1、第三章相互作用力 1.重力与弹力 一、重力 【思考】 为什么饮水鸟会不停地饮水? 提示:饮水鸟的重心不断变化。 基础梳理 1.产生:由于地球的_而使物体受到的力。 2.大小:_。 3.方向:_。 吸引 G=mg 竖直向下 4.重心: (1)重心的位置:物体各部分都受到的重力作用所集中 的点,即重心可以看作是物体所受_。 重力的作用点 (2)重心位置的影响因素。 下列与重心位置有关的因素有_。 物体的受力情况。 物体质量的分布。 物体所在的位置。 物体的运动状态。 物体的放置方式。 物体的形状。 5.力的表示: (1)力的图示。 _表示力的大小; 箭头表示力的方向; 箭尾(或箭头)表示_。 有向
2、线段的长短 力的作用点 (2)力的示意图:在不需要准确标度力的大小时,只需画 出 _。 力的作用点和方向 二、弹力 【思考】 弯弓为什么能够把箭射出去? 提示:箭受到弹力作用。 1.弹力的内涵要素: (1)定义:发生形变的物体,由于要_,对与它接 触的物体产生的力的作用。 (2)产生条件: 两物体直接_; 两物体接触处发生_。 恢复原状 接触 弹性形变 2.弹力的方向: (1)压力和支持力的方向_于物体的接触面。 (2)压力和支持力的方向指向_(选填“施力 物体”或“受力物体”)。 垂直 受力物体 (3)绳的拉力沿着绳指向绳_的方向。 (4)弹力的方向总是与施力物体的形变方向_(选填 “相同”
3、或“相反”) 。 收缩 相反 三、胡克定律 1.内容:弹簧发生弹性形变时,弹力F的大小跟弹簧伸长 (或缩短)的长度x成_。 2.公式:_,其中k为弹簧的劲度系数,单位是牛顿每 米,符号是_。 正比 F=kx N/m 3.弹簧的劲度系数: (1)物理意义:弹簧的劲度系数反映了弹簧的软硬程度, 劲度系数越大,弹簧越硬,其长度越难改变。 (2)弹簧劲度系数的决定因素: 与弹簧的劲度系数有关的有_。 制作弹簧的材料 弹簧的长度 弹簧伸长(或缩短)的长度 弹簧的粗细 施加弹簧的拉力(或压力)的大小 弹簧的匝数 一重力和重心 任务1 重力的性质 1.重力与吸引力:重力一般不等于地球对物体的吸引 力。 素养
4、形成 2.重力的大小: (1)与质量的关系:在同一地点,重力的大小与质量成正 比,即G=mg。 (2)影响因素:在不同地点,如从两极到赤道或离地面越 高,g值均减小,从而使同一物体的重力也有所不同。 3.重力的方向:重力的方向始终竖直向下,不能将重力 的方向描述为“垂直向下”“指向地心”。 【思考讨论】 (1)如图甲所示,为什么树上的苹果总要落向地面? ( 物理观念) 提示:重力的方向竖直向下。 (2)如图乙所示,为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖 直?(物理观念) 提示:重力的方向竖直向下。 【典例示范1】 (多选)关于重力,下列说法中正确的 是 () A.在地球的同一地点,质量大的物体重力大
5、 B.在空中向上运动的物体不受重力作用 C.重力的方向总是垂直向下的 D.抛出去的物体总会落向地面,这是由于物体受到重力 作用 【解析】选A、D。在同一地点,重力与物体的质量成正 比,A正确。地球上任何物体都受到地球的重力作用,无 论物体是运动的还是静止的,重力使抛出的物体落回地 面,B错误,D正确。重力的方向总是竖直向下,不能说成 垂直向下C错误。 任务2 重心的位置及决定因素 (1)重心的位置:重心的位置可以在物体上,也可以在 物体外。 (2)重心位置的决定因素: 物体质量分布情况。 物体的形状。 【典例示范2】 有一圆形的均匀薄板,若将其中央再 挖掉一个小圆板成为一个圆环,如图所示,下面
6、说法正 确的是 () A.重心向外侧偏移,重力减小 B.重力和重心都没有变 C.重力减小,重心位置没有变 D.重力减小,重心位置不存在 【解析】选C。圆板和圆环均属于质量分布均匀、有规 则形状的物体,其重心均在几何中心,故挖掉圆板后,重 力减小,重心的位置不变,故选项C正确。 【素养训练】 1.(多选)下列关于重力的说法,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.同一物体在地球上不论怎么运动都受到重力的作用 D.重力是由于物体受到地球的吸引而产生的 【解析】选C、D。重力是由于物体受到地球的吸引而 产生的,但重力不一定等于这个吸引力,故A错误、D正 确。
7、地球上任何物体都受到地球的重力作用,无论物体 是运动的还是静止的,故B错误、C正确。 2.(多选)如图所示,2018年珠海航展开幕首日,世人瞩 目的歼-20一飞冲天,精彩的表演直接将航展带入高 潮。关于歼-20战机的重力,下列说法正确的是 () A.战机受到的重力指向地心 B.战机受重力的同时,它也对地球产生引力 C.战机受到的重力的施力物体是地球 D.战机匀速飞行时,它不受重力作用 【解析】选B、C。重力的方向竖直向下,而不一定指向 地心,A错;由于地球对战机的引力而产生重力,同时战 机对地球也产生引力,B对;任何力都有施力物体,重力 的施力物体是地球,C对;地球附近的任何物体都受重力 作用
8、,D错。 二力的图示和力的示意图 步骤力的图示力的示意图 1 选定标度(用某一长度 表示一定大小的力) 无需选标度 2 从作用点开始沿力的方 向画线段,根据选定的 标度和力的大小按比例 确定线段长度 从作用点开始沿 力的方向画适当 长度的线段即可 步骤力的图示力的示意图 3 在线段末端标出箭头, 表示方向 在线段末端标出 箭头,表示方向 【思考讨论】 甲、乙描述的是“三毛”拉车的情景。 讨论: (1)哪幅图画出的是拉力的图示?哪幅图画出的是拉力 的示意图?为什么?(物理观念) 提示:甲图是拉力的图示,因为有标度;乙图是拉力的示 意图,因为它没有标度。 (2)若图甲中,确定标度时,原来的长度改为
9、表示1 N的 力,结果会如何?说明选取标度时应注意什么?(物理 观念) 提示:标度改变后,线段太长,不易作图。所以选取标度 时应根据力的大小合理设计。 【典例示范】 推铅球是中考体育选考项目之一,如图所示,某同学推 出的铅球在空中飞行时,所受的重力为40 N,方向竖直 向下。 (1)画出重力的图示。 (2)画出重力的示意图,并说明施力物体和受力物体。 【解析】(1)画力的图示: 选定标度。例如,选4 mm长的线段表示10 N的力。 用一个圆表示铅球,从圆心沿竖直方向向下画一条线 段,线段的长度按选定的标度和力的大小画,线段上加 上刻度,如图甲所示。 在线段末端加上箭头表示力的方向。 (2)画力
10、的示意图:如图乙所示,用一个圆表示铅球,从 圆心沿竖直方向向下画一条线段,并加上箭头,表示方 向。 重力的施力物体是地球,受力物体是铅球。 答案:见解析 【素养训练】 1.(多选)一个重20 N的物体沿斜面下滑,关于该物体重 力的图示,下列四个图中正确的是() 【解析】选A、D。物体的重力为20 N,标度分别设为 5 N和2.5 N,方向竖直向下,作用点在重心,故选项A、D 正确。 2.如图甲中木箱P点,用与水平方向成30角斜向右上 方的150 N的力拉木箱;在图乙中木块的Q点,用与竖直 方向成60角斜向左上方的20 N的力把木块抵在墙壁 上,试作出甲、乙两图中所给力的图示,并作出图丙中 电灯
11、所受重力和拉力的示意图。 【解析】选取标度,力的图示和示意图如图所示: 答案:见解析 【补偿训练】 1.如图表示同一小车所受外力F的图示(均选取同一 标度),则对于小车的运动,作用效果相同的是() A.F1和F2B.F1和F4 C.F1和F3、F4D.都不相同 【解析】选B。在图示的四种情况下,F3方向斜向上,其 余力的方向水平向右,F3的作用效果与其他力肯定不 同,又F2比F1、F4两个力要小,所以F2的作用效果与F1、 F4的作用效果也不同,将F1和F4均平移至小车的重心处, 可看出两力的作用效果相同,B正确。 2.如图所示,用力的图示表示作用在小车上斜向上80 N 的拉力。 【解析】先选
12、好标度,再按力的图示画出80 N斜向上的 拉力。如图所示。 答案:见解析 三弹力的方向 类型方向图示 接触 方式 面与面 垂直于公共接触面 指向被支持物体 点与面 过点垂直于面 类型方向图示 接触 方式 点与点 垂直于切面 类型方向图示 轻绳 沿绳并指向绳收缩 的方向 类型方向图示 轻杆 可沿杆 可不沿杆 类型方向图示 轻弹簧 沿弹簧形变的反方 向 【思考讨论】 如图所示新能源路灯所受弹力的方向如何?(物理 观念) 提示:竖直向上 【典例示范】 请在图中画出杆或球所受的弹力。 【解析】甲图中杆在重力作用下对A、B两处都产生挤 压作用,故A、B两处对杆都有弹力,弹力方向与接触点 的平面垂直。 乙
13、图中杆对C、D两处都有挤压作用,因C处为曲面,D处 为支撑点,所以C处弹力垂直于圆弧切面指向球心,D处 弹力垂直于杆斜向上。 丙图中球挤压墙壁且拉紧绳子,所以墙对球的弹力与墙 面垂直;绳子对球的弹力沿绳子向上。 答案: 【素养训练】 1.下列关于弹力的叙述中错误的是 () A.压力、拉力、支持力都是弹力 B.压力和支持力的方向总是垂直于接触面 C.轻绳、轻杆上产生的弹力的方向总是在沿绳、杆的 直线上 D.轻杆不同于轻绳,弹力的方向可以不沿杆的方向 【解析】选C。弹力包括压力、拉力、支持力等,其中 绳的拉力总沿绳收缩的方向,压力、支持力的方向总与 接触面垂直,故A、B正确;杆的弹力方向不一定沿杆
14、的 方向,要具体问题具体分析,C错误、D正确。 2.体育课上一学生将足球踢向斜台,如图所示。下列关 于足球与斜台作用时斜台给足球的弹力方向的说法正 确的是() A.沿v1的方向 B.沿v2的方向 C.先沿v1的方向后沿v2的方向 D.沿垂直于斜台斜向左上方的方向 【解析】选D。足球与斜台的作用是球面与平面的相互 作用,足球所受弹力方向垂直于斜台指向足球,即斜向 左上方的方向,故选项D正确。 四弹力的大小 任务1 胡克定律的理解 1.成立条件:在弹性限度内。 2.x的理解:x既不是弹簧的原长,也不是弹簧形变后的 长度,而是弹簧的形变量。 3.劲度系数k:k由弹簧本身决定。 4.图像:如图所示,F
15、-x图像为一条经过原点的倾斜直 线,图像的斜率表示弹簧的劲度系数。同一根弹簧,劲 度系数相同。 5.F=kx的推导: F1=kx1,F2=kx2,故F=F2-F1=kx2-kx1=kx。因此,弹簧 弹力的变化量F与形变量的变化量x也成正比例关 系。 【思考讨论】 某次探究实验的数据如图,从中可以推出弹簧弹力与 其形变量的关系吗?(科学探究) 提示:弹簧弹力与其形变量成正比。 【典例示范1】 (多选)关于胡克定律,下列说法正确 的是 () A.由F=kx可知,在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变 量x成正比 B.由k= 可知,劲度系数k与弹力F成正比,与弹簧的形 变量成反比 C.弹簧的劲度系数k与
16、弹力F的大小和弹簧形变量x的大 小无关 D.弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单 位长度时弹力的大小 【解析】选A、C、D。在弹性限度内,弹簧的弹力与形 变量遵守胡克定律F=kx,A正确;弹簧的劲度系数是由弹 簧本身的性质决定,与弹力F及形变量x无关,B错,C正确; 由胡克定律得k= ,可理解为弹簧伸长(或缩短)单位 长度时受到的弹力的值与k相等,D正确。 任务2 弹力大小的计算 (1)公式法:利用公式F=kx计算,适用于弹簧、橡皮筋等 物体的弹力的计算。 (2)二力平衡法:若物体处于静止状态,物体所受弹力与 物体所受的其他力应为平衡力,可根据其他力的大小确 定弹力的大小。 【典例示
17、范2】 一根轻质弹簧一端固定,用大小为50 N 的力压弹簧的另一端，平衡时长度为L120 cm；改 用大小为25 N的力拉弹簧，平衡时长度为L2 35 cm；若弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,求弹簧 的原长和劲度系数。 【审题关键】 序号信息提取 弹簧压缩量为(L0-20 cm)时,弹力 F1=50 N 弹簧伸长量为(35 cm-L0)时,弹力 F2=25 N 【解析】设弹簧原长为L0,劲度系数为k。由胡克定律 得:F1=k(L0-L1) F2=k(L2-L0) 联立、两式得:L0=0.3 m=30 cm,k=500 N/m 答案:30 cm500 N/m 【母题追问】 1.若将【典例示范2】
18、中的弹簧下端竖直悬挂重为50 N 的重物而静止时,弹簧的长度为多少? 【解析】根据二力平衡条件可知:弹簧的弹力F=G=50 N,设此时弹簧的长度为L,由胡克定律可得:F=k(L-L0), 解得L=40 cm。 答案:40 cm 2.根据【典例示范2】的原理 (多选)如图所示是健身爱好者拉弹簧拉力器的图片。 拉力器并列装有五根相同的弹簧,每根弹簧的自然长度 都是40 cm,这个人用600 N的力把它们拉伸至1.6 m, 则() A.人的每只手受到拉力器的拉力为300 N B.每根弹簧产生的弹力为120 N C.每根弹簧的劲度系数为100 N/m D.每根弹簧的劲度系数为20 N/m 【解析】选B
19、、C。根据二力平衡,每只手的拉力均为 600 N,选项A错误;每根弹簧的弹力为F= =120 N, 选项B正确;每根弹簧的劲度系数 =100 N/m,选项C正确,D错误。 【拓展例题】考查内容:多弹簧问题 【典例】一个长度为L的轻弹簧,将其上端固定,下 端挂一个质量为m的小球时,弹簧的总长度变为2L。现 将两个这样的弹簧按如图所示方式连接,A、B两小球的 质量均为m,则两小球平衡时,B小球距悬点O的距离为( 不考虑小球的大小,且弹簧都在弹性限度内)() A.3L B.4L C.5L D.6L 【解析】选C。一根弹簧,挂一个质量为m的小球时,弹 簧的总长度变为2L,即伸长L,劲度系数k= 若两个 小球如题图所示悬挂,则下面的弹簧也伸长L,上面的弹 簧受力2mg,伸长2L,则弹簧的总长为L+L+L+2L=5L,故选 项C正确。 【课堂回眸】 谢谢 观观看 谢谢
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