
核 心 素 養(yǎng)物理觀念(1)知道重力產(chǎn)生的原因、大小和方向.會測量物體重力的大?。畷嬃Φ膱D示和示意圖.(2)知道重心的概念、物體的重心位置與什么有關(guān).(3)知道壓力、支持力和拉力都是彈力.會根據(jù)彈力產(chǎn)生的條件或者物體的運動狀態(tài)及其變化,分析彈力的方向.(4)了解胡克定律,會計算彈簧的彈力.
科學(xué)思維(1)會作力的圖示和力的示意圖.(2)理解重心的位置與物體的形狀、質(zhì)量分布有關(guān).(3)會判斷彈力的有無及方向.(4)能夠應(yīng)用胡克定律解決有關(guān)問題.科學(xué)態(tài)度與責任通過實例分析,了解重力和彈力在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用,體會物理學(xué)與生產(chǎn)、生活的緊密聯(lián)系.
一、重力1.產(chǎn)生:由于____________而使物體受到的力.2.大?。篏=________, 其中g(shù)就是自由落體加速度,一般計算中g(shù)=________ m/s2或g=________ m/s2.3.方向:________________.
4.重心:重心可以看作是物體所受重力的作用點.(1)定義:一個物體的各部分都受到重力的作用,從效果上看,可以認為各部分受到的重力作用集中于一點,這一點叫作物體的重心(center f gravity).(2)決定物體重心位置的因素.①物體的形狀.質(zhì)量均勻分布的物體,重心的位置只跟物體的________有關(guān).②物體質(zhì)量的分布.質(zhì)量分布不均勻的物體,重心的位置除了跟物體的________有關(guān)外,還跟物體內(nèi)質(zhì)量的________有關(guān).(3)不規(guī)則物體重心的確定.應(yīng)用二力平衡的知識通過實驗來確定形狀不規(guī)則物體的重心位置.
5.力的圖示和力的示意圖(1)力的圖示力可以用有向線段表示. 有向線段的長短表示力的大小,箭頭表示力的________,箭尾(或箭頭)表示力的________. 這種表示力的方法,叫作力的圖示.(2)力的示意圖在不需要準確標度力的________時,通常只需畫出力的________和________,這種表示力的方法,叫作力的示意圖.
[圖解1] “豎直向下”≠“垂直接觸面向下”.只有在赤道和兩極時,重力的方向才“指向地心”.如圖甲,重錘自由懸掛時懸線的方向即為豎直方向.如圖乙,斜面上的物體所受重力的方向為豎直方向①,而非垂直接觸面向下的方向②.
[圖解2] 力的圖示和力的示意圖
二、彈力1.接觸力:物體與物體接觸時發(fā)生的相互作用稱為接觸力.接觸力按其性質(zhì)可以分為________和________.2.形變:物體在力的作用下形狀或體積會發(fā)生改變,這種變化叫作形變(defrmatin).3.彈力:發(fā)生形變的物體,要恢復(fù)原狀,對與它接觸的物體會產(chǎn)生力的作用,這種力叫作彈力(elastic frce).4.彈力的方向(1)壓力和支持力的方向跟接觸面________,并且指向________(選填“施力物體”或“受力物體”).(2)繩子的拉力方向沿著繩子而指向繩子________________.(3)彈力的方向總是與施力物體的形變方向________(選填“相同”或“相反”).
三、胡克定律1.彈性形變:物體在發(fā)生形變后,如果撤去作用力能夠恢復(fù)原狀,這種形變叫作彈性形變(elastic defrmatin).2.彈性限度:如果形變過大,超過一定的限度,撤去作用力后物體不能完全恢復(fù)原來的形狀,這個限度叫作彈性限度(elastic limit).3.胡克定律(1)實驗表明,彈簧發(fā)生彈性形變時,彈力的大小跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比,即________.(2)k為彈簧的________,單位是牛頓每米,符號用________表示.(3)彈簧的勁度系數(shù)反映了彈簧的軟硬程度,勁度系數(shù)k越大,____________;k越小,__________.
[圖解3] 彈性形變與非彈性形變彈簧在彈性限度以內(nèi)的形變?yōu)閺椥孕巫儯?1)兩物體擠壓→均發(fā)生形變 一對彈力.(2)某物體所受彈力,是由于另一個物體形變產(chǎn)生(不是自身形變產(chǎn)生). (3)彈性限度是彈性形變的極限,超過這個限度,物體就不能完全恢復(fù)原狀.
泥形變后不能完全恢復(fù)原狀,發(fā)生的是非彈性形變.
[拓展1] 等效思想在初中學(xué)習(xí)過電阻的串聯(lián)和并聯(lián),用一個特定阻值的電阻來代替幾個電阻就屬于“等效思想”.
[拓展2] 放大法把一個玻璃瓶裝滿水,瓶口用中間插有細管的瓶塞塞上,按壓玻璃瓶,玻璃瓶發(fā)生形變,容積減小,細管中的水被擠壓上升;松開手,即撤去外力,玻璃瓶恢復(fù)原狀,細管中的水面又降回原處.
【思考辨析】(1)自由下落的物體所受的重力為零.( )(2)重力的方向豎直向下,但不一定與接觸面垂直.( )(3)物體的重心一定在物體上.( )(4)力的圖示能反映力的大小、方向和作用點.( )(5)彈力一定產(chǎn)生在相互接觸的物體之間.( )(6)相互接觸的物體間一定有彈力.( )(7)F=kx中“x”表示彈簧形變后的長度.( )(8)彈簧的形變量越大,勁度系數(shù)越大.( )(9)彈簧的勁度系數(shù)由彈簧自身性質(zhì)決定.( )
探究點一 重力和重心問題探究1.如下圖所示,為什么樹上的蘋果總要落向地面?
提示:蘋果落向地面是因為受到地球的吸引而產(chǎn)生了重力.
2.觀察下圖,思考以下問題:重心是物體上最重的一點嗎?重心位置與什么有關(guān)?物體的重心一定在物體上嗎?請舉例說明.
提示:不是,重心是物體各部分所受重力的等效作用點.重心位置與物體的質(zhì)量分布及物體的形狀有關(guān).重心可以不在物體上,如木匠用的拐尺的重心和圓環(huán)的重心都不在物體上.
歸納總結(jié)1.重力的大小(1)重力的測量①測量工具:彈簧測力計.②測量原理:二力平衡時,兩個力大小相等.③測量方法:用彈簧測力計將待測物體懸掛起來處于靜止狀態(tài),或?qū)⑽矬w放在彈簧測力計上,彈簧測力計的讀數(shù)在數(shù)值上等于重力的大?。?2)大小①同一地點,不同物體重力的大小與其質(zhì)量成正比,即G=mg.②不同地點,同一物體的重力隨所處緯度的升高而增大,隨海拔高度的增大而減?。?br/>2.重力的方向(1)重力的方向總是豎直向下的,可利用重錘線確定其方向.(2)只有在兩極或赤道時,重力的方向才指向地心,其他位置并不指向地心.3.重心(1)重心的理解:①重心是重力的等效作用點;②重心的位置可以在物體上,也可以在物體外;③重心在物體上的位置與物體的空間位置、放置狀態(tài)和運動情況無關(guān).(2)重心位置的決定因素:①物體質(zhì)量分布情況;②物體的形狀.
典例示范例1 關(guān)于重力的大小及重心的位置,以下說法中正確的是( )A.靜止在水平面上的物體對水平面的壓力就是重力B.重力是物體本身具有的且作用在重心上的力,大小與物體的質(zhì)量成正比C.重力的方向總是垂直于接觸面向下的D.重心是物體所受重力的等效作用點,質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體其重心一定在物體的幾何中心
解析:靜止在水平面上的物體對水平面的壓力可以等于其所受的重力大小,但壓力是彈力,重力是由地球的吸引而產(chǎn)生的,兩者的產(chǎn)生原因是不同的,故A錯誤;重力的施力物體是地球,不是物體本身具有的力,重力的大小由質(zhì)量和重力加速度共同決定,即G=mg,重力的方向總是豎直向下的,但不一定是垂直于接觸面向下,比如在斜面上的物體受到的重力并不垂直于斜面,故B、C錯誤;質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體的重心在其幾何中心,故D正確.
素養(yǎng)訓(xùn)練1 (教材P56圖3.1-2改編)根據(jù)圖中所給信息和所學(xué)知識,下列說法正確的是( )A.汽車的重心(不包括車上的貨物)與裝貨多少有關(guān)B.汽車的重心(不包括車上的貨物)與貨物放的位置有關(guān)C.載重汽車的重心(包括車上的貨物)與裝貨多少和貨物放的位置有關(guān)D.載重汽車的重心(包括車上的貨物)與裝貨多少和貨物放的位置無關(guān)
解析:汽車的重心(不包括車上的貨物)由汽車本身決定,與裝貨多少以及貨物放的位置無關(guān),故選項A、B錯誤;載重汽車的重心(包括車上的貨物)與裝貨多少和貨物放的位置有關(guān),故選項C正確,選項D錯誤.
探究點二 力的圖示和力的示意圖歸納總結(jié)1.力的圖示與示意圖
2.實例:如圖所示,物體A對物體B的壓力是 10 N,
典例示范例2 如圖所示,一物體A受到一個大小為10 N的拉力作用,該拉力方向與水平方向成30°角且斜向右上方,畫出這個拉力的圖示,并簡述作圖步驟.
解析:題圖僅是拉力的示意圖,而不是拉力的圖示,畫力的圖示時,應(yīng)按以下步驟進行:(1)選定標度,選取某長度的線段表示5 N的力;(2)沿力的方向并且從力的作用點開始,按比例畫出一條線段,如圖甲中有向線段的長度為標度的2倍;(3)在線段末端標上箭頭.為了簡便,還可以將受力物體用一個點來代替,將力的圖示畫成圖乙所示的形式.
素養(yǎng)訓(xùn)練2 一個重20 N的物體沿斜面下滑.關(guān)于該物體所受重力的圖示,正確的是( )
解析:根據(jù)力的圖示的定義,將重力的三要素即大小、方向、作用點表示出來即可.物體的重力為20 N,標度設(shè)為5 N,方向豎直向下,作用點在重心,因此物體所受重力的圖示不正確的是B、C、D,只有A正確.
探究點三 彈力歸納總結(jié)1.彈力產(chǎn)生的條件2.產(chǎn)生原因:由施力物體發(fā)生彈性形變引起的.形變是成對的,彈力也是成對出現(xiàn)的.
3.彈力的方向(1)壓力、支持力的方向:垂直接觸面,指向被壓或被支持的物體.
(2)繩的拉力方向(3)彈力的方向:總是與物體發(fā)生形變的方向相反,也就是與作用在物體上使物體發(fā)生形變的外力的方向相反.
典例示范題型1 彈性形變和彈力例3 (多選)玩具汽車停在模型橋面上,如圖所示,下列說法正確的是( )A.橋面受向下的彈力,是因為汽車發(fā)生了彈性形變B.汽車發(fā)生了形變,所以對橋面產(chǎn)生了向下的彈力作用C.汽車受向上的彈力,是因為汽車發(fā)生了彈性形變D.橋面發(fā)生了彈性形變,所以對汽車產(chǎn)生了向上的彈力作用
解析:橋面受向下的彈力,是因為汽車發(fā)生了彈性形變,選項A正確;汽車發(fā)生了形變,所以對橋面產(chǎn)生了向下的彈力作用,選項B正確;汽車受向上的彈力,是因為橋面發(fā)生了彈性形變,選項C錯誤;橋面發(fā)生了彈性形變,所以對汽車產(chǎn)生了向上的彈力作用,選項D正確;故選ABD.
題型2 彈力有無的判斷判斷彈力有無的兩種常見方法(1)直接判斷:對于形變較明顯的情況,可根據(jù)彈力的產(chǎn)生條件直接判斷.(2)“假設(shè)法”判斷:對于形變不明顯的情況,可用“假設(shè)法”進行判斷.可假設(shè)兩個物體間不存在彈力,看物體能否保持原有的狀態(tài),若狀態(tài)不變,則此處不存在彈力;若狀態(tài)改變,則此處有彈力.
例4 如圖所示,下列四個圖中,所有的球都是相同的,且形狀規(guī)則質(zhì)量分布均勻.甲球放在光滑斜面和光滑水平面之間,乙球與其右側(cè)的球相互接觸并放在光滑的水平面上,丙球與其右側(cè)的球放在另一個大的光滑球殼內(nèi)部并相互接觸,丁球用兩根輕質(zhì)細線吊在天花板上,且右側(cè)的一根線是沿豎直方向的.關(guān)于這四個球的受力情況,下列說法正確的是( )A.甲球受到兩個彈力的作用 B.乙球受到兩個彈力的作用C.丙球受到兩個彈力的作用 D.丁球受到兩個彈力的作用
解析:A錯:甲球受重力和地面給它的豎直向上的彈力兩個力,斜面沒有給其彈力,如果有彈力,則甲球不會靜止.B錯:乙球受重力和地面給它的豎直向上的彈力兩個力,與乙球接觸的球不會給乙球彈力,如果有彈力,則乙球不會靜止.C對:丙球受重力,大球殼內(nèi)部給它的指向球心的斜向右上的彈力和與它接觸的小球給它的沿它們球心連線向左的彈力,如果它接觸的小球不給它沿它們球心連線向左的彈力,則丙球不能保持靜止狀態(tài),故丙球受到兩個彈力的作用.D錯:丁球受重力和繩子給它的豎直向上的拉力,傾斜的繩子不會給它彈力的作用,如果有彈力,則小球不能保持平衡狀態(tài),故丁球只受一個向上的彈力.
題型3 彈力方向的判斷(1)根據(jù)形變的方向判斷.具體判斷步驟是:明確被分析的彈力→確定施力物體→分析施力物體形變的方向→確定該彈力的方向.(2)根據(jù)不同類型彈力的方向特點判斷.支持力和壓力總是垂直于接觸面指向被支持或被壓的物體,繩的拉力總是沿繩指向繩收縮的方向.
例5 請在下圖中畫出物體A所受彈力的示意圖.
解析:輕繩的彈力沿繩并指向繩收縮的方向;點與面接觸或面與面接觸的彈力則垂直于接觸面;若接觸面為曲面,則彈力與切面垂直.圖丙中,物體與曲面之間的彈力方向垂直于過接觸點的切面.圖己中,彈力的方向垂直于過接觸點的切面,彈力方向必通過球心,與重心位置無關(guān).
素養(yǎng)訓(xùn)練3 某學(xué)校的室內(nèi)課間操深受廣大同學(xué)的喜愛和追捧,讓同學(xué)們在教室里也可以動起來,其中有一個擊掌的動作非常有意思,關(guān)于擊掌這一動作,下列說法正確的是( )A.甲同學(xué)對乙同學(xué)的力是乙同學(xué)手掌形變產(chǎn)生的B.乙同學(xué)對甲同學(xué)的力是乙同學(xué)手掌形變產(chǎn)生的C.甲同學(xué)手掌形變的方向是向右的D.乙同學(xué)手掌形變恢復(fù)的方向是向右的
解析:甲同學(xué)對乙同學(xué)的力是甲同學(xué)手掌形變產(chǎn)生的,選項A錯誤;乙同學(xué)對甲同學(xué)的力是乙同學(xué)手掌形變產(chǎn)生的,選項B正確;甲同學(xué)手掌形變的方向是向左的,產(chǎn)生的彈力向右,選項C錯誤;乙同學(xué)手掌形變的方向向右,形變恢復(fù)的方向是向左的,選項D錯誤.
素養(yǎng)訓(xùn)練4 體育課上一學(xué)生將足球踢向斜臺,如圖所示,下列關(guān)于足球與斜臺作用時斜臺給足球的彈力方向的說法正確的是( )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.沿垂直于斜臺斜向左上方的方向
解析:足球與斜臺的作用是球面與平面的相互作用,足球所受彈力方向垂直于斜臺指向足球,即斜向左上方的方向,故D正確.
探究點四 胡克定律的應(yīng)用問題探究仔細觀察下列圖片,分析下列問題
(1)如圖甲所示的彈簧,在其下方施加一個較小的力,然后放開,會有什么現(xiàn)象?施加一個較大的力呢?施加一個特別大的力呢?(2)由(1)可知,在一定限度內(nèi),撤去作用力后彈簧能恢復(fù)原狀.為了研究彈簧在其彈性限度內(nèi),彈力大小與其伸長量的關(guān)系,設(shè)計了如圖甲所示的實驗,實驗得到彈簧彈力F與其伸長量x的關(guān)系圖線如圖乙所示,可得到什么結(jié)論?
提示:(1)彈簧恢復(fù)原狀;彈簧伸長到較大的長度,放開后恢復(fù)原狀;彈簧伸長到更大的長度,放開后不能恢復(fù)原狀.(2)在彈性限度內(nèi),彈簧彈力大小與其伸長量成正比.
歸納總結(jié)1.對F=kx的理解(1)此式適用于彈性形變中彈力F的計算.(2)式中x是形變量,是在原長度基礎(chǔ)上拉伸或壓縮的量.(3)k是形變物體的勁度系數(shù),由形變材料本身決定,與形變量無關(guān).
題型2 胡克定律的應(yīng)用例7 如圖所示,一根輕彈簧長度由原來的5.00 cm伸長為6.00 cm時,手受到的彈力為10.0 N.那么,當這根彈簧伸長到6.20 cm時(在彈性限度內(nèi)),手受到的彈力有多大?
遷移拓展 在[例7]中,如果彈簧被壓縮到4.30 cm,那么彈簧受到的壓力有多大?(在彈簧的彈性限度內(nèi))
計算彈力大小的兩種方法(1)公式法:利用公式F=kx計算.適用于彈簧、橡皮筋等物體的彈力的計算.(2)平衡法:利用二力平衡的條件計算.例如:懸掛在豎直細繩上的物體處于靜止狀態(tài)時,細繩對物體的拉力大小等于物體重力的大?。?
素養(yǎng)訓(xùn)練5 由實驗測得某彈簧所受彈力F和彈簧的長度l的關(guān)系圖像如圖所示,求:(1)該彈簧的原長;(2)該彈簧的勁度系數(shù).?
學(xué)科素養(yǎng)培優(yōu)⑥——科學(xué)態(tài)度與責任(STSE問題)典例1 [休閑情境]蹦極(Bungee Jumping),也叫機索跳,白話叫笨豬跳,是近些年來新興的一項非常刺激的戶外休閑活動.跳躍者站在約40 m以上(相當于10層樓)高度的橋梁、塔頂、高樓、吊車甚至熱氣球上,把一端固定的一根長長的橡皮繩綁在踝關(guān)節(jié)處然后兩臂伸開,雙腿并攏,頭朝下跳下去.
設(shè)一次蹦極中所用的橡皮繩原長為15 m.質(zhì)量為50 kg的人在下落到最低點時所受的向上的最大拉力為3 000 N,已知此人停在空中時,蹦極的橡皮繩長度為17.5 m,橡皮繩的彈力與伸長的關(guān)系符合胡克定律,(g取10 m/s2)探究:(1)如何求得橡皮繩的勁度系數(shù).(2)橡皮繩的上端懸點離下方的水面至少為多高?
典例2 [生活情境]如圖,鍛煉身體用的拉力器,并列裝有五根相同的彈簧,每根彈簧的自然長度都是40 cm,某人用600 N的力把它們拉長至160 cm.探究:(1)每根彈簧產(chǎn)生的彈力大小為多少?(2)每根彈簧的勁度系數(shù)為多少?
1.在體育運動中,人的身體重心位置隨著姿勢的變化而改變.下列各姿勢中身體重心位于體外的是( )
解析:A選項中若保持平衡,重力應(yīng)與支持力在一條豎直線上,所以重心在腳的正上方,在身體上.C、D選項中,重力所在豎直線在兩腳之間,重心也在身體上.B選項中重心位置應(yīng)在身體正下方,在體外.
2.(多選)如圖為轟-6N新型遠程戰(zhàn)略轟炸機,關(guān)于轟-6N的說法正確的是( )A.轟-6N受到的重力指向地心B.轟-6N受重力的同時,它也對地球產(chǎn)生引力C.轟-6N受到重力的施力物體是地球D.轟-6N勻速飛行時,它不受重力
解析:轟-6N的重力方向豎直向下,不指向地心,故選項A錯誤;由于地球?qū)Z-6N的引力而產(chǎn)生重力,同時轟-6N對地球也產(chǎn)生引力,故選項B正確;轟-6N受到重力的施力物體是地球,故選項C正確;地球附近的任何物體都受到重力,故選項D錯誤.
3.小王同學(xué)用水平向右的拉力F拉小車,F(xiàn)的大小為200 N,下列關(guān)于拉力的圖示正確的是( )
解析:A錯:圖中沒有標度,只是力的示意圖.B錯:圖中沒有標度.C對:圖中有作用點,有大小,有方向,且確定了標度.D錯:拉力的方向應(yīng)該向右.
4.(教材P57圖3.1-6改編)下列實驗中體現(xiàn)出的物理思想方法是( )A.極限法 B.放大法C.控制變量法 D.等效替代法
解析:通過平面鏡觀察桌面的微小形變,所體現(xiàn)出的物理思想方法為放大法.
5.在下圖所示的圖中畫出物體P受到的各接觸點或面對它的彈力的示意圖.其中甲、乙中物體P處于靜止狀態(tài),丙中物體P(即球)在水平面上勻速滾動.
解析:甲屬于繩的拉力,應(yīng)沿繩指向繩收縮的方向,因此彈力方向沿繩向上;乙中A、B兩點都是球面與平面相接觸,彈力應(yīng)垂直于平面,且必過球心,所以A處彈力方向水平向右,B處彈力垂直于斜面向左上方,且都過球心;丙中小球P不管運動與否,都屬于平面與球面相接觸,彈力應(yīng)垂直于平面,且過球心,即向上,它們所受彈力的示意圖如圖所示.
6.如圖所示,一根彈簧的原長為20 cm,豎直懸掛著,當用15 N的力向下拉彈簧時,量得彈簧長為24 cm.若把它豎立在水平桌面上,用30 N的力豎直向下壓時,彈簧長多少(在彈性限度內(nèi))?
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