内容正文:
专题07 力
新课标对单元考点要求
1.通过常见事例或实验,了解重力、弹力,认识力的作用效果。
2.用示意图描述力。会测量力的大小。
单元知识思维导图
【一、力的概念理解】 2
【二、施力物体和受力物体】 3
【三、弹力的概念和常见的弹力】 5
【四、弹簧拉伸与压缩时弹力的方向】 7
【五、弹簧测力计的量程和读数】 10
【六、弹力的计算】 11
【七、科普阅读题(重力相关)】 15
【八、力的作图题】 20
考点:力
1.概念:物体对物体的作用。
2.特点:物体间力的作用是相互的。
3.力的作用效果:(1)力可以改变物体的运动状态;(2)力可以改变物体的形状。
4.力的三要素:力的大小、方向、作用点。
5.力的单位:牛顿,符号N。
6.力的示意图:用一带箭头的线段表示力的三要素的方法,线段的长度表示力的大小,箭头的方向表示力的方向,线段的起点表示力的作用点。
注意:(1)力的作用至少有两个物体,一个是施力物,一个是受力物,离开物体或只有一个物体不会有力的作用。(2)相互接触或不相互接触的物体间都可能发生力的作用。(3)一个物体在施力的同时,也受到一个反作用力,因此施力物体同时也是受力物体,在指明该物体是施力物体环是受力物体的,必须指明对哪一个力而言。
【一、力的概念理解】
【典例】(23-24八年级下·新疆喀什·期末)下列关于“力”的观点中,你认为正确的是( )
①两个物体互相接触,不一定有力的作用 ②两个物体互相接触,就一定有力的作用
③运动的物体受到力,静止的物体不受力 ④力的产生至少涉及两个物体
A.①④ B.②④ C.②③ D.①③
【变式1-1】下列关于力的说法中,正确的是( )
①力是不能离开施力物体和受力物体而独立存在的
②力可以离开物体而独立存在
③受力物体同时也是施力物体,施力物体同时也是受力物体
④马拉车前进,马对车有拉力,但车对马没有拉力
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
【变式1-2】(2024·河南·中考真题)在学习物理之前,我们头脑中常存在一些不科学的观点,学习物理后,要能运用事实证据进行质疑和修正。请参照示例,另外列举一个常见的错误观点,并通过实例进行反驳,写出正确观点。
【示例】错误观点:两个物体不接触,就没有力的作用。
反驳的实例及正确观点:磁铁靠近铁球,能将铁球吸引过来,因此两个物体不接触,也能有力的作用。
错误观点: 。
反驳的实例及正确观点: 。
【变式1-3】(23-24八年级下·山东菏泽·阶段练习)在以“力”为主题的辩论赛中,正方和反方提出了许多观点,小明同学把他们的观点归纳整理如下。你认为正确的观点有 。(只填序号)正方反方观点:①两个物体相互接触,就一定有力的作用。②两个物体相互接触,不一定有力的作用。③两个物体不相互接触,就一定没有力的作用。④两个物体不相互接触,也可能有力的作用。⑤力可以脱离物体而单独存在⑥力不能脱离物体而单独存在⑦力的产生总涉及两个物体⑧一个物体也可以产生力的作用。
【变式1-4】(22-23八年级下·江苏无锡·期中)小明在学了物理之后对力的内容做了知识梳理,请帮助小明把空缺的部分完成。
① ;② ;③ ;④ ;⑤ 。
【二、施力物体和受力物体】
【典例】(23-24八年级下·河北唐山·期中)如图所示,一个长方体的物块A静止在水平桌面上,下列关于该物体受力情况分析不正确的是( )
A.桌面对A的支持力的作用点在水平桌面上
B.桌面对A的支持力是由于水平桌面发生弹性形变产生的
C.物块A对桌面的压力是由于物块A发生弹性形变产生的
D.物块A对桌面的压力作用点在水平桌面上
【变式2-1】(23-24八年级下·广东深圳·期中)一根轻质弹簧下端系一根轻细的绳子,绳子下端吊着一个小桶,现用手对弹簧上端施加竖直向上的拉力,如图静止在空中,有关弹力,下列说法中正确的是( )
A.弹簧对手的拉力的施力物体是地球
B.弹簧对手的拉力使弹簧发生了形变,所以弹簧被拉长了
C.小桶所受到拉力的施力物体为弹簧
D.绳子形变时对小桶和弹簧均产生了的拉力
【变式2-2】(2022·山东菏泽·三模)小美穿着旱冰鞋推墙,如图所示,发现墙不动,但小美却倒退了,下列说法正确的是( )
A.墙对小美的力大于小美推墙的力
B.使小美倒退的力的作用点在墙面上
C.使小美倒退的力的施力物体是小美本人
D.使小美倒退的力是由于墙面发生弹性形变产生的
【变式2-3】(23-24八年级下·河南洛阳·期中)如图为运动员跳水的情景,跳板被压弯说明力可以改变物体的 ,其中跳板受到压力的施力物体是 ,同时运动员受到支持力,跳板对运动员的支持力是由于 发生形变产生的.
【变式2-4】(23-24八年级下·山东菏泽·期末)运动员在短道速滑起跑时,用冰刀向后蹬冰面,冰刀所受力的施力物体是 ,运动员加速起跑说明力可以改变物体的 。
考点:弹力 弹簧测力计
1.弹力
(1)弹性:物体受外力后发生形变,撤去外力又恢复原来的形状。
(2)弹力:物体由于发生弹性形变而产生的力。
(3)大小:跟物体的弹性强弱和形变量有关。
注意:有些形变非常微小,肉眼是看不见的。如:压桌子时,桌子发生的形变等。
2.弹簧测力计
(1)原理:在弹簧的弹性限度内,弹簧受到的拉力越大,弹簧的伸长就越长。
(2)使用:测量前指针要归零,看清弹簧测力计的量程和分度值,测量力时,被测力的大小应在测量范围之内;测量过程中,要使弹簧测力计的弹簧伸长的方向和所测的力的方向在同一直线上。
【三、弹力的概念和常见的弹力】
【典例】(24-25八年级上·北京通州·期中)物理中,经常把微小的物体或现象通过某种方法进行放大,以利于观察。下图是一种观察某种钢条受压力发生微小形变的装置。P为待测钢条,A为激光笔,B为平面镜(贴在待测钢条上偏左的位置)、C也是平面镜,D是接收光斑的光屏。未放重物时,激光束照射在平面镜B上,并在B和C上发生连续反射,在屏上的光斑为点E。当把重物M放在钢条P上时,观察光斑的位置。下列现象中符合事实,且能作为判断钢条P发生形变的证据是( )
A.E向D的左端移动,B上的入射角变大
B.E向D的右端移动,B上的入射角变大
C.E向D的左端移动,B上的入射角变小
D.E向D的右端移动,B上的入射角变小
【变式3-1】(23-24八年级下·四川德阳·阶段练习)如图所示,一个铁块放在一块薄木板上,关于铁块和木板受力情况的叙述正确的是( )
A.铁块受到向上的弹力是因为铁块发生了弹性形变
B.木板受到向下的弹力是因为木板发生了弹性形变
C.铁块受到向上的弹力是因为木板发生了弹性形变
D.木板受到向上的弹力是因为铁块发生了弹性形变
【变式3-2】(23-24八年级下·江苏苏州·期末)用手压弹簧,以下表示弹簧形变而产生的弹力示意图正确的是( )
A. B.
C. D.
【变式3-3】(23-24八年级下·江苏无锡·阶段练习)如图所示,手压气球,气球发生形变,气球由于形变而产生的力是( )
A.手对气球的压力 B.桌面对气球的支持力
C.气球受到的重力 D.气球对桌面的压力
【变式3-4】(23-24八年级下·湖北随州·期末)物体由于发生 而产生的力叫做弹力,桌面受到水杯的压力,这个压力是 (选填“桌面”或“水杯”)形变而产生的;如图所示弹簧测力计示数为 N。
【四、弹簧拉伸与压缩时弹力的方向】
【典例】(23-24八年级下·湖南郴州·期中)小明观察发现,弹簧测力计的刻度是均匀的,由此他猜想弹簧的伸长量与它受到的拉力成正比。为了验证猜想,小明决定进行实验。
(1)要完成实验,除了需要如图所示的一根两头带钩的弹簧、若干相同的钩码、铁架台以外,还需要的测量仪器是 ;进行实验后小明记录数据如下表,表中数据明显错误的是第 次实验;
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
拉力(钩码)
0
1
2
3
4
5
6
弹簧伸长量
0
0.40
0.80
1.70
1.60
2.00
2.40
(2)去除错误的一组数据,从表格数据中可验证小明的猜想是 的(填“正确”或“错误”);
(3)学校物理兴趣小组的同学们准备自己动手制作弹簧测力计。他们选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,绘制出如图2所示图像,图像中只有OA段和OB段是弹性形变。若他们要制作量程较大的弹簧测力计,应选用弹簧 (选填“甲”或“乙”);量程为 ,若要制作精确度较高的弹簧测力计,应选用弹簧 (选填“甲”或“乙”)。
【变式4-1】(21-22八年级下·江苏无锡·阶段练习)麦弗逊式悬架(如图甲)是车身与车轮之间的传力部件,由螺旋弹簧和减振器有机组合,悬架工作时车身先压缩弹簧一段距离,之后将弹簧和减振器一起压缩,减缓行驶过程中车辆的振动。用两根轻弹簧可以模拟该悬架(如图乙),在一根大弹簧内套有一根小弹簧,它们的下端都固定在水平面上,压缩该弹簧组合,测得压力F与压缩距离∆l2之间的关系图线如图丙所示,已知弹簧中的弹力与被压缩的距离成正比,则当两弹簧均处于自由状态时,它们上端点间的距离为x= m,小弹簧中的弹力F2与被压缩量∆l2之间的定量关系式可表示为F2= 。
【变式4-2】(23-24八年级下·江苏南京·期中)某实验小组的同学对A、B两根原长都为20cm,粗细不同的橡皮筋进行研究,并做成橡皮筋测力计,记录橡皮筋受到的拉力大小F和橡皮筋的伸长量∆x,根据多组测量数据做出的图线如图所示。
(1)由图像得出结论,橡皮筋测力计制作原理: 若要制作一个精确度较高的测力计,应选橡皮筋 (“A”或“B”);
(2)将本实验中相同的两根B橡皮筋并联起来代替弹簧制作测力计,能够测量拉力的最大值为 N。
(3)将本实验中A与B两根橡皮筋并联起来替代弹簧制作测力计,能够测量拉力的最大值为 N。
【变式4-3】(23-24八年级下·云南昭通·期中)如图所示,用一把刻度尺和一支弹簧测力计探究弹性细绳的伸长量与其所受拉力的定量关系。图甲中A、B分别为处于原长的一根弹性细绳的左右两端,R1和R2是固定在细绳上的两个标识。现将A端固定,用弹簧测力计将B端沿细绳所在直线向右拉,R1、R2和B三点位置及弹簧测力计的读数如图乙、丙、丁所示,已知细绳始终处于弹性限度内。
(1)据图甲可知弹性细绳原长为 cm;图乙中测力计读数为 N;
(2)分析实验数据可知,在弹性限度内,细绳伸长量与所受拉力 (选填“成正比”或“不成正比”);
(3)当标识R2刚好位于刻度尺上7.00cm位置时,R1位予刻度尺上 cm位置。
【变式4-4】(22-23八年级下·江苏镇江·期末)某兴趣小组用如图1装置探究弹簧(橡皮筋)的伸长量与拉力的关系,已知两根橡皮筋长度和材料相同,粗细不同;
(1)实验时,在弹簧和橡皮筋下方挂上不同质量的钩码,用刻度尺测出弹簧和橡皮筋的伸长量,并绘制拉力(F)与伸长量(Δl)的图像(如图2),其中图线Ⅱ为弹簧的图线;由图可知:拉力越大,弹簧(或橡皮筋)的伸长量 ;在弹性范围内,弹簧的伸长量与拉力成 ;粗橡皮筋的实验图像是图2中的 图线(选填“Ⅰ”或“Ⅲ”);
(2)若用实验中的弹簧制作弹簧测力计,为了保证刻度分布均匀,则该测力计的最大测量值是 N;
(3)如图3,小明用图线Ⅰ所对应的橡皮筋制作测力计,步骤如下:
①不挂钩码时,在回形针上端位置标上“0”刻度线;
②挂上重5N的钩码,在回形针上端位置标上“5”刻度线;
③用刻度尺测出0~5N刻度线之间的距离,等分标出其它刻度线;
若用此测力计进行测量,除“5N”外,其它测量值将 (选填“偏大”、“偏小”或“都有可能”);若测量值为2N,则准确值为 N。
【五、弹簧测力计的量程和读数】
【典例】(23-24八年级下·陕西榆林·期中)如图所示,把两个质量均为的钩码挂在弹簧测力计挂钩上,整个装置处于静止状态。下列说法错误的是( )
A.使用弹簧测力计时,所测的力不能超过测力计的量程
B.测钩码的重力前,需要把弹簧测力计在竖直方向调零
C.使用中弹簧、指针、挂钩不能与外壳摩擦
D.该弹簧测力计的分度值为,两个钩码的总重力为
【变式5-1】(23-24八年级下·四川绵阳·期中)在实验时,小明将一个铁质外壳的弹簧测力计的挂钩挂在铁架台上,静止时示数如图所示。接着,他在吊环上挂一个物体,物体对吊环的拉力为1N,则测力计的示数是( )
A.2N B.1N C.0N D.3N
【变式5-2】(23-24八年级下·江苏扬州·期末)如图所示,弹簧测力计是测量 的仪器,使用前应沿 方向调零,此时它示数为 。
【变式5-3】(2025八年级·全国·专题练习)如图,甲、乙两种握持方式中,正确的是 ,图甲弹簧测力计的示数为 N。不正确的握持方式违背了弹簧测力计使用时“必须使测力计弹簧的 与所测量的力的方向一致”的规则。
【变式5-4】(23-24八年级下·山东青岛·期中)如图所示,实验室的弹簧测力计量程太小,小亮自制大量程弹簧测力计。弹簧的自由端B在未悬挂重物时,正对着刻度5,挂上100N重物时,正对刻度30。
(1)当弹簧挂40N重物时,自由端B所对刻度应是 ;
(2)若将刻度改为对应的力的数值,则刻度23应改为 N。
【六、弹力的计算】
【典例】(23-24九年级下·湖北襄阳·自主招生)如图所示,一根轻质弹簧竖直放在桌面上,下端固定,上端放一重物m,稳定后弹簧长为L;现将弹簧截成等长的两段,将重物分成两块,如图所示连接后,稳定时两段弹簧的总长为L′,则( )
A.L′=L B.L′>L C.L′<L D.因不知弹簧原长,故无法确定
【变式6-1】(23-24八年级下·安徽淮南·阶段练习)在探究弹簧测力计的原理活动时,用2N的力拉弹簧,弹簧的长度为16cm;在弹簧的弹性限度范围内,用10N的力拉弹簧,弹簧的长度为20cm。用此弹簧制作弹簧测力计时,拉力每增大1N,弹簧将伸长( )
A.8cm B.2cm C.1cm D.0.5cm
【变式6-2】(23-24八年级下·江苏无锡·期中)当弹簧不受拉力作用时,我们称其长度为原长L0,在弹簧的弹性限度内,弹簧受到的力F和弹簧的形变量∆x(∆x=L-L0)成正比,即,,k叫做弹簧的劲度系数,你根据图像判断下列说法中不正确的是( )
A.弹簧的原长L0是10cm
B.弹簧的劲度系数是40N/m
C.当受到的力F为1N时,弹簧一定是伸长了2.5cm
D.在弹性限度内,弹簧伸长了10cm时,受到的力F为4N
【变式6-3】(23-24八年级下·山东聊城·期中)如图为一轻质弹簧的长度L和弹力F大小关系的图像,由图像可知:弹簧的原长为 cm;弹簧的伸长量为4cm时,弹力的大小为 N。
【变式6-4】(23-24八年级下·广东深圳·期中)阅读短文,回答问题.
胡克定律
弹力的大小和形变的大小有关系,形变越大,弹力也越大,形变消失,弹力就随着消失。对于拉伸(或压缩)形变来说,伸长(或缩短)的长度越大,产生的弹力就越大。物体发生弯曲时产生的形变叫做弯曲形变。对于弯曲形变来说,弯曲得越厉害,产生的弹力就越大。例如,把弓拉得越满,箭就射得越远;把物体放在支持物上,物体越重,支持物弯曲得越厉害,支持力就越大。
在金属丝的下面挂一个横杆,用力扭这个横杆,金属丝就发生形变,这种形变叫扭转形变.放开手,发生扭转形变的金属丝产生的弹力会把横杆扭回来.金属丝扭转角度越大,弹力就越大。
定量的研究各种形变中弹力和形变的关系比较复杂,我们经常遇到的是弹簧的拉伸(或压缩)形变.实验表明:弹簧弹力的大小F和弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比.写成公式就是,其中k是比例常数,叫做弹簧的劲度系数,在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力.劲度系数跟弹簧的长度、材料、粗细等都有关系。弹簧丝粗的硬弹簧比弹簧丝细的软弹簧劲度系数大.对于直杆和线的拉伸(或压缩)形变,也有上述比例关系。这个规律是英国科学家胡克发现的,叫做胡克定律。
胡克定律有它的适用范围.物体形变过大,超出一定的限度,上述比例关系不再适用,这时即使撤去外力,物体也不能完全恢复原状。这个限度叫做弹性限度。胡克定律在弹性限度内适用。弹性限度内的形变叫做弹性形变。
(1)常用的弹簧测力计测物体重力时,弹簧的形变主要是 形变;
(2)弹簧的 在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力,它与受力大小 (选填“有关”或“无关”),它的单位是 (选填“”、“”或“N·m”);
(3)某同学在探究弹簧的特点时,得出了弹簧受到的拉力与弹簧的长度的关系如图,则这根弹簧的原长是 cm;弹簧在受到6N的拉力时,弹簧比原来伸长了 cm;用此弹簧制作的弹簧测力计的测量范围是 N。
【变式6-5】(23-24八年级下·江苏徐州·期中)利用一根长橡皮筋自制简易测力计,装置如图1所示,在制作测力计刻度面板时,小明和小华的方法不同。小明:在回形针上挂6个50g的钩码,记下指针静止时的位置,等分刻度,画出的刻度线如图2所示。小华:在回形针上每次加挂一个50g的钩码,分别记下指针静止时的位置,画出相应的刻度线如图3所示。
(1)一个50g的钩码对橡皮筋的拉力大约是 N;
(2)实际操作后发现两人的刻线并不完全重合,你认为图 的刻度较准确;
(3)若采用小明的测力计测力,读数为,则测量值 真实值;
(4)小华将钩码逐个取下,测量每次指针到零刻线的距离L,画出拉力逐渐减小过程的图像,如图4中图线②所示,与拉力逐渐增大过程的图线①不重合。若用此测力计连续不间断测量两个大小不等的拉力(小于),为使测量准确,请针对此橡皮筋的特性提出操作要求: 。
【变式6-6】(23-24九年级下·湖北襄阳·自主招生)如图所示,质量为m的物体A放在地面上的竖直轻弹簧B上,且弹簧B分别与地面和物体A相连接,现用细绳跨过定滑轮将物体A与另一轻弹簧C连接,当弹簧C处在水平位置且右端位于a点时它没有发生形变,已知弹簧B和弹簧C的劲度系数分别为k1和k2,不计定滑轮、细绳的质量和摩擦,将弹簧C的右端由a点沿水平方向拉到b点时,弹簧B的弹力的大小变为原来的,求:
(1)弹簧C在a点时,弹簧B的压缩量x1;
(2)a、b两点间的距离L。
考点:重力
1.定义:地面附近的物体,由于地球的吸引而使物体受到的力。地球上及附近的所有物体,都受重力的作用,重力的施力物体是地球。
2.大小:物体所受到的重力与它的质量成正比。
3.计算公式:G=mg, g=N/kg(粗略计算时一般取g=10 N/kg)。g的意义是在地球附近,质量为1kg的物体,所受到的重力大小为9.8N。
4.方向:。
5.重心:重力的作用点。质量分布均匀、形状规则的物体的重心就在它的几何中心上;不规则的薄板形的物体的重心,可以采用悬挂法来确定。
【七、科普阅读题(重力相关)】
【典例】(24-25九年级上·广东江门·开学考试)阅读短文,回答问题:
漫话失重
平时我们能感觉到自己有多重,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,所以此人将会体验到类似太空中才有的失重感。失重是指物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 小于物体所受重力时出现的现象。失重有时也泛指零重力和微重力环境。失重现象主要发生在轨道上、太空中或其他一些不正常的情况下。经常有人认为失重是不受重力,这是错误的,失重环境中,物体的重力仍然存在。失重,是指物体失去或部分失去了重力的作用,当物体处于完全失重状态时物体除了自身重力外,不会受到任何外界重力场影响。如图是我国宇航员在太空舱中做微重力实验的情景。
所谓重力,是物体所受地球的引力的一个分力(大小几乎等于引力)。引力的大小与质量成正比,与距离的平方成反比。就质量一定的天体来说,物体离它越远,所受它的引力越小,即重力越小,在足够远的距离上,它的引力可以忽略不计。但宇宙中不只一个天体,众多天体的引力会形成一个引力场。因此,太空不会是完全失重环境。绕地球飞行的载人飞船,离地面一般只有几百千米,那里的太空当然不会是零重力环境。失重不是重力消失或大幅度减小的结果(事实上,在100km高度上,地球重力仅仅比地球表面减少大约 3%)。
失重状态下物体受到很小的力就能飘浮起来。长期失重会使人产生失重生理效应。失重对航天器上与流体流动有关的设备有很大影响。
利用航天失重条件能进行某些在地面上难以实现或不可能实现的科学研究和材料加工,例如生长高纯度大单晶,制造超纯度金属和超导合金以及制取特殊生物药品等。
(1)失重是指物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) (填“大于” “小于”或“等于”) 物体所受重力时出现的现象。当物体在失重时,物体的质量是否减小? ,一个质量为75kg的航天员在距离地面 100km的高度所受的重力为 N; (g 取10N/ kg)
(2)在太空中完全失重下,下列实验不能完成的是___________;
A.用停表测时间 B.探究平面镜成像的实验
C.用弹簧测力计测重力 D.用刻度尺测书本的长度
(3)在地球表面重力常数g平均值是9.8N/ kg, 其物理含义是 。
【变式7-1】(2024·黑龙江哈尔滨·一模)阅读短文,回答问题。
失重
失重是指物体对支持物的压力小于物体所受重力的现象。失重有时也泛指零重力和微重力环境,失重现象主要发生在轨道上或太空内等情况下。如图所示的宇航员在太空中处于失重状态。
经常有人认为失重是不受重力,这是错误的,失重环境中物体的重力仍然存在。研究表明,物体在距离地面的高度处所受的重力仅仅比在地球表面所受重力减小约。我们生活在地球上,一举一动都受到重力的影响,人们也早已习以为常了。一旦失去了重力,我们的生活会变成什么样子呢?这是一个很有趣的问题。
(1)关于图中处于失重状态下的宇航员,下列说法不正确的是 (只填序号);
①因为宇航员处于失重状态,所以他不受重力
②太空中处于失重状态的宇航员,其质量大小与在地面上相同
③宇航员周围是黑暗的,是因为外层空间缺少灰尘来反射光
(2)质量为的航天员在距离地面的高度处所受的重力约为 N;(g取)
(3)如果没有重力,我们的生活会变成什么样子呢?请列举一例。
【变式7-2】(23-24八年级下·江苏盐城·期中)阅读短文,回答问题:
微重力
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。
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,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,就算是在距离地面的高度也没有降多少,大约为,而在的高度为。也就是说,一个物体在地面重,到了高度,依然受到的重力。中国空间站“天和核心舱”离地球的距离约,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。(g取)
(1)失重状态下的人造地球卫星 (受到/不受)重力,人造卫星的质量与在地面上时相比 (变大/变小/不变);
(2)在完全失重的空间实验室里,下列实验不能完成的是 ;
A.用秒表测时间
B.用水球做透镜成像实验
C.用弹簧测力计测重力
D.用刻度尺测书本长度
(3)一个在地面上的人,在距离地面的高度所受的重力为 N;
(4)在如图所示的四个图像中,关于同一物体在地面附近(实线)和“天和核心舱”中(虚线)关系正确的是 。
【变式7-3】(23-24八年级下·辽宁葫芦岛·阶段练习)漫话失重
平时我们能感觉到自己有多重,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,所以此人将会体验到类似太空中才有的失重感。失重是指物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力时出现的现象。失重有时也泛指零重力和微重力环境。
失重现象主要发生在轨道上、太空中或其他一些不正常的情况下。经常有人认为失重是不受重力,这是错误的,失重环境中,物体的重力仍然存在。失重,是指物体失去或部分失去了重力的作用,当物体处于完全失重状态时物体除了自身重力外,不会受到任何外界重力场影响。如图是我国宇航员在太空舱中做微重力实验的情景。
所谓重力,是物体所受地球的引力的一个分力(大小几乎等于引力)。引力的大小与质量成正比,与距离的平方成反比。就质量一定的天体来说,物体离它越远,所受它的引力越小,即重力越小,在足够远的距离上,它的引力可以忽略不计。
但宇宙中不只一个天体,众多天体的引力会形成一个引力场。因此,太空不会是完全失重环境。绕地球飞行的载人飞船,离地面一般只有几百千米,那里的太空当然不会是零重力环境。失重不是重力消失或大幅度减小的结果(事实上,在 100km高度上,地球重力仅仅比地球表面减少大约3%)。
失重状态下物体受到很小的力就能飘浮起来。长期失重会使人产生失重生理效应。失重对航天器上与流体流动有关的设备有很大影响。
利用航天失重条件能进行某些在地面上难以实现或不可能实现的科学研究和材料加工,例如生长高纯度大单晶,制造超纯度金属和超导合金以及制取特殊生物药品等。
(1)失重是指物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) (填“大于”“小于”或“等于”)物体所受重力时出现的现象。当物体在失重时,物体的质量是否减小? ,一个质量为75kg的航天员在距离地面100km的高度所受的重力为 N;(g取10N/kg)
(2)在太空中完全失重下,下列实验不能完成的是 ;
A.用停表测时间 B.探究平面镜成像的实验
C. 用弹簧测力计测重力 D.用刻度尺测书本的长度
(3)在地球表面重力常数g平均值是9.8N/kg,其物理含义是 ;
(4)如果地球上的物体不受重力,请你设想一个可能出现的情景。
【变式7-4】(23-24七年级下·广东揭阳·阶段练习)阅读短文,回答问题:
失重
在一次太空知识讲座中,老师让同学们做一个实验:用弹簧测力计竖直悬挂一个重物,分别使重物处于静止和匀速下降,再让其加速下降,同学们发现,重物在静止和匀速下降时,弹簧测力计的示数相同,就等于物体所受的重力;而加速下降时,却看到弹簧测力计的示数明显减小,好像物体的重力突然间减小了。老师解释说:“这在物理学上称为失重现象,失重就是物体对支持物的压力或悬挂物的拉力小于物体实际所受重力的现象。如当人们乘电梯加速下降时,人对电梯地面压力就小于人受到的重力”,小勇在老师指导下到电梯内做失重实验,如图甲,他将一个体重秤放在电梯水平地面上,然后站上秤台,如图乙所示,在电梯向下运动的过程中,他记录下体重秤在不同时间段的示数及对应的时间,描绘出了体重秤的示数随时间t的变化图像如图丙所示,已知小勇的实际质量为60kg(g取10N/kg)。
(1)电梯静止时,小勇对秤台的压力为 N。此时小勇受到的重力与 力是一对平衡力,此时小勇所受合力为0;
(2)若电梯在10s内下降的距离为18m,电梯这段运动时间内的平均速度 m/s;
(3)根据图丙分析,小勇在 (选填“”“”“”)段时间内处于失重状态;
(4)分析图丙可知,在时间段内小勇对秤台的压力 他的重力(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(5)若下降中体重秤示数为零,即说明他对体重秤压力F为零,我们称这种现象为完全失重,此时体重秤对小勇的支持力为 ,如果物体所受合力的大小与物体质量关系为,其中a称为加速度,单位为N/kg,,小勇完全失重时加速度 N/kg。
考点:力的示意图做法
(1)找准力的作用点、大小、方向。
(2)一个物体受多个力,画所有力的示意图时,代表力的线段的长度不知道哪个应该长,哪个应该短,这是难点。力大,则线段长;力小,则线段短。
(3)要注意用箭头标明里的方向。
【八、力的作图题】
【典例】(24-25九年级上·贵州安顺·期中)将与头发摩擦后的气球靠近水流,如图甲所示是水流运动时的情景。请在图乙中画出水流当中水滴A受到的重力G和吸引力F的示意图。
【变式8-1】(2024·广东深圳·模拟预测)画出挂在桌边静止的雨伞所受力的示意图。
【变式8-2】(22-23八年级下·吉林松原·阶段练习)如图所示为小亮放风筝时的情景,请画出风筝线对小亮左手拉力的示意图。
【变式8-3】(23-24八年级下·湖北荆州·期末)如图为不倒翁倾斜时的情境,不倒翁的重心在O点,请在图中画出不倒翁所受重力G和支持力F的示意图。
【变式8-4】(23-24九年级下·河南南阳·期中)如图所示,请通过作图的方法确定半圆形木板重心的位置,并作出半圆形木板所受重力的示意图(A点为半圆形木板的圆心,保留作图痕迹)。
【变式8-5】(23-24八年级下·甘肃定西·期末)请画出图中小球A所受力的示意图。
【变式8-6】(23-24八年级下·广东深圳·期末)如图所示,一同学用绳子拉着木箱匀速前行,请在图中画出木箱重力和其所受绳的拉力的示意图。
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专题07 力
新课标对单元考点要求
1.通过常见事例或实验,了解重力、弹力,认识力的作用效果。
2.用示意图描述力。会测量力的大小。
单元知识思维导图
【一、力的概念理解】 2
【二、施力物体和受力物体】 4
【三、弹力的概念和常见的弹力】 7
【四、弹簧拉伸与压缩时弹力的方向】 10
【五、弹簧测力计的量程和读数】 15
【六、弹力的计算】 18
【七、科普阅读题(重力相关)】 25
【八、力的作图题】 32
考点:力
1.概念:物体对物体的作用。
2.特点:物体间力的作用是相互的。
3.力的作用效果:(1)力可以改变物体的运动状态;(2)力可以改变物体的形状。
4.力的三要素:力的大小、方向、作用点。
5.力的单位:牛顿,符号N。
6.力的示意图:用一带箭头的线段表示力的三要素的方法,线段的长度表示力的大小,箭头的方向表示力的方向,线段的起点表示力的作用点。
注意:(1)力的作用至少有两个物体,一个是施力物,一个是受力物,离开物体或只有一个物体不会有力的作用。(2)相互接触或不相互接触的物体间都可能发生力的作用。(3)一个物体在施力的同时,也受到一个反作用力,因此施力物体同时也是受力物体,在指明该物体是施力物体环是受力物体的,必须指明对哪一个力而言。
【一、力的概念理解】
【典例】(23-24八年级下·新疆喀什·期末)下列关于“力”的观点中,你认为正确的是( )
①两个物体互相接触,不一定有力的作用 ②两个物体互相接触,就一定有力的作用
③运动的物体受到力,静止的物体不受力 ④力的产生至少涉及两个物体
A.①④ B.②④ C.②③ D.①③
【答案】A
【详解】①②两个相互接触的物体之间不一定有力的作用,相互接触并挤压会有力的作用,则①正确,②错误;
③静止的物体可能受到平衡力的作用;物体做匀速直线运动时,可能不受力,故③错误;
④力是物体对物体的作用,力的产生至少涉及两个物体,则④正确。
故A正确,BCD错误。
故选A。
【变式1-1】下列关于力的说法中,正确的是( )
①力是不能离开施力物体和受力物体而独立存在的
②力可以离开物体而独立存在
③受力物体同时也是施力物体,施力物体同时也是受力物体
④马拉车前进,马对车有拉力,但车对马没有拉力
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
【答案】A
【详解】①力是物体对物体的作用,发生力的作用时,至少要有两个物体;故力是不能离开施力物体和受力物体而独立存在的;故①正确;
②力是物体对物体的作用,发生力的作用时,至少要有两个物体;故力不可以离开物体而独,立存在;故②错误;
③物体间力的作用是相互的,物体受到力的同时,也对另一个物体施加了力。受力物体同时也是施力物体,施力物体同时也是受力物体。故③正确;
④物体间力的作用是相互的,物体受到力的同时,也对另一个物体施加了力。马拉车前进,马对车有拉力,同时车对马也有拉力。故④错误。
故选A。
【变式1-2】(2024·河南·中考真题)在学习物理之前,我们头脑中常存在一些不科学的观点,学习物理后,要能运用事实证据进行质疑和修正。请参照示例,另外列举一个常见的错误观点,并通过实例进行反驳,写出正确观点。
【示例】错误观点:两个物体不接触,就没有力的作用。
反驳的实例及正确观点:磁铁靠近铁球,能将铁球吸引过来,因此两个物体不接触,也能有力的作用。
错误观点: 。
反驳的实例及正确观点: 。
【答案】 见详解 见详解
【详解】[1]错误观点:只要两个物体相接触就一定有力的作用。
[2]反驳的实例及正确观点:竖直放在竖直墙边的物体刚好与墙面接触,没有力的作用,因此两个物体相接触不一定有力的作用。
【变式1-3】(23-24八年级下·山东菏泽·阶段练习)在以“力”为主题的辩论赛中,正方和反方提出了许多观点,小明同学把他们的观点归纳整理如下。你认为正确的观点有 。(只填序号)正方反方观点:①两个物体相互接触,就一定有力的作用。②两个物体相互接触,不一定有力的作用。③两个物体不相互接触,就一定没有力的作用。④两个物体不相互接触,也可能有力的作用。⑤力可以脱离物体而单独存在⑥力不能脱离物体而单独存在⑦力的产生总涉及两个物体⑧一个物体也可以产生力的作用。
【答案】②④⑥⑦
【详解】①②两个物体接触不一定会产生力的作用,如光滑水平地面上并排放着的两个小球,它们之间没有作用力,故①错误,②正确;
③④两个不接触的物体也可以产生力的作用,如地面附近的物体都受到重力作用,不一定要与地球接触,故③错误,④正确;
⑤⑥力是物体对物体的作用,力不可以离开物体而单独存在,故⑤错误,⑥正确;
⑦⑧力是物体对物体的作用,一个力必须有施力物体和受力物体,所以一个物体不可以产生力的作用,故⑦正确,⑧错误;
综上所述,正确的观点有②④⑥⑦。
【变式1-4】(22-23八年级下·江苏无锡·期中)小明在学了物理之后对力的内容做了知识梳理,请帮助小明把空缺的部分完成。
① ;② ;③ ;④ ;⑤ 。
【答案】 弹力 大小 方向 作用点 改变物体的形状
【详解】[1]力包括弹力、重力、摩擦力,测力计中使用到弹簧,用的是弹簧发生弹性形变时产生弹力的作用。
[2][3][4]力的大小、方向、作用点被称为力的三要素。
[5]力可以改变物体的运动状态和改变物体的形状。
【二、施力物体和受力物体】
【典例】(23-24八年级下·河北唐山·期中)如图所示,一个长方体的物块A静止在水平桌面上,下列关于该物体受力情况分析不正确的是( )
A.桌面对A的支持力的作用点在水平桌面上
B.桌面对A的支持力是由于水平桌面发生弹性形变产生的
C.物块A对桌面的压力是由于物块A发生弹性形变产生的
D.物块A对桌面的压力作用点在水平桌面上
【答案】A
【详解】A.桌面对A的支持力受力物体是物块A,作用点在物块A上,故A错误,符合题意;
B.桌面对A的支持力施力物体是桌面,是由于水平桌面发生弹性形变产生的,故B正确,不符合题意;
C.物块A对桌面的压力施力物体是物块A,是由于物块A发生弹性形变产生的,故C正确,不符合题意;
D.物块A对桌面的压力受力物体是桌面,作用点在水平桌面上,故D正确,不符合题意。
故选A。
【变式2-1】(23-24八年级下·广东深圳·期中)一根轻质弹簧下端系一根轻细的绳子,绳子下端吊着一个小桶,现用手对弹簧上端施加竖直向上的拉力,如图静止在空中,有关弹力,下列说法中正确的是( )
A.弹簧对手的拉力的施力物体是地球
B.弹簧对手的拉力使弹簧发生了形变,所以弹簧被拉长了
C.小桶所受到拉力的施力物体为弹簧
D.绳子形变时对小桶和弹簧均产生了的拉力
【答案】D
【详解】A.弹簧对手的拉力是由于弹簧发生形变要恢复原状而产生的力,施力物体是弹簧,故A错误;
B.弹簧对手的拉力作用在手上,使手发生形变,故B错误;
C.小桶所受到拉力的施力物体为与弹簧连接的细线,故C错误;
D.绳子形变时,由于要恢复原状,两端均要回缩,对小桶和弹簧均产生了的拉力,故D正确。
故选D。
【变式2-2】(2022·山东菏泽·三模)小美穿着旱冰鞋推墙,如图所示,发现墙不动,但小美却倒退了,下列说法正确的是( )
A.墙对小美的力大于小美推墙的力
B.使小美倒退的力的作用点在墙面上
C.使小美倒退的力的施力物体是小美本人
D.使小美倒退的力是由于墙面发生弹性形变产生的
【答案】D
【详解】A.物体间力的作用是相互的,相互作用的力大小相等,墙对小美的力等于小美推墙的力,故A错误;
B.使小美倒退的力的作用点在小美身上,故B错误;
C.使小美倒退的力的施力物体是墙面,故C错误;
D.弹力由施力物体形变产生,使小美倒退的力是由于墙面发生弹性形变产生的,故D正确。
故选D。
【变式2-3】(23-24八年级下·河南洛阳·期中)如图为运动员跳水的情景,跳板被压弯说明力可以改变物体的 ,其中跳板受到压力的施力物体是 ,同时运动员受到支持力,跳板对运动员的支持力是由于 发生形变产生的.
【答案】 形状 运动员 跳板
【详解】[1]运动员对跳板施加力,跳板被压弯,形状发生变化,说明力可以改变物体的形状。
[2]运动员与跳板相互作用,跳板所受的压力的施力物体是运动员,运动员所受到的支持力的施力物体是跳板。
[3]物体由于弹性形变而产生的力是弹力,推力、拉力、压力、支持力是常见的弹力,跳板对运动员的支持力是弹力,是由于跳板发生形变产生的。
【变式2-4】(23-24八年级下·山东菏泽·期末)运动员在短道速滑起跑时,用冰刀向后蹬冰面,冰刀所受力的施力物体是 ,运动员加速起跑说明力可以改变物体的 。
【答案】 冰面 运动状态
【详解】[1]物体间力的作用是相互的,用冰刀向后蹬冰面时,冰刀对冰面施加了作用力,同时,冰面也对冰刀施加了作用力,冰刀所受力的施力物体是冰面。
[2]运动员受到冰面对他的作用力,运动员加速起跑说明他的运动状态发生了改变,所以,运动员加速起跑说明力可以改变物体的运动状态。
考点:弹力 弹簧测力计
1.弹力
(1)弹性:物体受外力后发生形变,撤去外力又恢复原来的形状。
(2)弹力:物体由于发生弹性形变而产生的力。
(3)大小:跟物体的弹性强弱和形变量有关。
注意:有些形变非常微小,肉眼是看不见的。如:压桌子时,桌子发生的形变等。
2.弹簧测力计
(1)原理:在弹簧的弹性限度内,弹簧受到的拉力越大,弹簧的伸长就越长。
(2)使用:测量前指针要归零,看清弹簧测力计的量程和分度值,测量力时,被测力的大小应在测量范围之内;测量过程中,要使弹簧测力计的弹簧伸长的方向和所测的力的方向在同一直线上。
【三、弹力的概念和常见的弹力】
【典例】(24-25八年级上·北京通州·期中)物理中,经常把微小的物体或现象通过某种方法进行放大,以利于观察。下图是一种观察某种钢条受压力发生微小形变的装置。P为待测钢条,A为激光笔,B为平面镜(贴在待测钢条上偏左的位置)、C也是平面镜,D是接收光斑的光屏。未放重物时,激光束照射在平面镜B上,并在B和C上发生连续反射,在屏上的光斑为点E。当把重物M放在钢条P上时,观察光斑的位置。下列现象中符合事实,且能作为判断钢条P发生形变的证据是( )
A.E向D的左端移动,B上的入射角变大
B.E向D的右端移动,B上的入射角变大
C.E向D的左端移动,B上的入射角变小
D.E向D的右端移动,B上的入射角变小
【答案】B
【详解】P桌面上放重物M后台面发生倾斜,平面镜B也发生倾斜,B的右侧下降,使得法线向右偏转,所以平面镜B上的入射角变大,根据镜面反射的特点知,反射的光线偏向右方,即光斑向D的右侧移动。故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
【变式3-1】(23-24八年级下·四川德阳·阶段练习)如图所示,一个铁块放在一块薄木板上,关于铁块和木板受力情况的叙述正确的是( )
A.铁块受到向上的弹力是因为铁块发生了弹性形变
B.木板受到向下的弹力是因为木板发生了弹性形变
C.铁块受到向上的弹力是因为木板发生了弹性形变
D.木板受到向上的弹力是因为铁块发生了弹性形变
【答案】C
【详解】物体由于发生弹性形变而产生的力叫弹力。
AC.铁块受到向上的弹力即木板对铁块的支持 力,是因为木板发生了弹性形变产生的,故A错误,C正确;
BD.木板受到向下的弹力即铁块对木板的压力, 是因为铁块发生了弹性形变产生的,故BD错误。
故选C。
【变式3-2】(23-24八年级下·江苏苏州·期末)用手压弹簧,以下表示弹簧形变而产生的弹力示意图正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
【详解】使弹簧形变的施力物体是人手,即手对弹簧的压力,弹簧形变产生的力是弹簧对手的作用力,受力物体是手, 故ACD错误,B正确。
故选B。
【变式3-3】(23-24八年级下·江苏无锡·阶段练习)如图所示,手压气球,气球发生形变,气球由于形变而产生的力是( )
A.手对气球的压力 B.桌面对气球的支持力
C.气球受到的重力 D.气球对桌面的压力
【答案】D
【详解】气球受到手的压力,向下凹陷,在恢复原状的过程中对接触的桌面产生弹力,其效果表现出来就是对桌面的压力,故D符合题意,ABC不符合题意。
故选D。
【变式3-4】(23-24八年级下·湖北随州·期末)物体由于发生 而产生的力叫做弹力,桌面受到水杯的压力,这个压力是 (选填“桌面”或“水杯”)形变而产生的;如图所示弹簧测力计示数为 N。
【答案】 弹性形变 水杯 2.2
【详解】[1]弹力是指发生弹性形变的物体,由于要恢复原状而对接触它的物体产生的力。
[2]桌面受到水杯的压力,是水杯发生弹性形变产生的。
[3]由图知道,弹簧测力计分度值为0.1N,示数为2.2N。
【四、弹簧拉伸与压缩时弹力的方向】
【典例】(23-24八年级下·湖南郴州·期中)小明观察发现,弹簧测力计的刻度是均匀的,由此他猜想弹簧的伸长量与它受到的拉力成正比。为了验证猜想,小明决定进行实验。
(1)要完成实验,除了需要如图所示的一根两头带钩的弹簧、若干相同的钩码、铁架台以外,还需要的测量仪器是 ;进行实验后小明记录数据如下表,表中数据明显错误的是第 次实验;
实验次数
1
2
3
4
5
6
7
拉力(钩码)
0
1
2
3
4
5
6
弹簧伸长量
0
0.40
0.80
1.70
1.60
2.00
2.40
(2)去除错误的一组数据,从表格数据中可验证小明的猜想是 的(填“正确”或“错误”);
(3)学校物理兴趣小组的同学们准备自己动手制作弹簧测力计。他们选了甲、乙两根规格不同的弹簧进行测试,绘制出如图2所示图像,图像中只有OA段和OB段是弹性形变。若他们要制作量程较大的弹簧测力计,应选用弹簧 (选填“甲”或“乙”);量程为 ,若要制作精确度较高的弹簧测力计,应选用弹簧 (选填“甲”或“乙”)。
【答案】 刻度尺 4 正确 乙 0~8 甲
【详解】(1)[1]实验为了探究弹簧伸长量与拉力的关系,除了需要两头带钩的弹簧、若干相同的钩码、铁架台以外,还需要刻度尺测量弹簧的长度以计算不同拉力下的伸长量。
[2]除了第4次实验外,其他各组实验可以证明,每增加1N的拉力,弹簧的伸长量就增加0.40cm,所以第四次数据是错的。
(2)[3]根据表中数据可知,每增加1N的拉力,弹簧的伸长量就增加0.40cm,故弹簧的伸长量与受到的拉力成正比,他的猜想是正确的。
(3)[4][5]根据图2可知,甲受到的拉力超过4N后,其所受拉力大小与伸长量不成正比,故其量程为0~4N;,乙受到的拉力超过8N后,其所受拉力大小与伸长量不成正比,故其量程为0~8N。因此,乙弹簧测力计的量程更大。
[6]甲弹簧测力计受到1N拉力后弹簧伸长量为
乙弹簧测力计受到1N拉力后弹簧伸长量为
故甲弹簧测力计的精确度较高。
【变式4-1】(21-22八年级下·江苏无锡·阶段练习)麦弗逊式悬架(如图甲)是车身与车轮之间的传力部件,由螺旋弹簧和减振器有机组合,悬架工作时车身先压缩弹簧一段距离,之后将弹簧和减振器一起压缩,减缓行驶过程中车辆的振动。用两根轻弹簧可以模拟该悬架(如图乙),在一根大弹簧内套有一根小弹簧,它们的下端都固定在水平面上,压缩该弹簧组合,测得压力F与压缩距离∆l2之间的关系图线如图丙所示,已知弹簧中的弹力与被压缩的距离成正比,则当两弹簧均处于自由状态时,它们上端点间的距离为x= m,小弹簧中的弹力F2与被压缩量∆l2之间的定量关系式可表示为F2= 。
【答案】 0.2 20N/m×∆l2
【详解】[1]从图丙和图丁可知:在0~0.2m范围内只有大弹簧产生弹力,在0.2~0.3m范围内,弹力是这两个弹簧产生弹力的合力,则当两弹簧均处于自由状态时,它们上端点间的距离为
x=0.2m
[2]由图丁图象可知:F=k∆l,则大弹簧的劲度系数
两弹簧同时被压缩时,总劲度系数为
则小弹簧的劲度系数为
k2=k-k1=30N/m-10N/m=20N/m
所以小弹簧中的弹力F2与被压缩量Δl2之间的定量关系式可表示为
F2= 20N/m×Δl2
【变式4-2】(23-24八年级下·江苏南京·期中)某实验小组的同学对A、B两根原长都为20cm,粗细不同的橡皮筋进行研究,并做成橡皮筋测力计,记录橡皮筋受到的拉力大小F和橡皮筋的伸长量∆x,根据多组测量数据做出的图线如图所示。
(1)由图像得出结论,橡皮筋测力计制作原理: 若要制作一个精确度较高的测力计,应选橡皮筋 (“A”或“B”);
(2)将本实验中相同的两根B橡皮筋并联起来代替弹簧制作测力计,能够测量拉力的最大值为 N。
(3)将本实验中A与B两根橡皮筋并联起来替代弹簧制作测力计,能够测量拉力的最大值为 N。
【答案】(1) 在弹性限度内,橡皮筋伸长量与拉力大小成正比 A
(2)30
(3)22.5
【详解】(1)[1][2]根据图像我们可以得出结论:在弹性限度内,橡皮筋伸长量与拉力大小成正比,也就是橡皮筋测力计制作原理。由图可知,在测量范围内,如F=5N时,用橡皮筋A制成的测力计伸长10cm,而用橡皮筋B制成的测力计伸长5cm,所以,用橡皮筋A制成的测力测量的精确程度高。
(2)将本实验中两根相同的B橡皮筋并联起来代替弹簧测力计使用时,由图可知,每根B橡皮筋的所承受的最大拉力为15N,根据二力合成可得两根相同的A橡皮筋并联受到的最大拉力为
(3)将与本实验中A与B两根橡皮筋并联起来代替弹簧测力计使用时,两根橡皮筋伸长的长度相等,由图可知,在拉力作用下B先达到最大伸长量15cm,A橡皮筋的伸长量也为15cm;当伸长量为15cm时,橡皮筋B上的力为15N,因为橡皮筋的伸长与受到的拉力成正比,所以橡皮筋A上的力为
根据二力合成可得受到的最大拉力为
15N+7.5N=22.5N
【变式4-3】(23-24八年级下·云南昭通·期中)如图所示,用一把刻度尺和一支弹簧测力计探究弹性细绳的伸长量与其所受拉力的定量关系。图甲中A、B分别为处于原长的一根弹性细绳的左右两端,R1和R2是固定在细绳上的两个标识。现将A端固定,用弹簧测力计将B端沿细绳所在直线向右拉,R1、R2和B三点位置及弹簧测力计的读数如图乙、丙、丁所示,已知细绳始终处于弹性限度内。
(1)据图甲可知弹性细绳原长为 cm;图乙中测力计读数为 N;
(2)分析实验数据可知,在弹性限度内,细绳伸长量与所受拉力 (选填“成正比”或“不成正比”);
(3)当标识R2刚好位于刻度尺上7.00cm位置时,R1位予刻度尺上 cm位置。
【答案】 3.00 1.6 成正比 3.50
【详解】(1)[1][2]由图可知,刻度尺的分度值为1mm,由甲图可知,弹性细绳原长为3.00cm;由图可知,弹簧测力计的分度值0.2N,由乙图可知,测力计的读数为1.6N。
(2)[3]图乙中,弹性细绳长度为6.00cm,伸长了3.00cm,测力计的示数为1.6N, 图丙中,弹性细绳长度为9.00cm,伸长了6.00cm,测力计的示数为3.2N, 图丁中,弹性细绳长度为12.00cm,伸长了9.00cm,测力计的示数为4.8N, 由以上实验数据可知,在弹性限度内,弹性细绳是均匀伸长的,且伸长量与所受拉力成正比。
(3)[4]由图甲可知,R2位于3.00cm时,R1位于1.00cm; 由图乙可知,R2位于4.00cm时,R1位于2.00cm; 由图丙可知,R2位于6.00cm时,R1位于3.00cm; 由图丁可知,R2位于8.00cm时,R1位于4.00cm; 综上可知,R1的长度是R2长度的一半,则当标识R2刚好位于刻度尺上7.00cm位置时,R1位于刻度尺上3.50cm位置。
【变式4-4】(22-23八年级下·江苏镇江·期末)某兴趣小组用如图1装置探究弹簧(橡皮筋)的伸长量与拉力的关系,已知两根橡皮筋长度和材料相同,粗细不同;
(1)实验时,在弹簧和橡皮筋下方挂上不同质量的钩码,用刻度尺测出弹簧和橡皮筋的伸长量,并绘制拉力(F)与伸长量(Δl)的图像(如图2),其中图线Ⅱ为弹簧的图线;由图可知:拉力越大,弹簧(或橡皮筋)的伸长量 ;在弹性范围内,弹簧的伸长量与拉力成 ;粗橡皮筋的实验图像是图2中的 图线(选填“Ⅰ”或“Ⅲ”);
(2)若用实验中的弹簧制作弹簧测力计,为了保证刻度分布均匀,则该测力计的最大测量值是 N;
(3)如图3,小明用图线Ⅰ所对应的橡皮筋制作测力计,步骤如下:
①不挂钩码时,在回形针上端位置标上“0”刻度线;
②挂上重5N的钩码,在回形针上端位置标上“5”刻度线;
③用刻度尺测出0~5N刻度线之间的距离,等分标出其它刻度线;
若用此测力计进行测量,除“5N”外,其它测量值将 (选填“偏大”、“偏小”或“都有可能”);若测量值为2N,则准确值为 N。
【答案】 越长 正比 Ⅰ 4 偏小 3
【详解】(1)[1]图线Ⅱ为弹簧的图线;由图可知:拉力越大,弹簧(或橡皮筋)的伸长量越长。
[2]由图2可知,在弹性范围内,弹簧的伸长量与拉力成正比。
[3]粗橡皮筋的实验图像是图2中的Ⅰ图线,因为橡皮筋伸长相同的长度,Ⅰ比Ⅲ产生的拉力更大。
(2)[4]用实验中的弹簧制作弹簧测力计,为了保证刻度分布均匀,根据图线可知:则该测力计的最大测量值是4N。
(3)[5]根据图线,若用此测力计进行测量,除“5N”外,其它测量值将偏小。
[6]若测量值为2N,根据图线知道:在弹性限度内,橡皮筋的拉力为1.5N时,伸长的长度为1cm;则准确值为3N。
【五、弹簧测力计的量程和读数】
【典例】(23-24八年级下·陕西榆林·期中)如图所示,把两个质量均为的钩码挂在弹簧测力计挂钩上,整个装置处于静止状态。下列说法错误的是( )
A.使用弹簧测力计时,所测的力不能超过测力计的量程
B.测钩码的重力前,需要把弹簧测力计在竖直方向调零
C.使用中弹簧、指针、挂钩不能与外壳摩擦
D.该弹簧测力计的分度值为,两个钩码的总重力为
【答案】D
【详解】A.使用弹簧测力计时,所测的力不能超过测力计的量程,若超过量程可能会将弹簧拉坏,无法恢复原状,故A正确,不符合题意;
B.测量钩码重力时需要沿竖直方向使用弹簧测力计,所以,测钩码的重力前,需要把弹簧测力计在竖直方向调零,使指针指到零刻度线处,故B正确,不符合题意;
C.使用中弹簧、指针、挂钩不能与外壳摩擦,否则可能影响弹簧的伸缩,使测量结果不准确,故C正确,不符合题意;
D.该弹簧测力计的一大格表示1N,一大格分为5小格,一小格表示0.2N,分度值为,两个钩码的总重力为,故D错误,符合题意。
故选D。
【变式5-1】(23-24八年级下·四川绵阳·期中)在实验时,小明将一个铁质外壳的弹簧测力计的挂钩挂在铁架台上,静止时示数如图所示。接着,他在吊环上挂一个物体,物体对吊环的拉力为1N,则测力计的示数是( )
A.2N B.1N C.0N D.3N
【答案】A
【详解】由图知,弹簧测力计的示数为1N,则弹簧测力计铁质外壳的重力为1N;物体对吊环的拉力为1N,则弹簧测力计受到向下的拉力为
所以,测力计的示数分别是2N。故A符合题意,BCD不符合题意。
故选A。
【变式5-2】(23-24八年级下·江苏扬州·期末)如图所示,弹簧测力计是测量 的仪器,使用前应沿 方向调零,此时它示数为 。
【答案】 力 水平 3.4N
【详解】[1]由图可知,该测量工具是弹簧测力计,可以测量力的大小。
[2]使用弹簧测力计前要根据所测力的方向进行调零,由于拉力是沿水平方向的,所以使用前应沿水平方向调零。
[3]由图可知,弹簧测力计的分度值为0.2N,示数为3.4N。
【变式5-3】(2025八年级·全国·专题练习)如图,甲、乙两种握持方式中,正确的是 ,图甲弹簧测力计的示数为 N。不正确的握持方式违背了弹簧测力计使用时“必须使测力计弹簧的 与所测量的力的方向一致”的规则。
【答案】 甲 2.4 轴线
【详解】[1][3]测量时要使测力计内的弹簧轴线方向跟所测力的方向一致;图中,乙对钩码的拉力与弹簧测力计的弹簧伸长方向不一致,会导致测量结果出现偏差,所以甲方法正确。
[2]由图知道,弹簧测力计1N之间有5个小格,一个小格代表0.2N,即分度值是0.2N,弹簧测力计的指针在2N下第二小格处,示数为2.4N。
【变式5-4】(23-24八年级下·山东青岛·期中)如图所示,实验室的弹簧测力计量程太小,小亮自制大量程弹簧测力计。弹簧的自由端B在未悬挂重物时,正对着刻度5,挂上100N重物时,正对刻度30。
(1)当弹簧挂40N重物时,自由端B所对刻度应是 ;
(2)若将刻度改为对应的力的数值,则刻度23应改为 N。
【答案】(1)15
(2)72
【详解】(1)弹簧的自由端B在未悬挂重物时,正对着刻度5,挂上100N重物时,正对刻度30,因为在弹性限度内,弹簧的伸长与拉力成正比,可知相邻两刻度(如刻度1和刻度2)之间的差值为
当弹簧挂40N重物时,自由端B所对刻度应是
(2)若将刻度改为对应的力的数值,则刻度23应改为
F=(23-5)×4N=72N
【六、弹力的计算】
【典例】(23-24九年级下·湖北襄阳·自主招生)如图所示,一根轻质弹簧竖直放在桌面上,下端固定,上端放一重物m,稳定后弹簧长为L;现将弹簧截成等长的两段,将重物分成两块,如图所示连接后,稳定时两段弹簧的总长为L′,则( )
A.L′=L B.L′>L C.L′<L D.因不知弹簧原长,故无法确定
【答案】B
【详解】弹簧的伸长量Δx与受到的拉力F(在此处为重力mg)成正比,即F=kΔx,其中k是弹簧的劲度系数。因此,原始弹簧的改变量为。设弹簧原来长度为l0,则上端放一重物m,稳定后弹簧长为
将弹簧截成等长的两段,将重物分成两块(每块重),并按图所示连接。由于弹簧被截成两段,每段弹簧的劲度系数会变为原来的两倍,即为2k。此时,每段弹簧受到的压力为。上段弹簧的收缩量为
下段弹簧的收缩量
稳定时两段弹簧的总长为
比较可得:L′>L,故B符合题意,ACD不符合题意。
故选B。
【变式6-1】(23-24八年级下·安徽淮南·阶段练习)在探究弹簧测力计的原理活动时,用2N的力拉弹簧,弹簧的长度为16cm;在弹簧的弹性限度范围内,用10N的力拉弹簧,弹簧的长度为20cm。用此弹簧制作弹簧测力计时,拉力每增大1N,弹簧将伸长( )
A.8cm B.2cm C.1cm D.0.5cm
【答案】D
【详解】用2N的力拉弹簧,弹簧的长度为16cm;在弹簧的弹性限度范围内,用10N的力拉弹簧,弹簧的长度为20cm。则拉力增大了
弹簧伸长了
拉力每增大1N,弹簧的伸长量为
故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
【变式6-2】(23-24八年级下·江苏无锡·期中)当弹簧不受拉力作用时,我们称其长度为原长L0,在弹簧的弹性限度内,弹簧受到的力F和弹簧的形变量∆x(∆x=L-L0)成正比,即,,k叫做弹簧的劲度系数,你根据图像判断下列说法中不正确的是( )
A.弹簧的原长L0是10cm
B.弹簧的劲度系数是40N/m
C.当受到的力F为1N时,弹簧一定是伸长了2.5cm
D.在弹性限度内,弹簧伸长了10cm时,受到的力F为4N
【答案】C
【详解】A.从图像中可以看出,当弹簧不受力(即F=0)时,弹簧的长度为10cm,这就是弹簧的原长L0。故A正确,不符合题意;
B.要求弹簧的劲度系数k,我们需要找到图像上的一点,利用胡克定律F=kΔx来求解。当弹簧受到的力F=2N时,形变量
代入胡克定律得
故B正确,不符合题意;
C.当受到的力F为1N时,利用胡克定律求解形变量∆x
当弹簧受力为lN时,弹簧可能伸长2.5cm,也可能缩短2.5cm,故C错误,符合题意;
D.在弹性限度内,当弹簧伸长了10cm时,即形变量Δx=0.1m,利用胡克定律求解受到的力
故D正确,不符合题意。
故选C。
【变式6-3】(23-24八年级下·山东聊城·期中)如图为一轻质弹簧的长度L和弹力F大小关系的图像,由图像可知:弹簧的原长为 cm;弹簧的伸长量为4cm时,弹力的大小为 N。
【答案】 10 8
【详解】[1]弹簧的弹力大小和弹簧形变量有关,当为原长时,没有发生形变时,弹力为0N,图中可以看到弹簧长度是10cm。
[2]弹簧受到的弹力和伸长量成正比,由图可知,弹簧伸长5cm,弹力变化为10N,故弹簧每伸长1cm,弹力变化为2N,弹簧的伸长量为4cm时,受到的弹力为
ΔL=2N/cm×4cm=8N
【变式6-4】(23-24八年级下·广东深圳·期中)阅读短文,回答问题.
胡克定律
弹力的大小和形变的大小有关系,形变越大,弹力也越大,形变消失,弹力就随着消失。对于拉伸(或压缩)形变来说,伸长(或缩短)的长度越大,产生的弹力就越大。物体发生弯曲时产生的形变叫做弯曲形变。对于弯曲形变来说,弯曲得越厉害,产生的弹力就越大。例如,把弓拉得越满,箭就射得越远;把物体放在支持物上,物体越重,支持物弯曲得越厉害,支持力就越大。
在金属丝的下面挂一个横杆,用力扭这个横杆,金属丝就发生形变,这种形变叫扭转形变.放开手,发生扭转形变的金属丝产生的弹力会把横杆扭回来.金属丝扭转角度越大,弹力就越大。
定量的研究各种形变中弹力和形变的关系比较复杂,我们经常遇到的是弹簧的拉伸(或压缩)形变.实验表明:弹簧弹力的大小F和弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比.写成公式就是,其中k是比例常数,叫做弹簧的劲度系数,在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力.劲度系数跟弹簧的长度、材料、粗细等都有关系。弹簧丝粗的硬弹簧比弹簧丝细的软弹簧劲度系数大.对于直杆和线的拉伸(或压缩)形变,也有上述比例关系。这个规律是英国科学家胡克发现的,叫做胡克定律。
胡克定律有它的适用范围.物体形变过大,超出一定的限度,上述比例关系不再适用,这时即使撤去外力,物体也不能完全恢复原状。这个限度叫做弹性限度。胡克定律在弹性限度内适用。弹性限度内的形变叫做弹性形变。
(1)常用的弹簧测力计测物体重力时,弹簧的形变主要是 形变;
(2)弹簧的 在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力,它与受力大小 (选填“有关”或“无关”),它的单位是 (选填“”、“”或“N·m”);
(3)某同学在探究弹簧的特点时,得出了弹簧受到的拉力与弹簧的长度的关系如图,则这根弹簧的原长是 cm;弹簧在受到6N的拉力时,弹簧比原来伸长了 cm;用此弹簧制作的弹簧测力计的测量范围是 N。
【答案】(1)弹性
(2) 劲度系数 无关 N/m
(3) 2 6
【详解】(1)簧测力计的原理是在弹性限度内弹簧的伸长与拉力成正比,遵从胡克定律,当用弹簧测力计测物体重力时,物体越重,把弹簧拉得越长,弹簧的拉力也越大,所以弹簧的形变主要拉伸形变,即弹性形变。
(2)[1][2]由题意可知,弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力,劲度系数跟弹簧的长度、材料、粗细等都有关系,与受力大小无关。
[3]根据可得,,因为F的单位是N,x的单位是m,所以k的单位是N/m。
(3)[1][2][3]从图中可以看出,当拉力为0时,弹簧的长度是2cm,所以原长是2cm;当拉力为6N时,弹簧的长度是8cm,所以比原来伸长了6cm;从图中可以看出,弹簧的最大拉力是106N,所以测量范围是0~6 N。
【变式6-5】(23-24八年级下·江苏徐州·期中)利用一根长橡皮筋自制简易测力计,装置如图1所示,在制作测力计刻度面板时,小明和小华的方法不同。小明:在回形针上挂6个50g的钩码,记下指针静止时的位置,等分刻度,画出的刻度线如图2所示。小华:在回形针上每次加挂一个50g的钩码,分别记下指针静止时的位置,画出相应的刻度线如图3所示。
(1)一个50g的钩码对橡皮筋的拉力大约是 N;
(2)实际操作后发现两人的刻线并不完全重合,你认为图 的刻度较准确;
(3)若采用小明的测力计测力,读数为,则测量值 真实值;
(4)小华将钩码逐个取下,测量每次指针到零刻线的距离L,画出拉力逐渐减小过程的图像,如图4中图线②所示,与拉力逐渐增大过程的图线①不重合。若用此测力计连续不间断测量两个大小不等的拉力(小于),为使测量准确,请针对此橡皮筋的特性提出操作要求: 。
【答案】(1)0.5
(2)3
(3)小于
(4)先测量较小的力,紧接着测较大的力
【详解】(1)根据小华的实际操作方法可知,当回形针挂一个50g的钩码时,刻度面板上对应的刻度值为0.5N,所以,一个50g的钩码对橡皮筋的拉力大约是0.5N。
(2)由小华的方法可知,受到拉力时,橡皮筋的实际伸长量与受到的拉力不成正比,则刻度不均匀,所以,一次挂6个50g的钩码后,记下指针位置再等分刻度,误差较大,故图3的刻度较准确。
(3)若采用小明的测力计测力,读数为2.0N,由于橡皮筋受到的拉力越大,橡皮筋形变程度越大,则真实值要大于2.0N,故测量值小于真实值。
(4)由图4可知,小华将钩码逐个取下,发现图线②与图线①不完全重合,说明拉力减小时,橡皮筋不能完全回复到原来的形状。若用此测力计连续不间断测量两个大小不等的拉力(小于3N),为使测量准确,应先测量较小的力,紧接着测较大的力。
【变式6-6】(23-24九年级下·湖北襄阳·自主招生)如图所示,质量为m的物体A放在地面上的竖直轻弹簧B上,且弹簧B分别与地面和物体A相连接,现用细绳跨过定滑轮将物体A与另一轻弹簧C连接,当弹簧C处在水平位置且右端位于a点时它没有发生形变,已知弹簧B和弹簧C的劲度系数分别为k1和k2,不计定滑轮、细绳的质量和摩擦,将弹簧C的右端由a点沿水平方向拉到b点时,弹簧B的弹力的大小变为原来的,求:
(1)弹簧C在a点时,弹簧B的压缩量x1;
(2)a、b两点间的距离L。
【答案】(1)
(2)见解析
【详解】(1)解:(1)当弹簧C在a点时,弹簧B的压缩量为
(2)(2)第一种情形:拉伸弹簧C后,若弹簧B是压缩,B的压缩量为
此时,弹簧C的拉力为,则C的伸长量为
故此时a、b间距为
第二种情形:拉伸弹簧C后,弹簧B是伸长的,伸长量为
此时,弹簧C的拉力为
C的伸长量为
故此时a、b间距为
答:(1)弹簧C在a点时,弹簧B的压缩量是;
(2)a、b两点间的距离L为或。
考点:重力
1.定义:地面附近的物体,由于地球的吸引而使物体受到的力。地球上及附近的所有物体,都受重力的作用,重力的施力物体是地球。
2.大小:物体所受到的重力与它的质量成正比。
3.计算公式:G=mg, g=9.8N/kg(粗略计算时一般取g=10 N/kg)。g的意义是在地球附近,质量为1kg的物体,所受到的重力大小为9.8N。
4.方向:竖直向下。
5.重心:重力的作用点。质量分布均匀、形状规则的物体的重心就在它的几何中心上;不规则的薄板形的物体的重心,可以采用悬挂法来确定。
【七、科普阅读题(重力相关)】
【典例】(24-25九年级上·广东江门·开学考试)阅读短文,回答问题:
漫话失重
平时我们能感觉到自己有多重,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,所以此人将会体验到类似太空中才有的失重感。失重是指物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) 小于物体所受重力时出现的现象。失重有时也泛指零重力和微重力环境。失重现象主要发生在轨道上、太空中或其他一些不正常的情况下。经常有人认为失重是不受重力,这是错误的,失重环境中,物体的重力仍然存在。失重,是指物体失去或部分失去了重力的作用,当物体处于完全失重状态时物体除了自身重力外,不会受到任何外界重力场影响。如图是我国宇航员在太空舱中做微重力实验的情景。
所谓重力,是物体所受地球的引力的一个分力(大小几乎等于引力)。引力的大小与质量成正比,与距离的平方成反比。就质量一定的天体来说,物体离它越远,所受它的引力越小,即重力越小,在足够远的距离上,它的引力可以忽略不计。但宇宙中不只一个天体,众多天体的引力会形成一个引力场。因此,太空不会是完全失重环境。绕地球飞行的载人飞船,离地面一般只有几百千米,那里的太空当然不会是零重力环境。失重不是重力消失或大幅度减小的结果(事实上,在100km高度上,地球重力仅仅比地球表面减少大约 3%)。
失重状态下物体受到很小的力就能飘浮起来。长期失重会使人产生失重生理效应。失重对航天器上与流体流动有关的设备有很大影响。
利用航天失重条件能进行某些在地面上难以实现或不可能实现的科学研究和材料加工,例如生长高纯度大单晶,制造超纯度金属和超导合金以及制取特殊生物药品等。
(1)失重是指物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) (填“大于” “小于”或“等于”) 物体所受重力时出现的现象。当物体在失重时,物体的质量是否减小? ,一个质量为75kg的航天员在距离地面 100km的高度所受的重力为 N; (g 取10N/ kg)
(2)在太空中完全失重下,下列实验不能完成的是___________;
A.用停表测时间 B.探究平面镜成像的实验
C.用弹簧测力计测重力 D.用刻度尺测书本的长度
(3)在地球表面重力常数g平均值是9.8N/ kg, 其物理含义是 。
【答案】(1) 小于 不 727.5
(2)C
(3)质量为1kg的物体受到的重力是9.8N
【详解】(1)[1]由材料信息得,失重是指物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力时出现的现象。
[2]质量是物体本身的一种属性,它不会随物体的形状、状态、位置的改变而改变,所以当物体在失重时,物体的质量并不减小。
[2] 一个质量为75kg的航天员在距离地面100km的高度所受的重力
(2)A.用停表测时间,是依靠电子的振荡来计时,时间与重力无关,在天空中可以用停表测时间,故A不符合题意;
B.探究平面镜成像的实验,是依靠光的反射来成像,与重力无关,可以在太空中完成,故B不符合题意;
C.在太空中完全失重下,物体失去了重力的作用,无法用弹簧测力计测重力,故C符合题意;
D.用刻度尺测书本的长度,是依靠刻度尺的刻度来测量长度,与重力无关,故D不符合题意。
故选C。
(3)在地球表面重力常数g平均值是9.8N/kg,其物理含义是:质量为1kg的物体受到的重力是9.8N。
【变式7-1】(2024·黑龙江哈尔滨·一模)阅读短文,回答问题。
失重
失重是指物体对支持物的压力小于物体所受重力的现象。失重有时也泛指零重力和微重力环境,失重现象主要发生在轨道上或太空内等情况下。如图所示的宇航员在太空中处于失重状态。
经常有人认为失重是不受重力,这是错误的,失重环境中物体的重力仍然存在。研究表明,物体在距离地面的高度处所受的重力仅仅比在地球表面所受重力减小约。我们生活在地球上,一举一动都受到重力的影响,人们也早已习以为常了。一旦失去了重力,我们的生活会变成什么样子呢?这是一个很有趣的问题。
(1)关于图中处于失重状态下的宇航员,下列说法不正确的是 (只填序号);
①因为宇航员处于失重状态,所以他不受重力
②太空中处于失重状态的宇航员,其质量大小与在地面上相同
③宇航员周围是黑暗的,是因为外层空间缺少灰尘来反射光
(2)质量为的航天员在距离地面的高度处所受的重力约为 N;(g取)
(3)如果没有重力,我们的生活会变成什么样子呢?请列举一例。
【答案】(1)①
(2)679
(3)人可以飘浮在空中,杯中的水倒不进嘴里
【详解】(1)①失重状态指的是物体对支持物体的压力小于物体所受重力,不是物体不受重力。故①错误,符合题意;
②物体的质量与地理位置无关,太空中处于失重状态的宇航员,其质量大小与在地面上相同,故②正确,不符合题意;
③宇航员周围是黑暗的,是因为外层空间缺少灰尘来反射光,进入眼睛的光线很少,故③正确,不符合题意。
故选①。
(2)质量为的航天员在距离地面的高度处所受的重力约为
(3)如果没有重力,人在浮力作用下,会飘浮在空中;力会改变物体的运动状态,如果没有重力,杯中的水倒不进嘴里。
【变式7-2】(23-24八年级下·江苏盐城·期中)阅读短文,回答问题:
微重力
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。
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,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,就算是在距离地面的高度也没有降多少,大约为,而在的高度为。也就是说,一个物体在地面重,到了高度,依然受到的重力。中国空间站“天和核心舱”离地球的距离约,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。(g取)
(1)失重状态下的人造地球卫星 (受到/不受)重力,人造卫星的质量与在地面上时相比 (变大/变小/不变);
(2)在完全失重的空间实验室里,下列实验不能完成的是 ;
A.用秒表测时间
B.用水球做透镜成像实验
C.用弹簧测力计测重力
D.用刻度尺测书本长度
(3)一个在地面上的人,在距离地面的高度所受的重力为 N;
(4)在如图所示的四个图像中,关于同一物体在地面附近(实线)和“天和核心舱”中(虚线)关系正确的是 。
【答案】 受到 不变 C 450 B
【详解】(1)[1]由材料可知,失重环境中物体的重力却仍然存在,即使是离地球几百千米的人造地球卫星也受到重力。
[2]人造地球卫星从地球发送到太空中只是位置变了,所含物质的多少没有改变,所以其质量不变。
(2)[3]秒表测时间时,利用的是弹性势能或电能,没有涉及到重力问题,故A不符合题意;探究平面镜成像实验中平面镜改变光路跟物体的重力没有关系,实验可照常进行不受影响,故B不符合题意;弹簧测力计工作原理是根据弹簧的伸长与受到的拉力成正比,拉力能使弹簧伸长,能用弹簧测力计测量拉力,但物体在失重状态下,物体将不能对弹簧测力计产生拉力作用,所以在失重状态下,不能用弹簧测力计测量重力,故C符合题意;用刻度尺测量物体的长度,没有涉及到重力问题,在失重状态下能用刻度尺测长度,故D不符合题意。故选C。
(3)[4]一个在地面上的人,重力
一个物体在地面重,到了高度,依然受到的重力,则一个在地面上的人,在距离地面的高度所受的重力
在距离地面的高度所受的重力为450N。
(4)[4]同一物体在地面附近(实线)和“天和核心舱”中(虚线)所受重力与质量成正比,相同质量的物体,在地面受到的重力大于在“天和核心舱”中所受重力,故A错误,B正确。关于同一物体密度不变时,质量和体积成正比,且在地面附近(实线)和“天和核心舱”中(虚线)的图像应重合,故CD错误。故选B。
【变式7-3】(23-24八年级下·辽宁葫芦岛·阶段练习)漫话失重
平时我们能感觉到自己有多重,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,所以此人将会体验到类似太空中才有的失重感。失重是指物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力时出现的现象。失重有时也泛指零重力和微重力环境。
失重现象主要发生在轨道上、太空中或其他一些不正常的情况下。经常有人认为失重是不受重力,这是错误的,失重环境中,物体的重力仍然存在。失重,是指物体失去或部分失去了重力的作用,当物体处于完全失重状态时物体除了自身重力外,不会受到任何外界重力场影响。如图是我国宇航员在太空舱中做微重力实验的情景。
所谓重力,是物体所受地球的引力的一个分力(大小几乎等于引力)。引力的大小与质量成正比,与距离的平方成反比。就质量一定的天体来说,物体离它越远,所受它的引力越小,即重力越小,在足够远的距离上,它的引力可以忽略不计。
但宇宙中不只一个天体,众多天体的引力会形成一个引力场。因此,太空不会是完全失重环境。绕地球飞行的载人飞船,离地面一般只有几百千米,那里的太空当然不会是零重力环境。失重不是重力消失或大幅度减小的结果(事实上,在 100km高度上,地球重力仅仅比地球表面减少大约3%)。
失重状态下物体受到很小的力就能飘浮起来。长期失重会使人产生失重生理效应。失重对航天器上与流体流动有关的设备有很大影响。
利用航天失重条件能进行某些在地面上难以实现或不可能实现的科学研究和材料加工,例如生长高纯度大单晶,制造超纯度金属和超导合金以及制取特殊生物药品等。
(1)失重是指物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) (填“大于”“小于”或“等于”)物体所受重力时出现的现象。当物体在失重时,物体的质量是否减小? ,一个质量为75kg的航天员在距离地面100km的高度所受的重力为 N;(g取10N/kg)
(2)在太空中完全失重下,下列实验不能完成的是 ;
A.用停表测时间 B.探究平面镜成像的实验
C. 用弹簧测力计测重力 D.用刻度尺测书本的长度
(3)在地球表面重力常数g平均值是9.8N/kg,其物理含义是 ;
(4)如果地球上的物体不受重力,请你设想一个可能出现的情景。
【答案】 小于 不减小 727.5 C 在地球表面,质量为1kg的物体受到的重力为9.8N 物体不能落下来
【详解】(1)[1]由材料信息得,失重是指物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力小于物体所受重力时出现的现象。
[2]质量是物体的一种属性,当物体在失重时,物体的质量不变。
[3]在 100km高度上,地球重力仅仅比地球表面减少大约3%,一个质量为75kg的航天员在距离地面100km的高度所受的重力为
(2)[4]在太空中完全失重下,不能完成与重力有关的工作。
A.时间与重力无关,在天空中可以用停表测时间,故A不符合题意;
B. 探究平面镜成像的实验与重力无关,可以在太空中完成,故B不符合题意;
C. 在太空中完全失重下,物体没有重力,无法用弹簧测力计测重力,故C符合题意;
D. 测量物体长度与重力无关,在太空中完全失重下,可以用刻度尺测书本的长度,故D不符合题意。
故选C。
(3)[5]在地球表面重力常数g平均值是9.8N/kg,其表示的物理意义是在地球表面1kg物体的重力为9.8N。
(4)[6]力改变物体的运动状态,如果地球上的物体不受重力,物体不能落下来。
【变式7-4】(23-24七年级下·广东揭阳·阶段练习)阅读短文,回答问题:
失重
在一次太空知识讲座中,老师让同学们做一个实验:用弹簧测力计竖直悬挂一个重物,分别使重物处于静止和匀速下降,再让其加速下降,同学们发现,重物在静止和匀速下降时,弹簧测力计的示数相同,就等于物体所受的重力;而加速下降时,却看到弹簧测力计的示数明显减小,好像物体的重力突然间减小了。老师解释说:“这在物理学上称为失重现象,失重就是物体对支持物的压力或悬挂物的拉力小于物体实际所受重力的现象。如当人们乘电梯加速下降时,人对电梯地面压力就小于人受到的重力”,小勇在老师指导下到电梯内做失重实验,如图甲,他将一个体重秤放在电梯水平地面上,然后站上秤台,如图乙所示,在电梯向下运动的过程中,他记录下体重秤在不同时间段的示数及对应的时间,描绘出了体重秤的示数随时间t的变化图像如图丙所示,已知小勇的实际质量为60kg(g取10N/kg)。
(1)电梯静止时,小勇对秤台的压力为 N。此时小勇受到的重力与 力是一对平衡力,此时小勇所受合力为0;
(2)若电梯在10s内下降的距离为18m,电梯这段运动时间内的平均速度 m/s;
(3)根据图丙分析,小勇在 (选填“”“”“”)段时间内处于失重状态;
(4)分析图丙可知,在时间段内小勇对秤台的压力 他的重力(选填“大于”、“小于”或“等于”);
(5)若下降中体重秤示数为零,即说明他对体重秤压力F为零,我们称这种现象为完全失重,此时体重秤对小勇的支持力为 ,如果物体所受合力的大小与物体质量关系为,其中a称为加速度,单位为N/kg,,小勇完全失重时加速度 N/kg。
【答案】 600 支持 1.8 0~t1 大于 0 10
【详解】(1)[1]电梯静止时,小勇对秤台的压力
(2)[2]电梯在10s内的平均速度
(3)[3]已知小勇的实际质量为60kg,由图象可知,在0~t1阶段,小勇的质量为45kg,此时小勇对台秤的压力
F′=G′=m′g=45kg×10N/kg=450N<600N
此时处于失重状态;失重并不是失去重量了,而是物体对支持物的压力小于物体所受重力的现象。
(4)[4]根据图丙可知,在t2﹣10s时间段内,体重秤的示数大于他的实际质量60kg,小勇处于超重状态,他对秤台的压力大于他的重力。
(5)[5][6]小勇完全失重时,他对体重秤的压力F=0N,则体重秤对小勇的支持力为0N。此时他受到的合力
小勇完全失重时加速度为
考点:力的示意图做法
(1)找准力的作用点、大小、方向。
(2)一个物体受多个力,画所有力的示意图时,代表力的线段的长度不知道哪个应该长,哪个应该短,这是难点。力大,则线段长;力小,则线段短。
(3)要注意用箭头标明里的方向。
【八、力的作图题】
【典例】(24-25九年级上·贵州安顺·期中)将与头发摩擦后的气球靠近水流,如图甲所示是水流运动时的情景。请在图乙中画出水流当中水滴A受到的重力G和吸引力F的示意图。
【答案】
【详解】水滴A受到竖直向下的重力G和指向球的吸引力F,作用点在物水滴A 的重心上,作图如下所示:
【变式8-1】(2024·广东深圳·模拟预测)画出挂在桌边静止的雨伞所受力的示意图。
【答案】
【详解】挂在桌边静止的雨伞受到竖直向下的重力、桌面竖直向上的支持力,两力使平衡力,大小相等。过雨伞的重心做竖直向下的带箭头的直线表示重力G,过桌面对雨伞的支持力的支持力,即雨伞与桌面的作用点做竖直向上的带箭头的直线表示支持力F,两力的线段等长,如图所示:
【变式8-2】(22-23八年级下·吉林松原·阶段练习)如图所示为小亮放风筝时的情景,请画出风筝线对小亮左手拉力的示意图。
【答案】
【详解】风筝线对小亮左手拉力的作用点在小亮的左手与线的接触处,方向沿绳子向上,作图如下:
【变式8-3】(23-24八年级下·湖北荆州·期末)如图为不倒翁倾斜时的情境,不倒翁的重心在O点,请在图中画出不倒翁所受重力G和支持力F的示意图。
【答案】
【详解】不倒翁此时受到竖直向下的重力,作用点在它的重心,还受到地面对它竖直向上的支持力,作用点在它和地面的接触点,故作图如下:
【变式8-4】(23-24九年级下·河南南阳·期中)如图所示,请通过作图的方法确定半圆形木板重心的位置,并作出半圆形木板所受重力的示意图(A点为半圆形木板的圆心,保留作图痕迹)。
【答案】
【详解】由于半圆形木板的重力方向是竖直向下的,所以沿着绳子的方向竖直向下延长,量角器的重心就在这条直线上;由于量角器是质地均匀的规则的物体,它的重心也在它的对称轴上,画出它的对称轴,这两条线的交点就是量角器的重心,由于重力方向竖直向下,所以过重心作出重力的示意图,如下图所示:
【变式8-5】(23-24八年级下·甘肃定西·期末)请画出图中小球A所受力的示意图。
【答案】
【详解】小球受重力和拉力作用,二者大小相等、方向相反,是一对平衡力。重力的方向是竖直向下的,拉力是竖直向上的,作用点为小球A的球心(重心)处。故过小球A的球心分别沿竖直向下和竖直向上的方向画等长的有向线段,并标G和F表示重力和拉力,作图如下:
【变式8-6】(23-24八年级下·广东深圳·期末)如图所示,一同学用绳子拉着木箱匀速前行,请在图中画出木箱重力和其所受绳的拉力的示意图。
【答案】
【详解】木箱受到的重力竖直向下,受到的拉力沿绳子方向,力的作用点都画在木箱的重心,故作图如下:
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