《彈力和彈簧測(cè)力計(jì) 來(lái)自地球的力》同步輔導(dǎo)與練習(xí) 1

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教學(xué)無(wú)憂(yōu)淘寶店 http://jiaoxue5u.taobao.com 您身邊的教學(xué)專(zhuān)家 第5章 熟悉而陌生的力 5．3 彈力與彈簧測(cè)力計(jì) 5．4 來(lái)自地球的力 基本要求： 1. 知道彈力是由于物體發(fā)生形變時(shí)而產(chǎn)生的力；在常見(jiàn)的力現(xiàn)象中知道哪些是彈力。 2. 知道彈簧測(cè)力計(jì)的原理構(gòu)造和使用方法，并會(huì)利用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量一些力的大小。 3. 知道重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，物體所受重力的大小叫物重，知道物體所受重力的大小與質(zhì)量成正比。 4. 知道g=9.8N/kg和它表示的物理意義。 5. 知道重力的方向是豎直向下的，以及重垂線(xiàn)的廣泛應(yīng)用。 重點(diǎn)：彈簧測(cè)力計(jì)的使用和重力的三要素 難點(diǎn)：豎直向下與重心 基本內(nèi)容講解： 1. 彈力 在湖面上有一個(gè)漂浮的木塊，當(dāng)我們用一根竹條拔動(dòng)木塊時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)竹條彎曲了，也就是發(fā)生了彈性形變，當(dāng)然這根竹條是要恢復(fù)原狀的，這樣它就會(huì)對(duì)阻礙它恢復(fù)原狀的物體產(chǎn)生力的作用，將木塊推開(kāi)，我們把物體由于形變而產(chǎn)生的力叫做彈力，木塊就是在彈力的作用下被推開(kāi)的。再比如說(shuō)，當(dāng)我們用力拉彈簧時(shí)，彈簧發(fā)生的形變，這時(shí)彈簧也要恢復(fù)原狀，這樣它也會(huì)對(duì)阻礙它恢復(fù)原狀的物體產(chǎn)生彈力，也就是我們的手所感受到的這個(gè)力。因此彈力就是因物體發(fā)生形變而產(chǎn)生的力。 仔細(xì)的分析我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，彈力總是與物體的形變方向相反，比如在上面的例子中，向上拉彈簧時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)它形變的方向是向上的，可是我們所感受到的彈力卻是向下的；同樣如果我們向下壓彈簧，它形變的方向是向下的，我們感受到彈力的方向是向下的，總之彈力的方向是與物體的形變方向相反的。 我們通常所說(shuō)的壓力和支持力都是彈力。當(dāng)一個(gè)物體放在另一個(gè)物體的表面時(shí)，上面的物體由于受到重力的作用，所以它必然有一種向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，可是另一個(gè)物體不讓它向下運(yùn)動(dòng)，這樣上面的物體就要產(chǎn)生向上的形變，這時(shí)它自然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向下的彈力，這個(gè)向下的彈力就是上面物體對(duì)下面物體的壓力。由于上面物體對(duì)下面物體有壓力的作用，下面的物體自然也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向下的形變，當(dāng)然它也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向上的彈力，這個(gè)向上的彈力就是支持力。 2. 彈簧測(cè)力計(jì) 在實(shí)驗(yàn)室中我常用彈簧測(cè)力計(jì)來(lái)測(cè)量力的大小。彈簧測(cè)力計(jì)的主要構(gòu)造是彈簧、掛鉤、指針、刻度盤(pán)、外殼等。我們?cè)谝桓鶑椈上聮煲粋€(gè)鉤碼，發(fā)現(xiàn)彈簧伸長(zhǎng)了一些，當(dāng)我們掛兩個(gè)鉤碼時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)彈簧伸的更長(zhǎng)了，而這時(shí)兩個(gè)對(duì)彈簧的拉力也變大了，這就說(shuō)明彈簧所受到的拉力變大了，因此我們發(fā)現(xiàn)，彈簧所受到的拉力越大，它伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，彈簧測(cè)力計(jì)就是根據(jù)這個(gè)原理制成的。 彈簧測(cè)力計(jì)的正確使用： （1）了解彈簧測(cè)力計(jì)的量程，不能用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量超出它的量程的力，否則會(huì)損壞彈簧測(cè)力計(jì)。 （2）明確彈簧測(cè)力計(jì)的分度值，也就是一個(gè)大格和一個(gè)小格各是多少牛，這樣有利于我們進(jìn)行讀數(shù)。 （3）校零：彈簧測(cè)力計(jì)在使用之前一定要使指針指在零刻度。 （4）測(cè)量力時(shí)，要使測(cè)力計(jì)內(nèi)的彈簧軸線(xiàn)的方向跟所測(cè)力的方向一致，彈簧不要靠在刻度盤(pán)上。 3. 重力 在地球表面的任何物體都要受到地球的吸引而被拉向地面，這種由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力。重力是物體和地球所共有的，也就是說(shuō)地球在吸引物體的同時(shí)，物體也同樣吸引地球，只不過(guò)我們現(xiàn)在研究的是物體所受到的力，也就是重力，當(dāng)然這個(gè)力的施力物就是地球了。正是由于地球周?chē)囊磺形矬w都要受到重力的作用，所以才會(huì)有物體的下落，水從高處流向低處等等。（說(shuō)明一個(gè)亞氏的觀(guān)點(diǎn)及牛頓的萬(wàn)有引力） 重力的三要素（大小、方向、作用點(diǎn)） （1）我們要明確的研究重力，就應(yīng)該從重力的三要素開(kāi)始，首先我們來(lái)研究重力的大?。? 我們先用測(cè)力計(jì)測(cè)一個(gè)鉤碼的重力，然后再來(lái)測(cè)兩個(gè)鉤碼的重力，我們發(fā)現(xiàn)兩個(gè)鉤碼的重力比一個(gè)鉤碼的重力要大，兩個(gè)鉤碼當(dāng)中含有的鐵比一個(gè)鉤碼中含有的鐵要多，所以它的重力就大一些，看來(lái)物體的重力的大小與物體含有物質(zhì)的多少有關(guān)系，在物理學(xué)我們把物體中含有物質(zhì)的多少叫做質(zhì)量，用字母m來(lái)表示。 講臺(tái)、課桌、鐵錘、鐵釘物理學(xué)中稱(chēng)為物體，組成這些物體的木材、鐵叫“物質(zhì)”。由上面的觀(guān)察看出：講臺(tái)、課桌含有木材的多少不同；鐵錘、鐵釘含鐵的多少也不同。物理學(xué)中用“質(zhì)量”表示物體所含物質(zhì)的多少。 一個(gè)牙膏皮。(a)將它卷起來(lái)，形狀變了，它的質(zhì)量變不變？(b)將它從南京帶到北京，位置變了，它的質(zhì)量變不變？裝有冰塊的帶蓋玻璃杯。提問(wèn)：容器內(nèi)的冰全部熔化成水，狀態(tài)變了，它的質(zhì)量變不變？物體中含有的物質(zhì)多少?zèng)]有變化，那么物體的質(zhì)量也不發(fā)生變化。可見(jiàn)物體的質(zhì)量不隨物體的形狀、位置、狀態(tài)而改變。 質(zhì)量的單位： 千克是國(guó)際上通用的質(zhì)量單位，為了方便，還有比千克大的單位噸，比千克小的單位克、毫克。 1噸=103千克、1千克=103克、1克=103毫克 　　質(zhì)量的測(cè)量——天平，這在以后我們會(huì)學(xué)習(xí)使用它來(lái)測(cè)量物體的質(zhì)量 　　日常生活中買(mǎi)糧、買(mǎi)菜，稱(chēng)出的都是貨物的質(zhì)量。常用測(cè)質(zhì)量的器具有桿秤、臺(tái)秤、案秤、電子秤 看來(lái)物體所受重力的大小與物體的質(zhì)量有著非常密切的關(guān)系。那么二者之間究竟有著怎樣的關(guān)系呢？我們用實(shí)驗(yàn)來(lái)探究。 兩個(gè)鉤碼的大小、形狀和材料都不同，但是它們的質(zhì)量都是50克。我們用彈簧秤測(cè)量它們的重力。把物體掛在彈簧秤下，當(dāng)物體靜止時(shí)，彈簧秤的示數(shù)就等于物體受到的重力。 　　這兩個(gè)砝碼的重力都是0.5牛頓。質(zhì)量相等的物體，它們的重力大小也相等。 用彈簧秤測(cè)量質(zhì)量分別為100克、200克和300克的物體的重力，將測(cè)量結(jié)果填在表格內(nèi)。 從表中的數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)物體的質(zhì)量變成原來(lái)n倍時(shí)，物體所受到的重力也變成原來(lái)的n倍，也就是說(shuō)物體的重力跟質(zhì)量成正比。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中重力和質(zhì)量的比值大約是10牛／千克。精確的測(cè)量結(jié)果表明，重力和質(zhì)量二者的比值是9.8牛／千克，這個(gè)值用g表示，g=9.8牛／千克。它的物理意義是在地球上質(zhì)量是1千克的物體受到的重力是9.8牛。粗略計(jì)算，g可取10牛／千克。 如果用G表示物體的重力，m表示物體的質(zhì)量，g表示物體的重力和質(zhì)量的比值。那么重力和質(zhì)量的關(guān)系可以用公式G=mg表示。使用這個(gè)公式時(shí)，質(zhì)量m用千克作單位，重力G用牛頓作單位，g =9.8牛／千克。當(dāng)然我們也可以由這個(gè)公式導(dǎo)出一個(gè)很重要的公式，m=G/g。利用這個(gè)公式在已知物重的情況下，可以求得物體的質(zhì)量。 （2）重力的方向 重力的方向就是物體自由落向地面時(shí)的方向，這個(gè)方向是豎直向下的。所以重力的方向是豎直向下。 重力的方向可用來(lái)檢查房屋的墻壁是否豎直。我們常看到建筑工人用一根重垂線(xiàn)檢查墻壁就是應(yīng)用重力的方向是豎直向下這個(gè)道理。測(cè)繪人員用的水平儀下懸著重垂線(xiàn)，也是利用重力的方向是豎直向下來(lái)測(cè)定儀器是否水平。你有興趣的話(huà)，可以采用這類(lèi)方法檢查家中的電冰箱放置的是否水平。 （3）重力在物體上的作用點(diǎn)----重心 重力的作用點(diǎn)叫重心。粗細(xì)均勻的同材料的棒，它的重心在中點(diǎn)；圓球的重心在球心；正方形薄板的重心在它的對(duì)角線(xiàn)的交點(diǎn)。 4. 穩(wěn)度 建筑物、工廠(chǎng)的煙囪、書(shū)櫥等都是在重力和支持力作用下保持靜止的，它們都處于平衡狀態(tài)．這些物體和支承物間的接觸面叫做支面。 物體的穩(wěn)定程度叫做穩(wěn)度．在平板上放著一個(gè)金屬圓柱框架，在框架的重心處懸掛一根重垂線(xiàn)．在平板傾斜的時(shí)候（圖1），只要重垂線(xiàn)通過(guò)支面，圓柱框架總是處于平衡狀態(tài)的；重垂線(xiàn)不通過(guò)支面時(shí)，圓柱框架就要傾倒，就不能保持平衡了。 實(shí)驗(yàn)表明受到重力和支持力作用的有支面的物體，如果處于平衡狀態(tài)，它的重力作用線(xiàn)必須通過(guò)支面．為了防止著名的意大利比薩斜塔傾斜程度逐年增大，目前正采取加固措施，使它的重力作用線(xiàn)仍通過(guò)支面，以確保斜塔屹立不倒。 將一個(gè)空玻璃瓶按圖2的兩種方法放在桌面上，玻璃瓶的重力作用線(xiàn)都通過(guò)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傾倒，穩(wěn)定程度好；瓶口向下的玻璃瓶容易傾倒，穩(wěn)定程度差。 　　影響物體穩(wěn)度的因素： 　　將兩個(gè)高度相同（重心離支面的高度相同），支面不同的均勻木圓柱體放在一塊平板上（圖3），緩緩抬起平板的一端，可以發(fā)現(xiàn)，支面小的圓柱體比支面大的先翻倒。表明物體的支面越大，穩(wěn)度越大。 　　將兩個(gè)支面相同，高度不同（重心離支面的高度不同）的均勻木圓柱體放在一塊平板上（圖4）。緩緩抬起平板的一端，可以發(fā)現(xiàn)，重心高的那個(gè)圓柱體比重心低的先翻倒。表明物體的重心越低，穩(wěn)度越大。 　　大量實(shí)驗(yàn)表明：處于平衡狀態(tài)的物體，支面越大、重心越低，穩(wěn)度越大。 　　增大穩(wěn)度的實(shí)際意義： 　　我們周?chē)慕ㄖ?、工廠(chǎng)的機(jī)器設(shè)備、車(chē)輛等運(yùn)輸工具、家庭中的家具和物品等，放置時(shí)都要考慮穩(wěn)度的大小，研究物體的穩(wěn)度在生產(chǎn)和生活中是很有意義的。 　　為了增大物體的穩(wěn)度，有時(shí)采用降低重心的辦法．例如，裝運(yùn)貨物時(shí)，要把重的貨物裝在下面，輕的裝在上面；圖5中的厚底玻璃杯、圖6中壓有鐵板的揚(yáng)谷風(fēng)扇等都是降低重心的例子。有時(shí)采用增大支面的辦法。例如，高大建筑物、古塔的底層基礎(chǔ)做得很大；圖7中的三腳架、圖8中的人字梯、圖9中的電視塔等都是增大支面的例子。一般情況下采用既降低重心，又增大支面的辦法來(lái)增大物體的穩(wěn)度．例如落地風(fēng)扇的底座做得既重又大；圖10中的鐵架臺(tái)、圖11中的雙杠、圖12中的賽車(chē)等都是既降低重心又增大支面的例子。 　　物體的穩(wěn)度大，穩(wěn)定性能就好。但在科研和生產(chǎn)實(shí)踐中也常用穩(wěn)度小的物體有“一觸即倒”的特性，來(lái)解決一些實(shí)際問(wèn)題。 另外將重心降到支點(diǎn)以下，可以作出一些很有趣的小玩藝。 【典型例題】 【例1】如圖1所示，正在使用的彈簧秤，指針在某一位置。這個(gè)彈簧秤的量程是______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確定。秤面刻度顯示每一大格代表2N，共分5小格，每小格代表0.4N。指針在一大格3小格上。 　　答8，0.4，3.2。 【例2】如圖2和3所示，彈簧秤的示數(shù)各是多少？ 【分析】圖2中，看上去似乎只有右端受到4牛的拉力，其實(shí)墻對(duì)彈簧也有大小為4牛方向向左的一個(gè)拉力，所以實(shí)質(zhì)上，兩圖中彈簧秤上受力情況是一樣的，所以它們的示數(shù)都是4牛。有人認(rèn)為圖3中彈簧秤的示數(shù)是零或8牛是錯(cuò)誤的。 【例3】彈簧秤根據(jù)什么道理測(cè)量力的大小。 【分析】彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長(zhǎng)就越長(zhǎng)。需要注意，彈簧的伸長(zhǎng)是有限度的，拉力太大了彈簧伸長(zhǎng)超過(guò)了它的限度，就不能恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度了，這樣一根已損壞的彈簧不能用來(lái)測(cè)量力的大小。彈簧伸長(zhǎng)越多，所受拉力越大，因此可以根據(jù)彈簧伸長(zhǎng)的多少，表示力的大小。 【例4】下列有關(guān)重力概念的說(shuō)法中正確的是 [ ] 　　A．重力方向總是垂直于物體的支持面 　　B．重力不隨物體位置變化而變化 　　C．粉筆在使用時(shí)，質(zhì)量變小，重力變小 　　D．空中向上飄的汽球沒(méi)有受到重大 【分析】重力方向是豎直向下的，而支持面可以不在水平位置上，A錯(cuò)。在同一地點(diǎn)重力與質(zhì)量成正比，但比值與位置有關(guān)。在地面附近的物體都將受到重力。 【解答】C。 【例5】質(zhì)量為200g的小石塊，斜向拋出后，沿著如圖4所示曲線(xiàn)飛行，畫(huà)出小石塊在途中A、B兩處受到重力的圖示。 【分析】小石塊不論在曲線(xiàn)軌道上何處重力方向總是豎直向下，大小也總是相等。 【解答】由G=mg=0.2kg×9.8N／kg=1.96N，畫(huà)出的力示意圖如圖5所示。 【說(shuō)明】 　　重力是由于物體受到地球的吸引產(chǎn)生的。由于地球并不是一個(gè)球體，地面上各點(diǎn)到球心距離并不相等，再加上地球還在自轉(zhuǎn)等原因，所以物體重力是要變的。同一個(gè)物體在兩極比赤道重，在高山頂比在山腳下輕。 　　有換算關(guān)系，不能劃等號(hào)。正確的表述是：質(zhì)量1千克的物體受到的重力是10牛頓。 【例6】有一個(gè)鐵塊，它的質(zhì)量是600克，能否用量程為5牛頓的彈簧秤稱(chēng)量？為什么？ 【分析】鐵塊的質(zhì)量是600克，它受到的重力應(yīng)為G=mg=0.6千克×10牛／千克=6牛。又知彈簧秤的最大測(cè)量值是5牛頓。鐵塊的物重（6牛）大于彈簧秤的量程。所以不能用這個(gè)彈簧秤測(cè)量。 【例7】月球?qū)ξ矬w的吸引力只有地球上物體所受重力的1／6。在地球上用彈簧秤稱(chēng)得物重是9.8牛頓，問(wèn)同一物體在月球上稱(chēng)量，物重是多少？質(zhì)量是多少？ 【分析】物重與質(zhì)量是兩個(gè)不同的物理量，它們的主要區(qū)別之一是：質(zhì)量不隨物體的位置而改變。但重力卻與物體的位置有關(guān)，一個(gè)質(zhì)量為m千克的物體，它在地球上、月球上質(zhì)量都是m干克。 【模擬試題】（答題時(shí)間：45分鐘） 一. 選擇題 1. 有關(guān)彈簧秤的使用，錯(cuò)誤的是 [ ] A． 每個(gè)彈簧秤都有測(cè)量的最大值。 B． 測(cè)量后應(yīng)檢查指針能否回復(fù)原零位。 C． 測(cè)量時(shí)要防止彈簧與底板摩擦。 D．測(cè)量時(shí)彈簧秤要保持豎直位置。 2. 測(cè)一個(gè)約6N力時(shí)，應(yīng)選用最恰當(dāng)?shù)膹椈沙?，?guī)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. 上述三個(gè)彈簧秤都可以用。 3. 自制彈簧秤時(shí)，量得彈簧原長(zhǎng)5cm，當(dāng)彈簧受5N拉力時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)0.5cm，則當(dāng)彈簧受力后長(zhǎng)度變?yōu)?cm時(shí)，所受外力的大小應(yīng)是 [ ] A. 70N B．10N C．35N D．20N 4. 某彈簧秤受力50牛時(shí)，彈簧伸長(zhǎng)2厘米，若彈簧秤的彈簧伸長(zhǎng)1厘米，則彈簧秤受力大小是 [ ] A. 50牛； B. 25牛； C. 100牛； D. 0牛。 5. 有關(guān)彈簧秤，下列說(shuō)法中正確的是 [ ] A. 彈簧越長(zhǎng)，所受拉力一定大。 B. 彈簧的長(zhǎng)度與所受拉力成正比； C. 只要彈簧不斷開(kāi)，彈簧的伸長(zhǎng)與所受拉力成正比； D. 在一定范圍內(nèi)，彈簧的伸長(zhǎng)與所受拉力成正比。 6. 關(guān)于重力，下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是 [ ] A. 重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引而產(chǎn)生的； B. 重力是物體本身的固有屬性； C. 重力的大小跟物體的質(zhì)量成正比； D. 重力的方向總是豎直向下。 7. 某同學(xué)體重500，所用單位是 [ ] A. 克； B. 千克； C. 牛； D. 千牛 8. 下列力中方向一定是豎直向下的是 [ ] A. 空氣阻力； B. 繩子拉力； 　　C. 拉彈簧秤的力； D. 重力。 9. 運(yùn)動(dòng)員托起排球，排球在空中運(yùn)動(dòng)，受到的力是（不計(jì)空氣阻力） [ ] A. 重力； B. 重力和運(yùn)動(dòng)員的手對(duì)排球的作用力； C. 運(yùn)動(dòng)員的手對(duì)排球的作用力； D. 重力和地球吸引力。 10. 從橋上向下行駛的汽車(chē)，受到的重力 [ ] A. 大小、方向都不變； B. 大小、方向都變； C. 大小不變、方向變； D. 大小變、方向不YOC 二. 填空題 1. 如圖1所示是某次測(cè)力時(shí)的彈簧秤示意圖。其最大測(cè)量力是______N，最小刻度值為_(kāi)_____N，指針位置表示力的大小為_(kāi)_____N。 圖1 2. 重力的產(chǎn)生原因是由于______，重力的方向總是______，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其所處的位置______（選填“有關(guān)”、“無(wú)關(guān)”）。 3. 物體所受重力的大小和物體的______成______比，可用公式G=______計(jì)算。 4. 甲、乙兩個(gè)物體質(zhì)量之比是3：2，其中甲物體重力240牛，那么乙物體重力______牛，乙物體質(zhì)量是______。 5. 質(zhì)量為1.2t的重物，所受重力是______N，當(dāng)其被吊車(chē)加速向上吊起時(shí)，物體重力將______（填變大、不變、變小。吊車(chē)吊升距離與地球半徑相比可忽略不計(jì)）。 6. 一個(gè)質(zhì)量為40kg的學(xué)生，在地面上時(shí)，對(duì)地球的吸引力大小約為_(kāi)_____N。 三. 作圖題 1. 如圖2所示，重10牛的物體分別放在水平面上和斜面上靜止，作出物體所受重力的示意圖。 2. 一根繩子上端固定，下端系質(zhì)量為2千克的小球。使小球在豎直平面內(nèi)來(lái)回振動(dòng)，當(dāng)小球振動(dòng)至如圖3所示位置時(shí)，作出小球受到重力的示意圖。 四. 計(jì)算題 一個(gè)物體質(zhì)量為2噸，求物體受到的重力；另一物體受到的重力為14.7牛，求物體的質(zhì)量。 【試題答案】 一. 選擇題 1. D 2. A 3. D 4. B 5. D 6. B 7. C 8. D 9. A 10. A 二. 填空題 1. 4 0.2 2.4 2. 地球的吸引 豎直向下，有關(guān) 3. 質(zhì)量 正 mg 4. 160 16.33kg 5. 11760 不變 6. 392 三. 作圖題 1. 2. 四. 已知：M1=2t=2000kg G2=14.7N g=9.8N/kg 求：G1 m2 解：G1 =m1 g=2000kg ×9.8N/kg=1.96×104N G2 =m2 g m2 = G2/g=14.7N/9.8N/kg=1.5kg 答：略 中小學(xué)各個(gè)科目?jī)?yōu)質(zhì)課視頻+課件教案學(xué)案試題全冊(cè)打包qq1119139686