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重力、弹力、摩擦力

一周强化

一、一周知识概述

  本周我们将在前一章学过的力的一般知识的基础上,利用这些知识来研究最常见的力——重力、弹力和摩擦力。

二、重难点知识精讲

(一)重力

1、重力的产生及其大小

  (1)万有引力与重力的产生。牛顿发现,宇宙间任何两个物体,大到天体,小到灰尘之间,都存在着相互吸引的力,这就是万有引力。按照这个理论,地球对地面附近的物体也有引力。我们把由于地球的吸引而使物体受到的力,叫做重力。

  (2)重力的大小。物体所受到的重力跟它的质量成正比。重力与质量的比值大约是9.8N/kg.如果用g表示这个比值,重力与质量的关系可以写成

  式中符号的意义及单位:G—重力—牛顿(N)m—质量—千克(kg) g=9.8N/kg.

说明:

  ①重力的大小通常叫做重量;②在要求不很精确的情况下,重力与质量的比值可取10N/kg.

2、重力的方向与重心

  (1)重力的方向。物体所受的重力的方向总是竖直向下。“竖直向下”是指与水平面垂直且向下的方向。

  (2)重心。重力在物体上的作用点叫做重心。对于形状规则质地均匀的物体来说,重心一般在物体的几何中心上。如图所示的是几种形状规则质地均匀物体的重心。

例1、假如没有重力,下列现象中不会出现的是( )

A.人可以轻而易举地提起质量很大的物体

B.饮料倒不进人的嘴里

C.灰尘扬起后不会落回地面

D.人的头撞在墙上不会感到疼痛

解析:

  (1)重力是物体由于地球的吸引而受到的力;

  (2)重力的作用是使物体在没有支承的情况下落向地面。

  人举起重物,需要克服物体的重力,若没有重力,人自然可轻而易举地提起质量很大的物体,故选项A所述情况可能;液体由高处流向低处,靠的是液体的重力而流动的,倘若没有重力,它不会流动,故选项B所述情况可能;地面附近的物体在失去支承后都会落向地面,是因为受到重力作用的缘故,若没有重力,它们不会落回地面,故选项C所述情况可能;人的头撞在墙上感到疼痛,是因为头与墙之间发生了力的作用的缘故,与物体是否受重力无关。故选项D所述情况在没有重力的情况下不会出现,因此,本题正确选项为D.

  抓住重力的实质,是解答本题的关键,同时也应熟悉日常生活中的现象哪些是由于重力而产生的。

例2、用一个量角器、细线、重锤,自制一个简易的水平仪,用它来检验桌面是否水平,并说明测验方法及原理。

解析:

  (1)重力的方向总是竖直向下的;

  (2)水平方向与竖直方向是互相垂直的。利用器材做成如图所示的装置。

检验方法:

  将量角器的下底放置于桌面上,若重锤线仍沿着90°角线位置,说明桌面水平,若重锤线与量角器的90°角线有一定的偏斜,则说明桌面不水平。

  依据的原理:重力的方向竖直向下。

说明:

  用来检验墙壁是否竖直的重锤线,用来检查窗台、桌面是否水平的水平仪,都是重力的方向竖直向下的实际应用。

(二)弹力

1、弹力:物体由于弹性形变而产生的力叫做弹力。

  (1)弹性:物体受力发生形变,不受力又恢复到原来的形状的特性叫做弹性。有弹性的物体称为“弹性物体”。

  (2)塑性:物体变形后不能自动恢复形状的特性叫做塑性。具有塑性的物体称为“非弹性物体”。

  (3)弹性限度:对弹性物体来说,变形后能自动恢复原状的最大限度叫做弹性限度。弹簧的弹性有一定的限度,超过了这个限度就不能完全复原。所以使用弹簧时不能超过它的弹性限度,否则会使弹簧损坏。

2、弹簧测力计:利用在弹性限度内受到的拉力越大,伸长的长度就越长的原理制成的测力工具;或者说弹簧测力计是利用在弹性限度内弹簧伸长的长度跟它受到的拉力成正比的原理制成的。

3、使用弹簧测力计时注意的事项

  (1)使用时不能猛力拉弹簧,所测的力不能大于测力计的测量限度,以免损坏测力计。

  (2)使用前,如果测力计的指针没有指在零点,应该抽动刻度盘进行调零。

  (3)称量前,应先将弹簧来回拉几下,以免弹簧被卡壳。

例3、研究弹簧测力计刻度的实验错误的是( )

A.加在弹簧测力计上的力不能超出测量范围

B.实验过程中不能用力过猛拉弹簧,以免损坏

C.弹簧测力计下只能挂三只钩码

D.读数时,视线要与刻度线保持水平

分析:

  弹力是物体发生弹性形变而产生的力。制作弹簧测力计所选用的弹簧必须在弹性范围内发生形变。A、B两项在操作中必须做到,否则都可能损坏弹簧,需注意D是测量的基本注意事项,否则将读不准,至于C要求无道理,三个钩码不一定已超出了测量范围。

解答:C

注意:

  使用弹簧测力计除了把握基本注意事项外,还要注意使用过程中弹簧不能被卡住,所以使用前要来回拉动几下,再调零。

例4、某弹簧测力计一端受50N的拉力作用,另一端也受到50N的拉力作用,那么该弹簧测力计的读数是( )

A.50N                B.100N

C.0N                D.无法确定

分析:

  弹簧测力计是根据“在测量范围内,弹簧的伸长跟受到的拉力成正比”这一原理制成的,这里的“拉力”是指一端所受的作用力。而弹簧测力计是测量出这个力的大小,而不是两端受力的总和或两力之差。

解答:A

注意:

  力的作用是相互的,没有作用在弹簧测力计一端的50N的力,也就没有另一端50N的力。就如同用绳子拉墙,大小为50N,根据力作用的相互性墙也在用50N的力拉人,而在绳子中间接入一弹簧测力计,它显示出这个力的大小即是50N.

例5、如图所示,两根相同的轻质弹簧串在一起,下端挂10N的重物时,弹簧总长度增加5cm;若单独用一根弹簧,在下面挂10N的重物时,此弹簧伸长为( )

A.5cm               B.2.5cm

C.10cm               D.无法判定

分析:

  力使弹簧产生形变,由弹簧伸长大小可推测出拉力大小。在甲图中,两根弹簧串在一起受10N的重物作用时,总伸长为5cm,即每根弹簧受10N的力作用会伸长2.5cm.故在乙图所示情况下,弹簧的伸长应为2.5cm,应选B.

解答:B

注意:

  弹簧受力发生形变时,每匝弹簧均会产生相同的伸长△l,故总伸长△l=n·△l;此时弹簧所受拉力等于每匝弹簧所受拉力。这就是当所受拉力相同时,弹簧越长形变量越大的原因。

(三)摩擦力

1、摩擦力

  (1)两个相互接触的物体,当它们做相对运动时,在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力,这种力叫做摩擦力。

  (2)影响滑动摩擦力大小的因素:压力的大小和接触面的粗糙程度。在接触面的粗糙程度相同时,压力越大,滑动摩擦力越大;在压力大小相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。

2、摩擦分类

  (1)滑动摩擦:一个物体在另一个物体表面上滑动时产生的摩擦,此时摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反。

  (2)滚动摩擦:一个物体对在它表面上滚动的物体产生的摩擦,滚动摩擦比滑动摩擦小得多。

  (3)静摩擦:一个物体相对于另一个物体来说,有相对运动趋势,但没有相对运动时产生的摩擦,它随推力的增大而增大,但不是无限地增大,当推力增大到超过最大静摩擦时,物体就会运动起来。

3、增大有益摩擦的方法,把接触面弄粗糙些或增大压力。

  减小有害摩擦的方法是:

  (1)用滚动代替滑动;(因为滚动摩擦远小于滑动摩擦)

  (2)把接触面做光滑些,或用油膜或气垫等把相互摩擦的物体彼此隔开。

例6、观察自行车,它在工作时,有些地方的摩擦是有益的,有些地方的摩擦是有害的。分别举出自行车一个“有利”和“有害”摩擦的实例,并说明增大和减小摩擦力的方法。

  (1)“有利”摩擦:___________________________________;

    增大摩擦的方法:__________________________________;

  (2)“有害”摩擦_____________________________________;

    减小摩擦的方法:__________________________________。

解析:

  通常情况下相接触的物体间,发生相对运动或具有相对运动的趋时就会产生摩擦力。自行车运动时,前后轮与地面间以及各个转轴(前轴、后轴、中轴)与轴承间均有摩擦力的产生,其中后轮与地面间的摩擦力是有益的。所以将后轮胎的花纹刻的多一些、深一些,用来增大后轮运动与地面间的摩擦力。而前轮与地面间及轴与轴承间的摩擦力是有害的,为了减小这些摩擦力,前轮的轮胎的花纹常刻成几条顺着运动方向的纹,以减小前进中受到的摩擦力,轴和轴承间经常保持良好的润滑等。

  本题应填写,后轮与地面间的摩擦是有益的;增大的方法是:使接触变粗糙些。轴与轴承间的摩擦是有害的,减小的方法是,使表面变光滑些

例7、下面说法中错误的是( )

A.运动鞋底的花纹是为了增大鞋底与路面间的有益摩擦

B.冬天下雪后,常见民警在汽车上坡的地方洒上一些炉灰,目的是增大车轮与地面之间的摩擦

C.生活中离不开摩擦,摩擦越大越好

D.工厂工人师傅用的锉刀表面总是凹凸不平的,目的是为了增大锉刀与工件之间的摩擦

解析:

  生活中好多情况下摩擦力对人是有益的。如人和各种地上运动的车辆就是靠地面的摩擦力进行的,人走路没有摩擦力会摔倒,车轮会打滑,往往在这些场合,人们想办法去增大有益摩擦,而增大摩擦的方法一般是(1)使物体接触面变粗糙些,(2)增大物体间的正压力。题中A胶鞋底上凹凸不平的花纹,B雪地上洒些炉灰都是为了增大有益摩擦把物体接触面变得粗糙些,当然是正确的。工厂里的工人师傅用锉刀把工件上的一些不合格的部分锉掉,锉刀对工件的摩擦越大越容易将不合格部分锉掉,所以D也是正确的,而C太片面,生活中离不开摩擦是事实,但有些时候,有些地方摩擦大了反而不好。例如:冰场上滑冰,摩擦力大了不好,需要减小,各种通过转动来工作的机器的轴承部分摩擦大了也不好,所以C是错的,应选C.

例8、体育课有爬绳和爬杆两种活动,质量相同的两个同学,同时进行爬绳、爬杆比赛,爬绳的感到轻松一些先到达顶端,以下说法正确的是( )

A.绳表面粗糙,摩擦力大,爬绳比爬杆省力

B.杆比绳光滑,需克服较大摩擦才能上爬,所以爬杆比较费力

C.两种情况中摩擦力相同,且均起到向上爬动的动力作用

D.爬绳时手对绳的压力小,感到轻松;爬杆时手对杆的压力大,感到费力

分析:

  当两人匀速上爬时,他们所受重力与摩擦力是一对平衡力;因两人质量相同,故重力相等,上爬时的摩擦力也相同,此时摩擦力成为向上爬的动力,故C正确,A、B错。因杆与绳的表面粗糙程度不同,要产生相同的摩擦力,表面光滑时握杆的压力大,表面粗糙时握绳压力小,上爬时手用的压力大小即人的感觉是不一样的。故D正确。

解答:CD

注意:

  爬绳与爬杆时的摩擦均属静摩擦,如果接触面光滑,人在杆(绳)上将无摩擦地下滑,故摩擦力方向竖直向上成为上爬的动力。人沿竖直方向运动时应分析沿竖直方向的力,若匀速上爬则向上的摩擦力大小等于向下的重力的大小。由此例可知认真分析物体的受力情况,才能正确判断力的大小,而不应只凭感觉去猜测爬绳时摩擦力大些。

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