1、31 重力与弹力 人教版新教材高中物理必修一第三章知识点+练习第三章 相互作用力1 重力与弹力知识点一力和力的图示1运动状态的变化物体的运动状态用速度来描述只要物体的速度变化了，不管是大小还是方向改变了，都说这个物体的运动状态发生了变化2力(1)定义：物理学中把物体与物体之间的相互作用称作力(2)作用效果使物体的运动状态发生变化使物体产生形变3力的矢标性力是矢量，既有大小又有方向力的大小可以用弹簧测力计测量国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号是N.4力的三要素大小、方向和作用点5力的三个特性物质性力是物体对物体的作用，脱离物体而独立存在的力是不存在的一个力一定同时具有受力物体和施力物体
2、相互性 物体之间力的作用是相互的，只要一个物体对另一个物体施加了力，那么另一个物体也一定同时对这个物体施加了力所以力总是成对出现的 矢量性 力不仅有大小，而且有方向，是矢量 3力的图示与力的示意图的画法作图步骤 力的图示 力的示意图 选标度 选定标度(用某一长度表示一定大小的力) _ 画线度 从作用点开始沿力的方向画一线段，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一适当长度线段即可 标方向 在线段的末端标出箭头，表示方向 在线段的末端标出箭头，表示方向 拓展一四种相互作用1万有引力：在宇宙中，相互吸引的作用力存在于一切物体之间，强度随物体间距离增大而减弱2电磁相互作
3、用：电荷和电荷，磁体和磁体间的相互作用3强相互作用：在原子核内把质子和中子紧密地保持在一起的作用力，它的作用范围约1015 m，超出这个界限该力已经不存在了4弱相互作用：在放射现象中起作用的力，作用范围与强相互作用相同，但强度只有强相互作用的1012倍知识点二重力1产生：由于地球的吸引而使物体受到的力2大小：Gmg其中g是自由落体的加速度，一般计算中g取9.8 m/s2.3方向：竖直向下竖直向下不等同于垂直于支撑面向下，也不等同于指向地球球心4重心：从效果上可以认为物体各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫物体的重心形状规则的均匀物体重心在其几何中心处，质量分布不均匀的物体，重心位置与形状和
4、质量分布有关重心的位置可以在物体上，也可以在物体外，如一个圆形平板的重心在板上，而一个铜环的重心就不在环上知识点三弹性形变和弹力1形变(1)形变：物体在力的作用下形状或体积发生改变(2)弹性形变：物体形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变(3)弹性限度当形变超过一定限度时，撤去作用力后物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹性限度2弹力(1)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生的力(2)方向压力和支持力的方向垂直于物体的接触面绳的拉力沿着绳而指向绳收缩的方向3弹力产生的三种接触方式类型 弹力方向 图示 接触方式面与面 垂直公共接触面 点与面 过点垂直于面 点与点 垂直于
5、切面 4.常见三类模型的弹力方向类型 弹力方向 图示 轻绳 沿绳指向绳收缩方向 轻杆 可沿杆 伸长方向收缩方向可不沿杆 轻弹簧沿弹簧形变的反方向 收缩方向伸长方向拓展二弹力有无的判断1条件法对于形变比较明显的情况，可以根据弹力产生的条件来判断，即物体间相互接触并且发生弹性形变，两个条件必须同时满足才有弹力产生2特殊法方法 思路 例证 假设法 假设将与研究对象接触的物体解除接触，判断研究对象的运动状态是否发生改变，若运动状态不变，则此处不存在弹力，若运动状态改变，则此处一定存在弹力 图中细线竖直、斜面光滑，因为去掉斜面体，小球的运动状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力替换法 用细绳替
6、换装置中的杆，看能不能维持原来的力学状态，如果能维持，则说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是支持力 图中轻杆AB、AC.用绳替换AB，原装置状态不变，说明AB对物体施加的是拉力；用绳替换AC，原状态不能维持，说明AC对物体施加的是支持力状态法 由运动状态分析弹力，即物体的受力必须与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由二力平衡(或牛顿第二定律，后面将学到)列方程，求解物体间的弹力 图中各接触面均光滑，小球处于静止状态，由二力平衡条件可知，地面对小球的支持力和重力可使小球处于平衡，但没有与墙面对小球的弹力相平衡的力，因此竖直墙面对小球不产生弹力的作用知识点四胡克定律1内容弹簧发生弹性形变
7、时，弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比2公式Fkx，其中k为弹簧的劲度系数，单位为牛顿每米，符号N/m，它的大小反映了弹簧的软硬程度3适用条件：在弹簧的弹性限度内知识点五实验：探究弹力和弹簧伸长的关系一、实验器材铁架台、弹簧、毫米刻度尺、钩码若干、坐标纸二、实验步骤1.按图安装实验装置，记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0.2在弹簧下端悬挂一个钩码，平衡时记下弹簧的总长度并记下钩码的重力3增加钩码的个数，重复上述实验过程，将数据填入表格，以F表示弹力，l表示弹簧的总长度，xll0表示弹簧的伸长量三、数据处理1.以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标，以弹簧的伸长量x为横坐标，
8、用描点法作图连接各点，得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线，如图所示2以弹簧伸长量为自变量，写出弹力和弹簧伸长量之间的函数关系函数表达式中常数即为弹簧的劲度系数，这个常数也可据F-x图线的斜率求解，k.四、注意事项1所挂钩码不要过重，以免弹簧被过分拉伸，超出它的弹性限度2每次所挂钩码的质量差尽量大一些，从而使坐标上描的点尽可能稀一些，这样作出的图线精确3测弹簧长度时，一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量，刻度尺要保持竖直并靠近弹簧，以免增大误差4描点画线时，所描的点不一定都落在一条直线上，但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧5记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位五、误差分析由
9、于弹簧原长及伸长量的测量都不便于操作，存在较大的测量误差，另外由于弹簧自身的重力的影响，即当未放重物时，弹簧在自身重力的作用下，已经有一个伸长量，这样所作图线往往不过原点【例1】如图所示，一个被吊着的均匀球壳，其内部注满了水，在球的底部有一带阀门的细出水口在打开阀门让水慢慢流出的过程中，球壳与其中的水的共同重心将会()A一直下降 B一直不变 C先下降后上升 D先上升后下降【例2】在下图中，a、b表面均光滑，天花板和地面均水平，a、b间一定有弹力的是()【例3】如图所示，两木块的质量分别为m1和m2，两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2，上面木块压在上面弹簧上(但不拴接)，整个系统处于平衡状态现
10、缓慢向上提上面的木块，直到它刚离开上面的弹簧在这个过程中，下面木块移动的距离为()A. B. C. D.【例4】(多选)(1)在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中，以下说法正确的是()A弹簧被拉伸时，不能超出它的弹性限度B用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力，应保证弹簧位于竖直位置且处于平衡状态C用直尺测得弹簧的长度即为弹簧的伸长量D用几个不同的弹簧，分别测出几组拉力与伸长量，得出拉力与伸长量之比相等(2)某同学做“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验，他先把弹簧平放在桌面上使其自然伸长，用直尺测出弹簧的原长L0，再把弹簧竖直悬挂起来，挂上钩码后测出弹簧伸长后的长度L，把LL0作为弹簧的伸长量x，
11、这样操作，由于弹簧自身重力的影响，最后画出的图线可能是下列选项中的() 随堂练习1关于物体的重力，下列说法正确的是()A重力的方向总是垂直地面向下B重力可以用弹簧测力计测量C物体在地球任何地方重力大小都相等D挂在绳子上静止的物体，它受到的重力就是绳子对它的拉力2下列两个实验中体现的共同的物理思想方法是()A极限法 B放大法 C控制变量法 D等效替代法3如图所示为两个力的图示，则以下说法中正确的是()AF1F2，是因为表示两个力的线段一样长BF1F2，是因为表示F1的标度大CF1GBG0，所以选C.随堂练习1、答案：B解析：重力的方向总是竖直向下，也可以表述为垂直水平面向下，A错弹簧测力计可以测
12、量力的大小，包括重力的大小，B对同一物体，处在地球表面的不同位置，重力大小一般不同，C错用绳子悬挂处于静止状态的物体，物体所受重力的大小等于绳子对它的拉力大小，但两力性质不同，D错2、答案：B解析：图甲中将桌面在力F作用下发生的形变通过反射光线在屏上光斑的移动显示出来，采用了放大法；图乙中，用手压玻璃瓶，玻璃瓶发生了微小的形变，由于管子很细，管中水位上升明显，即通过细管将玻璃瓶的形变显示出来，采用的也是放大法。B正确。3、答案：D解析：因两图都没有标度，所以无法确定力的大小D正确4、答案：CD解析：木块放在桌面上受到一个向上的弹力，是由于桌面发生向下的微小形变而产生的，A错误；木头受到竹竿的弹
13、力，是由于竹竿发生形变而产生的，B错误；绳对物体的拉力是绳子发生微小的拉伸形变而产生的，由于绳要收缩而对物体产生拉力，绳拉力的方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向，C正确；挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是因为电线受到电灯的作用而向下发生微小的拉伸形变，电线要恢复原状而对电灯产生的，D正确。5、答案：D解析：力的作用是相互的，一个物体对另一个物体施加了力，那么另一个物体也一定同时对这个物体施加了力，A、B错误力是物体与物体间的作用，无论是接触力还是非接触力都不能脱离物体存在，C错误网球受力飞出后，受重力和空气阻力，施力物体分别是地球和空气，D正确6、答案：C解析：重力与物体形状无关，人站在体重计
14、上缓慢地把一条腿伸出台面时，仍处于静止状态，人依然只受两个力，体重计的示数仍等于人重力的大小故C正确7、答案：l解析：匀质立方体的重心位于中心，也就是对角面AbcD两对角线Ac、bD的交点O，立方体平放时O点离地面的高度h.当把立方体绕bc棱翻转到使对角面AbcD处于竖直平面内时，O点离地的高度等于O点到bc棱的距离，即等于对角面边长Ab或cD的一半，故后来O点离地的高度hl，所以翻转后这个匀质立方体的重心位置升高了hhhlll.8、答案：D解析：9、答案：B解析：弹簧测力计的示数是弹簧测力计一端所受拉力的大小物体都处于静止状态，拉力大小都等于物体所受重力的大小，B正确10、答案：D解析：本题
15、应分别考虑弹簧压缩和伸长两种情况，根据共点力的平衡条件分别分析A、B受力情况，从而得出天花板受力及地面受压力。若弹簧被拉伸，则对A分析有TGAF5 N，对B分析FNGBF2 N；若弹簧被压缩，则对A分析有TGAF1 N，对B分析FNGBF6 N，故D正确。11、答案：（1）6.93 （2）A （3）钩码重力超过弹簧弹性限度解析：小(1)由图乙知,读数为14.66cm,所以弹簧伸长14.66cm-7.73cm=6.93cm。(2)若随意增减砝码,有可能会超出弹簧弹性限度,应迳一增挂钩码。(3)由图知AB段伸长量与弹力不成线性关系,是国为钩码重力超过弹簧弹性限度。12、答案：BD解析：若没有竖直墙
16、，球在水平力F和斜面共同作用下也可能处于静止状态，即球有可能不受墙的弹力，若有弹力则该弹力方向垂直竖直墙水平向左，A错，B对；若无斜面，球一定不会保持静止，即球一定受到斜面的弹力，该弹力方向垂直斜面向上，C错，D对13、答案：D解析：根据胡克定律，得F1k(L1L0)，F2k(L2L0)，代入数据，联立解得L00.10 m，k250 N/m.D正确14、答案：l解析：设轻弹簧的原长为l0，则根据胡克定律可得，按题图甲所示连接时，两轻弹簧的伸长量为la1=lb1=，所以有l=2l0+按题图乙所示连接时，两轻弹簧的伸长量分别为la2=，lb2=， 两根轻弹簧总长为：l2=2l0+= l15、答案：
17、A解析：图中C物体受到3个力的作用，即重力、B对C的压力和地面对C的支持力，除了所受重力之外，还有两个力，一个向上、一个向下，而题中所求竖直向下的力只有一个故选A.16、答案：A解析：由胡克定律Fkx得，式中x为形变量，设弹簧原长为l0，则有F1k(l0l1)，F2k(l2l0)，联立方程组可以解得k，所以A项正确17、答案：B解析：设两弹簧串联后A、B的伸长量分别为x1和x2.则有kAx1kBx2.得，又据题有：x1x22 m1 m0.5 m0.5 m，联立解得x10.3 m，可知A的伸长量为0.3 m故B正确，A、C、D错误故选B.18、答案：BC解析：利用假设法判断弹力是否存在首先以物体
18、A为研究对象，假设没有物体B将其支撑，即如果将物体B拿走，容易想到物体A会落下，不能保持现在的静止状态，由此可判断A、B两个物体间不仅接触，一定有弹力的作用；以A、B整体分析，A与墙只是接触，没有弹力故正确答案为BC.19、解析：读懂图象是求解本题的关键：(1)当弹簧的弹力为零时，弹簧处于原长状态，由图可知原长l010 cm.(2)当弹簧长度为15 cm时，弹力大小为10 N对应弹簧的伸长量为l(1510) cm5102 m，由胡克定律Fkx得：kN/m200 N/m.(3)当弹簧长为0.20 m时，弹簧伸长量为：l(0.200.10) m0.10 m.由胡克定律Fkx得：Fkl2000.10 N20 N.答案：(1)10 cm(2)200 N/m(3)20 N20、答案：25.85 0.98 弹簧的原长l0解析：根据图2指针指示可知，l1=25.85 cm，挂2个钩码时，以2个钩码整体为研究对象，受重力mg和弹簧的拉力F2作用而平衡，根据共点力平衡条件有F2=2mg=0.98 N，弹簧的伸长（或缩短）量x=|ll0|，其中l为弹簧形变后的长度，l0为弹簧的原长，因此要得到弹簧伸长量x，还需要测量弹簧的原长l0。
