内容正文:
重力、弹力
一、力
1.定义:力是物体与物体间的相互作用。
2.作用效果:使物体发生形变或改变物体的运动状态(即产生加速度)。
3.性质:力具有物质性、相互性、矢量性、独立性等特征。
二、重力
1.产生:由于地球的吸引而使物体受到的力。
注意 重力不是万有引力,而是万有引力竖直向下的一个分力。
2.大小:G=mg,可用弹簧测力计测量。同一物体G的变化是由在地球上不同位置处g的不同引起的。
3.方向:总是竖直向下。
4.重心:物体的每一部分都受重力作用,可认为重力集中作用于一点,这一点叫作物体的重心。
(1)影响重心位置的因素:物体的几何形状;物体的质量分布。
(2)不规则薄板形物体重心位置的确定方法:悬挂法。
注意:
(1)重心的位置不一定在物体上。
(2)并不是只有重心处才受到重力的作用。
三、弹力
1.弹力
(1)定义:发生形变的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力。
(2)产生条件
①物体间直接接触。
②接触处发生弹性形变。
(3)方向:总是与施力物体形变的方向相反。
2.胡克定律
(1)内容:在弹性限度内,弹簧弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。
(2)表达式:F=kx。
①k是弹簧的劲度系数,单位是牛顿每米,用符号N/m表示;k的大小由弹簧自身性质决定。
②x是弹簧长度的变化量,不是弹簧形变以后的长度。
3.弹力有无的判断
条件法
根据弹力产生的两个条件直接判断
假设法
假设有(或无)弹力存在,推断是否与研究对象所处状态的实际情况符合
状态法
对研究对象受力分析,根据物体的运动状态,判断是否需要弹力
4.弹力方向的判断
(1)接触面上的弹力方向
面与面
点与平面
点与曲面
曲面与平面
垂直于
接触面
垂直于
接触面
垂直于
切面
垂直于平面
(2)绳的弹力沿绳子被拉伸的反方向。杆的弹力可能沿着杆也可能不沿着杆。
5.弹力的计算
(1)应用胡克定律F=kx计算弹簧的弹力时,注意x表示弹簧的形变量。
(2)物体静止或做匀速直线运动时,用共点力平衡条件来计算弹力。
(3)物体不处于平衡状态时,可应用牛顿第二定律计算弹力。
例题:
1.如图所示,将水平桌面上竖直放置的物理课本绕其底端缓慢旋转,直到课本平放在水平桌面上,该过程中物理课本的重心位置( )
A.一直在升高 B.一直在降低 C.始终不变 D.先降低后升高
【答案】B
【详解】可以将物理课本看作一个质量分布均匀的长方体,重心位于其几何中心,在物理课本绕其底端缓慢旋转直到平放的过程中,物理课本的重心位置一直在降低。
故选B。
2.小木在参观科技馆时,发现将一个双圆锥体(两个圆锥底面对接在一起)轻放在倾斜轨道的下端,它会沿轨道向上滚去。下列说法正确的是( )
A.双圆锥体向上滚动过程中支持力方向改变,且支持力变大
B.双圆锥体向上滚动是因为合力向上
C.双圆锥体对轨道的作用力是由于双圆锥体的形变产生的
D.双圆锥体的重心不在锥体上,且双圆锥体的重心是理想化模型
【答案】C
【详解】A.支持力方向始终垂直于轨道接触面,轨道方向不变,因此支持力方向不变,故A错误;
B.双圆锥向上滚动的本质是:倾斜轨道上端间距更大,双圆锥向上滚动时,其重心实际是下降的,重心整体加速度向下,合力不是向上,故B错误;
C.双圆锥体对轨道的作用力是弹力,弹力的产生原因是施力物体发生弹性形变,双圆锥对轨道的作用力的施力物体是双圆锥,因此该力是双圆锥形变产生的,故C正确;
D.均匀双圆锥的重心在对接底面的中心,位于双圆锥体上,故D错误。
故选C。
3.仰韶文化时期的一款尖底瓶如图所示,该瓶又被称为“欹器”,是古代一种盛水容器。该瓶装水后“虚则欹,中则正,满则覆”,寓意“满招损,谦受益”。根据题中信息判断,下面有关这种尖底瓶(包括瓶中的水)的说法正确的是( )
A.瓶所受的重力就是地球对瓶的吸引力
B.装入瓶中的水越多,瓶的重心一定越高
C.重力只作用在瓶的重心上
D.瓶静止时,瓶所受重力的延长线一定与两条绳子的延长线交于同一点
【答案】D
【详解】A.重力是由于地球的吸引而使物体受到的力,严格来说,重力不等于物体受到的地球的吸引力,故A错误;
B.瓶本身(不包括瓶中的水)的重心位置不变,随着瓶中水的增加直至装满,整体的重心位置先降低后升高再降低,故B错误;
C.根据重心的定义可知,瓶的重心是瓶各部分所受重力的等效作用点,重力作用在瓶的各个部分,故C错误;
D.根据共点力的平衡,瓶静止时,瓶所受重力的延长线一定与两条绳子的延长线交于同一点,故D正确。
故选D。
4.下列情境中关于小球所受弹力的描述,正确的是( )
A.甲图,质量分布不均的小球,重心在处,受到的支持力过
B.乙图,小球受到杆的弹力方向沿杆斜向上
C.丙图,静止在半圆形碗里的小球受到碗的支持力方向如图所示
D.丁图,静止在光滑水平地面的钢管底端受到垂直地面向上的支持力
【答案】D
【详解】A.甲图中,根据弹力产生的条件和方向规律,通过对小球受力分析可知,质量分布不均的小球,重心在处,受到墙的支持力过圆心,故A错误;
B.乙图中,根据二力平衡可知,静止在杆顶端的铁球受到竖直向上的杆的弹力,故B错误;
C.丙图中,根据弹力产生的条件和方向规律可知,通过对小球受力分析可知,碗对小球的支持力应该过圆心,故C错误;
D.丁图中,静止在光滑水平地面的钢管底端受到垂直地面向上的支持力,故D正确。
故选D。
5.下列情境中关于球所受弹力的描述,正确的是( )
A.甲图,反弹出去的排球在空中运动时,受到沿运动方向的弹力
B.乙图,小球静止,其中a绳处于竖直方向,则b绳对小球无拉力
C.丙图,小球随车厢(底部光滑)一起向右做匀加速直线运动,车厢左壁对小球无弹力
D.丁图,静止在杆顶端的铁球受到沿杆向上的弹力
【答案】B
【详解】A.甲图,反弹出去的排球在空中运动时,不与任何物体接触,则不会受到弹力作用,A错误;
B.乙图,小球静止,其中a绳处于竖直方向,则由平衡可知,a绳对小球有竖直向上的拉力,而b绳对小球无拉力,否则a绳不会竖直,B正确;
C.丙图,小球随车厢(底部光滑)一起向右做匀加速直线运动,小球受合力向右,则车厢左壁对小球有向右的弹力,C错误;
D.丁图,静止在杆顶端的铁球受重力和杆的弹力而平衡,可知杆的弹力与重力等大反向,可知杆对球的弹力竖直向上,D错误。
故选B。
6.如图中,光滑接触面对处于静止状态的球的弹力分析正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【详解】A.球受到墙壁的弹力和台阶的弹力,弹力方向与接触面垂直,故墙壁的弹力垂直于墙壁向右,台阶对球的弹力垂直切面,通过球心,故A正确;
B.假设斜壁对小球有弹力,则小球受到重力、地面向上的弹力和斜壁斜向下的弹力,三个力的合力不为零,则小球将向右滚动,与题不符,故斜壁对小球没有弹力,小球只受地面向上的弹力,故B错误;
C.假设斜壁对小球有弹力,则小球受到重力、地面向上的弹力和斜壁斜向上的弹力,三个力的合力不为零,则小球将向右滚动,与题不符,故斜壁对小球没有弹力,小球只受地面向上的弹力,故C错误;
D.假设斜面对小球有弹力,则小球受到重力、竖直向上的拉力和垂直于斜面向上的支持力,三个力的合力不为零,则小球将向左摆动,与题不符,故斜面对小球没有弹力,故D错误。
故选A。
7.如图所示,竖直轻弹簧下端悬挂一个光滑小球,小球静止于斜面和挡板之间,与斜面和挡板均接触。下列说法正确的是( )
A.弹簧一定处于拉伸状态 B.小球一定受到斜面的弹力,方向垂直于斜面向上
C.小球不一定受到挡板的弹力 D.小球一定受到挡板的弹力和斜面的弹力
【答案】C
【详解】A.小球处于静止状态,即小球受力平衡,若小球和斜面和挡板之间有弹力,且与重力平衡,此时弹簧处于原长状态,故A错误;
BCD.小球可能只受重力与弹簧弹力,此时小球与斜面和挡板间都无弹力,结合A项分析可知小球不一定受到挡板的弹力,故BD错误,C正确;
故选C。
8.弹簧拉力器中有5根相同的弹簧,某同学发现装满5根弹簧太难拉伸,于是他拆掉了4根,只留下中间的一根。当他左右两手均用80N的力拉拉力器(未超出弹性限度)时,弹簧伸长了40cm。则下列说法正确的是( )
A.单根弹簧的劲度系数为200N/m
B.若双手的拉力减小,则弹簧的劲度系数减小
C.弹簧受到的弹力,是弹簧发生的形变产生
D.若拉力器一端固定,另一端施加80N的拉力,弹簧伸长量为20cm
【答案】A
【详解】A.根据胡克定律
代入数据,解得,故A正确;
B.弹簧的劲度系数由弹簧本身的性质决定,与拉力大小无关,所以若双手的拉力减小,则弹簧的劲度系数不变,故B错误;
C.弹力是施力物体发生弹性形变产生的,弹簧受到的弹力,施力物体是拉力器把手,是由把手发生的形变产生的,故C错误;
D.弹簧两端各受80N拉力与一端固定、另一端受80N拉力效果相同,弹簧受到的拉力仍为80N,根据胡克定律,弹簧伸长量仍为40cm,故D错误。
故选A。
9.某同学将两根弹簧串联起来竖直悬挂,如图甲所示,上部为弹簧1,下部为弹簧2。弹簧1的上端与竖直固定的刻度尺的零刻线对齐,指针A、B分别固定在弹簧1和弹簧2的下端。在弹簧下端不断增加钩码个数,获得弹簧弹力与两指针所对刻度之间的关系图如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.弹簧1的原长为12cm B.弹簧2的原长为15cm
C.弹簧1的劲度系数为5N/cm D.弹簧2的劲度系数为2N/cm
【答案】C
【详解】A.弹簧1上端对齐刻度尺零刻线,指针A的刻度就是弹簧1的长度。由图乙可知,时,,因此弹簧1原长为,故A错误;
B.指针B的刻度是弹簧1总长度+弹簧2总长度。时,指针B刻度为,此时弹簧1为原长,因此弹簧2原长,故B错误;
C.当时,,伸长量
根据胡克定律,得劲度系数,故C正确;
D.当时,指针B刻度为,弹簧1长度为,因此弹簧2长度为
伸长量
根据胡克定律,得劲度系数,故D错误。
故选C。
10.劲度系数分别为、的两根轻质弹簧A、B原长相同。第一次将两弹簧串联,用外力向右拉弹簧组合,使弹簧B右端向右移动一段距离x,稳定时外力大小为;第二次将两弹簧并联,用外力向右拉弹簧组合,使弹簧A、B右端向右移动同样距离x,稳定时外力大小为,则为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】第一次设A、B两弹簧的伸长量分别为,,由题意可知,
联立解得
第二次把它们并联连接,由题意可知
故
故选A。
11.如图所示,两木块的质量分别为m和M,两相同的轻质弹簧的劲度系数均为,上面木块压在上面的轻质弹簧上但不拴接,整个系统处于平衡状态,重力加速度大小为。现缓慢向上提上面的木块,直到它刚离开上面的轻质弹簧,在此过程中上面木块移动的距离为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】设提起木块前两弹簧的压缩量分别为和,根据平衡条件有,
解得,
上面的木块刚离开上面弹簧时上面弹簧的作用为零,则上面弹簧此时形变量为;对下面的木块分析,根据平衡条件有
解得
所以上面木块移动的距离为
故选B。
12.两根相同的轻弹簧的原长均为,将两弹簧与两个相同物体按如图所示的方式连接并悬挂于天花板上,静止时两根弹簧的总长为,现用手托着物体,使弹簧2恢复到原长,则下面说法正确的有( )
A.未用手托着时,弹簧2的长度为
B.弹簧2恢复原长时,两根弹簧总长度为
C.在这个过程中,物体上升的距离为
D.在这个过程中,物体上升的距离为
【答案】B
【详解】A.对AB的整体,根据平衡条件,有
对B分析,根据平衡条件,有
其中
解得,故A错误;
BCD.弹簧2恢复原长时对物块A,根据平衡条件,有
解得长度为
弹簧2恢复原长时,两根弹簧总长度为
此过程中物体A上升的距离为
物体B上升的距离为,故B正确,CD错误。
故选B。
13.三个质量均为1kg的相同木块a、b、c和两根劲度系数为500N/m的相同轻弹簧p、q间的连接如图所示,其中a放在足够大的光滑水平桌面上。开始时p弹簧处于原长,木块都静止。现用水平力F缓慢地向左拉p弹簧的左端,直到c木块刚好离开水平地面,已知q弹簧始终沿竖直方向,重力加速度g取。下列说法正确的是( )
A.q弹簧上端向上移动的距离为2cm, p弹簧的左端向左移动的距离是4cm
B.q弹簧上端向上移动的距离为4cm,p弹簧的左端向左移动的距离是4cm
C.q弹簧上端向上移动的距离为4cm, p弹簧的左端向左移动的距离是8cm
D.q弹簧上端向上移动的距离为2cm, p弹簧的左端向左移动的距离是6cm
【答案】C
【详解】开始时p弹簧处于原长,可知q弹簧处于压缩状态,由胡克定律,得压缩量为
c木块刚好离开水平地面时,q弹簧伸长量为
p弹簧伸长量为
则q弹簧上端向上移动的距离为4cm;p弹簧的左端向左移动的距离是8cm。
故选C。
14.一轻质弹簧的长度L和弹力F大小的关系如图所示,根据图像判断,下列结论正确的是( )
A.弹簧压缩时,弹力的大小为10N
B.弹簧的劲度系数为
C.弹簧的劲度系数为
D.弹簧的原长为15cm
【答案】A
【详解】AD.当弹力为零时,弹簧处于原长,由图知原长为10cm,弹簧压缩时,弹力的大小为10N,故A正确,D错误;
BC.根据胡克定律有,故BC错误;
故选A。
15. 如图所示,某创新实验小组制作了一个半径为8 cm的圆环,将3个完全相同的轻弹簧一端等间距地连接在圆环上的A、B、C三点,另外一端连接于同一点,结点恰好在圆心O处。将圆环水平放置,在结点O处悬挂一瓶矿泉水,缓慢释放直至平衡时测得结点下降了6 cm。已知轻弹簧的原长为8 cm,矿泉水的重力大小为6 N,则弹簧的劲度系数为( B )
A.500 N/m B. N/m
C.5 N/m D. N/m
【详解】 由几何关系可知每根弹簧此时的长度为l==10 cm,此时每根弹簧与竖直方向夹角的正切值为tan θ=,可知θ=53°,由平衡条件可知3k(l-l0)cos 53°=G,可得k= N/m,故选B。
答案第10页,共12页
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重力、弹力
一、力
1.定义:力是 的相互作用。
2.作用效果:使物体发生形变或改变物体的 (即产生加速度)。
3.性质:力具有物质性、相互性、矢量性、独立性等特征。
二、重力
1.产生:由于 而使物体受到的力。
注意 重力不是万有引力,而是万有引力竖直向下的一个分力。
2.大小:G=mg,可用 测量。同一物体G的变化是由在地球上不同位置处g的不同引起的。
3.方向:总是 。
4.重心:物体的每一部分都受重力作用,可认为重力集中作用于一点,这一点叫作物体的重心。
(1)影响重心位置的因素:物体的几何形状;物体的 分布。
(2)不规则薄板形物体重心位置的确定方法: 法。
注意:
(1)重心的位置不一定在物体上。
(2)并不是只有重心处才受到重力的作用。
三、弹力
1.弹力
(1)定义:发生 的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力。
(2)产生条件
①物体间直接接触。
②接触处发生 。
(3)方向:总是与施力物体形变的方向 。
2.胡克定律
(1)内容:在弹性限度内,弹簧弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成 。
(2)表达式:F=kx。
①k是弹簧的 ,单位是牛顿每米,用符号N/m表示;k的大小由弹簧 决定。
②x是弹簧长度的 ,不是弹簧形变以后的长度。
3.弹力有无的判断
条件法
根据弹力产生的两个条件直接判断
假设法
假设有(或无)弹力存在,推断是否与研究对象所处状态的实际情况符合
状态法
对研究对象受力分析,根据物体的运动状态,判断是否需要弹力
4.弹力方向的判断
(1)接触面上的弹力方向
面与面
点与平面
点与曲面
曲面与平面
垂直于
接触面
垂直于
接触面
垂直于
切面
垂直于平面
(2)绳的弹力沿绳子被拉伸的反方向。杆的弹力可能沿着杆也可能不沿着杆。
5.弹力的计算
(1)应用胡克定律F=kx计算弹簧的弹力时,注意x表示弹簧的形变量。
(2)物体静止或做匀速直线运动时,用共点力平衡条件来计算弹力。
(3)物体不处于平衡状态时,可应用牛顿第二定律计算弹力。
例题:
1.如图所示,将水平桌面上竖直放置的物理课本绕其底端缓慢旋转,直到课本平放在水平桌面上,该过程中物理课本的重心位置( )
A.一直在升高 B.一直在降低 C.始终不变 D.先降低后升高
2.小木在参观科技馆时,发现将一个双圆锥体(两个圆锥底面对接在一起)轻放在倾斜轨道的下端,它会沿轨道向上滚去。下列说法正确的是( )
A.双圆锥体向上滚动过程中支持力方向改变,且支持力变大
B.双圆锥体向上滚动是因为合力向上
C.双圆锥体对轨道的作用力是由于双圆锥体的形变产生的
D.双圆锥体的重心不在锥体上,且双圆锥体的重心是理想化模型
3.仰韶文化时期的一款尖底瓶如图所示,该瓶又被称为“欹器”,是古代一种盛水容器。该瓶装水后“虚则欹,中则正,满则覆”,寓意“满招损,谦受益”。根据题中信息判断,下面有关这种尖底瓶(包括瓶中的水)的说法正确的是( )
A.瓶所受的重力就是地球对瓶的吸引力
B.装入瓶中的水越多,瓶的重心一定越高
C.重力只作用在瓶的重心上
D.瓶静止时,瓶所受重力的延长线一定与两条绳子的延长线交于同一点
4.下列情境中关于小球所受弹力的描述,正确的是( )
A.甲图,质量分布不均的小球,重心在处,受到的支持力过
B.乙图,小球受到杆的弹力方向沿杆斜向上
C.丙图,静止在半圆形碗里的小球受到碗的支持力方向如图所示
D.丁图,静止在光滑水平地面的钢管底端受到垂直地面向上的支持力
5.下列情境中关于球所受弹力的描述,正确的是( )
A.甲图,反弹出去的排球在空中运动时,受到沿运动方向的弹力
B.乙图,小球静止,其中a绳处于竖直方向,则b绳对小球无拉力
C.丙图,小球随车厢(底部光滑)一起向右做匀加速直线运动,车厢左壁对小球无弹力
D.丁图,静止在杆顶端的铁球受到沿杆向上的弹力
6.如图中,光滑接触面对处于静止状态的球的弹力分析正确的是( )
A. B.
C. D.
7.如图所示,竖直轻弹簧下端悬挂一个光滑小球,小球静止于斜面和挡板之间,与斜面和挡板均接触。下列说法正确的是( )
A.弹簧一定处于拉伸状态 B.小球一定受到斜面的弹力,方向垂直于斜面向上
C.小球不一定受到挡板的弹力 D.小球一定受到挡板的弹力和斜面的弹力
8.弹簧拉力器中有5根相同的弹簧,某同学发现装满5根弹簧太难拉伸,于是他拆掉了4根,只留下中间的一根。当他左右两手均用80N的力拉拉力器(未超出弹性限度)时,弹簧伸长了40cm。则下列说法正确的是( )
A.单根弹簧的劲度系数为200N/m
B.若双手的拉力减小,则弹簧的劲度系数减小
C.弹簧受到的弹力,是弹簧发生的形变产生
D.若拉力器一端固定,另一端施加80N的拉力,弹簧伸长量为20cm
9.某同学将两根弹簧串联起来竖直悬挂,如图甲所示,上部为弹簧1,下部为弹簧2。弹簧1的上端与竖直固定的刻度尺的零刻线对齐,指针A、B分别固定在弹簧1和弹簧2的下端。在弹簧下端不断增加钩码个数,获得弹簧弹力与两指针所对刻度之间的关系图如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.弹簧1的原长为12cm B.弹簧2的原长为15cm
C.弹簧1的劲度系数为5N/cm D.弹簧2的劲度系数为2N/cm
10.劲度系数分别为、的两根轻质弹簧A、B原长相同。第一次将两弹簧串联,用外力向右拉弹簧组合,使弹簧B右端向右移动一段距离x,稳定时外力大小为;第二次将两弹簧并联,用外力向右拉弹簧组合,使弹簧A、B右端向右移动同样距离x,稳定时外力大小为,则为( )
A. B. C. D.
11.如图所示,两木块的质量分别为m和M,两相同的轻质弹簧的劲度系数均为,上面木块压在上面的轻质弹簧上但不拴接,整个系统处于平衡状态,重力加速度大小为。现缓慢向上提上面的木块,直到它刚离开上面的轻质弹簧,在此过程中上面木块移动的距离为( )
A. B. C. D.
12.两根相同的轻弹簧的原长均为,将两弹簧与两个相同物体按如图所示的方式连接并悬挂于天花板上,静止时两根弹簧的总长为,现用手托着物体,使弹簧2恢复到原长,则下面说法正确的有( )
A.未用手托着时,弹簧2的长度为
B.弹簧2恢复原长时,两根弹簧总长度为
C.在这个过程中,物体上升的距离为
D.在这个过程中,物体上升的距离为
13.三个质量均为1kg的相同木块a、b、c和两根劲度系数为500N/m的相同轻弹簧p、q间的连接如图所示,其中a放在足够大的光滑水平桌面上。开始时p弹簧处于原长,木块都静止。现用水平力F缓慢地向左拉p弹簧的左端,直到c木块刚好离开水平地面,已知q弹簧始终沿竖直方向,重力加速度g取。下列说法正确的是( )
A.q弹簧上端向上移动的距离为2cm, p弹簧的左端向左移动的距离是4cm
B.q弹簧上端向上移动的距离为4cm,p弹簧的左端向左移动的距离是4cm
C.q弹簧上端向上移动的距离为4cm, p弹簧的左端向左移动的距离是8cm
D.q弹簧上端向上移动的距离为2cm, p弹簧的左端向左移动的距离是6cm
14.一轻质弹簧的长度L和弹力F大小的关系如图所示,根据图像判断,下列结论正确的是( )
A.弹簧压缩时,弹力的大小为10N
B.弹簧的劲度系数为
C.弹簧的劲度系数为
D.弹簧的原长为15cm
15. 如图所示,某创新实验小组制作了一个半径为8 cm的圆环,将3个完全相同的轻弹簧一端等间距地连接在圆环上的A、B、C三点,另外一端连接于同一点,结点恰好在圆心O处。将圆环水平放置,在结点O处悬挂一瓶矿泉水,缓慢释放直至平衡时测得结点下降了6 cm。已知轻弹簧的原长为8 cm,矿泉水的重力大小为6 N,则弹簧的劲度系数为( B )
A.500 N/m B. N/m
C.5 N/m D. N/m
答案第10页,共12页
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