初二物理竞赛第6讲力的概念及重力、弹力 教师版

6力的概念及重力、弹力漫画释义知识互联网17模块一：力的概念知识导航力是相互的 ,同时你给了我等大的力. 你没有 吃亏的！老大,手和 鼻子耐疼度不一样啊！力 的 概 念力是 物体 间的 相互 作用力不能脱离物体而单独存在, 要有施力物体和受力物体单个物体不能产生力的作用(笑话: 一个巴掌拍不响)相互作用力: 力成对出现, 甲对乙施力同时乙也对甲施力(一对相互作用力, 等大、反向、共线、作用在两个受力物体上)一些力是施力物体与受力物体直接接触而产生, 如: 弹性力、摩擦力等; 另一些力施力物体与受力物体不直接接触, 如: 磁铁之间的磁性力、地球对人的吸引力等力的单位力的国际单位是牛顿, 简称“牛”, 符号“N”力的大小用弹簧测力计(弹簧秤)来测量夯实基础【例1】 下列说法正确的是()A. 每个力都必须有施力物体和受力物体, 找不到施力物体或受力物体的力是不存在的 B. 武术运动员在训练时, 用力冲拳和踢腿, 并没有受力物体, 说明力可以没有受力物体 C. “风吹草动”, 草受到了力, 但没有施力物体, 说明没有施力物体的力也是存在的D. 两个力都是 5N, 这两个力一定相同【答案】A 解析: 有力产生就必有施力物体和力物体, 故 A 正确, B、C 错误. 而 D 中的方向未知, 故两 个力不一定相同. 应选 A.【例2】 关于力的作用, 下列说法正确的是()A体操运动员上单杠时, 用手向下压单杠, 人却上了单杠, 是因为人对单杠的力比单杠对人 的力小.B放风筝时, 风筝受到拉力作用, 这个力的施力物体是人手C只有当两个物体直接接触时, 相互间才会发生力的作用D如下图, 这种方法是不能比较出两个人的力气大小的, 因为一对相互作用力大小相等.比比咱俩谁的力更大这 样 能 比 吗?【答案】 D模块二：力的三要素及力的作用效果知识导航力的作用 效果可以使物体发 生形变可以改变物体 的运动状态可以使物体的速度大小、运动方向发生改变 理想状态: 如果物体不受任何外力的作用, 将保持静止或者匀速直线运动, 直到有外力去改变它的运动状态说明: 1. 静止和匀速直线运动属于平衡状态, 即运动状态不改 变2. 明确系统或整体的概念, 即系统内部的作用力不会改变系统 的状态, 如: 甲同学骑自行车带着乙同学, 乙同学想帮忙使自行车加 快速度, 这时坐在后座上用力推甲同学的后背, 不能起到使自行车 加速的效果 力是改变物体运动状态的原因, 不是维持运动状态的原因力的三要 素力的大小、方 向和作用点力的各个要素都直接影响着力的作用效果力的大小不同力的方向不同力的作用点不同力的示意 图用一条带箭头 的线段表示力 的作用点和方 向画力的示意图的要领: 确定受力物体、力的作用点和力的方向; 从力的作用点沿力的方向画力的作用线, 用箭头表示 力的方向; 力的作用点可以用线段的起点, 也可以用终点表示; 表示力的方向的箭头, 必须画在线段的末端力的图示用一条带箭头 的线段表示力 的三要素画力的图示的要领: 画出受力物体; 确定标准长度, 根据力的大小选定合适的标 度此标度必须为力的整数分之一 确定物体的受力作用点; 从力的作用点起沿力的方向按几倍于标度的长 度画出一线段, 线段的长度表示力的大小; 在线段的末端画出箭头, 表示力的方向; 将图示的力的符号和数值标在箭头附近【例3】实验探究: 某同学为了探究力的作用效果与哪些因素有关, 他利用开门和关门 进行比较, 通过一些现象发现了力的作用效果与哪些因素有关他的探究过程如下: (如图所 示)(1)用适当的力在 A 点推门时, 发现门被打开了; 而用同样的力在 A 点拉门时, 发现门被关上 了由此, 他得出了结论: 力的 不同时, 力的作用效果不同(2)用较大的力在 A 点推门时, 发现门迅速被推开了, 用稍小的力在 A 点推门时, 发现门慢慢 被推开了, 由此, 他得出结论: 力的 不同时, 力的作用效果不同(3)用适当的力在 A 点推门时, 发现门被推开了; 而用同样的力在 B 点推门时, 发现门没有被 推开由此, 他得出结论: 力的 不同时, 力的作用效果也不同最后, 他总结上述实验现象, 得出了结论; 力的 、能够影响 力的作用效果【答案】 (1)方向(2)大小(3)作用点 方向 大小 作用点【例4】 关于力的知识, 下列说法中错误的是()A足球运动员踢球时, 球由静止变为运动, 表明力可以改变物体运动状 态B用力握小橡皮球, 球变瘪了, 表明力可以改变物体的形状C篮球撞在篮球板上被弹回, 说明力可以使物体发生形变D如右图, 跳水运动员总是站在跳板的最前端蹬跳板, 原因是在力的大 小相同时, 力的作用点在跳板的最前端点处, 力的作用效果最显著.【答案】 C【例5】如图所示的各种现象中, 物体运动状态没有改变的是()【答案】 B能力提升【例6】 为了探究力能否使玻璃瓶发生形变, 小林把圆形玻璃瓶装满水, 然后用带有细玻璃管的橡胶 塞塞紧瓶口, 组装好的实验装置如图所示其中, 细玻璃管上有刻度, 便于观察细玻璃管内水 面的变化小林用力挤压玻璃瓶壁, 发现细玻璃管内水面上升了于是他得出结论: 细玻璃管 内水面上升, 表明力使玻璃瓶发生了形变小华却认为: 细玻璃管内水面上升, 可能是由于手 挤压玻璃壁时, 瓶内水的温度升高所致, 因此不能说明力使玻璃瓶发生了形变要求只利用图所示的装置, 通过实验证明力能使玻璃瓶发生形变请你写出主要实验步骤和相应的实验现象【答案】用力挤压玻璃壁, 可以看到细玻璃管内的水面上升, 水面上升的高度记为 h1 ,松手后细玻璃管内的水面迅速回到原来位置再用较小的力挤压玻璃瓶壁, 可以看到细玻璃管内的水面也上升, 水面上升的 高度记为 h2 ; h2 小于 h1 这说明力的作用使玻璃瓶发生了形变模块三：弹力、重力知识导航力的分类按力的作用效果可分为压力、支持力、拉力、推力等按力的性质可分为重力、弹力、摩擦力、电磁力等几种常见的力产生条件大小方向作用点补充说明重力由于地球 的吸引而 使物体受 到的力G=mg竖 直 向 下重心 g=9.8N/kg 的物理意义:质量为 1kg 的物体在地面附近所受重力的大小是 9.8N 形状规则、质量分布均匀的物 体重心在其几何中心重心可 以在物体上, 也可以不在物体 上 形状不规则薄木板可以使用悬挂法、支点法找重 心 重心越低越稳定, 自然状态下, 寻求重心最低状 态弹力 接触 有 挤 压 如桌面上的物体受到的支持力、电灯受到绳的拉力等从力的性质上来说都属于弹力 支持力与压力垂直于接触面, 各自指向被支持和被压物体; 支持力与压力互 为相互作用力 在弹性限度内, 弹簧的伸长与受到的拉力成正比. F1 = Dx1 (F = kDx)F2Dx2夯实基础概念强化1. 直尺、橡皮筋、弹簧等受力会发生形变, 不受力时又恢复到原来的形状, 物体的这种特性叫 做 .有些物体, 例如橡皮泥, 变形后不能自动恢复原来的形状, 物体的这种特性叫做 .【答案】弹性; 塑性2. 我们在压尺子、拉皮筋、拉弹簧时, 感到它们对手有力的作用, 这种力叫做 . 这种力 是物体由于 而产生的.【答案】弹力; 弹性形变3. 弹簧的弹性有一定的限度, 超过了这个限度也不能完全复原. 所以使用弹簧时不能超过它 的 , 否则会使弹簧损坏.【答案】弹性限度4. 使用弹簧测力计的时候, 首先要看清它的 , 在测量时不能超过, 否则会损坏弹簧测力计.【答案】量程5. 测量时, 弹簧测力计的轴线应与 一致, 避免由于弹簧伸缩时与外壳摩擦而造 成较大的测量误差, 弹簧测力计使用时应先将挂钩拉伸几下, 检查摩擦情况【答案】所测力的方向引导思考:1. 在光滑的水平面上有一个物体靠墙静止着,如图所示 问：（1）物体与墙壁之间有没有弹力作用?（2）给物体一个水平向左的力 F,物体与墙壁间是否有弹力作用?【答案】（1）由图可知,物体靠墙壁静止时,物体与墙壁之间虽有接触但没有互相挤压而发生形变,所以物体和墙壁之间没有弹力作用（2）当给物体一个水平向左的推力 F之后,物体与墙壁之间由于互相挤压而发生形变,这时墙壁与物体之间存在着弹力作用2. 判断小球是否受到光滑斜面对它的支持力.【答案】甲绳子竖直, 撤去斜面仍然可以竖直, 所以甲不受到. 乙绳子倾斜, 撤去斜面【例7】放在水平桌面上的茶杯,对桌面有压力,下列有关“茶杯对桌面压力”的说法, 正确的是()A茶杯对桌面的压力是由于茶杯发生形变而产生的 B茶杯对桌面的压力是作用在茶杯上的 C茶杯对桌面的压力就是重力 D茶杯对桌面的压力是由于桌面发生形变而产生的【答案】A【例8】 如图所示, 弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计, 重物的重力 G = 1N , 则弹簧测力计 A和 B 的示数分别为()A. 1N,0B. 0,1NC. 0.5N,0.5ND. 1N, 1N【答案】D【例9】 在科技活动中, 同学们准备自己动手制成弹簧测力计, 它们选了 A、B 两种规格不同的弹簧 进行测试, 绘出如图所示的图象 若他们要制作量程较大的弹簧测力计 , 应选用弹 簧 , 若要制作精确程度较高的弹簧测力计, 应选用弹簧 （填“A”或“B”）【答案】B, A【例10】请画出力的示意图请画出图甲中台灯所受重力、拉力的示意图请画出图乙、图丙中小球所受重力、支持力、拉力的示意图图甲图乙图丙【答案】略【例11】关于重心的说法中, 正确的是()A.重心是物体所受重力的等效作用点 B.重心是物体上最重的一点 C.重心的位置一定在物体上D.质量不均匀但形状规则的物体的重心在它的几何中心【答案】解析: 物体各部分都受到重力作用, 为了研究问题的方便, 往往把物体看做一个整体, 物体各 部分受到的重力用一个力来代替, 把各部分受到的重力集中到一点上, 这就是重心. 因此重心不是物体上最重的一点, 重心位置由物体的质量分布和几何形状决定, 质量分布均匀, 有 规则几何形状的物体的重心在其几何中心上. 重心的位置不一定在物体上, 如金属环的重心 在圆心上. 答案: A【例12】下列事例中, 属于运用了重力方向的是()【答案】A【例13】如图所示, 东东同学在探究物体重力和质量的关系, 他的猜想是: 物体受到的重力可能跟质 量成正比. 为了验证他自己的猜想, 设计了实验, 而用到的实验器材是: 弹簧测力计, 钩码. 在进行实验中, 他先后把质量分别是 100g、200g、300g、400g、500g、600g 的钩码依次挂在 弹簧测力计上, 分别读出它们所受重力, 并记录在表中. 现在请你分析东东同学的实验数据, 看看重力跟它的质量的比值是多少? 可以得出什么结论?质量 m(kg)重力 G（N）0.10.980.21.960.32.940.43.920.54.90.65.88【答案】重力与质量成正比, 比例系数为 9.8N/kg ; 或者 G = 9.8(N/kg) m【例14】对于 9.8N/kg 的物理意义理解正确的是()A1kg 等于 9.8NB1N 等于 9.8kgC1kg 质量的物体, 受到重力 9.8ND1N 重力的物体, 质量是 9.8kg【答案】C教师引导估算题:中学生的体重最接近 500N两个鸡蛋 1N【例15】去冬今春,我市遭受罕见的严重旱灾,社会各界全力支援抗旱救灾赵强领到的一瓶“凉元 帅”饮用纯净水上标有“550ml”的字样,则水的重力为 N. (g 取 10N/kg)【答案】5.5能力提升【例16】如图, 向空杯中逐渐注水, 至到满为止, 问: 杯子与水的整体重心如何变化?【答案】先降低后升高分析: 变式可以考察满杯水漏水时重心如何变化思考:若从 C 处向下拉绳子, 绳子的重心如何变化? 升高 考点: 自然状态下是重心最低状态趣味分享:重心和稳度的扩展1. 支面越大, 稳度越好支面并不一定是接触面三条腿的圆凳, 腿是斜向外边的, 那空白部分就表示了圆凳的支面, 它是由三条腿和地面的接触点连成的一个三角形人们经常用加大支面的办法来提高物体的稳度: 台灯下边有个大底座, 瓶子的底部比瓶口大, 大烟囱的下边比上边粗汽车起重机的前部和后部, 各有一对能收起或放下的支腿2. 重心越低, 稳度越大(自然状态, 寻求最稳状态)这是不倒翁为何不倒的原因; 装货的时候要注意把重的货物装在下面, 轻的货物装在上面, 而 且货物不能装得过高; 高高的塔式起重机要把成吨的器材提上高楼, 所以提高它的稳度就很重要 你看, 塔式起重机的下边有一个压重架, 在压重架里放进了很多沉重的钢锭, 这就都为了降低重心, 增加稳度重心如果低于支撑点, 物体就更加稳定明代的航海家郑和在帆船的底仓里放了砂石, 降低了 船的重心, 提高了船的稳度郑和利用这种重心低的船, 在惊涛骇浪中穿越印度洋, 访问了亚非三 十多个国家【例17】把一条盘在地上、长为 L 的质量分布均匀的软绳向上提起, 当绳刚好拉直时, 它的重心位置 升高了 ; 把一边长为 L 的正方形均质薄板 ABCD（如图所示）绕 C 点翻到对角线 AC 处于竖直位置时, 其重心升高了 【答案】 L ,2 -1 L22【例18】用天平和弹簧秤测力计称量同一物体, 在地球和月球上称量的结果()A天平的称量结果相同, 弹簧测力计的称量结果不同 B天平的称量结果不同, 弹簧测力计的称量结果相同 C天平和弹簧测力计的称量结果都相同 D天平和弹簧测力计的称量结果都不同【答案】A拓展: 若在完全失重状态下(需要说明什么情况下是完全失重, 如太空中关闭发动机的飞船 在围绕星球转动的时候), 测力计可以正常使用, 可以测出力的大小; 天平不能够正常使用, 已不能测出物体质量大小【例19】某质量为 60 千克的物体在月球表面时, 重约 100 牛, 一根绳子在地球表面最多能悬挂重 600牛的物体, 它在月球表面最多能悬挂的物体的质量约为( )A60 千克 B100 千克 C360 千克 D600 千克【答案】由题意可知, 地球上的物体到了月球上, 重力会变为原来的 1 , 所以绳子在地球上能悬挂6600N 的重物, 到月球上则可悬挂 3600N 的重物, 即约为 360kg选 C【例20】小刚自制一个弹簧测力计, 他找来了弹簧, 钩码, 直尺, 指针等器材, 首先测出弹簧长度 L0=2.10cm, 然后在弹簧上挂上不同的钩码 , 测 出 弹 簧 长 度 L, 算 出 比 原 长 L0 伸长 L(L=LL0), 填在表格中从表中数据可以看出弹簧的伸长 L 与拉力 F 的关系式为 拉力 F/N123456长度 L/cm2.502.903.303.704.104.50伸长 L/cm0.400.801.201.602.002.40【答案】 DL = 0.4cm/ N F【例21】一根轻质弹簧, 当用 2N 力拉时长度为 5cm, 用 3N 力拉时长度为 7 cm, 求弹簧的原长【答案】根据在弹性限度内, 弹簧的伸长跟受到的拉力成正比的道理去解决由题中知道F1 = 2N ;F2 = 3N ;l1 = 5cm ,l2 = 7cm所以据弹簧的性质有 F1 = l1 - l0代入数据 2N = 5cm - l0解方程得 l0 = 1cmF2l2 - l03N7cm - l0 ,【例22】(思考题)科学研究表明：金属杆受到拉力会伸长, 在一定范围内, 金属杆的伸长量与它所受到的拉力成正比.现有一金属杆 L , 长为4m , 横截面积为 0.8cm2 , 实际使用时求金属杆受到拉力后的伸长 不超过 0.4 cm.由于直接对这一金属杆测试有困难, 故选用同种材 料制成的样品进行测试, 测试时样品所受的拉力始终为1000N , 通 过测试取得数据如下：长度 L(m)横截面积 S(cm2 )伸长 L(cm)10.050.1610.100.0820.050.3220.200.0840.100.3240.200.16请分析表中数据回答下列问题：(1)在对样品进行测试时, 采用如图所示的装置, 这样设计有何优点? (2)分析样品测试数据可知, 金属杆伸长的长度还跟什么因素有关? (3)金属杆 L 能够承受的最大拉力为多大?【答案】(1)可以放大实验现象, 使实验现象更加明显; (2)金属杆的长度和横截面积; (3)把试题表格中第五行数据和金属杆 L 的参数代入表达式 L1 = F1L1S2 ,0.16cm1000N 4 m 0.8cm2 L2F2 L2 S12可得=0.4cmF 4 m 0.20cm2, 解得 F = 104 N .模块四：力的合成与平衡力知识导航力的合成(同一直线)用一个力的作用效果 替代几个力的作用效 果(等效替代)F 为 F1、F2 的合力同向相加 F = F1 + F2反向相减 F = F1 - F2匀速直线运动合力为零平衡状态静止夯实基础【例23】利用下图所示的装置探究同一直线上二力合成的规律时, 首先将弹簧的 B 端固定, 再用两个 测力计沿两个相反方向拉 A 端, 使端到达某一点 O 并记录下该点的位置, 然后在表格中记 录下两个拉力的大小与方向再用一个测力计拉弹簧端, 仍将端拉伸到 O 点, 记录下此时 拉力的大小与方向(1)从图表记录中你能得到的关于同一直线上合力与分力的大小关系是 (用字母表示)(2)实验中用一个测力计拉弹簧时, 为什么仍要将弹簧拉伸到 O 点再读数?施力情况大小方向用两个测力计F1 = 2.5N向右F2 = 1N向左用一个测力计F = 1.5N向右【答案】 (1) F = F1 - F2(2)保证力 F 的作用效果与力 F1 、 F2 共同作用的效果相同【例24】学习了同一直线的二力的合成知识后, 小林想如果作用在物体上的二力不在同 一直线上, 而是互成一定的夹角, 那么合力 F 的大小与两个分力 F1、F2 的大小, 是否还有 F 等于 F1+F2 的关系呢? 于是他应用教材中学过的方法, 对此进行了探究（1）如图所示, 橡皮筋原长为 AB, 通过两个弹簧测力计对橡皮筋施加互成一定夹角的两个 力 F1 和 F2, 使橡皮筋伸长到 C, 记录此时 F1、F2 的大小撤去力 F1 和 F2 后, 用一个弹簧 测力计对橡皮筋施加一个力 F 的作用, 为了使这个力 F 的作用效果与那两个力 F1、F2 的作用 效果 , 应使橡皮筋 , 记录此时 F 的大小（2）先后两次改变 F1 和 F2 的夹角, 重复步骤（1）, 得到三次实验数据如表所示：物理量 实验序号F1/NF2/NF1 和 F2 的夹角合力 F/N14518.724528.334537.8备注：123分析实验数据可知,当两个力不在一条直线上时,其合力大小 F F1-F2,且在 F1、F2大小不变的情况下,合力 F 的大小随着 F1 与 F2 夹角的增大而 【答案】（1）相同,仍然伸长到 C; （2）不等于,减小【例25】小胖同学利用下图所示的装置探究同一直线上两个力合成时, 合力与其中一个分力的大小关 系. 首先将弹簧的 B 端固定, 再用两个测力计沿两个相反方向拉 A 端, 使端到达某一点 O 并记录下该点的位置, 然后在表格中记录下两个拉力的大小与方向再用一个测力计拉弹簧 端, 仍将端拉伸到 O 点, 记录下此时拉力的大小与方向 下表是小胖同学 6 次实验的数 据, 请你分析数据: 在分力 F2=1N 不变时, 合力 F 与分力 F1 的关系式为: .拉力 F1/N22.52.8355.5拉力 F2/N111111拉力 F/N11.51.8244.5【答案】F= F1-1N【例26】同一直线上的两个力作用在同一物体上, 已知其中一个力是 400N, 合力是 1000N, 则另一个 力( )A.一定等于 600NB.一定小于 600NC.可能等于 1400ND.一定大于 1400N【答案】C【例27】重力为 2N 的球, 竖直向上抛出, 上升和下降过程中受到空气阻力都是 0.2N , 求该球上升和下 降过程中受到的合力大小及方向【答案】球上升时受竖直向下的重力、向下的阻力为 0.2N , 合力为 F合 = G + f = 2N + 0.2N = 2.2N球下降时重力不变