初中物理 07 力、弹力、重力
一、力的基本概念(物理学基础)
定义:力是物体对物体的作用,用符号“F”表示。力不能脱离物体存在,涉及两个物体:施加力的物体(施力物体)和受到力的物体(受力物体)(如手推桌子,手是施力物体,桌子是受力物体)。
力的作用效果(判断是否受力的依据):
1. 改变物体的形状(如捏橡皮泥,橡皮泥形状改变;拉弹簧,弹簧变长);
2. 改变物体的运动状态(运动状态包括“速度大小”和“运动方向”,如推静止的小球,小球由静到动;踢运动的足球,足球方向改变)。
力的三要素(影响力作用效果的关键因素):
包括大小、方向、作用点,三要素中任意一个改变,力的作用效果都会改变(如用10N的力向上提箱子,和用5N的力向下压箱子,效果完全不同)。
力的单位:国际主单位是牛顿,简称“牛”,符号为“N”(如拿起两个鸡蛋的力约1N,成年人的体重约500-700N)。
力的示意图(直观表示力的方法):
用一根带箭头的线段表示力,规则如下:
1. 线段的起点(或终点) 表示力的作用点(作用在物体上,通常画在物体中心);
2. 线段的方向与力的方向一致(如重力竖直向下,拉力沿绳子方向);
3. 线段的长度大致表示力的大小(可标注“标度”,如1cm代表5N,再按比例画线段);
4. 箭头旁标注力的符号和大小(如“F=10N”“G=500N”)。
力的作用是相互的(牛顿第三定律的初步认知):
物体间力的作用总是相互的,施力物体同时也是受力物体(如手拍桌子,手对桌子施力,桌子也对手施加反作用力,因此手会疼;划船时,桨对水施力,水对桨施加反作用力,推动船前进)。
二、弹力(常见的接触力)
定义:物体由于发生弹性形变而产生的力,属于接触力(需两个物体接触且发生弹性形变)。
弹性形变:物体形变后,撤去外力能恢复原状的形变(如弹簧被拉长后,松手能恢复原长);
塑性形变:形变后无法恢复原状的形变(如橡皮泥被捏扁后,无法自行恢复)。
产生条件(两个缺一不可):
1. 两个物体相互接触;
2. 接触的物体发生弹性形变(如并排放在桌上的两个盒子,虽接触但未形变,无弹力)。
常见的弹力:压力(如书对桌面的力)、支持力(如桌面对书的力)、拉力(如绳子对物体的力)、推力(如手对箱子的力)、弹簧的弹力等。
弹簧测力计(测量弹力的工具):
工作原理:在弹性限度内,弹簧的伸长量(或压缩量)与受到的拉力(或压力)成正比(即拉力越大,弹簧伸长得越长,且在限度内,比例关系不变)。
使用步骤:
1. 看量程:明确测力计的最大测量值(量程),不能超过量程(否则会损坏弹簧,导致测量不准);
2. 看分度值:明确相邻两刻度线代表的力的大小(如量程5N,分度值0.2N,每小格代表0.2N);
3. 调零:将测力计在受力方向上调零(如竖直测量时,让挂钩自然下垂,指针指在“0”刻度线;水平测量时,水平放置调零);
4. 测力:让力的方向与弹簧的轴线方向一致(避免弹簧与外壳摩擦,导致误差),待指针稳定后读数,视线与刻度线相平。
三、重力(地球对物体的吸引力)
定义:由于地球的吸引而使物体受到的力,用符号“G”表示。重力的施力物体是地球,受力物体是地球上(或地球附近)的所有物体(如苹果落地、人站在地面,都因受到重力)。
大小(与质量的关系):
1. 实验表明:物体所受的重力跟它的质量成正比,公式为 G = mg(G:重力,单位N;m:质量,单位kg;g:重力加速度,通常取 g = 9.8N/kg,粗略计算时取 g = 10N/kg)。
2. 公式含义:质量为1kg的物体,受到的重力约为9.8N(如质量50kg的人,重力G = 50kg×10N/kg = 500N)。
3. 注意:g的数值随纬度变化(赤道g略小,两极g略大),但初中阶段统一取9.8N/kg或10N/kg。
方向:竖直向下(“竖直向下”是指指向地心的方向,与“垂直向下”不同——“垂直向下”是垂直于接触面,如斜面上的物体,重力竖直向下,而非垂直斜面向下)。
应用:重垂线(利用重力竖直向下的性质,检查墙壁是否竖直、桌面是否水平)。
作用点:重力的作用点叫做重心,是物体各部分所受重力的等效作用点。
形状规则、质量分布均匀的物体,重心在其几何中心(如正方体的重心在中心,球体的重心在球心);
形状不规则或质量分布不均匀的物体,重心可用“悬挂法”确定(如用细线悬挂物体,静止时细线的方向通过重心,两次悬挂的交点即为重心);
重心可能在物体上(如实心球),也可能在物体外(如空心圆环,重心在圆环中心,不在圆环上)。
生活中常见弹力现象及解释(按类型分类)
弹力一、压力(物体对接触面产生的垂直弹力,因接触面弹性形变产生反作用力,方向垂直于接触面向下)
1. 书本压桌面:书本受重力作用挤压桌面,使桌面发生微小弹性形变,书本对桌面产生垂直向下的压力,压力大小等于书本的重力,桌面同时对书本产生向上的支持力以平衡。
2. 人压地面:人站立时,体重使双脚挤压地面,对地面产生垂直向下的压力,压力总大小等于人的体重。单脚站立时压力集中在一只脚,双脚站立时压力分散在两只脚,地面通过支持力平衡压力。
3. 水杯压茶几:装有水的水杯受重力影响,对茶几表面产生垂直向下的压力,压力大小等于水杯与水的总重力。若向杯中加水,总重力增大,对茶几的压力也随之增大。
4. 行李箱压地板:装满物品的行李箱自身重量较大,对地板产生垂直向下的压力,压力使地板发生微小形变,地板通过支持力平衡压力,防止行李箱因重力下陷。
5. 黑板擦压黑板:擦拭黑板时,手施加的力使黑板擦紧贴黑板,对黑板产生垂直于黑板表面的压力。压力越大,黑板擦与黑板间的摩擦力越大,越容易清除字迹。
6. 砖块压地面:堆叠的砖块中,上方砖块对下方砖块产生垂直向下的压力,最下方的砖块对地面也产生压力,压力大小等于所有砖块的总重力,地面通过支持力维持砖块堆稳定。
7. 汽车压路面:汽车(含乘客、货物)的总重量通过车轮传递到路面,对路面产生垂直向下的压力。汽车载重越大,对路面的压力越大,路面需具备足够强度承受该压力。
8. 书包压抽屉:将书包放入课桌抽屉,书包的重力使它对抽屉底部产生垂直向下的压力,抽屉底部通过弹性形变产生支持力,平衡压力以支撑书包。
9. 花盆压栏杆:阳台栏杆上的花盆(含土壤、植物)受重力作用,对栏杆表面产生垂直向下的压力,栏杆需有足够承重能力,通过支持力平衡压力,防止花盆掉落。
10. 手机压床头柜:手机放在床头柜上时,自身重力使它对床头柜表面产生垂直向下的压力,压力大小等于手机重量,床头柜通过支持力平衡压力,使手机保持静止。
弹力二、支持力(接触面对物体产生的垂直弹力,与压力是相互作用力,方向垂直于接触面向上)
1. 桌面对书本的支持力:书本对桌面产生压力,使桌面发生微小弹性形变,桌面要恢复原状,对书本产生垂直向上的支持力,支持力大小等于书本重力,与压力平衡,让书本静止在桌面。
2. 地面对人的支持力:人对地面产生压力,地面发生形变后产生向上的支持力,支持力大小等于人的体重,与压力相互作用,使人能稳定站立,不会因重力陷入地面。
3. 茶几分对水杯的支持力:水杯对茶几产生压力,茶几形变后产生垂直向上的支持力,支持力大小等于水杯与水的总重力,与压力平衡,防止水杯倾倒或掉落。
4. 地板对行李箱的支持力:行李箱对地板产生压力,地板发生弹性形变,对行李箱产生垂直向上的支持力,支持力与行李箱重力平衡,使行李箱保持静止,不发生位移。
5. 黑板对黑板擦的支持力:黑板擦对黑板产生压力,黑板发生微小形变,对黑板擦产生垂直于黑板表面的支持力,支持力与手的推力、摩擦力配合,让黑板擦稳定贴合黑板擦拭。
6. 地面对砖块的支持力:堆叠的砖块对地面产生总压力,地面形变后对最下方砖块产生向上的支持力,支持力大小等于所有砖块的总重力,与总压力平衡,维持砖块堆稳定。
7. 路面对汽车的支持力:汽车对路面产生压力,路面形变后对车轮产生向上的支持力,四个车轮的支持力之和等于汽车总重力,与总压力平衡,使汽车平稳停在路面或行驶。
8. 抽屉对书包的支持力:书包对抽屉底部产生压力,抽屉底部形变后产生垂直向上的支持力,支持力大小等于书包重力,与压力平衡,让书包在抽屉内保持静止。
9. 栏杆对花盆的支持力:花盆对栏杆产生压力,栏杆形变后对花盆产生向上的支持力,支持力与花盆重力平衡,防止花盆从栏杆上掉落,保障使用安全。
10. 床头柜对手机的支持力:手机对床头柜产生压力,床头柜形变后产生垂直向上的支持力,支持力大小等于手机重力,与压力平衡,使手机稳定放置在床头柜上。
弹力三、拉力(物体因被拉伸产生的弹力,方向沿拉伸方向,作用于拉动物体的另一端)
1. 绳子拉水桶:用绳子提水桶时,手对绳子施加拉力,绳子被拉伸发生弹性形变,产生沿绳子向上的拉力,拉力大小等于水桶的重力,平衡重力使水桶被提起。
2. 晾衣绳拉衣服:衣服挂在晾衣绳上,衣服的重力使晾衣绳被拉伸,晾衣绳产生沿绳方向的拉力,拉力平衡衣服重力,防止衣服掉落,晾衣绳两端固定点需承受该拉力。
3. 橡皮筋拉玩具车:用橡皮筋拉玩具车时,手拉长橡皮筋,橡皮筋发生弹性形变,产生沿橡皮筋收缩方向的拉力,松开手后,拉力带动玩具车向前运动。
4. 鞋带拉鞋帮:系鞋带时,拉紧鞋带使鞋带被拉伸,产生沿鞋带方向的拉力,拉力将鞋帮两侧收紧,使鞋子贴合脚部,防止鞋子脱落。
5. 起重机钢绳拉重物:起重机吊起重物时,钢绳受重物重力拉伸,产生沿钢绳向上的拉力,拉力大小等于重物重力,钢绳需具备高强度以承受拉力,将重物提升至指定高度。
6. 拔河时队员拉绳子:拔河比赛中,双方队员向相反方向拉绳子,绳子被拉伸,产生沿绳子两端的拉力,拉力大小取决于队员的力量,哪方拉力更大,绳子就向哪方移动。
7. 弹簧秤拉物体:用弹簧秤测量物体重量时,物体对弹簧秤挂钩产生拉力,使弹簧被拉伸,弹簧产生向上的拉力,拉力大小等于物体重力,弹簧秤通过刻度显示拉力(即物体重量)。
8. 窗帘绳拉窗帘:拉动窗帘绳时,绳子被拉伸产生沿绳方向的拉力,拉力带动窗帘轨道上的滑轮运动,使窗帘打开或闭合,绳子需灵活滑动以传递拉力。
9. 钓鱼线拉鱼钩:钓鱼时,鱼上钩后会对钓鱼线产生拉力,使钓鱼线被拉伸,钓鱼线产生沿线向上的拉力,钓鱼者通过感受拉力判断鱼的大小,钓鱼线需有足够强度防止断裂。
10. 背包肩带拉背包:背背包时,肩带承受背包的重力被拉伸,产生沿肩带向上的拉力,拉力平衡背包重力,肩带设计较宽可分散拉力,减少对肩膀的压迫。
弹力四、推力(物体因被挤压产生的弹力,方向沿推挤方向,作用于被推物体的接触面上)
1. 手推桌子:用手推桌子时,手对桌子施加推力,桌子与地面接触,手的推力使桌子发生微小形变(肉眼难见),桌子产生反作用力,但推力大于摩擦力时,桌子会沿推力方向移动。
2. 推箱子:推地面上的箱子时,手对箱子施加水平推力,箱子受推力挤压发生微小弹性形变,推力克服箱子与地面的摩擦力,使箱子沿推力方向滑动。
3. 门轴处推力开门:开门时,手对门把手施加推力,推力使门绕门轴转动,门与门轴接触部位因受力产生微小形变,推力方向与门的转动方向一致,使门打开。
4. 注射器推药液:推动注射器活塞时,活塞对药液施加推力,药液受挤压,同时活塞与针管间的密封结构使推力传递到药液,将药液压入人体,推力大小决定药液注射速度。
5. 推购物车:购物时推购物车,手对车把手施加推力,推力使购物车车轮转动,克服车轮与地面的摩擦力,购物车沿推力方向移动,推力越大,移动速度越快(在一定范围内)。
6. 挤压弹簧门推开门:弹簧门关闭时,门轴处的弹簧被压缩,推开门时,手对门施加推力,克服弹簧的弹力,推力使门打开,松开手后,弹簧弹力推动门关闭。
7. 推书柜:移动书柜时,手对书柜侧面施加推力,推力克服书柜与地面的静摩擦力,使书柜沿推力方向移动,书柜较重时需更大推力才能推动。
8. 按压式水龙头推阀芯:按压水龙头时,手对阀芯施加向下的推力,阀芯受挤压发生位移,打开水流通道,松开手后,阀芯处的弹簧弹力将阀芯推回原位,关闭水流。
9. 推婴儿车:推婴儿车时,手对车把手施加推力,推力传递到车轮,克服车轮与地面的摩擦力,婴儿车沿推力方向前进,推力需平稳以保证婴儿舒适。
10. 挤压气球推空气:用手挤压气球时,对气球内空气施加推力,使气球体积减小,内部气压增大,松开气球口后,压缩空气受推力作用向外喷出,同时空气对气球产生反推力,使气球飞走。
弹力五、弹簧的弹力(弹簧因被压缩或拉伸发生弹性形变,产生的恢复原状的弹力,方向与形变方向相反)
1. 弹簧秤的弹簧弹力:弹簧秤测量时,物体拉力使弹簧拉伸,弹簧产生向上的弹力,弹力大小与形变量成正比(弹性限度内),弹簧秤通过弹力大小反映物体重量。
2. 蹦床弹簧弹力:蹦床下方装有多根弹簧,人落在蹦床上时,身体压力使弹簧压缩,弹簧产生向上的弹力,弹力大于人体重力时将人弹起,弹力大小与弹簧压缩量相关。
3. 圆珠笔弹簧弹力:圆珠笔内的弹簧在按压时被压缩,产生向上的弹力,松开手后,弹力推动笔芯伸出;再次按压时,卡扣锁定笔芯,弹簧保持压缩,解锁时弹力使笔芯收回。
4. 汽车减震弹簧弹力:汽车减震器中的弹簧,在车辆颠簸时被压缩或拉伸,产生与形变方向相反的弹力,弹力缓冲路面冲击力,减少车身震动,提高乘坐舒适性。
5. 玩具弹簧枪弹簧弹力:玩具弹簧枪上膛时,弹簧被压缩储存弹性势能,扣动扳机后,弹簧恢复形变产生弹力,弹力推动“子弹”(如塑料弹丸)射出,弹力越大,子弹速度越快。
6. 沙发弹簧弹力:沙发内部的弹簧在人坐下时被压缩,产生向上的弹力,弹力平衡人体重力,支撑身体,使人感觉舒适,起身时弹簧恢复原状,弹力消失。
7. 床垫弹簧弹力:弹簧床垫内的多根弹簧,受人体压力压缩,产生向上的弹力,弹力均匀分散身体重量,减少局部压迫,提高睡眠舒适度,不同硬度的床垫对应弹簧弹力不同。
8. 弹簧门扭转弹簧弹力:弹簧门的门轴处装有扭转弹簧,推开时弹簧被扭转形变,产生恢复原状的弹力(力矩),松开手后,弹力带动门自动关闭,弹力大小决定门关闭速度。
9. 夹子弹簧弹力:文件夹、晾衣夹等夹子内装有弹簧,打开夹子时弹簧被拉伸或压缩,产生恢复形变的弹力,弹力使夹子两端夹紧物体,防止物体掉落,弹力大小决定夹紧程度。
10. 闹钟发条弹簧弹力:机械闹钟的发条是螺旋状弹簧,上弦时发条被拧紧(压缩形变),产生恢复原状的弹力,工作时弹力带动齿轮系统转动,驱动指针走时,弹力逐渐释放,直至发条完全恢复。
六、生活中的重力现象及解释
1. 苹果落地:苹果成熟后从树上掉落,是因为地球对苹果产生了竖直向下的重力。重力的方向始终指向地心,当苹果与树枝的连接力不足以抵抗重力时,苹果在重力作用下沿竖直方向下落,最终落到地面,这也是牛顿发现万有引力定律的经典启发现象之一。
2. 人站立在地面:人能稳定站立在地面上,是因为地球对人产生的重力(方向竖直向下)与地面对人的支持力(方向竖直向上)相互平衡。重力的大小等于人的体重,若没有重力,人会像在太空中一样漂浮,无法稳定站立。
3. 雨滴下落:云中的水汽凝结成雨滴后,受到地球的重力作用。当雨滴的重力大于空气对它的浮力和阻力时,雨滴会沿竖直方向下落,形成降雨。雨滴下落过程中,空气阻力随速度增大而增大,最终重力与阻力平衡,雨滴以恒定速度(收尾速度)下落。
4. 水往低处流:由于重力的作用,水具有向地势较低处流动的趋势。无论是河流、小溪,还是日常生活中打开水龙头流出的水,都会在重力作用下从高处流向低处,最终汇入湖泊、海洋或更低洼的区域,这也是水利工程(如水库、水渠)设计的重要依据。
5. 书本放在桌子上不漂浮:书本放在桌面上时,受到地球竖直向下的重力,同时桌面给书本一个竖直向上的支持力,二力平衡,使书本保持静止状态。若没有重力,书本会脱离桌面漂浮在空中;若桌面的支持力不足以承受重力(如桌面断裂),书本会在重力作用下下落。
6. 人跳起来后落回地面:人跳跃时,腿部肌肉发力给身体一个向上的初速度,使身体脱离地面。但由于地球对人的重力始终竖直向下,会不断减小身体的向上速度,直至速度为零(到达最高点),随后身体在重力作用下向下加速运动,最终落回地面。
7. 重物压弯桌子:当在桌子上放置较重的物体(如装满书的箱子)时,物体受到的重力通过接触面向桌子传递,使桌子受到向下的压力。若压力超过桌子材料的承受限度,桌子会发生弯曲形变(如桌面下凹),形变程度与物体重力大小正相关,重力越大,形变越明显。
8. 瀑布形成:瀑布的水源通常来自高处的河流或湖泊,由于地势存在明显落差,水流在重力作用下从高处陡峭的岩壁向下倾泻,形成瀑布。重力使水流获得较大的下落速度,撞击底部岩石时产生壮观的水花,同时也是水力发电的重要能量来源(利用重力势能转化为动能)。
9. 灰尘落地:空气中的灰尘颗粒受到地球的重力作用,同时受到空气浮力和气流的影响。当空气相对稳定时,灰尘的重力大于浮力,会缓慢向地面沉降,最终落在地面、桌面等物体表面,这也是日常生活中需要定期打扫卫生的原因之一。
10. 人走楼梯时消耗体力:人走上楼梯时,需要克服自身的重力做功(重力方向竖直向下,人运动方向竖直向上,力与运动方向相反)。身体肌肉需提供足够的力量来对抗重力,将身体提升到更高的高度,这个过程会消耗体内的能量(如化学能转化为重力势能),因此走楼梯会感到体力消耗。
11. 篮球从手中落下:当人松开手中的篮球时,篮球在重力作用下竖直下落,速度逐渐增大。撞击地面后,篮球发生弹性形变并反弹,但由于重力始终存在,反弹后的高度会逐渐降低,最终停止在地面上,重力是篮球下落和限制反弹高度的关键因素。
12. 吊灯悬挂在天花板上:吊灯通过电线或吊杆悬挂在天花板上,受到地球竖直向下的重力和电线(或吊杆)竖直向上的拉力。当拉力与重力大小相等、方向相反时,吊灯保持静止状态。若电线(或吊杆)的承重能力不足以抵抗重力(如电线老化断裂),吊灯会在重力作用下坠落。
13. 堆放在一起的物体不会散开:将多个物体(如书本、砖块)堆放在一起时,每个物体都受到重力作用,下方的物体受到上方物体传递的压力(等于上方物体的总重力)。重力使物体之间产生相互挤压的力,增加了物体间的摩擦力,从而使堆放的物体保持稳定,不易散开。
14. 滑雪者从山坡滑下:滑雪者站在山坡上时,受到的重力可分解为沿山坡向下的分力和垂直山坡向下的分力。沿山坡向下的分力使滑雪者具有向下滑动的趋势,当这个分力大于滑雪板与雪地的摩擦力时,滑雪者会沿山坡向下滑行,重力是滑雪者获得动能的主要来源。
15. 树叶秋天飘落:秋天树叶枯萎后,叶柄与树枝的连接力减弱,当连接力小于树叶的重力时,树叶在重力作用下从树上飘落。飘落过程中,由于树叶面积较大,空气阻力对其影响明显,树叶会呈现不规则的飘动轨迹,但最终仍会在重力作用下落到地面。
16. 饮料倒入杯子:将饮料从瓶子倒入杯子时,饮料在重力作用下从高处(瓶口)流向低处(杯口)。重力使饮料具有向下的运动趋势,若没有重力,饮料会保持静止或漂浮在瓶口周围,无法顺利倒入杯子中,日常生活中的倒水、倒酒等行为都依赖于重力。
17. 电梯下降时人感觉失重:电梯正常运行时,人受到的重力与电梯地板的支持力平衡。当电梯加速下降时,支持力小于重力,人会感觉身体变轻(失重状态);当电梯减速下降时,支持力大于重力,人会感觉身体变重(超重状态),这些现象都是重力与惯性共同作用的结果,本质上重力始终存在且大小不变。
18. 悬崖边的石头易坠落:悬崖边的石头受到地球的重力作用,同时受到周围岩石的支撑力。若支撑力不足(如岩石风化、地震影响),重力会使石头失去平衡,沿悬崖竖直或斜向下坠落,因此靠近悬崖时需注意安全,防止坠落事故。
19. 用天平测量物体质量:天平的工作原理基于重力对物体的作用,天平两端的托盘分别放置被测物体和砝码,地球对物体和砝码的重力分别通过托盘传递给横梁。当横梁平衡时,物体的重力等于砝码的重力,由于重力与质量成正比(\(G=mg\)),因此砝码的质量等于被测物体的质量,实现质量测量。
20. 沙滩上留下脚印:人在沙滩上行走时,身体的重力通过脚底传递到沙滩表面,使沙滩受到向下的压力。由于沙滩质地松软,压力会使沙滩表面发生凹陷,形成脚印。脚印的深浅与人体重力大小相关,重力越大(如体重较重的人),脚印越深;同时也与沙滩的松软程度相关,沙滩越松软,脚印越明显。
例题1:力的作用效果判断 题目:下列现象中,力改变物体运动状态的是( )
A. 用力捏橡皮泥,橡皮泥变扁 B. 用力拉弹簧,弹簧变长
C. 用力踢足球,足球由静止变为运动 D. 用力压桌子,桌子发生微小形变
解析:力的作用效果分“改变形状”和“改变运动状态”。A、B、D均是物体形状改变(橡皮泥变扁、弹簧变长、桌子形变);C中足球“由静止变为运动”,速度大小改变,属于运动状态改变。
答案:C
例题2:力的作用是相互的 题目:游泳时,人向后划水,身体却向前运动,这是因为( )
A. 人对水的力大于水对人的力 B. 水对人的力大于人对水的力
C. 人对水的力和水对人的力是一对相互作用力,大小相等 D. 人不受重力
解析:人向后划水时,人对水施加向后的力(施力物体是人,受力物体是水),同时水对人施加向前的反作用力(施力物体是水,受力物体是人),这是一对相互作用力,大小相等、方向相反,因此身体向前运动。A、B错误(相互作用力大小相等);D错误(人始终受重力)。
答案:C
例题3:弹力的产生条件 题目:下列情况中,两物体之间存在弹力的是( )
A. 两个静止在水平桌面上的正方体,彼此接触但未挤压 B. 用手将弹簧拉长,弹簧与手之间
C. 放在光滑水平面上的两个小球,相互靠近但未接触 D. 熟透的苹果下落过程中,与空气之间
解析:弹力产生需“接触+弹性形变”。A(接触但未挤压,无形变,无弹力);B(手与弹簧接触,弹簧被拉长发生弹性形变,有弹力);C(未接触,无弹力);D(苹果与空气接触,但未发生弹性形变,无弹力)。
答案:B
例题4:弹簧测力计的使用(量程与分度值) 题目:一个弹簧测力计的量程为0~5N,分度值为0.2N,指针指在“2N”刻度线处,若此时测一个物体的拉力,指针移动到“3.6N”刻度线处,该物体对测力计的拉力为( )
A. 3.6N B. 1.6N C. 5.6N D. 无法确定
解析:弹簧测力计测量时,拉力大小等于“最终读数 - 初始读数”(若未调零,需减去初始示数)。初始指针在2N,最终在3.6N,因此拉力F = 3.6N - 2N = 1.6N(若调零后测量,拉力等于最终读数,但本题未调零)。
答案:B
例题5:重力的方向(竖直向下) 题目:用重垂线检查墙壁是否竖直,当重垂线静止时,重垂线的细线方向( )
A. 垂直于墙壁 B. 竖直向下 C. 垂直于地面 D. 沿墙壁方向
解析:重垂线利用重力“竖直向下”的性质,静止时细线方向始终指向地心,即竖直向下。A(若墙壁倾斜,细线与墙壁不垂直);C(“垂直于地面”是“水平方向”的反方向,与竖直向下不同,如地面倾斜时,垂直地面方向不是竖直向下);D(沿墙壁方向需墙壁竖直,否则不沿)。
答案:B
例题6:重力大小的计算(G=mg) 题目:一个苹果的质量约为200g,g取10N/kg,该苹果受到的重力约为( )
A. 200N B. 20N C. 2N D. 0.2N
解析:先统一单位,200g = 0.2kg;根据G = mg,代入数据:G = 0.2kg×10N/kg = 2N。
答案:C
例题7:力的三要素(影响力的作用效果) 题目:用同样大小的力,分别在门的把手处和门轴附近推开门,发现在把手处更容易推开,这说明力的作用效果与( )有关
A. 大小 B. 方向 C. 作用点 D. 施力物体
解析:力的三要素中,大小(同样大小的力)、方向(均为推门方向)相同,只有作用点不同(把手处vs门轴附近),作用效果不同(是否容易推开),因此与作用点有关。
答案:C
例题8:弹力的应用(弹簧的弹性限度) 题目:下列关于弹簧使用的说法,正确的是( )
A. 弹簧可以被无限拉长,拉力越大,伸长量越大 B. 弹簧的伸长量与拉力成正比的前提是“在弹性限度内”
C. 超过弹性限度后,弹簧仍能恢复原状 D. 弹簧的压缩量与压力无关
解析:弹簧的“伸长量与拉力成正比”是有条件的——必须在弹性限度内(超过限度,弹簧会发生塑性形变,无法恢复原状,且比例关系失效)。A(不能无限拉长,会超过弹性限度);C(超过限度无法恢复);D(在弹性限度内,压缩量与压力成正比,有关)。
答案:B
例题9:重力的作用点(重心) 题目:关于物体的重心,下列说法正确的是( )
A. 所有物体的重心都在物体上 B. 形状规则的物体,重心一定在其几何中心
C. 空心圆环的重心在圆环的中心(不在圆环上) D. 重心的位置与物体的质量分布无关
解析:A(如空心圆环、空心球,重心在物体外,错误);B(需“形状规则且质量分布均匀”,若质量分布不均,重心不在几何中心,错误);C(空心圆环形状规则、质量均匀,重心在中心,不在圆环上,正确);D(质量分布改变,重心位置会变,如木棒一端缠铁丝,重心会向铁丝端移动,错误)。
答案:C
例题10:力的示意图画法 题目:一个木块静止在水平桌面上,受到竖直向下的重力G=5N和竖直向上的支持力F=5N,下列关于力的示意图的说法,正确的是( )
A. 重力的作用点画在桌面中心,方向竖直向下 B. 支持力的作用点画在木块中心,方向竖直向上
C. 重力的线段长度比支持力长(因为方向不同) D. 支持力的符号标注为“G=5N”
解析:力的示意图中,作用点应画在受力物体上(重力和支持力的受力物体都是木块,作用点画在木块中心);A(作用点画在桌面,错误);B(支持力作用点在木块中心,方向竖直向上,正确);C(两力大小相等,线段长度应相同,与方向无关,错误);D(支持力符号是“F”,“G”是重力符号,错误)。
答案:B
例题11:相互作用力与平衡力的区别(拓展) 题目:下列关于相互作用力和平衡力的说法,正确的是( )
A. 人对桌面的压力和桌面对人的支持力是一对平衡力 B. 木块的重力和桌面对木块的支持力是一对相互作用力
C. 相互作用力作用在两个物体上,平衡力作用在一个物体上 D. 相互作用力的大小不相等,平衡力的大小相等
解析:相互作用力的特点是“作用在两个物体上,大小相等、方向相反、作用在同一直线”(如人对桌面的压力<受力物体桌面>和桌面对人的支持力<受力物体人>);平衡力的特点是“作用在一个物体上,大小相等、方向相反、作用在同一直线”(如木块的重力<受力物体木块>和桌面对木块的支持力<受力物体木块>)。A(相互作用力,不是平衡力,错误);B(平衡力,不是相互作用力,错误);C(相互作用力两物体,平衡力一物体,正确);D(相互作用力和平衡力大小均相等,错误)。
答案:C
例题12:弹簧测力计的误差分析 题目:使用弹簧测力计时,若弹簧与外壳之间存在摩擦,测量结果会( )
A. 偏大 B. 偏小 C. 不变 D. 无法确定
解析:弹簧测力计的拉力需要克服“物体的拉力”和“弹簧与外壳的摩擦力”才能使指针移动。若有摩擦,实际物体的拉力F物 = 测力计读数F读 - 摩擦力f,因此F读 = F物 + f,测量结果(F读)比实际值(F物)偏大。
答案:A
例题13:重力与质量的关系(图像分析) 题目:某同学探究“重力与质量的关系”,得到G-m图像(横坐标为质量m,纵坐标为重力G),该图像的形状是( )
A. 过原点的直线 B. 曲线 C. 水平直线 D. 竖直直线
解析:重力与质量成正比(G = mg),成正比的两个物理量,其图像是“过原点的直线”(斜率为g,g为定值)。
答案:A
例题14:力的作用效果(运动状态改变的判断) 题目:下列情况中,物体运动状态没有改变的是( )
A. 正在转弯的汽车 B. 从高处下落的苹果(速度越来越快)
C. 匀速直线行驶的火车 D. 被踢出去的足球(在空中飞行,方向改变)
解析:运动状态改变包括“速度大小改变”或“运动方向改变”。A(转弯,方向改变,运动状态变);B(速度变快,大小改变,运动状态变);C(匀速直线,速度大小和方向均不变,运动状态不变);D(方向改变,运动状态变)。
答案:C
例题15:弹力的判断(生活实例) 题目:下列生活现象中,不属于弹力的是( )
A. 用橡皮筋弹纸团,橡皮筋对纸团的力 B. 磁铁吸引铁钉,磁铁对铁钉的力
C. 人坐在椅子上,椅子对人的支持力 D. 用手压气球,手对气球的压力
解析:弹力是“接触且弹性形变”产生的力。A(橡皮筋与纸团接触,橡皮筋形变,弹力);B(磁铁与铁钉不接触,是磁力,不是弹力);C(椅子与人接触,椅子形变,支持力是弹力);D(手与气球接触,气球形变,压力是弹力)。
答案:B
例题16:重力的计算(不同g值) 题目:一个铁块的质量为5kg,在地球上g=9.8N/kg,在月球上g月≈g地/6,该铁块在月球上受到的重力约为( )
A. 49N B. 8.17N C. 5N D. 0N
解析:重力与g值有关,在月球上,质量不变(质量是固有属性),仍为5kg;月球上重力G月 = m×g月 = 5kg×(9.8N/kg÷6)≈5kg×1.63N/kg≈8.17N。
答案:B
例题17:力的三要素(方向的影响) 题目:用10N的力向上提一个静止在地面的箱子,和用10N的力向下压同一个箱子,两种情况中,力的作用效果不同,原因是( )
A. 大小不同 B. 方向不同 C. 作用点不同 D. 施力物体不同
解析:两种情况中,力的大小(均10N)、作用点(均在箱子上)、施力物体(均为人)相同,只有方向不同(向上vs向下),导致作用效果不同(向上提可能使箱子有向上运动的趋势,向下压使箱子对地面压力变大)。
答案:B
例题18:弹簧测力计的量程选择 题目:要测量一个约8N的力,下列弹簧测力计中最合适的是( )
A. 量程0~5N,分度值0.2N B. 量程0~10N,分度值0.2N
C. 量程0~20N,分度值1N D. 量程0~5N,分度值0.1N
解析:选择弹簧测力计时,需满足“量程大于被测力,分度值越小越精确”。A、D量程5N<8N,无法测量;B量程10N>8N,分度值0.2N(精确);C量程20N>8N,但分度值1N(精度低于B),因此B最合适。
答案:B
例题19:重力的方向应用(斜面上的物体) 题目:一个木块静止在斜面上,下列关于木块所受重力方向的示意图,正确的是( )
A. 垂直于斜面向下 B. 竖直向下 C. 沿斜面向下 D. 垂直于水平面向下
解析:重力的方向始终是“竖直向下”(指向地心),与接触面是否倾斜无关。A(垂直斜面是“压力的方向”,不是重力);B(竖直向下,正确);C(沿斜面向下是“下滑力”,不是重力);D(“垂直于水平面”是“竖直方向”的另一种表述,但“竖直向下”更准确,且选项中B直接符合定义)。
答案:B
例题20:力的综合判断(多知识点) 题目:下列说法中,正确的是( )
A. 力可以脱离物体单独存在 B. 弹簧的弹力越大,弹簧的伸长量一定越大(超过弹性限度后)
C. 物体的质量越大,受到的重力越大(g不变时) D. 相互作用力的方向一定相同
解析:A(力不能脱离物体,错误);B(超过弹性限度后,弹力与伸长量不成正比,甚至弹力会减小,错误);C(g不变时,G=mg,质量越大,重力越大,正确);D(相互作用力方向相反,错误)。
答案:C
物理基础
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