《3.1第1节 重力与弹力》导学案及同步练习

《第1节重力与弹力》导学案学习目标1.知道力的概念及矢量性，会作力的图示．(重点)2．了解重力产生的原因，会确定重力的大小和方向，理解重心的概念．(难点)3．知道形变的概念，并会区分某种形变是弹性形变还是非弹性形变．4．知道弹力的定义及产生的条件，会判断两个物体间是否存在弹力，并会判断弹力的方向．(重点)5．掌握胡克定律并能用此定律解决有关问题．(难点)6．探究弹力和弹簧伸长的定量关系.核心素养形成脉络一、重力1．基本性质(1)定义：由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力．(2)大小：G＝mg．(3)方向：总是竖直向下．(4)g的含义：重力加速度，通常取9.8m/s2.2．重心(1)定义：物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，可认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点就是物体的重心．(2)决定物体重心位置的因素①物体的形状．②物体质量分布．(3)确定重心位置：悬挂法．3．力的图示(1)力的三要素：力的大小、方向和作用点．(2)表示方法：可以用有向线段表示力．有向线段的长短表示力的大小，箭头表示力的方向，箭尾(或箭头)表示力的作用点．二、弹力1．形变：物体在力的作用下形状或体积会发生改变，这种变化叫做形变．2．定义：发生形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用．3．分类：压力、支持力和拉力．4．方向：(1)压力和支持力：垂直于接触面，指向被压或被支持的物体．(2)绳的拉力：沿着绳子指向绳子收缩的方向．三、胡克定律1．弹性形变：撤去作用力后能够恢复原状的形变．2．弹性限度：当形变超过一定的限度时，撤去作用力后，物体不能完全恢复原来形状的限度．3．胡克定律：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比，即F＝kx．4．劲度系数：公式F＝kx中的k称为劲度系数，单位是牛顿每米，单位的符号是N/m．思维辨析(1)重力的方向也可以表述为指向地心．()(2)重心是物体重力的作用点，重心一定在物体上．()(3)书本放在桌子上，书本和桌子都发生了形变．()(4)相互接触的物体间一定存在弹力．()(5)在弹性限度内，两根弹簧被拉长相同的长度，弹力的大小一定相等．()(6)在弹性限度内，同一根弹簧被拉伸长度x和被压缩长度x，弹力的大小相等．()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√基础理解(1)从科学方法角度来说，物理学中引入“重心”概念主要运用了()A．控制变量方法 B．等效替代方法C．理想实验方法 D．建立模型方法提示：选B.物体的各个部分都受重力的作用，从作用效果上来说，可以认为与作用在物体上一点的作用效果是一样的，这一点就叫做重心，故运用了等效替代的方法，故B正确，A、C、D错误．(2)在图中，C图中的接触面是光滑的，A、B两球间一定有弹力作用的是(都静止)()提示：选B.判断A、B两球间有无弹力，要依据弹力产生的两个条件：一是相互接触；二是发生弹性形变．四个选项中都满足了接触这一条件，但是否发生了形变难以观察，这时可以利用“假设法”来判断．在A图中，若拿去A球，则B球静止，故A、B间没有挤压，即A、B间没有弹力；在B图中，若拿去A球，则B球将向左运动，故A、B间存在相互挤压，即A、B间存在弹力；在C图中，若拿去A球，则B球静止，故A、B间没有挤压，即A、B间没有弹力；在D图中，A、B间可能有弹力，也可能无弹力，故选项B正确．(3)在地球上，由于物体受到地心引力的影响，都有向下运动的趋势，这是我们都熟知的自然现象．可是在中国科技馆中，却有这样一种物体，名叫双锥体，如图所示．将双锥体滚子移到导轨较低的一端，再放开双手，锥体将会自动上滚．也就是说双锥体可以在没有外力的作用下，由低向高运动，双锥体会爬坡．我们看到的现象就是双锥体由低处向高处运动．试解释这一现象．提示：物体在重力场中因受到重力的作用而会自然降低重心位置．我们从表面上看到双锥体由低向高运动，这是因为锥体的形状、导轨不平行以及导轨两端高低不等，使人在视觉上造成的一种错觉．如图甲、乙、丙所示分别是双锥体的截面图、导轨的俯视图、整个装置的侧视图．可见，实际上锥体的重心自始至终还是由高向低运动的．重力的性质和重心的位置问题导引如图所示，树上的苹果会落向地面；建筑工地上工人常用重垂线来检测墙壁是否竖直．为什么树上的苹果总要落向地面？为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直呢？要点提示物体落向地面是因为受到了竖直向下的重力作用；重垂线能检测墙壁是否竖直，也是因为重力的方向是竖直向下的，重锤静止时，悬挂重锤的细线方向一定是沿竖直方向的，如果墙壁与细线平行，就说明墙壁是竖直的，没有倾斜．【核心深化】1．重力的产生、方向、大小和重心产生由于地球的吸引而使物体受到的力，一般不等于地球吸引力方向竖直向下或垂直于水平面向下大小G＝mg(1)在同一地点，重力的大小与质量成正比(2)在不同地点，同一物体的重力随纬度的增加而增大，随海拔高度的增加而减小(3)重力的大小与物体的运动状态无关，与物体是否受其他的力无关续表作用点(重心)定义等效作用点决定因素物体的形状、质量分布情况位置质量分布均匀、形状规则的物体的重心为其几何中心质量分布均匀、形状不规则的薄物体，采用悬挂法确定重心2.重心与物体形状、质量分布情况的关系关键能力1对重力的理解关于重力的说法，正确的是()A．重力就是地球对物体的吸引力B．只有静止的物体才受到重力作用C．同一物体在地球上无论向上或向下运动，都受到重力D．物体只有在向下运动时才受到重力作用[解析]重力是由于地球的吸引而使物体受到的力，重力是引力的一个分力，不能说重力就是地球对物体的吸引力，故A错误；静止的物体和运动的物体都受到重力作用，故B错误；物体受到的重力与物体的运动方向无关，同一物体在地球上向什么方向运动，都受到重力，故C正确，D错误．[答案]C关键能力2对重心的理解关于物体的重心，下列说法不正确的是()A．物体的重心有可能不在物体上B．用线竖直悬挂的物体静止时，线的方向一定通过重心C．一砖块平放、侧放或立放时，其重心在砖内的位置不变D．舞蹈演员在做各种优美的动作时，其重心在体内的位置不变[解析]物体的重心不一定在物体上，故A正确；用线悬挂物体时，当物体静止时，悬线的方向一定通过重心，B正确；重心在物体上的位置与物体所处的位置、放置方式及运动状态无关，C正确；舞蹈演员在做各种动作时重心会发生变化，D错误．[答案]D关键能力3用重心知识解释生活现象在对重力的本质认清之前，我国古代劳动人民就有了比较复杂的应用．我国西安半坡出土了一件古代的尖底陶瓶，如图所示，这种陶瓶口小腹大，有两耳在瓶腰偏下的地方，底尖，若用两根绳子系住两耳吊起瓶子，就能从井中取水．试分析人们是怎样利用尖底陶瓶从井中取水的．[解析]当尖底陶瓶空着时，由于瓶的重心高于绳的悬点，它就会倾倒；把它放到水里，水就会自动流进去，当瓶中汲入适量的水(达到瓶容积的60%～70%)时，瓶及水的重心降到绳的悬点以下，一提绳，尖底陶瓶就会被直立着提上来．如果瓶中的水太满，重心又高于绳的悬点，瓶会自动倾倒，将多余的水倒出．这种尖底陶瓶巧妙地通过重心变换，使得汲水方便、省力，又能控制汲水量，充分体现了我国古代劳动人民的智慧．[答案]见解析eq\a\vs4\al()确定重心的方法(1)质量分布均匀的物体，重心位置只跟物体的形状有关．若物体的形状是中心对称的，对称中心就是重心．如：直尺、铅球等实心物体，以及篮球、排球等空心物体，它们的重心都在几何中心，如图所示．(2)悬挂法确定薄板状物体的重心．原理：二力平衡时，两个力等大反向．方法：薄板状物体的重心可用悬挂法确定，如图所示，先在A点把板悬挂起来，物体静止时，物体所受的重力与悬绳的拉力在同一竖直线上，所以物体的重心一定在通过A点的竖直线AB上．然后在C点把物体悬挂起来，同理知，物体的重心一定在通过C点的竖直线CD上，AB和CD的交点O就是薄板的重心位置．【达标练习】1．下列关于重力、重心的说法，正确的是()A．任何有规则形状的物体，它的重心一定与它的几何中心重合B．任何物体的重心都在物体内，不可能在物体外C．用一绳子将物体悬挂起来，物体静止时，该物体的重心不一定在绳子的延长线上D．重力是由于地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的解析：选D.只有质量分布均匀、形状规则的物体，其重心才在几何中心上，故A错误；物体的重心可以在物体上，也可以在物体外，如环的重心在环的本体外，故B错误；用一绳子将物体悬挂起来，物体静止时，由二力平衡可知，该物体的重心一定在绳子的延长线上，故C错误；重力是由于地面附近的物体受到地球的吸引力而产生的，故D正确．2.如图所示，一个空心均匀球壳里面注满水，球的正下方有一个小孔，在水由小孔慢慢流出的过程中，空心球壳和水的共同重心将会()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：选D.重心的位置跟物体的形状和质量分布有关，当注满水时，球壳和水的重心均在球心，故它们共同的重心在球心，随着水的流出，球壳的重心虽然仍在球心，但水的重心逐渐下降，开始一段时间内，球壳内剩余的水较多，随着水的重心的下降，球壳和水共同的重心也下降，一段时间后，球壳内剩余的水较少，随着水的重心的下降，球壳和水的共同的重心在升高，当水全部流出时，整体的重心又恢复到球壳球心的位置，所以D选项正确．弹力的有无和方向的判断问题导引如图所示，将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角烧杯中，钢球在各容器的底部与侧壁相接触，处于静止状态．若钢球和各容器都是光滑的，各容器的底部均处于水平面内，各容器的侧壁对钢球有没有弹力作用？要点提示在将容器的侧壁去掉时，钢球仍处于静止，故各容器的侧壁对钢球没有弹力作用．【核心深化】1．弹力产生的条件(1)接触且发生相互作用；(2)有弹性形变．2．判断弹力有无的常见方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，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，因去掉斜面体，小球的状态不变，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A施加的是拉力；用绳替换AC，原状态不能维持，说明AC对A施加的是支持力状态法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，由力的平衡条件(或牛顿第二定律，第四章学到)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，由二力平衡可知，地面对小球的支持力和重力就可使小球处于平衡，因此竖直墙面对小球不产生弹力作用3.几种常见弹力的方向关键能力1对弹力产生条件的理解下列关于弹力的说法中正确的是()A．相互接触的两个物体间必然有弹力存在B．不接触的物体间也可能存在弹力C．只要物体发生形变就一定有弹力D．在相互接触且发生弹性形变的物体间才产生弹力[解析]弹力产生的条件是两物体相互接触且发生弹性形变，所以D正确，A、B、C错误．[答案]D关键能力2对弹力有无的判断下列各图中所有接触面都是光滑的，P、Q两球之间不存在弹力的是()[解析]A图中若两球间无弹力则小球将向凹面的底部运动，PQ间有弹力，故A错误；B图两球间若有弹力则小球将向两边运动，PQ间无弹力，故B正确；C图两球间若无弹力则小球P将向下运动，PQ间有弹力，故C错误；D图两球间若无弹力则小球P将向右下运动，PQ间有弹力，故D错误．[答案]B关键能力3弹力方向的判定按下列要求在图中画出物体所受的弹力的示意图．(1)图甲中斜面对物块的支持力；(2)图乙中大半球面对小球的支持力；(3)图丙中光滑但质量分布不均的小球的球心在O处，重心在P处，静止在竖直墙和桌边之间，试画出小球所受的弹力；(4)图丁中均匀杆被细绳拉住而静止，画出杆所受的弹力．[解析]解答本题时要明确以下三点：(1)当点与面(或曲面)接触时，弹力方向与面之间的关系．(2)绳上弹力方向的特点．(3)接触面为球面时，弹力方向的延长线或反向延长线的特点．各物体所受弹力示意图如图所示．[答案]见解析图【达标练习】1．如图甲是演示桌面在压力作用下发生形变的装置；图乙是演示玻璃瓶在压力作用下发生形变的装置．这两个实验都用到了()A．控制变量法 B．微小放大法C．比较法 D．等效法解析：选B.图甲是演示桌面在压力作用下发生形变的装置中，当用力压桌面时，桌面向下形变，平面镜倾斜，在入射光线方向不变，平面镜的反射光线方向改变的角度是平面镜倾斜角度的两倍，体现了放大的思想；图乙是演示玻璃瓶在压力作用下发生形变的装置中，用力挤压玻璃瓶，玻璃瓶发生形变，细管中水柱上升，由于管子较细，上升的高度较大，将玻璃瓶微小的形变放大，能直观地观察到形变，体现了放大的思想．2．下列关于弹力的说法中，正确的是()A．物体互相接触，就有弹力的相互作用B．物体发生弹性形变，不一定对跟它接触的物体产生力作用C．A物体对B物体有弹力，是因为B物体发生了弹性形变D．压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面，绳的拉力沿绳而指向绳收缩的方向解析：选D.相互接触的物体不一定产生弹力，还要看是否有形变，故A错误；物体发生弹性形变，一定对跟它接触的物体产生力作用，故B错误；A物体对B物体有弹力，是因为A物体发生了弹性形变，故C错误；根据弹力方向的特点可知，压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面，绳的拉力沿绳而指向绳收缩的方向，故D正确．3．在半球形光滑碗内斜放一根筷子，如图所示，筷子与碗的接触点分别为A、B，则碗对筷子A、B两点处的作用力方向分别为()A．均指向球心OB．A点处指向球心O，B点处竖直向上C．A点处平行于筷子向上，B点处垂直于筷子斜向上D．A点处指向球心O，B点处垂直于筷子斜向上解析：选D.在A点处，当筷子滑动时，筷子与碗的接触点在碗的内表面(半球面)上滑动，所以在A点处的接触面是半球面在该点处的切面，弹力与切面垂直，即指向球心O.在B点处，当筷子滑动时，筷子与碗的接触点在筷子的下表面上滑动，所以在B点处的接触面与筷子平行，弹力垂直于筷子斜向上，故D正确，A、B、C错误．弹力大小的计算问题导引如图所示，图甲表示弹簧处于原长状态，图乙表示弹簧处于拉伸状态，图丙表示弹簧处于压缩状态．试讨论：在公式F＝kx中，x表示的是弹簧的长度吗？若不是，它表示什么意思？图甲中弹簧的原长为l0；图乙中在拉力F的作用下弹簧的长度为l1；图丙中在压力F′的作用下，弹簧的长度为l2，则F和F′分别等于多少？要点提示x表示的是弹簧伸长的长度或缩短的长度，而不是弹簧的长度，图乙中弹簧伸长量为(l1－l0)，图丙中弹簧压缩量为(l0－l2)，所以F＝k(l1－l0)，F′＝k(l0－l2)．【核心深化】1．对胡克定律的理解内容在弹性限度内，弹力的大小弹簧伸长(或缩短)的长度成正比公式F＝kx，劲度系数k是由弹簧本身的性质(材料、长度、粗细等)决定，反映弹簧的“软”“硬”程度F－x图象形状：过原点的直线斜率：劲度系数k＝eq\f(ΔF,Δx)适用条件弹簧发生弹性形变且在弹性限度内2.弹力大小的计算方法公式法利用公式F＝kx计算，适用于弹性体弹力的计算平衡法如果悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态，求解细绳的拉力时，可用二力平衡得到拉力的大小等于物体重力的大小关键能力1胡克定律的应用如图所示，一根劲度系数为k2的弹簧，竖直放在桌面上，上面压一质量为m的物体，另一根劲度系数为k1的弹簧竖直放在物体上面，其下端与物体的上表面连接在一起，两个弹簧的质量都不计．要想使物体在静止时下面弹簧承受的压力减为原来的eq\f(2,3)，应将上面弹簧的上端A竖直向上提高一段距离d，则d为多少．[思路点拨]本题关键是明确A端上移距离应是上面弹簧的伸长量与下面弹簧压缩量的减少量之和．[解析]物体处于平衡状态，在竖直方向上所受的合力为0.当上面的弹簧没有作用力时，下面弹簧对物体的支持力等于物体的重力，所以下面弹簧的压缩量为Δx1＝eq\f(mg,k2).当上面弹簧被提起时，下面弹簧的弹力为物体重力的eq\f(2,3)，设弹簧的压缩量为Δx2，则k2Δx2＝eq\f(2mg,3)，得Δx2＝eq\f(2mg,3k2).下面弹簧两次压缩量之差为Δx＝Δx1－Δx2＝eq\f(mg,3k2).这说明物体要上升Δx.当提起A端时，上面的弹簧伸长量为Δx3，产生的弹力大小为eq\f(mg,3)＝k1Δx3，所以Δx3＝eq\f(mg,3k1).A端竖直上提的高度等于下面弹簧压缩量的减少量与上面弹簧伸长量之和，d＝Δx＋Δx3＝eq\f(（k1＋k2）mg,3k1k2).[答案]eq\f(（k1＋k2）mg,3k1k2)关键能力2对F－x图象的理解和应用如图所示为一轻质弹簧的长度L和弹力F的关系图线，试由图线确定：(1)弹簧的原长；(2)弹簧的劲度系数；(3)弹簧伸长15cm(在弹性限度内)时，弹力的大小．[解析](1)由题图知：当弹力F＝0时，弹簧处于原长L0＝10cm.(2)由F－L图象知：当弹力F＝10N且弹簧处于拉伸状态时，弹簧长度为L＝15cm，弹簧的伸长量x＝L－L0＝(15－10)cm＝5cm＝0.05m由F＝kx得k＝eq\f(F,x)＝200N/m.(3)当x＝15cm＝0.15m时，由F＝kx得F′＝200×0.15N＝30N.[答案](1)10cm(2)200N/m(3)30Neq\a\vs4\al()胡克定律的推论：ΔF＝kΔx.根据胡克定律，可作出弹力F与形变量x的图象，如图所示，这是一条通过原点的倾斜直线，其斜率eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(F,x)＝\f(ΔF,Δx)))反映了k的大小．故可得出：ΔF＝kΔx，即弹力的变化量ΔF与弹簧形变量的变化量Δx成正比．【达标练习】1．如图所示，四个完全相同的弹簧都处于水平位置，它们的右端受到大小皆为F的拉力作用，而左端的情况各不相同：①中弹簧的左端固定在墙上，②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用，③中弹簧的左端拴一小物块，物块在光滑的桌面上滑动，④中弹簧的左端拴一小物块，物块在有摩擦的桌面上滑动．若认为弹簧的质量都为零，以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量，则有()A．l4＝l3＝l2＝l1 B．l4＞l3＞l2＞l1C．l1＞l3＞l4＞l2 D．l1＞l3＝l4＞l2解析：选A.弹簧受到的拉力与其伸长量成正比，且测力计的示数代表的是作用在测力计挂钩上的力．由于四种情况下右端受到大小皆为F的拉力，与左端的受力情况无关，故图中弹簧的伸长量是相同的，即l1＝l2＝l3＝l4，故A正确，B、C、D错误．2．某同学利用如图甲所示的装置探究弹簧的弹力F与弹簧伸长量x的关系．在实验过程中，弹簧的形变始终在弹性限度内，弹簧自身质量可忽略不计．根据实验数据，他作出了F－x图象，如图乙所示，据此可知()A．弹簧的劲度系数k＝100N/mB．弹簧的弹力F跟弹簧的长度成正比C．弹簧的弹力F跟弹簧伸长量x成正比D．弹簧的弹力F跟弹簧伸长量x成反比解析：选C.依据作出的图象过原点，可知弹簧的弹力F跟弹簧伸长量x成正比；图象的斜率表示劲度系数的大小，由此可得k＝eq\f(ΔF,Δx)＝eq\f(（3.0－0）N,（0.06－0）m)＝50N/m，故C正确，A、B、D错误．实验：探究弹簧弹力与形变量的关系一、实验目的1．探究弹簧弹力与形变量的关系．2．学会利用图象研究两个物理量之间关系的方法．二、实验原理1．弹簧的弹力F的测量：弹簧下端悬挂的钩码静止时，弹力大小与所挂钩码的重力大小相等，即F＝mg.2．弹簧的伸长量x的确定：弹簧的原长l0与挂上钩码后弹簧的长度l可以用刻度尺测出，弹簧的伸长量x＝l－l0.3．作出弹簧弹力F与弹簧伸长量x的关系图象，根据图象可以分析弹簧弹力和弹簧伸长量的关系．三、实验器材轻质弹簧(一根)，钩码(一盒)，刻度尺，铁架台，坐标纸．四、实验步骤1．将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长．2．在弹簧下端挂质量为m1的钩码，测出此时弹簧的长度l1，记录m1和l1.3．改变所挂钩码的质量，重复步骤2，记录m2、m3、m4、m5、…和相应的弹簧长度l2、l3、l4、l5、….4．计算出每次弹簧的伸长量x(x＝l－l0)和弹簧受到的拉力F(F＝mg)，并将数据填入表格．1234567F/N0l/cmx/cm0五、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，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，这个常数也可根据F－x图线的斜率求解，k＝eq\f(ΔF,Δx).3．得出弹力和弹簧伸长量之间的定量关系，解释函数表达式中常数的物理意义．六、误差分析1．偶然误差：由于读数和作图不准产生的误差，为了减小偶然误差，要尽量多测几组数据．2．系统误差：弹簧竖直悬挂时未考虑弹簧重力的影响产生的误差，为减小系统误差，应使用较轻的弹簧．七、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．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．3．描点画线时，所描的点不一定都落在一条曲线上，但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧．4．记录数据时要注意弹力及弹簧伸长量的对应关系及单位．某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系．(1)将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧．弹簧轴线和刻度尺都应在____________方向(选填“水平”或“竖直”)．(2)弹簧自然悬挂，待弹簧______时，长度记为L0；弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为Lx；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为L1至L6，数据如表所示：代表符号L0LxL1L2L3L4L5L6数值(cm)25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范，代表符号为________．由表可知所用刻度尺的最小分度为________．(3)如图是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与________的差值(选填“L0”或“Lx”)．(4)由图可知弹簧的劲度系数为________N/m；通过图和表可知砝码盘的质量为________g(结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8N/kg)．[解析](1)为保证弹簧的形变只由砝码和砝码盘的重力引起，所以弹簧轴线和刻度尺均应在竖直方向．(2)弹簧静止时，记录原长L0；表中的数据L3与其他数据有效数字位数不同，所以数据L3不规范，标准数据应读至cm位的后两位，最后一位应为估计值，精确至mm位，所以刻度尺的最小分度为1mm.(3)由题图知所挂砝码质量为0时，x为0，所以x＝L1－Lx.(4)由胡克定律F＝kΔx知，mg＝k(L－Lx)，即mg＝kx，所以图线斜率即为劲度系数k＝eq\f(Δmg,Δx)＝eq\f(（60－10）×10－3×9.8,（12－2）×10－2)N/m＝4.9N/m，同理砝码盘质量m＝eq\f(k（Lx－L0）,g)＝eq\f(4.9×（27.35－25.35）×10－2,9.8)kg＝0.01kg＝10g.[答案](1)竖直(2)静止L31mm(3)Lx(4)4.910以下是一位同学做“探究弹簧弹力与弹簧伸长量的关系”实验．(1)下列的实验步骤是这位同学准备完成的，请你帮这位同学按操作的先后顺序，用字母排列出来：________．A．以弹簧伸长量为横坐标，以弹力为纵坐标，描出各组数据(x，F)对应的点，并用平滑的曲线连接起来B．记下弹簧不挂钩码时，其下端在刻度尺上的刻度L0C．将铁架台固定于桌子上，并将弹簧的一端系于横梁上，在弹簧附近竖直固定一刻度尺D．依次在弹簧下端挂上1个、2个、3个、4个、…钩码，并分别记下钩码静止时，弹簧下端所对应的刻度并记录在表格内，然后取下钩码E．以弹簧伸长量为自变量，写出弹力与弹簧伸长量的关系式F．解释函数表达式中常数的物理意义(2)如表是这位同学探究弹力大小与弹簧伸长量之间的关系所测的几组数据：弹簧的弹力F/N0.51.01.52.02.5弹簧的原长L0/cm1515151515弹簧的长度L/cm16.217.318.519.620.8弹簧的伸长量x/cm①写出弹力F关于弹簧伸长量x的函数表达式(x用cm作单位)：__________________________________________________________.②函数表达式中常数的物理意义：________________________.解析：(1)按实验操作的先后顺序，步骤为CBDAEF.(2)①k＝eq\f(ΔF,Δx)＝eq\f(10,23)N/cm，得F＝eq\f(10,23)x.②常数为弹簧的劲度系数．答案：(1)CBDAEF(2)①F＝eq\f(10,23)x②弹簧的劲度系数核心素养聚焦弹力的方向[学生用书P58]绳、杆、弹簧和橡皮筋都能产生弹力，但是有的能瞬间变化，有的则不能；弹力的大小有的可用胡克定律和平衡条件求出，有的只能根据平衡条件和运动定律求出；弹力的方向也不相同．比较如下：杆既可受拉力，又可受压力形变量是微小的形变消失或改变几乎不需要时间弹簧既可受拉力，又可受压力非微小形变一般形变变化需要一段时间绳仅能受拉力形变量是微小的形变消失或改变几乎不需要时间橡皮筋仅能受拉力非微小形变一般形变变化需要一段时间【达标练习】1．如图所示，一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上，杆的另一端固定一个重力为2N的小球，小球处于静止状态，则弹性杆对小球的弹力()A．大小为2N，方向平行于斜面向上B．大小为1N，方向平行于斜面向上C．大小为2N，方向垂直于斜面向上D．大小为2N，方向竖直向上解析：选D.小球受重力和杆的支持力(弹力)作用处于静止状态，由二力平衡知识可知，弹性杆对小球的弹力与重力等大、反向．2.(多选)如图所示，A、B两物体的重力分别是GA＝3N，GB＝4N．A用细线悬挂在顶板上，B放在水平面上，A、B间轻弹簧的弹力F＝2N，则细线中的张力FT及B对地面的压力FN的可能值分别是()A．5N和6N B．5N和2NC．1N和6N D．1N和2N解析：选BC.如果弹簧处于被拉伸的状态，它将有收缩到原状的趋势，会向下拉A，向上提B，则对物体A、B，有FT＝GA＋F＝5N，FN＝GB－F＝2N，选项B正确；如果弹簧处于被压缩的状态，它将有向两端伸长恢复原状的趋势，会向上推A，向下压B，则F′T＝GA－F＝1N，F′N＝GB＋F＝6N，选项C正确．3．如图所示，杆AB和AC分别铰接于B点和C点，A点为两杆的固定连接点．请在图上画出A点受到的弹力．解析：A为杆AB和AC、绳子的结点．绳挂重物时，对A点的拉力竖直向下；对AB杆，假设此杆不存在，则AC杆将以C点为轴顺时针转动，AB间距变大；再设想AB中间有一小弹簧，小弹簧将被拉长，故挂重物时AB杆将被拉伸，对A点弹力沿AB方向向里．对AC杆，假设此杆不存在，则AB杆将以B点为轴顺时针转动，AC间距变小；再设想AC中间有一小弹簧，小弹簧将被压缩，故挂重物时AC杆将被压缩，对A点的弹力沿CA方向向外．答案：如图所示一、单项选择题1．2020年12月嫦娥五号探月过程时，把一块矿石从月球运到地球，则矿石所受重力与质量的变化是()A．重力变小，质量变大 B．重力变大，质量变大C．重力不变，质量不变 D．重力变大，质量不变解析：选D.矿石从月球运到地球的过程中，其质量保持不变，但由于地球表面的重力加速度大，故重力变大，D正确，A、B、C错误．2.如图所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家高度智慧、丰富想象、浪漫主义精神和高超的艺术技巧的结晶，是我国古代雕塑艺术的稀世之宝，飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为()A．马跑得快B．马蹄大C．马的重心在飞燕上D．马的重心位置和飞燕在一条竖直线上解析：选D.马的重心位置在马身上而不在飞燕上，但只有马的重心位置和飞燕在一条竖直线上，才能保持平衡，故选项D正确．3．杂技演员有高超的技术，能轻松地顶接从高处落下的坛子．关于他顶坛时头顶受到的压力产生的直接原因是()A．物体受到的重力B．头的形变C．坛子的形变D．人受到的重力解析：选C.头顶受到的压力是由于坛子产生形变，对与之接触的头产生力的作用，故C正确，A、B、D错误．4．一轻弹簧原长为10cm，在它的下端挂一个重为4N的物体时，弹簧的长度为12cm，若在它的下端挂一个重为8N的物体时，弹簧的长度应为()A．24cm B．20cmC．15cm D．14cm解析：选D.弹簧的原长l0＝10cm.当弹簧下端挂重物而静止时，弹簧的弹力等于重物的重力．当挂4N重物时，弹簧的弹力F1＝4N，弹簧的长度l1＝12cm，则形变量x1＝l1－l0＝2cm；当挂8N重物时，F2＝8N，设弹簧的长度为l2，则x2＝l2－l0.由胡克定律F＝kx可知，eq\f(F1,x1)＝eq\f(F2,x2)，即eq\f(x1,x2)＝eq\f(F1,F2)，得eq\f(2,l2－10)＝eq\f(4,8)，解得l2＝14cm.5．如图所示，一轻弹簧下端悬挂重为10N的物体时弹簧的长度为12cm.现换用另一个重为25N的物体悬挂在弹簧的下端(仍在弹性限度内)，这时弹簧的长度为15cm，则弹簧的原长、劲度系数分别是()A．20cm，500N/m B．10cm，500N/mC．10cm，1000N/m D．20cm，1000N/m解析：选B.设弹簧的原长、劲度系数分别为L、k，根据胡克定律F＝kx得：下端悬挂重为10N的物体时：10＝k(0.12－L)；换用另一个重为25N的物体悬挂时：25＝k(0.15－L)．联立两式解得：k＝500N/m、L＝10cm.6.如图所示，一劲度系数为k，原长为L0的轻弹簧，下端固定在水平面上，先用向下的力F压缩弹簧至稳定，然后改用向上的力F拉弹簧，再次至稳定，则弹簧上端上升的高度()A.eq\f(F,k) B.eq\f(2F,k)C．L0＋eq\f(F,k) D．L0－eq\f(F,k)解析：选B.当用向下的力F压缩弹簧至稳定时，弹簧压缩的长度为x1＝eq\f(F,k)；当改用向上的力F拉弹簧，再次至稳定时弹簧伸长的长度为x2＝eq\f(F,k)；则弹簧上端上升的高度为h＝x1＋x2＝eq\f(2F,k)，故B正确，A、C、D错误．二、多项选择题7．关于重力，下列说法中正确的是()A．重力就是地球对物体的吸引力，其方向必定垂直于支持面B．重力的大小可以用弹簧测力计或杆秤直接测出C．质量大的物体所受重力可能比质量小的物体所受重力小D．物体对悬绳的拉力或对支撑面的压力可以不等于重力解析：选CD.重力产生的原因是地球对物体的吸引，但通常情况下重力只是地球对物体吸引力的一部分，重力的方向竖直向下，只有在支持面水平时，重力的方向才垂直于支持面，选项A错误；杆秤测量的是物体的质量而非重力，选项B错误；由公式G＝mg可知，重力的大小由质量m和g值共同决定，由于在不同的地理位置g值可能不同，因此质量大的物体与质量小的物体在不同的地理位置因g值的差异有可能质量大的物体所受重力反而小，选项C正确；用一根悬绳吊起一个物体，当物体静止时对该悬绳的拉力才等于物体受到的重力；把物体静置于一水平面上，物体对该水平面的压力等于物体受到的重力，物体静止于斜面上，物体对该斜面的压力就不等于物体受到的重力，选项D正确．8．有关弹力，下列说法正确的是()A．木块放在桌面上要受到一个向上的弹力，是由于木块发生微小形变而产生的B．拿一根细竹杆拨动水中木头，木头受到竹杆的弹力，是由于木头发生形变而产生的C．绳对物体的拉力的方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向D．挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小形变而产生的解析：选CD.木块放在桌面上要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，故A错误；木头受到竹杆的弹力，是由于竹杆发生形变而产生的，不是木头发生形变产生的，故B错误；绳对物体的拉力是绳子发生微小的拉伸形变，由于弹性绳子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，故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，电线由于收缩要恢复原状而对电灯产生了拉力，故D正确．9.如图所示，为一轻质弹簧的长度和弹力大小的关系，根据图象判断，正确的结论有()A．弹簧的劲度系数为1N/mB．弹簧的原长为6cmC．弹簧伸长8cm时，弹力为2ND．当弹力为4N时，弹簧长度为10cm或2cm解析：选BD.由k＝eq\f(ΔF,Δx)得，k＝100N/m，A错；F＝0时，弹簧处于原长，由图可知x0＝6cm，B对；伸长8cm时的弹力：F＝k·Δx＝8N，C错；由图知，F＝4N时，弹簧长2cm或10cm，D对．10．某人用来锻炼身体的拉力器并列装有三根相同的弹簧，每根弹簧的自然长度都是40cm,一次锻炼时，他用600N的力把弹簧拉长至1.4m，如图所示，则()A．人的每只手受到拉力器的拉力为300NB．每根弹簧产生的弹力为200NC．每根弹簧的劲度系数为200N/mD．每根弹簧的劲度系数为600N/m解析：选BC.由题，某人用600N的力，根据牛顿第三定律可知，人的每只手受到拉力器的拉力为600N，故A错误．由于三根弹簧并联，每根弹簧受到的拉力相等，拉力之和等于600N，则每根弹簧产生的弹力均为200N，故B正确．每根弹簧的伸长长度为x＝1.4m－0.4m＝1.0m，弹力F＝200N，则由胡克定律F＝kx得，劲度系数k＝eq\f(F,x)＝eq\f(200,1.0)N/m＝200N/m，故C正确，D错误．三、非选择题11．请在图中画出杆或球所受的弹力．甲图中杆靠在墙上；乙图中杆放在半球形的槽中；丙图中球用细线悬挂在竖直墙上；丁图中点1、2、3都可能是球的重心位置，点2是球心，点1、2、3在同一竖直线上．解析：甲图中杆在重力作用下对A、B两处都产生挤压作用，故A、B两处墙对杆都有弹力，弹力方向与接触点的平面垂直．如图(a)所示．乙图中杆对C、D两处都有挤压作用，因C处为曲面，D处为支撑点，所以C处弹力垂直于圆弧切面指向球心，D处弹力垂直于杆斜向上．如图(b)所示．丙图中球挤压墙壁且拉紧绳子，所以墙对球的弹力与墙面垂直；绳子对球的弹力沿绳子向上．如图(c)所示．丁图中当重心不在球心处时，弹力作用线也必通过球心，如图(d)所示．应注意不要错误地认为弹力作用线必定通过球的重心．答案：见解析图12．在“探究弹簧的弹力与伸长量之间关系”实验中，所用装置如图甲所示，将轻弹簧的一端固定，另一端与力传感器连接，其伸长量通过刻度尺测得，某同学的实验数据列于表中：伸长量x/(×10－2m)2.004.006.008.0010.00弹力F/N1.502.934.555.987.50(1)以x为横坐标、F为纵坐标，在图乙的坐标纸上描绘出能正确反映这一弹簧的弹力与伸长量之间的关系图线．(2)由图线求得这一弹簧的劲度系数为________．(结果保留三位有效数字)解析：(1)描点作图，如图．(2)根据图象，该直线为过原点的一条倾斜直线，即弹力与伸长量成正比，图象的斜率表示弹簧的劲度系数，k＝eq\f(ΔF,Δx)＝75.0N/m.答案：(1)见解析图(2)75.0N/m13．在“探究弹力和弹簧伸长量的关系，并测定弹簧的劲度系数”的实验中，实验装置如图甲所示．所用的每个钩码的重力相当于对弹簧提供了向右恒定的拉力．实验时先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，再将5个钩码逐个挂在绳子的下端，每次测出相应的弹簧总长度．甲(1)有一个同学通过以上实验测量后把6组数据描点在坐标系图乙中，请作出F－L图线．乙(2)由此图线可得出该弹簧的原长L0＝______cm，劲度系数k＝_____N/m.(3)试根据该同学以上的实验情况，帮助他设计一个记录实验数据的表格(不必填写其实验测得的具体数据)．(4)该同学实验时把弹簧水平放置，与弹簧悬挂放置相比较，优点在于：______________________________________________________________，缺点在于：__________________________________________________________________________________________________________.解析：(1)F－L图线如图所示．(2)弹簧的原长L0即弹力为零时弹簧的长度，由图象可知，L0＝5×10－2m＝5cm.劲度系数为图象直线部分的斜率，k＝20N/m.(3)记录数据的表格如下．次数123456弹力F/N弹簧的长度L/(×10－2m)(4)优点：可以避免弹簧自身重力对实验的影响．缺点：弹簧与桌面及绳子与滑轮间存在的摩擦会造成实验误差．答案：(1)见解析图(2)520(3)(4)见解析14.如图所示，两木块质量分别为m1和m2，两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2，上面木块m1压在弹簧k1上(但不拴接)，两弹簧与下面木块m2相连，下面弹簧k2竖直固定在水平地面上，整个系统处于静止状态．现缓慢向上提上面的木块m1，直到它刚离开上面弹簧k1，求在此过程中：上面木块m1移动的距离．解析：设未提木块m1时两弹簧的压缩量分别为x1、x2，根据二力平衡和胡克定律，对弹簧k1有k1x1＝m1g ①对弹簧k2有k2x2＝k1x1＋m2g ②当木块m1离开弹簧k1时，弹簧k2压缩量变为x′2，对弹簧k2有k2x′2＝m2g ③由①②③解得：x1＝eq\f(m1g,k1)，x2＝eq\f(（m1＋m2）g,k2)，x′2＝eq\f(m2g,k2).木块m1向上移动的距离为h1＝x1＋x2－x′2＝m1geq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,k1)＋\f(1,k2))).答案：m1geq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(1,k1)＋\f(1,k2)))《第1节重力与弹力》同步练习1．重力(1)产生原因：重力是由于eq\o(□,\s\up4(01))地球的吸引而使物体受到的力。(2)大小：物体受到的重力G与物体质量m的关系是eq\o(□,\s\up4(02))G＝mg。(3)方向：eq\o(□,\s\up4(03))竖直向下。(4)作用点：作用于重心上。一个物体的各部分都受到重力的作用，从eq\o(□,\s\up4(04))效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫作物体的eq\o(□,\s\up4(05))重心。重心的位置与物体的eq\o(□,\s\up4(06))质量分布和eq\o(□,\s\up4(07))形状有关。物体的重心eq\o(□,\s\up4(08))不一定(填“一定”或“不一定”)在物体上。(5)力的表示：力可以用有向线段表示。有向线段的长短表示力的eq\o(□,\s\up4(09))大小，箭头表示力的eq\o(□,\s\up4(10))方向，箭尾(或箭头)表示力的eq\o(□,\s\up4(11))作用点。这种表示力的方法叫作eq\o(□,\s\up4(12))力的图示。如果不需要准确标度力的大小，只需画出力的作用点和方向，则只需画eq\o(□,\s\up4(13))力的示意图。2．弹力(1)形变：物体在力的作用下eq\o(□,\s\up4(01))形状或eq\o(□,\s\up4(02))体积的改变。(2)弹力：发生eq\o(□,\s\up4(03))形变的物体，要eq\o(□,\s\up4(04))恢复原状，对与它eq\o(□,\s\up4(05))接触的物体产生的力的作用。(3)弹力的方向①压力和支持力的方向eq\o(□,\s\up4(06))垂直于物体的接触面且指向被压物或被支持物。②绳子的拉力方向是沿着绳子而指向绳子eq\o(□,\s\up4(07))收缩的方向。3．胡克定律(1)弹性形变：物体在撤去作用力后能够eq\o(□,\s\up4(01))恢复原状的形变。(2)弹性限度：当形变超过一定的限度，撤去作用力后物体不能eq\o(□,\s\up4(02))完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度。(3)内容：在弹性限度内，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟eq\o(□,\s\up4(03))弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。(4)公式：eq\o(□,\s\up4(04))F＝kx，其中k叫作弹簧的eq\o(□,\s\up4(05))劲度系数，单位是eq\o(□,\s\up4(06))牛顿每米，符号是eq\o(□,\s\up4(07))N/m。典型考点一重力1．下列关于重力的说法中正确的是()A．重力的大小与质量和所处的位置有关，可以用弹簧秤或天平直接测出B．物体对悬线的拉力或对支持物的压力，一定等于物体所受的重力C．物体重力的方向垂直于支持面D．物体静止地放在水平地面上，它对地面的压力大小等于物体所受的重力答案D解析重力的大小为mg，与质量和所处的位置有关，可以用弹簧秤直接测出，但不能用天平直接测出，A错误；只有物体处于平衡状态时，物体对悬线的拉力大小或对水平支持物的压力大小，才等于物体所受的重力大小，B错误；物体所受重力的方向竖直向下，不一定垂直于支持面，C错误；物体静止地放在水平地面上时，它对地面的压力大小等于物体所受的重力，D正确。2．下列关于重心的说法，正确的是()A．重心就是物体内重力最大的部分B．因为重心是物体所受重力的作用点，所以重心在物体上，不可能在物体外C．物体升高或降低，重心相对于物体的位置保持不变D．如果物体有对称中心，则该对称中心就是重心答案C解析重心是物体重力的作用点，不是物体内重力最大的部分，A错误；重心可能在物体上，也可能在物体外，比如均匀圆环的重心在圆环之外，不在圆环上，B错误；物体升高或降低，其形状和质量分布并没有改变，则重心相对于物体的位置保持不变，C正确；如果物体有对称中心，该对称中心不一定就是重心，重心位置还与物体的质量分布情况有关，D错误。典型考点二力的表示3．(多选)下列所述四个力的图示中正确的是()答案BC解析四种情况下各力的图示长度都是正确的。重3N的电灯受到灯绳的拉力，施力物体为灯绳，受力物体为电灯，方向竖直向上，A错误；静止在空中重力是2500N的热气球受到的重力，施力物体是地球，受力物体是热气球，B正确；铁锤对道钉竖直向下的大小为2.5×103N的打击力，施力物体为铁锤，受力物体为道钉，C正确；书对水平桌面的压力的作用点在桌面上，D错误。典型考点三弹力4．玩具汽车停在模型桥面上，如图所示，下列说法正确的是()A．桥面受向下的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变B．汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力C．汽车受向上的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变D．汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了形变答案C解析桥面受到向下的弹力是因为汽车发生了弹性形变，A、B错误；汽车受到向上的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变，C正确，D错误。5．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()答案B解析利用“假设法”进行判断。在A图中，若拿去a球，则b球静止不动，故a、b间没有挤压，即a、b间没有弹力；在B图中，若拿去a球，则b球向左运动，故a、b间有挤压，即a、b间有弹力；在C图中，若拿去a球，则b球静止不动，故a、b间没有挤压，即a、b间没有弹力；在D图中，若移去斜面，则b球静止不动，故b球与斜面间没有挤压，即b球与斜面间没有弹力。故B正确。典型考点四胡克定律6．如图甲所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码探究弹簧弹力与形变量的关系。(1)为完成实验，还需要的实验器材有：________。(2)实验中需要测量的物理量有：___________________________。(3)图乙是弹簧弹力F与弹簧伸长量x的F­x图线，由此可求出弹簧劲度系数为________N/m，图线不过原点的原因是________________。答案(1)刻度尺(2)弹簧原长、弹簧挂不同个数的钩码时所对应的伸长量(或对应的弹簧长度)(3)200弹簧自身存在重力解析(1)实验过程中需要测量弹簧的长度、形变量，实验器材还需要有刻度尺。(2)为了测量弹簧的形变量，实验中还应测量弹簧原长和弹簧挂不同个数的钩码时所