是在空中还是在水中 3 重力的测量 重力的测量 测量工具 弹簧秤或台秤 测量原理测量原理 根据二力平衡知识 物体静止或匀速运动时受到的竖直悬挂物的拉力或水 平支持物的支持力在数值上与物体的重力相等 注意 注意 弹簧秤或台秤测量的是对称的拉力或压力 即弹力 因此重力的测量属于间接 测量 4 物体的重心物体的重心 物体的任何部分都受到重力作用 从效果上看 我们可以认为物体各 部分受到重力的作用集中于一点 这一点叫物体的重心 是物体重力的作用点 1 认为 重心的概念是人为引入的 2 从效果上看 等效代换的思想 即在处理某些问题时 如果想象把构成物体 的全部物质压缩成一个点集中在重心处 将木影响研究的结果 5 物体的重心位置物体的重心位置 1 物体的重心与物体的形状与质量的分布有关 物体的重心可以在物体上 也可以 不在物体上 例如质量分布均匀的圆环其重心就不在圆环上 2 质量分布均匀 几何形状规则的物体 其重心在几何中心 3 对质量分布不均匀 形状不规则的物体的重心可以用实验的办法来确定 例如对 薄板状的物体可以用悬挂法来确定 其原理是二力平衡 悬悬挂挂法法确确定定 重重心心位位置置 用细线悬挂一直棒 改变结点的位置使棒水平 则结点的 位置就是直棒的重心 在质量均匀的薄板上任找三点 用细线悬挂薄板 三次悬线所在 直线的交点 即为薄板的重心 用悬线悬挂薄板的重心 薄板水平 用铁丝做一个长方 6 体 设法找到它的重心 把长方体放在水平桌面上 用悬线悬挂重心 缓慢上升 长方 体不会旋转 基本题型基本题型 一 力的图示一 力的图示 例例 1 1 一个铁球在空中飞行 所受重力为 100N 方向竖直向下 试画出重力的图示 解析解析 要严格按照以下步骤进行 首先选定一个标度 用 1cm 表示 20N 的大小 其次 从受力物体所受的作用点向力的方向画一根带箭头的线段 线段的长度应是标度的 5 倍 刻度线应保留 表示 100N 箭头表示 力的方向 竖直向下 最后得到重力的图示如图 1 所示 小结小结 画出力的图示的步骤 1 依题意选定标度 2 从作用点沿力的方向画一条线段 线段的长度由力的大小和选定的标度确定 3 标上刻度 画上箭头 二 力的示意图二 力的示意图 例例 2 画出静止在桌面上物体的重力和支持力的示意图 解析解析 重力方向竖直向下 支持力方向竖直向上 示意图如图 2 所示 总结 总结 力的图示和力的示意图的主要区别 力的图示必须包括力的 三要素 较正确地表达了力 而力的示意图只表示出了力的方向 是比 较粗略的一种表示 但在做简单分析时 则是一种较好的手法 三 关于重力的定义三 关于重力的定义 重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的一种力 重力的方向总是竖直向下 或 垂直于水平面向下 例例 3 关于重力 以下说法正确的是 A 弹簧秤竖直悬挂的物体对弹簧的拉力一定等于物体受到的重力 B 重力的方向垂直于地面 C 重力的方向是竖直向下 D 静止在水平面上的物块 其重力就是物体对地面的大压力 解析 解析 静止时物体对竖直悬线的拉力或对水平支承面的压力等于物体的重力 A 错 20N 7 重力的方向竖直向下或垂直于水平面向下 地面不一定是水平的 故 B 错 C 对 重力的施 力物体是地球 受力物体是物块 是地球作用于物块上的力 而压力的施力物体是物块 受理物体是支承面 是物块作用于支承面的力 故 D 错 本题正确选项为 C 点评 点评 重力的方向竖直向下 重力的大小等于物体静止时对竖直悬绳的拉力或对水平 支承物的压力 四 关于重力大小的表示四 关于重力大小的表示 1 地球对不同物体的吸引力的大小是不同的 人们经过实验知道 重力跟质量成正比 它们之间的关系可以写成 通常取 g 9 8 N kg Gmg 2 同一物体在不同的星球上 其重力是不同的 如月球表面 g 1 6 N kg 所以 质量 为 1 kg 的物体 在地球表面的重力为 9 8 N 而在月球表面的重力只有 1 6 N 例例 4 用天平和弹簧测力计分别在地球和月球上称同一物体 称量的结果是 A 天平 弹簧测力计称量的结果都相同 B 天平称量的结果相同 弹簧测力计称的结果不同 C 天平称量的结果不同 弹簧测力计称的结果相同 D 天平 弹簧测力计称量的结果都不相同 解析 解析 质量是物体的固有属性 它不随形状 位置 状态的变化而变化 因此同一物 体不管在地球上还是在月球上 其质量是不变的 故天平称量的结果应相同 弹簧测力计 测的是物体的重力 月球表面的重力加速度是地球表面重力加速度的 1 6 因此 物体在月 球表面所受到的重力约是在地球表面受到的重力的 1 6 故弹簧测力计测量的结果不同 正确选项应为 B 点评点评 物体重力的大小与物体所处的位置有关 五 关于重心和物体重心位置的确定五 关于重心和物体重心位置的确定 1 重心 一个物体的各部分都要受到重力的作用 从效果上看 可以认为各部分受 到的重力集中于一点 这一点我们称之为重心 2 重心位置的确定 1 形状规则 质量分布均匀的物体 其重心位置在它们的几何中心处 例如 质量 分布均匀的薄圆板的重心就在其圆心 质量分布均匀的圆柱体 其重心在中轴线上的中点 等 8 2 形状不规则 质量分布不均匀的薄板型物体的重心 可用悬挂法确定其重心 即 取两个悬点悬挂物体 悬线的交点即为重心 3 重心的位置与质量分布和物体的形状有关 与放置方法无关 重心不一定在物体 上 物体的形状改变时 中心位置一般要随之改变 例例 5 如图所示 一个空心均匀球壳里注满水 球的正下方有一小孔 当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 A 一直下降 B 一直上升 C 先升高后降低 D 先降低后升高 解析解析 重心的位置跟物体的形状和质量分布有关 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 随着水的重心的下降 球壳和水的共同 重心也下降 后一段时间内 球壳内剩余的水较少 随着水的重心的下降 球壳和水的共 同重心就升高 剩余的水越少 重心越靠近球心 最后 水流完 重心又回到球心 故球 壳和水的共同重心将先降低后升高 正确选项为 D 点评 点评 重心是物体各部分所受重力的等效作用点 与物体的质量分布 形状有关 可 能在物体上 也可能不在物体上 本题分析时注意两点 一是抓住两个特殊状态 装满水时和水流完时 重心均在球心 二是分析由于水的流出重心先如何变化 降低 综合两方面就可得到其重心先降低后升 高 六 重力与质量的比较六 重力与质量的比较 质量质量重力重力 物理意义物理意义物体所含物质的多少由于地球的吸引而使物体受到的力 矢量性矢量性只有大小 没有方向 既有大小 又有方向 重力的方向竖直向 下 测量工具测量工具天平测力计 与位置的关系与位置的关系 在任何情况下 同一物体 的质量是恒定的 即质量 是不随位置而变化的恒量 重力的大小与物体所处的地理位置有关 同一物体放在地球上不同位置上 严格说 来 重力的大小并不相等 而是稍有变化 9 的 联系联系物体所受的重力 G 与物体的重量成正比 即 G mmg 例例 6 下列有关重力与质量的关系 说法正确的是 A 物体所受的重力与物体的质量成正比 B 物体的质量与它所受的重力成正比 C 物体的质量是恒定的 物体的重力是变化的 D 物体的质量和重力都是恒定的 解析解析 物体的质量是物体本身的一种属性 是恒定的 而物体的重力是由于地球的吸 引而使物体受到的力 它除与物体的质量有关外 还与物体所处的位置等因素有关 它不 是恒定的 而是变化的 所以选项 B D 错误 选项 A C 正确 点评点评 本题考查重力 质量概念的区别 在低速 同光速相比 的条件下 同一物体 的质量是恒定的 而重力的大小与物体所处的地理位置有关 同一物体放在地球上的不同 纬度或不同高度上时 重力的大小并不相等 七 重力与压力的区别七 重力与压力的区别 重力和压力属于不同性质的力 这是其一 重力的施力物体是地球 受力物体是研究 对象 比如说 A 物体受重力 而压力的施力物体是 A 受力物体是跟 A 接触的物体 它 们的施力物体和受力物体各不相同 这是其二 重力的大小等于压力的大小是在一定条件 下才成立的一个结论 比如静止在斜面上的物体受到的重力大于它对斜面的压力 一个物 体受到一个竖直向下的力静止在水平面上 它的重力就小于对水平面的压力 在大小上重 力也不总等于压力 这是其三 所以重力和压力不是一回事 例例 7 如图所示 一物体 M 放在水平桌面上处于静止状态 关于桌面受到的压力 物 体的重力 桌面对物体的支持力 下列说法中正确的是 A 压力就是重力 B 压力和重力大小相等 方向相反 C 支持力就是重力 D 支持力与重力大小相等 方向相反 解析解析 重力和压力 支持力的性质不同 压力和支持力属于弹力 重力的施力物体是 地球 受力物体是物体 M 压力的施力物体是物体 M 受力物体是桌面 支持力的施力物 体是桌面 受力物体是物体 M 重力和支持力二力平衡 大小相等方向相反 不能说 压 M 10 力就是重力 只是大小相等 不是同一个力 所以选项 A B C 错误 选项 D 正确 点评点评 本题涉及重力 压力和支持力 分析这些力要从三方面去考虑 一是力的性质 二是施力物体和受力物体 三是二力平衡 八 重力的应用探索八 重力的应用探索 1 重力与地球的引力重力与地球的引力 例例8 8 设想从某一天起 地球的引力减小一半 那么 对漂浮在水面上的船来说 下列 说法中正确的是 A 船受到的重力将越小 船的吃水深度将不变 B 船受到的重力将减小 船的吃水深度将减小 C 船受到的重力将不变 船的吃水深度将不变 D 船受到的重力将不变 船的吃水深度将减小 解析解析 当地球的引力减小一半时 因为物体的重力是由于地球的引力作用而产生的 船受到的重力将减小一半 若船排开同样体积的水 则船排开水的重力同时也减小为一半 此时船所受的重力与浮力仍能平衡 故船的吃水深度将不变 正确答案为C 点评点评 当物体的重力是由于地球的引力变化而引起变化时 则应同时考虑每个物体的 重力都发生了变化 不能出现顾此失彼的情况 2 重力与自然世界重力与自然世界 例例9 假设物体的重力消失了 将会发生的现象有 天不会下雨 也不会刮风 植物根的生长失去方向性 在粗糙水平地面上运动的物体一定不受摩擦力作用 一切物体都没有质量 A B C D 解析解析 因为雨滴是由于受重力作用而下落的 植物根生长的向地性 也是因为重力方 向是竖直向下的原因 而物体的质量是物体的一种固有属性 与物体的重力无关 物体所 受的摩擦力则与接触面的粗糙与有无压力有关 物体的重力消失了 但还是可能有压力作 用 所以可以产生摩擦力 正确答案为 A 点评点评 正因为物体受重力 且重力方向竖直向下 所以大自然中才有风有雨 植物向 地下生长 也就构成了和谐的自然世界 3 求重心求重心 例例 1010 如图所示 长度为 粗细均匀的圆柱体的轴线与直角坐标系重合 底面过lx 原点且与平面平行 圆柱体在与平面平行的平面内质yozyoz O x y z 11 量分布均匀 在方向密度均匀增大 则圆柱体的重心 为 x ccc zyx A 0 0 2 ccc zy l x B 0 0 2 ccc zy l x C 0 0 2 ccc zy l x D 无法判断 解析解析 根据圆柱体质量分布的特点 可知本题正确答案为 A 点评点评 物体的重心不但和形状有关 还跟物体的质量分布有关 要根据实际情况来分 析问题 开拓视野开拓视野 墨家对力的认识墨家对力的认识 力学是现代物理的重要分支 是研究机械运动的科学 在西方 牛顿 伽利略 阿基 米德等科学家对力的发现和应用进行了深入研究 但是 力 最早是我国战国时期墨家提 出的 墨子是墨家学派的创始人 战国初期伟大的思想家 政治家 也是一位有卓越贡献的 自然科学家 他和弟子所著的 墨经 中记述了丰富的力学知识 墨经 中关于力的定义 是从人的体力概念引伸出来的 书中定义 力 刑之所以奋也 这里 刑 同 形 指人体 物体 奋 意为飞 动 指克服阻碍而运动 奋 字在古汉语中的意思是很广泛 的 诸如由静到动 动之愈速 由下而上等都叫奋 由于力不易见而重是人人能感觉到的 所以墨家又举重为例如加以说明 指出 力 重之谓 下 与 举 重奋也 意思是说 物重就是一种力的表现 物体下坠 上举 都有重力作用 这句话的意思是说 力是使人 的运动发生转移和变化的原因 孤掌难鸣孤掌难鸣 韩非子 功名 曰 人主之患在莫之应 故曰 一手独拍 虽疾无声 其意思同一句俗语叫 一个巴掌拍不响 成语叫 孤掌难鸣 郭沫若在 革命春 秋 请看今日之蒋介石 中说道 我一个人孤掌难鸣 所以我也只好装聋 装瞎 装哑 对于 一个巴掌拍不响 或 孤掌难鸣 我们也可以从物理学的角度分析 力 12 是物体与物体之间的相互作用 即谈力至少有两个物体 只一个物体不会产生力的作用 所以 一个巴掌拍不响 或 孤掌难鸣 地球上的物体在哪个位置比较重地球上的物体在哪个位置比较重 地球施向一个物体的吸引力 地球引力 要跟着这个物体从地面升高而减低 假 如我们把一公斤重的砝码提高到离地面 6400 公里 就是把这砝码举起到离地球中心两倍地 球半径的距离 那么这个物体所受到的地球引力就会减弱到 4 分之一 如果在那里把这个 砝码放在弹簧秤上称 就不再是 1000 克 而只是 250 克 根据万有引力定律 地球吸引一 切物体 可以看做它的全部质量都集中在它的中心 地心 而这个引力跟距离的平方成反 比 在上面这个例子里 砝码跟地心的距离已经加到地面到地心的距离的两倍 因此引力 就要减到原来的 22分之一 就是 4 分之一 如果把砝码移到离地面 12 800 公里 也就是离 地心等于地球半径的三倍 引力就要减到原来的 32分之一 就是 9 分之一 1000 克的砝码 用弹簧秤来称就只有 111 克了 依此类推 这样看来 自然而然会产生一种想法 认为物体越跟地球的核心 地心 接近 地球 引力就会越大 也就是说 一个砝码 在地下很深的地方应该更重一些 但是 这个臆断 是不正确的 物体在地下越深 它的重量不但不是越大 反而 越小了 这现象的解释是这样的 在地下很深的地方 吸引物 体的地球物质微粒已经不只是在这个物体的一面 而是在它的 各方面 请看图 20 从图上可以看出 那个在地下很深地方 的砝码 一方面受到在它下面的地球物质微粒向下方吸引 另 外一方面又受到在它上面的微粒向上方吸引 这儿我们不难证 明 这些引力相互作用的结果 实际发生吸引作用的只是半径 等于从地心到物体之间的距离的那个球体 因此 如果物体逐渐深入到地球内部 它的重 量会很快减低 一到地心 重量就会完全失去 变成一个没有重量的物体 因为 在那时 候物体四周的地球物质微粒对它所施的引力各方面完全相等了 所以 物体只是当它在地面上的时候才有最大的重量 至于升到高空或深入地球 都 只会使它的重量减少 13 体育运动中的重心问题体育运动中的重心问题 一 中长跑一 中长跑 人的重心约在第三骶骨前缘 女性稍低于男性 它是身体各部分所受重力的合力作用 点 体位的变化会带来重心的移动 有时能 移 出体外 奔跑也可以看成一种 波 它的 波长 和 频率 就是步幅和步频 中长跑的距离就是身体重心沿着波浪形曲线走 过的路程 两点之间直线最短 显而易见 重心起伏和波动越小 人体实际走过的距离越 短 所做的功也越少 早期的中长跑由于蹬地角度过大 垂直分力过多 带来重心上升过 高 造成体能不必要的消耗和浪费 有人形象地把这种 跳跃 动作称为 袋鼠式 跑 而另一种 阔步迈进 的姿势被称为 鸵鸟式 跑 也容易因为着地角小 制动反作用力 大带来身体重心的速度不匀 而积极增加步频 适当控制步幅 行进稳健放松 则被称为 梅花鹿式 跑 当今大部分非洲黑人选手都采用这种姿势 此外 头部保持稳定不东张 西望 身体力求平直不左右摇晃 髋部与肩的摆动协调自然 都是确保身体重心轨迹直线 性和匀速性的 基本功 应该力求身体各个环节重心的速度与身体总重心速度方向接近 一致 中长跑的任何多余的动作都将会 计入成本 二 竞走二 竞走 竞走是单脚支撑和双脚支撑互相交替的运动 它和跑的区别在于不能出现 可见的腾 空 支撑腿从着地到垂直必须伸直膝关节 竞走独特的 扭秧歌 姿势如同 水上漂 一样轻盈优美 很大程度上也是为了保持身体重心的直线性 优秀的选手步态平稳 从脚 后跟到脚趾尖进行全脚掌滚动 落地的足迹趋于一条直线 除了充分摆臂 自然扭腰 竞 走的一大特点是骨盆沿身体纵轴大幅度转动以增加步长并平稳重心 在每个复步中 一侧 髋关节的轨迹是一个下降的曲线 另一侧髋关节是一个上升的曲线 髋关节活动范围在 5 5 至 6 5 厘米之间 因此髋部窄小的运动员更加灵活 优秀选手在比赛中身体总重心起 伏在 3 至 6 厘米之间 速度越快重心越容易平稳 三 跨栏三 跨栏 保持身体重心的直线性同样是跨栏的 黄金法则 早期奥运会上的跨栏基本都是自 由式 跳栏 颇有当年牧羊人越过栅栏追逐豺狼的遗风 这种上体挺直 曲腿过栏的动 作不但身体重心起伏大 体能浪费多 而且两脚几乎同时落地 要稍事停顿才能继续跑动 14 今天的跨栏概念已经全面向 跑栏 转变 运动员不再为 跨栏 而跑 只是将栏架 视为短跑中的障碍 跨栏不过是 跑一大步 罢了 塔当跑道的问世 使过栏跑和栏间跑 的速度更加接近 身材日益修长的运动员进一步减少了栏上栏下的重心落差 远起跨 快 过栏 近落地 这些要领都是为了最大限度保持身体重心的直线性和匀速性 中国飞人 刘翔的跨栏技术堪称当代典范 四 三级跳远四 三级跳远 三级跳远是人类速度和力量相结合的极致 运动员如百米冲刺般踏上跳板腾身而起 单脚砸向坚实的地面后承受着 20 倍于体重的负荷并在 0 2 秒内再次弹起 紧接着是第三次 刹那间的 硬着陆 和急跳跃 身体经过三次水平抛射 落在三条连续抛物线的另一端 三级跳远技术的演进同样和身体重心有着密切关系 其中 平衡型 和 跳跃型 技术 则最大程度减少了身体重心轨迹的波动 能将足够的水平速度保持到最后一跳 提高了对 助跑的利用率 五 跳远五 跳远 上世纪 20 年代后 跳远选手创造了 空中走步 动作 这种离开地面的四肢运动并 不能改变身体重心的轨迹 但却有利于保持身体平衡 跳远运动员的助跑速度越快 腾起 角就会越小 最佳值一般在 20 度左右 落地时的重心要低于起跳时的重心 以延长空中停 留时间 由于起跳时的 刹车 作用 往往会形成身体在空中以重心为轴向前旋转的力矩 不仅使人在沙坑里踉跄摔倒 还会造成双脚落点比重心近而降低成绩 运动员起跳后在空 中的走步与摆臂是一种 补偿动作 如同人在高处倾倒时会本能旋转手臂维持平衡一样 对身体的扭转力矩进行纠正 落地时便能使双脚恰当地置于重心投影之前 课堂训练课堂训练 A 卷 基础训练 卷 基础训练 1 下列物理量全部是矢量的是 A 位移 速度 加速度 力 B 距离 质量 加速度 重力 C 位移 速率 加速度 力 D 时间 位移 速度 重力 2 下列说法正确的是 A 每个力都有施力物体和受力物体 找不到施力物体或受力物体的力是不存在的 B 风吹草动 草受到了力 但没有施力物体 说明没有施力物体的力也是存在的 15 C 两个力都是 10 N 那么这两个力一定相同 D 网球运动员用力击球 网球受力后飞出 网球的施力物体是人 3 关于重力说法正确的是 A 重力就是地球对物体的吸引力 B 只有静止的物体才受到重力 C 同一物体在地球上无论向上还是向下运动都受到重力 D 重力是由于物体受到地球的吸引而产生的力 4 下列关于物体重力的说法中正确的是 A 地球上的物体只有运动时才受到重力 B 同一物体在某处向上抛出后所受重力较小 向下抛出后所受重力较大 C 某物体在同一位置时 所受重力与静止还是运动无关 重力大小是相同的 D 物体所受重力大小与其质量有关 5 关于重力的方向 以下说法正确的是 A 一定垂直于地面B 一定垂直于平面 C 一定指向地心D 一定竖直向下 6 关于物体的重心 下列说法正确的是 A 重心的位置只跟物体的形状有关 B 形状规则的物体的几何中心 就是物体的重心 C 物体形状发生变化 其重心位置不变 D 物体的位置发生变化 其重心在物体上的位置不变 7 关于重心的叙述 不正确的是 A 只有物体的重心处才受重力作用 B 质量分布均匀的圆柱体的重心在其轴线的中点 C 物体的重心位置跟物体的质量分布情况和物体的形状有关 D 用线悬挂的静止物体 细线方向一定通过物体的重心 8 用悬挂法测一段折成 形的均匀铁丝的重心 下列说法中正确的是 A 只有取两个角作为悬挂点 才能测出 形铁丝的重心 B 如取三个悬挂点作出的三条竖直线 这三条线的交点可能不止一个 C 无论取何处为悬挂点 无论测多少次 所测得的重心位置都是惟一的 D 如果将铁丝左 右两条竖直边对折起来 重心的位置和未折前相同 16 9 在力的图示中 带箭头的线段的长度表示力的 箭头表示力的 线段的端点表示力的 10 在弹簧秤下面挂质量是 2kg 的物体保持静止状态 则物体的重力为 弹簧 秤的示数是 所受重力大小是 34 3N 的物体 其质量是 kg 11 用手按图钉对墙壁产生 20 N 的压力 这个压力的施力物体是 受力物 体是 12 把一条铺在地上 长为 L 的质量分布均匀的软绳向上提起 当绳刚好拉直时 它 的重心位置升高了 把一边长为 L 的正方形匀质薄板 ABCD 如下图所示 绕 C 点翻 到对角线 AC 处于竖直位置时 其重心升高了 13 13 一铁球在空中飞行 所受重力为 100N 方向竖直向下 试画出重力的图示 14 放在水平桌面上的物体 当有一部分伸出桌面时 它对桌面的压力的大小还等于 其重力吗 试分析说明 B 卷 能力提高 卷 能力提高 1 关于重心的概念 下列说法正确的是 A 重心就是物体的中心 B 重心总在物体之中 C 重心有可能在物体的外部 D 如果物体的外部形状是中心对称的 则对称中心必定是物体的重心 2 用弹簧秤竖直悬挂静止的小球 下列说法正确的是 小球对弹簧秤的拉力就是小球的重力 小球对弹簧秤的拉力等于小球的重力 小球的重力的施力物体是弹簧秤 小球的重力的施力物体是地球 A B C D 3 关于重力的方向 下列说法正确的是 A 重力的方向总是垂直向下的