重力与重心教案

教育实习教案

学院物理与能源学院专业物理学实习生陈金莹学号 135012014042

本校指导教师林钦实习学校指导教师刘玉树原任课教师刘玉树

3、通过“重心”的概念，让学生知道等效代替是研究物理学的一种方法。

情感、态度与价值观：

通过课本内容的完成，让学生自己动手、动脑、观察、教育学生在日常生活当中多观察、多分析、看问题不要片面。从实际的物理情景出发，养成一种科学分析问题的习惯。

有不同，因此光知道力有大小，方向还不够，作用点不同的力对物体的作用效果也不同，这三个因素称作力的三要素。这三个因素影响着力的作用效果，所以要完整的表示一个力，必须包含这三个因素。

5.力的表示方法

师：力是一个比较抽象的概念，那我们可以用力的示意图和力的图示把它们表示出来。来看一个具体的例子

（1）力的示意图：用一条带有箭头的线段来表示力的方向和作用点

力的方向：箭头的指向

力的作用点：箭尾

力的作用线：箭头所在直线

如图，静止在水平地面上的物体由于受到了大小为25N的拉力的作用而运动起来

师：请一位同学来画出力的示意图。

同学演示

1.师：我们可以发现，力的示意图用一根箭头表示力，箭头的指向表示力的方向，箭尾表示力的作用点，箭头所在的直线为力F的作用线，只画出了力的方向和大小，表示物体在该方向上受到了力的作用。对于力的作用点，当物体可以看作一个质点时，力的作用点可以移到物体的中心位置（2）力的图示：用一根带箭头的线段把力的三要素表示出来的方法叫做力的图示。

力的大小：线段的长短

力的方向：箭头的指向

力的作用点：箭尾

师：那老师现在介绍一个力的示意图的进阶版本—力的图示，可以同时表示出力的大小，方向，作用点。同样以F=25N的拉力为例，首先根据力的大小选取合适的标度，拉力的大小为25N，我取1cm代表5N的力，那么线段的长度应为5cm；然后确定力的作用点，用箭尾表示；从力的作用点沿力的方向画一条长为5cm的线段表示力的大小，并且在线段上加上刻度；然后在线段的一端加上

的作用，这样去研究它受到的重力情况显然就太复杂了，这个时候我们可以把物体的各部分受到的重力视为集中作用于一点，这一点就是重力的集中作用点，叫做物体的重心。关于物体重心的概念可能比较抽象，那么我们来观看一个小视频。

重心的讲解视频

② 重心的位置

师：从视频中我们只知道啊，重心其实就是一个重力的等效作用点，关键就在于对这个等效的理解，它是对重力的作用效果而言的，因此重心不是重力实际作用的点，也不是物体上最重的点，更不是地球只吸引那一点。需要注意的是，每一个物体都有重心，并且只有一个重心。视频中说到，质地均匀的，形状规则的物体的重心就在他的几何中心。其实质地均匀指的是质量分布均匀。这类物体的中心分布只与物体的形状有关，如果物体的形状是规则规的，比如中心对称或者轴对称的物体，它们的重心就在它们的几何中心。比如圆盘的重心在它的圆心，球体的重心就在其球心，轴对称的圆柱体，重心就在其对称轴的中点。同学们仔细观察下面这一组图，然后思考这一问题：重心一定在物体上么？

生：不一定

师：可以看到，圆环的重心在其圆心，并不在圆环上，而篮球的重心在其球心，但篮球内部为空气， 所以重心也不在篮球上。所以物体的重心既可以在物体上也可以不在物体上。那对于质量分布均匀， 形状不规则的薄板，可以用悬挂法来寻找。

先在A 点把薄板悬挂起来，薄板静止时，薄板所受的重力与悬绳的拉力在同一竖直线上，所以薄板的重心一定在通过A 点的竖直线AB 上。然后在C 点把薄板悬挂起来，同理知，薄板的重心一定在通过C 点的竖直线CD 上，两条线的交点O 即为薄板的重心位置。这里要注意的是，悬挂法只能确定薄板的位置。

质量分布不均匀的物体，重心的位置不但与形状有关，还与物体的质量分布情况有关，只能通过实

圆铅球 圆柱

体 圆环 篮球 圆筒

验或者数学运算求得，这种情况比较复杂，我们在这里就不介绍了。

师：同学们思考一下，物体的重心能不能改变呢？老师这里有一个柔软质地均匀的钢尺，当它展平的时候，重心在哪呢？

生：钢尺的中心

师：那老师把它弯成一个圆环，此时它的重心位置在哪呢？

生：在他的圆心位置

师：对，此时重心就不在物体上了，所以当物体的形状发生改变时，物体的重心位置就会发生改变。其实当物体的质量分布发生变化时，物体的重心位置也会发生改变，例如，在装一桶水时，卡车的重心位置比较靠前，水桶慢慢装上去时，卡车的重心位置越来越靠后。因此物体形状和质量分布发生变化是，都会影响物体的重心位置。

③重心与稳度

师：知道物体的重心位置有什么用呢？在回答这个问题之前呢，我们先来做一个小实验。

纸板上有三个底面积一样，高度不同的长方体纸箱，质量分布均匀，那么他们的重心位置应该在？生：它们的中心位置

师：没错，那老师为了方便你们观察，把重心的高度用蓝色的笔标出来了，最高的长方体的重心位置最高，最矮的那个重心最低。当我把纸箱缓缓倾斜时，同学们注意观察纸箱的倾倒情况。

老师演示

生：最高的纸箱最先倾倒，最矮的纸箱最后倾倒。

师：这说明重心越低，物体越稳定。利用物体的这一性质，我们经常会改变物体的形状或者质量分布情况以降低它们的重心，提高物体的稳定性。世界最高楼迪拜塔就是利用这一原理建造而成的。

迪拜塔高822米，可能同学们没有什么概念，我们可以观察到他周围有一些比较低矮的建筑，但是你知道么，这些“低矮”的建筑是四五十层楼高的摩天大楼，由此可知如此高耸入云的建筑是多么的巧夺天工，为了保持它的稳定，迪拜塔做成了下大上尖的形状，这样可以大幅度的降低它的重心，

稳定性得到大大的提高。

师：老师再演示一遍，同学们注意观察，当我开始倾斜纸板时，纸箱立刻就倾倒了么？

生：没有

师：可以看到，纸箱在倾斜的过程中是有维持了一段时间的稳定的。那它们什么时候会倾倒呢？生：当纸板倾斜到了某一程度时

师：某个程度？纸箱倾倒临界条件是什么呢？我们来分析一下纸箱在倾斜过程中的重力作用线的变化，纸箱的支持面始终为它的底面，当纸板还没倾斜时，纸箱的重力作用线落在支持面的中心，纸箱慢慢倾斜，重力作用线逐渐偏离支持面的中心，直到重力作用线与支持面的边界相切，此时纸箱仍未倾倒，当我给纸箱再增加一微小的倾斜，重力作用线就落在了支持面外，纸箱就翻倒了。所以物体不发生翻倒应保证重力作用线在支持面内。

师：物体翻倒后处于上图所示的状态下，可以发现这三个纸箱的高度是一致的，但支持面的大小不一样，老师在这个状态下将纸板再次从水平状态慢慢倾斜，同学们觉得会发生什么现象呢？

生：三个纸箱同时翻倒

师：真的么？那老师来演示，注意观察，神奇的事情发生了

生：支持面最小的那个纸箱先翻倒

师：没错，而且支持面最大的那个直到非常倾斜之后才翻倒的。这是为什么呢？能不能利用刚才的知识解答呢？

生：支持面最小的纸箱的重力作用线最先超过他的支持面。

师：没错，支持面最大的纸箱的重力作用线最靠里，最不容易落在支持面外，支持面最小的纸箱重力作用线最容易落在支持面外，因此最容易翻倒。物体的这一性质常用于检查双层公交的稳定性测试，公交车若遇到路边两侧高低不一致时容易翻倒，我们在制造公交时应使它的重力作用线不轻易超过他的支持面，可以通过降低车子的重心或者增大两侧轮子的轴距来实现，但路北面的宽度是一定的，车子的轴距不可能做到很宽，因此我们应尽量降低物体的重心，因此公交一般都没有做的很高。

我们来总结一下重心与物体的稳定度的关系：

重心的高低影响物体的稳定，重心越低，物体的稳定性越高