23弹力、弹簧测力计(教师版).docx
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1、初中物理自主招生讲练23弹力、弹簧费力计1 .弹力的概念【知识点的认识】(1)物体在力的作用下发生的形状或体积改变叫做形变。在外力停止作用后,能够恢复原状的形变叫做弹性形变。发生弹性形变的物体,会对跟它接触旦阻碍它恢复原来形状的物体产生力的作用。这种力叫弹力。即在弹性限度范围之内,物体由于发生弹性形变而受到的力叫做弹力。(2)日常生活中观察到的相互作用,无论是推、拉、提、举,还是牵引列车、锻打工件、击球、弯弓射箭等,都是在物体与物体接触时才会发生的,这种相互作用可称为接触力。接触力按其性质可归纳为弹力和摩擦力,它们本质上都是由电磁力引起的。(3)弹力是接触力,弹力只能存在于物体的相互接触处,但
2、相互接触的物体之间,并不一定有弹力的作用。因为弹力的产生不仅要接触,还要有相互作用。(4)弹力产生在直接接触而发生弹性形变的物体之间。通常所说的压力、支持力、拉力等都是弹力。弹力的方向总是与物体形变的方向相反。压力或支持力的方向总是垂直于支持面而指向被压或被支持的物体。通常所说的拉力也是弹力。绳的拉力是绳对所拉物体的弹力,方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向。弹力产生的条件:1.两物体互相接触2 .物体发生弹性形变(包括人眼不能观察到的微小形变)【命题方向】从弹力的区别去命题:弹力是按照力的性质命名的。而压力,支持力,拉力则是由力的效果命名的。这是两个完全不同的概念。因此,弹力和压力,支持力,拉力
3、之间没有明确的关系。弹力不一定是压力,支持力,拉力。不能笼统地说,弹力就是压力,支持力,拉力。要具体情况具体分析。根据题目意思来定。例1:关于弹力,下列说法错误的是()A.相互接触的物体间不一定产生弹力B.弹力仅仅是指弹簧形变时对其他物体的作用C.弹力是指发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对接触它的物体产生的力D.压力、支持力、拉力都属于弹力分析;物体由于发生弹性形变而产生的力叫做弹力,平时所说的推、拉、提、压、支持等力,都属于弹力。解:A、两个物体相互接触,若没有相互挤压,不会产生弹力,故A说法正确;B、各种发生弹性形变的物体都可以产生弹力作用,例如竹竿、弹簧片、塑料尺发生弹性形变时,可以
4、产生弹力作用,故B说法错误;C、弹力是指发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对接触它的物体产生的力,C说法正确;D、压力、支持力、拉力都属于弹力,D说法正确。故选B。点评:此题考查了对弹力概念及产生的认识,弹力是由于物体间相互挤压或拉伸而产生的力,原因是发生了弹性形变。例2:下列结果不是由弹力产生的是()A.撑杆跳高运动员飞越横杆B.装有弹簧的门被推开,放手后自动关上C.玩具手枪将“子弹”射出去D.手中的石块释放后会下落分析:根据弹力的概念进行分析,即弹力是由于物体发生弹性形变时产生的力.解:因为弹力是由于物体发生弹性形变时产生的力,而A、B、C均是由于弹力产生的效果,而D是由于重力产生的。故
5、选D。点评:知道弹力是由于物体发生弹性形变时产生的力,知道弹力和其他力的不同之处。【解题方法点拨】从弹力的本质去理解,本质是:分子间的作用力。当物体被拉伸或压缩时,分子间的距离便会发生变化,使分子间的相对位置拉开或靠拢,这样,分子间的引力与斥力就不会平衡,出现相吸或相斥的倾向,而这些分子间的吸引或排斥的总效果,就是宏观上观察到的弹力。如果外力太大,分子间的距离被拉开得太多,分子就会滑进另一个稳定的位置,即使外力除去后,也不能再回到复原位,就会保留永久的变形。这便是弹力的本质。一.弹力的概念(共7小题)1 .弹簧所受的压力(或拉力)F与弹簧的压缩量(或伸长量)X成正比,比例系数是弹簧的劲度系数k
6、0如图所示,两个木块质量分别为m1和m2,两轻质弹簧的劲度系数分别为kl和k2,上面木块压在上面的弹簧上(但不拴接),整个系统处于平衡状态,现缓慢向上提上面的木块,直到它刚离开上面的弹簧,在这过程中下面木块移动的距离为()A.处B.处C处D.窿klk2k2kI答案与解析:系统处于原来状态时,下面弹簧k2的弹力F=(m+m2)g,被压缩的长_F1(m1+m2)度XI=-Jg:k2k2F当上面的木块离开上面弹簧时,下面弹簧k2的弹力F2=m2g,被压缩的长度X2=上=k2k2所以下面木块移动的距离为S=Xi-X2=(InI+血2)-)刍=为三k2k2k2故选:Co2 .一根轻质弹簧,受到拉力作用时
7、,其长度会变长,且拉力大小与弹簧长度的增加量之比为定值。该比值反映了弹簧的力学性质,由此定义该比值叫做弹簧的劲度系数,用符号k来表示。相类似地,定义一个系统在受到拉力作用时,拉力大小与系统长度增加量的比值叫做系统的等效劲度系数,如图中的装置就是我们要研究的一个系统:外力竖直向下作用于与动滑轮相连的挂钩上;滑轮光滑且质量不计,挂钩质量不计,细线为不可伸长的轻绳,弹簧的劲度系数为k且质量不计。若定义该系统的长度为系统静止时天花板到挂钩最低点间的距离,则该系统的等效劲度系数为()外力A. 0.25kB. 0.50kC. 2kD. 4k答案与解析:设系统在外力作用下弹簧的伸长量为ax,弹簧的拉力为E根
8、据弹簧的劲度系数定义可知,弹簧的劲度系数:k=_;x因动滑轮光滑且质量不计,挂钩质量不计,所以系统静止时,所受外力户=2F,由动滑轮的特点可知,系统长度增加量:=lx,2则该系统的等效劲度系数:y2F =4-,J-=4k y x故选:Do.轻质弹簧k的上端固定在天花板上,下端悬挂质量为m的物体,平衡时弹簧的长度为1.i,现将和k完全相同的两根弹簧ki、k2与质量分别为mi、m2的两个物体相连,并悬挂在天花板上,且m+m2=m,如图所示,平衡时,k和k2的长度之和为L2,贝K)A. 2L 一定等于L2C. 2L1 一定小于L2答案与解析:B. 2L 一定大于L2D.以上均有可能由题知,弹簧是轻质
9、的,且弹簧kl、k2与弹簧k完全相同;左图中平衡时弹簧的长度为1.i;右图中,对于物体mi、m2以及弹簧k2整体来说,相当于将m+m2=m悬挂在弹簧k的下端,且弹簧k、Ia完全相同,所以,平衡时弹簧k和弹簧k的长度相同,即:Li,=Li,对于弹簧k2和物体m2来说,即m2悬挂在k2的下端,由于m2m,因此弹簧k2的伸长量小于弹簧k的伸长量,平衡时,则弹簧k2的长度:L2,L,所以,平衡时k和k2的长度之和:Li+L2,L+L,即:L2尸一WVWWFA.121B.14hC.hhD.h=14答案与解析:弹簧受到的拉力与其伸长量(弹簧实际长度与原长之间的差值)成正比;在这四种情况下,弹簧的质量都为零
10、,弹簧的弹力都等于弹簧右端的拉力F,故四根弹簧的伸长量相同,即h=12=13=14;故ABC错误,D正确。故选:D。(多选)7.有一根竖直吊着的弹簧,如果在弹簧下端挂上质量为mi的物体后,弹簧长度为Li;如果在弹簧下端挂上质量为m2的物体后,弹簧长度为L2,则弹簧原来的长度不可能为(mVm2;上述过程弹簧均处于弹性限度内)()A.L+L2B.L2-LicLI112-L2mD112-nt1112答案与解析:设弹簧的原长为L,若在弹簧下端挂上质量为mi的物体后,弹簧伸长其长度为L1;根据胡克定律得:mg=k(Li-L),同理可得m2g=k(L2-L);两式联立解得:L=LIm2-L2i11i;m2
11、-ml当-I1二及时1 LL=L2 - Li;故AD不可能,BC可能。故选:ADo2.弹簧测力计的原理【知识点的认识】(1)测量力的大小的工具是测力计.常用的测力计是弹簧测力计,它可以用来测量物体的重力、拉力等,它的示数表示的是对弹簧测力计的挂钩的拉力大小.(2)主要结构:主要是一根弹性很好的钢质弹簧,还有挂钩、指针、刻度及外壳.同学们常用的两种弹簧测力计如图所示.(3)原理:首先任何测量都是将某一个物理量与标准(即单位)比较的过程,力的测量就是将力的作用效果与已知力的作用效果比较的过程.如果一个力的作用效果与I牛力的作用效果相同,这个力的大小就是1牛.其次弹簧的伸长与所受力的大小成正比,在确
12、定1牛力的作用效果以后,容易确定更大的力和更小的力的作用效果.另外,弹簧的稳定性较好,可以重复使用.故可以运用弹簧测力计测量力的大小.【命题方向】此知识点命题方向有三点:(1)弹簧测力计是测量什么的工具(2)结构是什么(3)弹簧测力计的原理例1:测量力的常用工具是()A.刻度尺B.天平C.微小压强计D.弹簧测力计分析:解决此题的关键是知道测量力的常用工具是弹簧测力计.解:A、刻度尺是测量长度的工具,不符合题意;B、天平是测量质量的工具,不符合题意;C、微小压强计是测量压强的工具,不符合题意;D、弹簧测力计是测量力的常用工具,符合题意:故选D.点评:解决此类问题要知道各测量工具的用途.例2:一根
13、长8cm的弹簧,当所受拉力8N时,长度变为12cm,当长度变为14Cm时所受拉力是()A.IONB.12NC.14ND.20N分析:弹簧测力计是根据弹簧在一定的弹性范围内,弹簧的伸长量与弹簧受到的拉力成正比制成的.解:原长为8cm,受到8N的拉力时,弹簧长为12cm,则8N的拉力伸长4cm,所以IN拉力伸长0.5cm.当长度变为14Cm时,伸长6cm,因为IN拉力伸长0.5cm,因此所受拉力为12N.故选B.点评:此题主要考查了弹簧测力计的原理-在弹性限度内,弹簧的伸长与所受的拉力成正比.【解题方法点拨】结合图象来理解结构,理解记住原理.二.弹簧测力计的原理(共7小题)8 .现有长度均为0.1
14、m的两根弹簧A和B,已知弹簧A和B的劲度系数分别为IooN/m和200Nmo为了制成一个长度也是0.1m,劲度系数却为150Nm的新弹簧,可以分别在弹簧A和B上截取一段,然后将这两段串联成一个弹簧即可。则在弹簧A和B上截取的长度分别为()A.0.025m和0.075mB.0.033m和0.067mC.0.05Om和0.050mD.0.075m和0.025m答案与解析:A弹簧截取X,则劲度系数kA=(旦)I00(NZm)则B弹簧需截取X0.1-X,则劲度系数kB=a-X200(N/m)设对于串联的弹簧施以大小为F的拉力0.l-则A形变xA=-B形变xB=-kAkBxA+xB=2_+j-=_E_;
15、等式两边消去F,代入kA,kB得到一个只关于X的等式,kAkB150求之,得x=j也就是A弹簧截取约0.033m,B弹簧截取0.067m。30故选:Bo9 .弹簧所受到的拉力F与弹簧的伸长量X成正比,即F=kx,k为常量,如图所示,已知当物体受到拉力F作用时,弹簧伸长量为X,则当拉力变为2F时(在弹性限度内),弹簧伸长量为()A.小于2xB.大于2xC.等于2xD.无法判断答案与解析:已知当物体受到拉力F和重物G作用时,弹簧伸长量为X,如果在弹簧的弹性限度内,则当拉力变为2F时,弹簧受到的拉力变为F的两倍,物重不变,不计弹簧自重,根据胡克定律F=kax可知,弹簧伸长量小于2x,所以A正确。故选
16、:Ao10 .一根大弹簧S内套一根小弹簧,大弹簧比小弹簧长0.2m,它们的下端平齐并固定。另一端自由。如图所示。当压缩此组合弹簧时,测得弹力与弹簧压缩量的关系如图所示,大弹簧的劲度系数为kl小弹簧的劲度系数为k2,则这两根弹簧的劲度系数kl和k2()A.k=10Nmk2=20NmB.k=10Nmk2=30NmC.k=20Nmk2=10NmD.k=20Nmk2=30Nm答案与解析:大弹簧劲度系数为Kl小弹簧劲度系数为K2依据F=kZkx得:在O到0.2范围内:2=K0.2在0.2到0.3范围内:(这个范围内小弹簧的压缩量比大弹簧小0.2)5=Ki0.3+K20.1(2)解得:Ki=IONZmK2
17、=20Nm故选:Ao11 .小浩制作了一个弹簧秤,如图所示,弹簧一共20匝,经检验,该弹簧秤在测量范围内(0-5N)示数是准确的,该弹簧不但“伸长的长度跟所受的拉力成正比”,而且弹簧受拉力伸长时,各匝伸长的长度都相等。有一次不慎把弹簧靠近O端的一小部分挤压变形,小浩把变形的5匝剪去,并把弹簧上端重新固定在O点,然后把指针C适当下移,使它在弹簧秤竖直放置时指针C仍然指在“0”刻线处。(不计弹簧自重)(1)写出这个新改制的弹簧秤受到的拉力F与它的示数F测的关系式F=示数3(2)用这个新改制的弹簧秤称量一个重物,它的示数为4.0N,该物实重是一5.3N。45答案,解析:(1)弹簧一共20匝,小浩把变
18、形的5匝剪去,弹簧在受到相同的拉力作用下,弹簧的伸长量就会减少。因为各匝伸长的长度都相等,故弹簧的伸长量减少巨=20工,变为原来伸长量的反.而弹簧的刻度面是不改变的,所以弹簧测力计受到IN的拉44力时,弹簧测力计的示数为3N.当测力计受到的拉力为F时,弹簧测力计的示数F小数4=Sf,4由此推出F=&示数;3(2)用这个新改制的弹簧秤称量一个重物,它的示数为4.0N,物体的实际重力G=F=Af示数=1x4.0N5.3N33故答案为:(1)F=Af水数;(2)5.3。312 .原长为16Cm的轻质弹簧,当A、B两人同时用IoON的力由两端反向拉时,弹簧长度变为18Cm:若将弹簧端固定在墙上,另一端
19、由A一人用200N力拉,这时弹簧的长度为20cm,弹簧的劲度系数为5000N/m。答案与解析:当拉力为100N时,弹簧的伸长量为18Cm-16cm=2cm,所以当拉力为200N时,弹簧的伸长量为2cm13 .弹簧受到的拉力越大,弹簧的伸长就越大,某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码,探究拉力和弹簧伸长量的关系。表中数据是该同学在弹簧弹性限度内记录的实验数据。(g=10Nkg)钩码质量m/g0306090120150弹簧总长度1/cm6.07.28.49.610.812.0(1)根据实验数据在如图所示坐标系中作出拉力F跟弹簧伸长量X的关系图象(弹簧的伸长量等于总长减去弹簧未挂钩码时的长度);(2)当
20、弹簧长度为8cm时,弹簧下端所挂钩码的质量为3g。答案与解析:(1)F=mg=0.03kg10Nkg=0.3N;Xi=Li-Lo=7.2cm-6.0cm=1.2cmF2=m2g=0.06kgX10Nkg=0.6N;X2=L2-Lo=8.4cm-6.0cm=2.4cmF3=m3g=0.09kgXIONkg=O.9N;X3=L3-Lo=9.6cm-6.0Cm=3.6CmF4=m4g=O.i2kg10Nkg=1.2N;X4=L4-Lo=10.8cm-6.0Cm=4.8CmF5=m5g=O.i5kg10Nkg=1.5N;X5=L5-Lo=12.0cm-6.0cm=6.0cm才用描点法画出图象,如右图:
21、(2)根据上面的计算可以看出,弹簧的伸长量与所挂钩码的重成正比。当弹簧长度L=8cm时,伸长量X=L-Lo=8cm-6cm=2cm,F拉力F=G=-AJL2cm=O5N,AJ1ZCI11故所挂钩码的质量为m=05n.=0.05kg=50gg10Nkg故答案为:5014 .(a)一根轻质均匀弹簧,若下端挂重量为G的重物,其伸长量为X,将其截去j则10剩余弹簧下端挂重量为2G的重物,其伸长量为多少?(b)a、b两个轻质弹簧,下端分别挂重量为G的重物时,a、b伸长量分别为X1、x2.现用细线通过轻质光滑滑轮将a、b连接,如图所示,若在滑轮上挂一重量为G的重物,平衡时滑轮下降的距离为多少?答案与解析:
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