
考點1:力的描述
力的四性的認(rèn)識
2.力的作用效果
(1)
(2)力的作用效果與力的大小、方向、作用點都有關(guān)系.
(3)分析力的作用效果是判斷物體是否受力的最基本方法.
【例1】 (多選)下列關(guān)于力的說法中正確的是( )
A.力是物體之間的相互作用 B.沒有施力物體的力有可能存在
C.一個物體受到力的作用,一定有另一個物體直接接觸它且施加了這種作用
D.當(dāng)兩個物體間發(fā)生力的作用時,其中的任一物體既是施力物體,也是受力物體
【分析】力的概念是力學(xué)“大廈”建立的基礎(chǔ),深刻理解力的概念的內(nèi)涵與外延,是解答本題的關(guān)鍵.
【解析】AD 力是物體之間的相互作用,離開了物體,力是不可能存在的,故A正確.力是物體間的相互作用,即一個物體受到力的同時,必對施力物體施加力的作用,受力物體和施力物體一定同時存在,故B錯誤.兩個物體相互施加力時,不一定直接接觸,如地球和太陽之間存在相互作用力,但地球與太陽并不直接接觸;兩塊相距一定距離的磁鐵之間存在相互作用的吸引力或排斥力,但兩塊磁鐵并非直接接觸,故C錯誤.兩個物體間發(fā)生相互作用時,其中一個物體對另一個物體施加了力,同時另一個物體必對這個物體也施加了力,力的作用是相互的,不存在只對外界施加力而不受外界作用力的物體,即任意物體是施力物體的同時也是受力物體,故選項D正確.
【例2】 如圖所示,甲中在木箱的P點,用一與水平方向成30°角斜向上的150 N的力拉木箱;乙中在木塊的Q點施一與豎直方向成60°角斜向上的20 N的推力,把木塊抵在墻壁上.試作出甲、乙兩圖中所給力的圖示,并作出丙中電燈所受重力和拉力的示意圖.
甲 乙 丙
【分析】根據(jù)力的圖示的畫法,正確選取標(biāo)度畫出力的圖示.
【解析】(1)此題可按以下步驟對P點的拉力進(jìn)行作圖:
①選定一段長4 mm的線段表示50 N的力.
②從作用點P沿力的作用方向畫一線段,根據(jù)選定的標(biāo)度與力的大小確定線段的長度,并在線段上加刻度
eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(即畫出線段長度為\f(150,50)×4 mm=12 mm)),如圖甲′.
③在線段的尾端加上箭頭表示力的方向.
(2)可按同樣的步驟畫出Q點推力的圖示如圖乙′,作圖時,注意Q點推力的方向.
(3)畫丙圖中力的示意圖時,可按以下步驟進(jìn)行:
①選定電燈為研究對象.
②從作用點沿拉力方向(沿繩的方向)畫出一適當(dāng)長度的線段,在線段的末端標(biāo)出箭頭表示拉力的方向.這就是繩對電燈拉力的示意圖,同樣沿重力方向(豎直向下)畫出一適當(dāng)長度的線段,在線段的末端標(biāo)出箭頭表示重力的方向,這就是電燈所受重力的示意圖,注意表示拉力與重力的線段長度應(yīng)該相等,如圖丙′所示.
甲′ 乙′ 丙′
【技巧與方法】
力的圖示與力的示意圖的作圖技巧
畫力的圖示,要嚴(yán)格按以下步驟進(jìn)行.
①選標(biāo)度:以某一長度表示一定大小的力.
②畫線段:從力的作用點沿力的方向畫一線段,長短根據(jù)標(biāo)度和力的大小確定.
③定刻度.
④畫箭頭.
力的圖示一定要畫在受力物體上,標(biāo)度選取適當(dāng),所畫線段的長度應(yīng)是標(biāo)度的整數(shù)倍.
力的示意圖與力的圖示不同,力的示意圖是便于分析受力,畫準(zhǔn)力的方向,帶箭頭的線段上沒有標(biāo)度,線段的長度只定性表示力的大小.
【針對訓(xùn)練】
1.關(guān)于如圖所示的兩個力F1和F2,下列說法正確的是( )
A.F1=F2,因為表示兩個力的線段一樣長
B.F1>F2,因為表示F1的標(biāo)度大
C.F1<F2,因為F1只有兩個標(biāo)度的長度,而F2具有三個標(biāo)度的長度
D.無法比較,因為兩個力的標(biāo)度的大小未知
【解析】D 在力的圖示中,所表示的力的大小取決于圖中標(biāo)度的大小和線段的長短,不知標(biāo)度的大小,僅由線段的長度無法比較F1和F2的大小,所以選項D正確.
2.用圖示法畫出力,并指出施力物體和受力物體.
(1)空氣對氣球的20 N浮力;
(2)小孩用與水平方向成30°角斜向右上方、200 N的拉力拉小車.
【解析】(1)空氣對氣球的浮力為20 N,施力物體是空氣,受力物體是氣球.力的圖示如圖甲所示.
(2)小孩用與水平方向成30°角斜向右上方、200 N的拉力拉小車,施力物體是小孩,受力物體是小車.力的圖示如圖乙所示.
甲 乙
考點2:重力及其測量
重力的大小和方向
(1)在同一地點,重力的大小與質(zhì)量成正比.
(2)在不同地點,某一物體的重力的大小與物體所處的緯度位置有關(guān),在緯度越高的位置,所受重力越大;其重力的大小還與物體的海拔高度有關(guān),在同一地點,位置越高,重力越小.
(3)重力的大小與物體的運動狀態(tài)無關(guān),與物體是否受其他力無關(guān).
(4)重力的方向總是豎直向下,豎直向下不是垂直于支撐面向下,也不是指向地心.
2.重力的測量
(1)在實驗室里,重力的大小可以用彈簧測力計測出.物體靜止時彈簧測力計的拉力的大小等于物體受到的重力.
(2)用彈簧測力計測量重力時,物體必須保持靜止或勻速直線運動狀態(tài).
3.重力和質(zhì)量的區(qū)別與聯(lián)系
【例3】 關(guān)于地面上物體的重力,下列說法正確的是( )
A.只有靜止時,物體才受重力
B.物體對地面的壓力就是物體的重力
C.彈簧測力計和桿秤都能稱量物體的重力大小
D.同一地點,物體的重力與其質(zhì)量成正比
【分析】①重力是由地球吸引而產(chǎn)生的,與物體運動狀態(tài)無關(guān).
②明確物體的重力和對地面的壓力的施力物體和受力物體.
【解析】D 物體是否受重力與物體運動狀態(tài)無關(guān),A錯誤;物體對地面的壓力與物體的重力的施力物體和受力物體不同,故不是一個力,B錯誤;桿秤的原理是杠桿原理,只能測質(zhì)量不能測重力,C錯誤;在同一地點g為常數(shù),由G=mg可知,重力與質(zhì)量成正比,D正確.
【針對訓(xùn)練】
3.關(guān)于重力的大小,下列說法正確的是( )
A.由公式G=mg知,物體所受的重力一定等于其質(zhì)量的9.8倍
B.浮在水面上的大鐵船,由于水的浮力作用,其所受重力變小了,才漂在水面上
C.熟透的蘋果往下落是因為受到重力作用,在天空飛行的飛機不掉下來,說明其所受重力等于零
D.靜止于水平地面上的物體對地面壓力的大小不一定等于其重力大小
【解析】D g值不一定都等于9.8 N/kg,故A錯;g值隨位置的變化而變化,同一地理位置,物體重力不變,B錯;地球附近的物體都受到地球的吸引,即都受重力作用,C錯;若靜止于水平地面上的物體還受到豎直方向上的拉力,其對地面的壓力就不等于重力,故D對.
4.(多選)下列關(guān)于重力的說法中正確的是( )
A.自由下落的石塊速度越來越大,說明石塊所受的重力越來越大
B.拋出的石塊運動軌跡是曲線,說明石塊所受的重力的方向在改變
C.物體受到重力的大小和方向與物體的運動狀態(tài)無關(guān)
D.物體所受重力的方向一定豎直向下
【解析】CD 物體受到的重力的大小與物體的運動狀態(tài)無關(guān),重力的方向始終是豎直向下的,則C、D正確,A、B錯誤.
考點3:重心與穩(wěn)定
1.對重心的理解
(1)重心的意義:重心是物體所受重力的作用點,任何物體都有重心,且只有一個重心.
(2)重心的位置
①質(zhì)量分布均勻的物體,重心位置只跟物體的形狀有關(guān).
若物體的形狀是中心對稱的,對稱中心就是重心.如:我們用的直尺、鉛球、魔方等實心物體,以及籃球、排球等空心物體,它們的重心都在幾何中心.
而軸對稱的碗、碟等,它們的重心在對稱軸上.它們的重心可用二力平衡的方法找到.
②質(zhì)量分布不均勻的物體,重心的位置由物體的形狀和質(zhì)量分布共同決定,可以用“支撐法”或“懸掛法”確定.
2.重心與穩(wěn)定
(1)物體的穩(wěn)定程度與物體重心的高低和物體底面積的大小有關(guān)系.物體的重心越低,物體的底面積越大,則物體越穩(wěn)定.
(2)物體傾倒的條件:作用在物體重心上的重力的作用線落在它的支持底面外側(cè)時,物體將會自然傾倒.若要使物體不傾倒,應(yīng)使作用在物體重心上的重力的作用線落在支持底面之內(nèi).
【例4】 矩形均勻長薄板AB邊長為60 cm,BC邊長為10 cm.在O點以細(xì)線掛起并處于平衡狀態(tài).AO段長為35 cm,如圖所示,則懸線與AB邊的夾角為________.
【分析】①由于本題中的薄板是均勻的,故其重心在幾何中心上.②由于薄板受拉力和重力而處于平衡狀態(tài),所以二力一定在同一直線上,即拉力的作用線的延長線一定經(jīng)過重心.
【解析】均勻矩形薄板的重心在對角線的交點上,懸掛時懸線的延長線應(yīng)過重心.應(yīng)注意O點不是AB的中點,E點才是AB的中點.要根據(jù)幾何關(guān)系求出OE及O′E的長度,再根據(jù)OE與O′E互相垂直來計算夾角.如圖所示,AE=30 cm,AO=35 cm,所以O(shè)E=5 cm.由BC=10 cm可得O′E=5 cm.由此可見OE=O′E=5 cm,又因為OE與O′E互相垂直,所以α=45°.
【答案】45°
【針對訓(xùn)練】
5.下列說法正確的是( )
A.形狀規(guī)則的物體的重心,一定在物體的幾何中心上
B.物體的重心一定在物體上
C.地球?qū)ξ矬w的吸引力就是物體的重力
D.物體的重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的
【解析】D 物體重心的位置不但與物體的形狀有關(guān),還和物體質(zhì)量的分布情況有關(guān),選項A錯誤;物體的重心不一定在物體上,如質(zhì)量分布均勻的圓環(huán)的重心在其圓心,但不在圓環(huán)上,選項B錯誤;重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的,但重力并不是地球?qū)ξ矬w的吸引力,選項C錯誤,D正確.
6.關(guān)于重心,下列說法正確的是( )
A.重心就是物體上最重的一點
B.重心就是物體的幾何中心
C.直鐵絲被折彎后,重心便不在中點,但一定還在鐵絲上
D.重心是物體的各部分所受重力的等效作用點
【解析】D 重心是重力的等效作用點,并不是只有重心才受重力,故選項D正確,選項A錯誤.質(zhì)量分布均勻、有規(guī)則形狀的物體的重心才在其幾何中心,故選項B錯誤.物體的重心不一定在物體上,粗細(xì)均勻的鐵絲被彎成圓時,其重心在圓心處,而不在鐵絲上,故選項C錯誤.
7.不倒翁不倒的原因,是它的重心設(shè)計巧妙.下列說法中正確的是( )
A.重心在不倒翁的幾何中心上
B.不倒翁的重心很高
C.不倒翁的重心很低
D.不倒翁的重心不在物體上
【解析】C 由于物體在其他條件不變的情況下,重心越低,物體的穩(wěn)定性越大,不倒翁的重心一定很低,C對,A、B、D均不對.
考點達(dá)標(biāo)
一、選擇題(本題共6小題,每小題6分,共36分)
1.在世界壯漢大賽上有拉汽車前進(jìn)的一項比賽,如圖是某壯漢正通過繩索拉著汽車運動.則汽車所受拉力的施力物體和受力物體分別是( )
A.壯漢、汽車 B.壯漢、繩索
C.繩索、汽車 D.汽車、繩索
【解析】C 要研究的是汽車,直接對汽車產(chǎn)生拉力的是繩索而不是壯漢,汽車所受拉力是繩索和汽車之間的相互作用力,故其施力物體是繩索,受力物體是汽車.
2.關(guān)于重力的方向,下列說法中正確的是( )
A.重力的方向總是垂直向下
B.重力的方向總是豎直向下
C.重力的方向總是和支持物的支持面垂直
D.重力的方向總是垂直于地面向下
【解析】B 根據(jù)重力的特點可知,重力的方向總是豎直向下,選項B正確,A、C、D錯誤.
3.如圖所示是小車所受外力的圖示,所選標(biāo)度都相同,則對于小車的運動,作用效果相同的是( )
A.F1和F2 B.F1和F4
C.F1和F3、F4 D.都不相同
【解析】B 判斷力的作用效果是否相同,應(yīng)從力的三要素即大小、方向和作用點去考慮,力的三要素相同則作用效果相同,B正確.
4.殲-20戰(zhàn)機是中國最近研制出的第五代隱身重型殲擊機.它以具有隱身性、高機動性以及先進(jìn)的航電系統(tǒng)讓世界震驚.關(guān)于殲-20戰(zhàn)機的受力下列說法正確的是( )
A.戰(zhàn)機受到的重力指向地心
B.戰(zhàn)機受重力的同時,它也對地球產(chǎn)生引力
C.戰(zhàn)機向前運動的推力無施力物體
D.戰(zhàn)機勻速飛行,它不受重力作用
【解析】B 重力的方向豎直向下,不一定指向地心,故A錯誤.由于地球?qū)?zhàn)機的引力而產(chǎn)生重力,同時戰(zhàn)機也對地球有引力作用,力的作用是相互的,故B正確.任何力都有施力物體,故C錯誤.在地球附近的任何物體都受重力作用,故D錯誤.
5.如圖所示,“馬踏飛燕”是漢代藝術(shù)家高度智慧、豐富想象、浪漫主義精神和高超的藝術(shù)技巧的結(jié)晶,是我國古代雕塑藝術(shù)的稀世珍寶,飛奔的駿馬之所以能用一只蹄穩(wěn)穩(wěn)地踏在飛燕上,是因為( )
A.馬跑得快的緣故
B.馬蹄大的緣故
C.馬的重心在飛燕上
D.馬的重心位置和飛燕在一條豎直線上
【解析】D “馬踏飛燕”中的馬之所以能用一只腳穩(wěn)穩(wěn)地踏在飛燕上,是因為馬的重心位置和飛燕在一條豎直線上,D正確.
6.(多選)關(guān)于物體的重心,下列說法正確的是( )
A.物體的重心一定在物體上
B.用線豎直懸掛的物體靜止時,線的方向一定通過重心
C.一塊磚平放、側(cè)放或立放時,其重心在磚內(nèi)的相對位置不變
D.舞蹈演員在做各種優(yōu)美的動作時,其重心在體內(nèi)相對位置不變
【解析】BC 物體的重心可以在物體上,也可以在物體外,A錯誤.用線豎直懸掛的物體靜止時,重力與拉力等大、反向、共線,所以線的方向一定過重心,B正確.物體形狀不變時,重心相對物體的位置不變,如果物體形狀變化了,重心相對物體的位置改變,所以C正確,D錯誤.
二、非選擇題(14分)
7.如圖所示,已知各物體的質(zhì)量都相等且都處于靜止?fàn)顟B(tài),試在圖上分別畫出它們所受重力的示意圖.
【解析】重力的方向豎直向下,重力的作用點位于物體的重心上,質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體的重心在其幾何中心上.重力的示意圖如圖所示.
鞏固練習(xí)
一、選擇題(本題共4小題,每小題6分,共24分)
1.關(guān)于重力的大小和方向,下列說法中正確的是( )
A.物體重力的大小等于它對豎直懸繩拉力的大小或等于它對水平支持面壓力的大小
B.在地球各處的重力方向都是相同的
C.重心是理想化的物理模型
D.對某一物體而言,其重力的大小總是一個恒量,不因物體從赤道移到南極而變化
【解析】C 物體的重力大小與它對豎直懸繩的拉力或它對水平面壓力的大小并不一定相等,只有在物體靜止或勻速直線運動時才相等,A不正確;在地球上各處的重力都是豎直向下,但各個地方的豎直向下并不是指向同一方向,例如南極和北極的重力方向恰好相反,同一物體在不同緯度處的重力也是不同的,地球表面上,越靠近兩極其重力越大,所以B、D是不正確的;重心是為研究問題的方便引入的一個物理模型,物體各個部分都受重力作用,可以等效看作集中在一點上,故選C.
2.(多選)彈簧測力計豎直懸掛一個靜止的小球,下列說法正確的是( )
A.小球?qū)椈蓽y力計的拉力就是小球的重力
B.彈簧測力計對小球的拉力大小等于小球的重力大小
C.小球所受重力的施力物體是彈簧測力計
D.小球所受重力的施力物體是地球
【解析】BD A中重力是地球?qū)π∏虻淖饔昧?,而拉力是小球?qū)椈蓽y力計的作用力,這兩個力不是同一個力,故A錯誤;可用彈簧測力計測重力,所以彈簧測力計對小球的拉力與小球所受重力的大小相等,B正確;重力是由于地球的吸引產(chǎn)生的,所以小球所受重力的施力物體是地球,故C錯誤,D正確.
3.如圖所示,一個空心均勻球殼里面注滿水,球的正下方有一個小孔,在水由小孔慢慢流出的過程中,空心球殼和水的共同的重心將會( )
A.一直下降
B.一直上升
C.先升高后降低
D.先降低后升高
【解析】D 考查對重心的理解,關(guān)鍵是明確物體的重心與質(zhì)量分布有關(guān).當(dāng)注滿水時,球殼和水的重心均在球心,故它們共同的重心在球心.隨著水的流出,球殼的重心雖然仍在球心,但水的重心逐漸下降,開始一段時間內(nèi),球殼內(nèi)剩余的水較多,隨著水的重心的下降,球殼和水共同的重心也下降;后來一段時間內(nèi),球殼內(nèi)剩余的水較少,隨著水的重心的下降,球殼和水共同的重心卻升高;最后,水流完時,重心又回到球心.故球殼和水的共同重心先降低后升高,D選項正確.
4.在城市樓房的建筑工地上經(jīng)常見到塔吊,工人師傅在安裝塔吊時,常在塔吊臂的未裝滑輪端安裝一個大的鐵箱,并在鐵箱內(nèi)裝入很重的沙子(如圖所示),其主要目的是( )
A.為了左右對稱,美觀
B.增加塔吊重量,防止被風(fēng)吹得左右搖擺
C.防止沙子不夠用,做臨時補充
D.使塔吊起吊建材時重心落在豎直固定架上,工作起來更加平衡、安全
【解析】D 物體的重心與物體的形狀和質(zhì)量分布有關(guān),塔吊臂未裝滑輪端安裝鐵箱并配重后,當(dāng)?shù)跗鹬匚飼r,可以使重心落在豎直固定架上,增加穩(wěn)度,所以選項D正確.
二、非選擇題(本題共2小題,共26分)
5.(13分)一個質(zhì)量為60 kg的人,在地球上重為588 N,在月球上重為98 N.該人做摸高運動時,在地球上的高度為0.5 m.那么,在月球上觸摸高度為多少?
【解析】人在地球和月球上的質(zhì)量相等,由G=mg得,地球表面的自由落體加速度g=eq \f(G,m)=eq \f(588,60) m/s2
月球表面的自由落體加速度g′=eq \f(G′,m)=eq \f(98,60) m/s2
設(shè)人在地球上觸摸高度為h,在月球上觸摸高度為h′,
由v2-veq \\al(2,0)=2as得2gh=2g′h′,即eq \f(h,h′)=eq \f(g′,g)
解得h′=eq \f(g,g′)h=3.0 m.
【答案】3.0 m
6.(13分)運輸貨車的制造標(biāo)準(zhǔn)是:當(dāng)汽車側(cè)立在傾角為30°的斜坡上時,如圖所示,仍不至于翻倒.也就是說,貨車受到的重力的作用線仍落在貨車的支持面(地面上,以車輪為頂點構(gòu)成的平面)以內(nèi),如果車輪間的距離為2 m,車身的重心不能高出地面多少米?
【解析】重力的作用線在豎直方向上,由題意知,要求重力的作用線落在貨車的支持面內(nèi),即要求重力作用線與斜坡的交點應(yīng)在車輪與中軸線之間,當(dāng)交點位于車輪與斜坡的接觸點時,對應(yīng)重心的位置即滿足條件的最高重心位置,作出示意圖,利用幾何關(guān)系可求解.作出如圖所示的示意圖,設(shè)重心離地面的最高距離為x,A點是車輪與地面的交點,B點為中軸線與地面的交點,由幾何關(guān)系,在△ABO中,∠AOB=30°,有eq \f(AB,x)=tan 30°,將AB=1 m代入得x=eq \r(3) m≈1.7 m.
【答案】1.7 m
物質(zhì)性
(1)力是物體對物體的作用,沒有脫離物體而獨立存在的力
(2)對于一個指定的力,一定同時存在受力物體和施力物體
相互性
(1)物體之間力的作用是相互的.只要一個物體對另一個物體施加了力,那么另一個物體也一定同時對這個物體施加了力
(2)力總是成對出現(xiàn)的.施力物體同時又是受力物體,受力物體同時又是施力物體
矢量性
力不僅有大小,而且有方向,是矢量
獨立性
任何一個力都獨立地產(chǎn)生作用效果,使物體發(fā)生形變或使物體運動狀態(tài)改變
項目
重力
質(zhì)量
區(qū)別
性質(zhì)
由于地球的吸引而使物體受到的力
物體本身的一種屬性
變化情況
隨著地理位置的不同而發(fā)生變化
不隨地理位置的改變而發(fā)生變化
測量工具
彈簧測力計
天平
矢量與標(biāo)量
矢量
標(biāo)量
聯(lián)系
G=mg
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