八年级物理弹力与弹簧测力计、来自地球的力上海科技版知识精讲

初二物理初二物理弹力与弹簧测力计 来自地球的力弹力与弹簧测力计 来自地球的力上海科技版上海科技版 本讲教育信息本讲教育信息 一 教学内容 弹力与弹簧测力计 来自地球的力 基本要求 1 知道弹力是由于物体发生形变时而产生的力 在常见的力现象中知道哪些是弹力 2 知道弹簧测力计的原理构造和使用方法 并会利用弹簧测力计测量一些力的大小 3 知道重力是由于地球的吸引而使物体受到的力 物体所受重力的大小叫物重 知道物 体所受重力的大小与质量成正比 4 知道 g 9 8N kg 和它表示的物理意义 5 知道重力的方向是竖直向下的 以及重垂线的广泛应用 重点 弹簧测力计的使用和重力的三要素 难点 竖直向下与重心 基本内容讲解 1 弹力 在湖面上有一个漂浮的木块 当我们用一根竹条拔动木块时 我们发现竹条弯曲了 也就是发生了弹性形变 当然这根竹条是要恢复原状的 这样它就会对阻碍它恢复原状的 物体产生力的作用 将木块推开 我们把物体由于形变而产生的力叫做弹力 木块就是在 弹力的作用下被推开的 再比如说 当我们用力拉弹簧时 弹簧发生的形变 这时弹簧也 要恢复原状 这样它也会对阻碍它恢复原状的物体产生弹力 也就是我们的手所感受到的 这个力 因此弹力就是因物体发生形变而产生的力 仔细的分析我们会发现 弹力总是与物体的形变方向相反 比如在上面的例子中 向 上拉弹簧时 我们发现它形变的方向是向上的 可是我们所感受到的弹力却是向下的 同 样如果我们向下压弹簧 它形变的方向是向下的 我们感受到弹力的方向是向下的 总之 弹力的方向是与物体的形变方向相反的 我们通常所说的压力和支持力都是弹力 当一个物体放在另一个物体的表面时 上面 的物体由于受到重力的作用 所以它必然有一种向下运动的趋势 可是另一个物体不让它 向下运动 这样上面的物体就要产生向上的形变 这时它自然会产生一个向下的弹力 这 个向下的弹力就是上面物体对下面物体的压力 由于上面物体对下面物体有压力的作用 下面的物体自然也会产生一个向下的形变 当然它也会产生一个向上的弹力 这个向上的 弹力就是支持力 2 弹簧测力计 在实验室中我常用弹簧测力计来测量力的大小 弹簧测力计的主要构造是弹簧 挂钩 指针 刻度盘 外壳等 我们在一根弹簧下挂一个钩码 发现弹簧伸长了一些 当我们挂 两个钩码时 我们发现弹簧伸的更长了 而这时两个对弹簧的拉力也变大了 这就说明弹 簧所受到的拉力变大了 因此我们发现 弹簧所受到的拉力越大 它伸长的长度越长 弹 簧测力计就是根据这个原理制成的 弹簧测力计的正确使用 1 了解弹簧测力计的量程 不能用弹簧测力计测量超出它的量程的力 否则会损坏 弹簧测力计 2 明确弹簧测力计的分度值 也就是一个大格和一个小格各是多少牛 这样有利于 我们进行读数 3 校零 弹簧测力计在使用之前一定要使指针指在零刻度 4 测量力时 要使测力计内的弹簧轴线的方向跟所测力的方向一致 弹簧不要靠在 刻度盘上 3 重力 在地球表面的任何物体都要受到地球的吸引而被拉向地面 这种由于地球的吸引而使 物体受到的力叫做重力 重力是物体和地球所共有的 也就是说地球在吸引物体的同时 物体也同样吸引地球 只不过我们现在研究的是物体所受到的力 也就是重力 当然这个 力的施力物就是地球了 正是由于地球周围的一切物体都要受到重力的作用 所以才会有 物体的下落 水从高处流向低处等等 说明一个亚氏的观点及牛顿的万有引力 重力的三要素 大小 方向 作用点 1 我们要明确的研究重力 就应该从重力的三要素开始 首先我们来研究重力的大 小 我们先用测力计测一个钩码的重力 然后再来测两个钩码的重力 我们发现两个钩码 的重力比一个钩码的重力要大 两个钩码当中含有的铁比一个钩码中含有的铁要多 所以 它的重力就大一些 看来物体的重力的大小与物体含有物质的多少有关系 在物理学我们 把物体中含有物质的多少叫做质量 用字母 m 来表示 讲台 课桌 铁锤 铁钉物理学中称为物体 组成这些物体的木材 铁叫 物质 由 上面的观察看出 讲台 课桌含有木材的多少不同 铁锤 铁钉含铁的多少也不同 物理 学中用 质量 表示物体所含物质的多少 一个牙膏皮 a 将它卷起来 形状变了 它的质量变不变 b 将它从南京带到北京 位置变了 它的质量变不变 装有冰块的带盖玻璃杯 提问 容器内的冰全部熔化成水 状态变了 它的质量变不变 物体中含有的物质多少没有变化 那么物体的质量也不发生 变化 可见物体的质量不随物体的形状 位置 状态而改变 质量的单位 千克是国际上通用的质量单位 为了方便 还有比千克大的单位吨 比千克小的单位 克 毫克 1 吨 103千克 1 千克 103克 1 克 103毫克 质量的测量 天平 这在以后我们会学习使用它来测量物体的质量 日常生活中买粮 买菜 称出的都是货物的质量 常用测质量的器具有杆秤 台秤 案秤 电子秤 看来物体所受重力的大小与物体的质量有着非常密切的关系 那么二者之间究竟有着 怎样的关系呢 我们用实验来探究 两个钩码的大小 形状和材料都不同 但是它们的质量都是 50 克 我们用弹簧秤测量 它们的重力 把物体挂在弹簧秤下 当物体静止时 弹簧秤的示数就等于物体受到的重力 这两个砝码的重力都是 0 5 牛顿 质量相等的物体 它们的重力大小也相等 用弹簧秤测量质量分别为 100 克 200 克和 300 克的物体的重力 将测量结果填在表 格内 钩码数 只 质量 m kg 物重 G N 物重与质量的比值 g N kg 1 0 05 0 5 10 2 0 10 1 0 10 3 0 15 1 5 10 4 0 20 2 0 10 5 0 25 2 5 10 6 0 30 3 0 10 7 0 35 3 5 10 8 0 40 4 0 10 从表中的数据我们发现 当物体的质量变成原来 n 倍时 物体所受到的重力也变成原 来的 n 倍 也就是说物体的重力跟质量成正比 实验数据中重力和质量的比值大约是 10 牛 千克 精确的测量结果表明 重力和质量 二者的比值是 9 8 牛 千克 这个值用 g 表示 g 9 8 牛 千克 它的物理意义是在地球上 质量是 1 千克的物体受到的重力是 9 8 牛 粗略计算 g 可取 10 牛 千克 如果用 G 表示物体的重力 m 表示物体的质量 g 表示物体的重力和质量的比值 那 么重力和质量的关系可以用公式 G mg 表示 使用这个公式时 质量 m 用千克作单位 重 力 G 用牛顿作单位 g 9 8 牛 千克 当然我们也可以由这个公式导出一个很重要的公式 m G g 利用这个公式在已知物重的情况下 可以求得物体的质量 2 重力的方向 重力的方向就是物体自由落向地面时的方向 这个方向是竖直向下的 所以重力的方 向是竖直向下 重力的方向可用来检查房屋的墙壁是否竖直 我们常看到建筑工人用一根重垂线检查 墙壁就是应用重力的方向是竖直向下这个道理 测绘人员用的水平仪下悬着重垂线 也是 利用重力的方向是竖直向下来测定仪器是否水平 你有兴趣的话 可以采用这类方法检查 家中的电冰箱放置的是否水平 3 重力在物体上的作用点 重心 重力的作用点叫重心 粗细均匀的同材料的棒 它的重心在中点 圆球的重心在球心 正方形薄板的重心在它的对角线的交点 4 稳度 建筑物 工厂的烟囱 书橱等都是在重力和支持力作用下保持静止的 它们都处于平 衡状态 这些物体和支承物间的接触面叫做支面 物体的稳定程度叫做稳度 在平板上放着一个金属圆柱框架 在框架的重心处悬挂一 根重垂线 在平板倾斜的时候 图 1 只要重垂线通过支面 圆柱框架总是处于平衡状态 的 重垂线不通过支面时 圆柱框架就要倾倒 就不能保持平衡了 实验表明受到重力和支持力作用的有支面的物体 如果处于平衡状态 它的重力作用 线必须通过支面 为了防止著名的意大利比萨斜塔倾斜程度逐年增大 目前正采取加固措 施 使它的重力作用线仍通过支面 以确保斜塔屹立不倒 将一个空玻璃瓶按图 2 的两种方法放在桌面上 玻璃瓶的重力作用线都通过支面 所 以玻璃瓶都可以保持平衡 但是瓶口向上的玻璃瓶不易倾倒 稳定程度好 瓶口向下的玻 璃瓶容易倾倒 稳定程度差 影响物体稳度的因素 将两个高度相同 重心离支面的高度相同 支面不同的均匀木圆柱体放在一块平板上 图 3 缓缓抬起平板的一端 可以发现 支面小的圆柱体比支面大的先翻倒 表明物体 的支面越大 稳度越大 将两个支面相同 高度不同 重心离支面的高度不同 的均匀木圆柱体放在一块平板 上 图 4 缓缓抬起平板的一端 可以发现 重心高的那个圆柱体比重比重心低的先翻倒 表 明物体的重心越低 稳度越大 大量实验表明 处于平衡状态的物体 支面越大 重心越低 稳度越大 增大稳度的实际意义 我们周围的建筑物 工厂的机器设备 车辆等运输工具 家庭中的家具和物品等 放 置时都要考虑稳度的大小 研究物体的稳度在生产和生活中是很有意义的 为了增大物体的稳度 有时采用降低重心的办法 例如 装运货物时 要把重的货物 装在下面 轻的装在上面 图 5 中的厚底玻璃杯 图 6 中压有铁板的扬谷风扇等都是降低 重心的例子 有时采用增大支面的办法 例如 高大建筑物 古塔的底层基础做得很大 图 7 中的三脚架 图 8 中的人字梯 图 9 中的电视塔等都是增大支面的例子 一般情况下 采用既降低重心 又增大支面的办法来增大物体的稳度 例如落地风扇的底座做得既重又 大 图 10 中的铁架台 图 11 中的双杠 图 12 中的赛车等都是既降低重心又增大支面的例 子 物体的稳度大 稳定性能就好 但在科研和生产实践中也常用稳度小的物体有 一触 即倒 的特性 来解决一些实际问题 另外将重心降到支点以下 可以作出一些很有趣的小玩艺 典型例题典型例题 例 1 如图 1 所示 正在使用的弹簧秤 指针在某一位置 这个弹簧秤的量程是 N 最小刻度值是 N 秤面指示的力 F N 分析 量程由秤面最大刻度确定 秤面刻度显示每一大格代表 2N 共分 5 小格 每 小格代表 0 4N 指针在一大格 3 小格上 答 8 0 4 3 2 例 2 如图 2 和 3 所示 弹簧秤的示数各是多少 分析 图 2 中 看上去似乎只有右端受到 4 牛的拉力 其实墙对弹簧也有大小为 4 牛方向向左的一个拉力 所以实质上 两图中弹簧秤上受力情况是一样的 所以它们的示 数都是 4 牛 有人认为图 3 中弹簧秤的示数是零或 8 牛是错误的 例 3 弹簧秤根据什么道理测量力的大小 分析 弹簧受到的拉力越大 弹簧的伸长就越长 需要注意 弹簧的伸长是有限度 的 拉力太大了弹簧伸长超过了它的限度 就不能恢复到原来的长度了 这样一根已损坏 的弹簧不能用来测量力的大小 弹簧伸长越多 所受拉力越大 因此可以根据弹簧伸长的 多少 表示力的大小 例 4 下列有关重力概念的说法中正确的是 A 重力方向总是垂直于物体的支持面 B 重力不随物体位置变化而变化 C 粉笔在使用时 质量变小 重力变小 D 空中向上飘的汽球没有受到重大 分析 重力方向是竖直向下的 而支持面可以不在水平位置上 A 错 在同一地点 重力与质量成正比 但比值与位置有关 在地面附近的物体都将受到重力 解答 C 例 5 质量为 200g 的小石块 斜向抛出后 沿着如图 4 所示曲线飞行 画出小石块 在途中 A B 两处受到重力的图示 分析 小石块不论在曲线轨道上何处重力方向总是竖直向下 大小也总是相等 解答 由 G mg 0 2kg 9 8N kg 1 96N 画出的力示意图如图 5 所示 说明 重力是由于物体受到地球的吸引产生的 由于地球并不是一个球体 地面上各点到球 心距离并不相等 再加上地球还在自转等原因 所以物体重力是要变的 同一个物体在两 极比赤道重 在高山顶比在山脚下轻 有换算关系 不能划等号 正确的表述是 质量 1 千克的物体受到的重力是 10 牛顿 例 6 有一个铁块 它的质量是 600 克 能否用量程为 5 牛顿的弹簧秤称量 为什 么 分析 铁块的质量是 600 克 它受到的重力应为 G mg 0 6 千克 10 牛 千克 6 牛 又知弹簧秤的最大测量值是 5 牛顿 铁块的物重 6 牛 大于弹簧秤的量程 所以不能用 这个弹簧秤测量 例 7 月球对物体的吸引力只有地球上物体所受重力的 1 6 在地球上用弹簧秤称 得物重是 9 8 牛顿 问同一物体在月球上称量 物重是多少 质量是多少 分析 物重与质量是两个不同的物理量 它们的主要区别之一是 质量不随物体的 位置而改变 但重力却与物体的位置有关 一个质量为 m 千克的物体 它在地球上 月球 上质量都是 m 干克 模拟试题模拟试题 答题时间 45 分钟 一 选择题 1 有关弹簧秤的使用 错误的是 A 每个弹簧秤都有测量的最大值 B 测量后应检查指针能否回复原零位 C 测量时要防止弹簧与底板摩擦 D 测量时弹簧秤要保持竖直位置 2 测一个约 6N 力时 应选用最恰当的弹簧秤 规格是 A 量程 10N 最小刻度值 0 2N B 量程 5N 最小刻度值 0 1N C 量程 15N 最小刻度值 0 5N D 上述三个弹簧秤都可以用 3 自制弹簧秤时 量得弹簧原长 5cm 当弹簧受 5N 拉力时 弹簧伸长 0 5cm 则当弹 簧受力后长度变为 7cm 时 所受外力的大小应是 A 70N B 10N C 35N D 20N 4 某弹簧秤受力 50 牛时 弹簧伸长 2 厘米 若弹簧秤的弹簧伸长 1 厘米 则弹簧秤受 力大小是 A 50 牛 B 25 牛 C 100 牛 D 0 牛 5 有关弹簧秤 下列说法中正确的是 A 弹簧越长 所受拉力一定大 B 弹簧的长度与所受拉力成正比 C 只要弹簧不断开 弹簧的伸长与所受拉力成正比 D 在一定范围内 弹簧的伸长与所受拉力成正比 6 关于重力 下列说法中错误的是 A 重力是由于地球对物体的吸引而产生的 B 重力是物体本身的固有属性 C 重力的大小跟物体的质量成正比 D 重力的方向总是竖直向下 7 某同学体重 500 所用单位是 A 克 B 千克 C 牛 D 千牛 8 下列力中方向一定是竖直向下的是 A 空气阻力 B 绳子拉力 C 拉弹簧秤的力 D 重力 9 运动员托起排球 排球在空中运动 受到的力是 不计空气阻力 A 重力 B 重力和运动员的手对排球的作用力 C 运动员的手对排球的作用力 D 重力和地球吸引力 10 从桥上向下行驶的汽车 受到的重力 A 大小 方向都不变 B 大小 方向都变 C 大小不变 方向变 D 大小变 方向不 YOC 二 填空题 1 如图 1 所示是某次测力时的弹簧秤示意图 其最大测量力是 N 最小刻度值为 N 指针位置表示力的大小为 N 图 1 2