初二物理竞赛第6讲力的概念及重力弹力 教师版.docx
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初二物理竞赛第6讲力的概念及重力弹力教师版
力的概念
力是物体间的相互作用
①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）
②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）
③一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．
【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.
【答案】D
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
①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
②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:
①确定受力物体、力的作用点和力的方向;
②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;
③力的作用点可以用线段的起点,也可以用终点表示;
④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:
①画出受力物体;
②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．
③确定物体的受力作用点;
④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;
⑤在线段的末端画出箭头,表示力的方向;
⑥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
【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．
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
①g=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．
②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．
③形状不规则薄木板可以使用悬挂法、支点法找重心．
④重心越低越稳定,自然状态下,寻求重心最低状态．
弹力
①接触
②有挤压
①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．
②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．
③在弹性限度内,弹簧的伸长与受到的拉力成正比.F1=∆x1（F=k∆x）
F2∆x2
☆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.0,1N
C.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
①请画出图甲中台灯所受重力、拉力的示意图
②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）
0.1
0.98
0.2
1.96
0.3
2.94
0.4
3.92
0.5
4.9
0.6
5.88
【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（）
A．1kg等于9.8NB．1N等于9.8kg
C．1kg质量的物体,受到重力9.8ND．1N重力的物体,质量是9.8kg
【答案】C
☆教师引导估算题:
①中学生的体重最接近500N
②两个鸡蛋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
【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,
2-1L
22
【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（）
A．60千克B．100千克C．360千克D．600千克
【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
6
600N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ΔL（ΔL=L—L0）,填在表格中．从表中数据可以看出弹簧的伸长ΔL与拉力F的关系式为
．
拉力F/N
1
2
3
4
5
6
长度L/cm
2.50
2.90
3.30
3.70
4.10
4.50
伸长ΔL/cm
0.40
0.80
1.20
1.60
2.00
2.40
【答案】∆L=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7cm,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=1cm
F2l2-l0
3N7cm-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0.4cm.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ΔL（cm）
1
0.05
0.16
1
0.10
0.08
2
0.05
0.32
2
0.20
0.08
4
0.10
0.32
4
0.20
0.16
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ΔL1=F1L1S2,
0.16cm1000N⨯4m⨯0.8cm2
ΔL2
F2L2S1
2
可得=
0.4cm
F⨯4m⨯0.20cm2
解得F=104N.
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
【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Ａ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Ａ端,仍将Ａ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/N
F2/N
F1和F2的夹角
合力F/N
1
4
5
θ1
8.7
2
4
5
θ2
8.3
3
4
5
θ3
7.8
备注：
θ1＜θ2＜θ3
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FF1-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Ａ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Ａ端,仍将Ａ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/N
2
2.5
2.8
3
5
5.5
拉力F2/N
1
1
1
1
1
1
拉力F/N
1
1.5
1.8
2
4
4.5
【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,但空气阻力向上,合力为F合=G-f=2N-0.2N=1.8N
【练1】下列叙述的几对力中,属于一对相互作用力的是（）
A.人推墙的力与鞋受到的阻力B.墙对人的力与人受到的向后的力
C.人推墙的力与墙受到的推力D.人推墙的力与墙对人的力
【答案】D.
【练2】在图中所指出的四个力中,使受力物体运动状态发生改变的是（）
【答案】D
【练3】关于力的作用效果的叙述中,正确的是（）A.物体运动状态发生改变,一定受外力作用
B.物体的运动状态不发生变化,一定不受外力作用
C.物体受力作用后,一定同时出现形变和运动状态发生变化的现象
D.力的作用效果完全由力的大小决定
【答案】A解析：
物体运动状态发生改变,一定受到了力的作用,但运动状态并不一定没有受到的作用,力的作用效果是使物体运动状态发生改变或者是使物体发生形变.力的大小、方向、作用点都影响力的作用效果.
【练4】在钢丝上骑自行车的人,为什么能够稳稳地在高高的钢丝上不掉下来啊?
【答案】下面挂上一个重物,降低重心,使重心低于支持力的作用点,稳度增加.
【练5】下列说法中正确的是（）
A．物体的质量跟它受到的重力成正比B．重力的施力物体是地球,方向总是竖直向下
C．质量为1千克的物体重9.8牛,可以写成1千克=9.8牛
D．重力的方向总是垂直于物体表面
【答案】B
“鸟巢”抗震：
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