鲁科版高中物理必修第一册第3章相互作用素养提升含答案 试卷
展开第3章 相互作用
考 点 重力、弹力的分析与计算(难度☆☆)
1.弹力有无的判断方法:
假 设 法 | 思路 | 假设将与研究对象接触的物体解除接触,判断研究对象的运动状态是否发生改变。若运动状态不变,则此处不存在弹力;若运动状态改变,则此处一定存在弹力 |
例证 | 图中细线竖直、斜面光滑,因去掉斜面后,小球的状态不变,故小球只受细线的拉力,不受斜面的支持力 | |
替 换 法 | 思路 | 可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易形变的物体来替换,看能否维持原来的力学状态。一般侧壁或斜面用海绵来替换,硬杆用轻弹簧或细绳来替换 |
例证 | 如图所示,如果用细绳代替杆BC,很明显达不到这种效果,B点会移动,因此在B点,杆有支持力的作用 |
2.弹力方向的判断:
(1)根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断。
(2)根据共点力的平衡条件确定弹力的方向。
3.计算弹力大小的方法:
(1)根据胡克定律进行求解。
(2)根据力的平衡条件进行求解。
提醒:(1)防止“多力”的有效途径是找出力的施力物体,若某力有施力物体则它实际存在,无施力物体则它不存在。
(2)按正确的顺序(即一重、二弹、三摩擦、四其他)。
1.关于重力与重心,下列说法正确的是 ( )
A.舞蹈演员在跳舞过程中,其重心可能改变
B.登珠穆朗玛峰时,运动员在山底和山顶受到的重力相同
C.蚂蚁太小,故蚂蚁不受重力的作用
D.质量分布均匀的物体,其重心一定在该物体上
【解析】选A。重力的等效作用点叫作重心,物体的重心与物体的质量分布及物体形状有关,舞蹈演员在跳舞过程中,其重心可能改变,A正确;因为G=mg,g的大小与海拔高度有关,故重力的大小与海拔高度有关,登珠穆朗玛峰时,运动员在山底和山顶受到的重力不同,B错误;地球上的任何物体均受到重力作用,C错误;质量分布均匀、形状规则的物体其重心在它的几何中心,但不一定在物体上,D错误。
2.如图所示,一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上,杆的另一端固定一个重力为2 N的小球,小球处于静止状态,则弹性杆对小球的弹力 ( )
A.大小为2 N,方向平行于斜面向上
B.大小为2 N,方向垂直于斜面向上
C.大小为2 N,方向竖直向上
D.大小为1 N,方向沿杆的切线方向
【解析】选C。要注意活动杆的弹力一定沿着杆,而固定杆的弹力可以沿任意方向。对小球受力分析,小球受到重力G和弹性杆对小球的弹力F,由于小球处于静止状态,弹力与重力平衡,故弹性杆对小球的弹力方向应竖直向上,大小F=G=2 N,故A、B、D错误,C正确。
考 点 探究弹力与弹簧伸长量的关系
1.测量长度及作图的技巧:
(1)长度测量:测量有关长度时,应区别弹簧原长L0、实际总长L及伸长量x,明确三者之间的关系。
(2)作图技巧:
①建立平面直角坐标系时,两轴上单位长度所代表的物理量的值要适当,不可过大,也不可过小。
②描线的原则:尽量使各点落在一条直线上,少数点分布于线两侧,描出的线不应是折线,而应是平滑的直线。
2.实验数据处理的三种方法:
(1)图像法:根据测量数据,在建好直角坐标系的坐标纸上描点,以弹簧的弹力F为纵轴,弹簧的伸长量x为横轴,根据描点的情况,作出一条经过原点的直线。
(2)列表法:将实验数据填入表中,研究测量的数据,可发现在实验误差允许的范围内,弹力与弹簧伸长量的比值是一常数。
(3)函数法:根据实验数据,找出弹力与弹簧伸长量的函数关系。
1.橡皮筋也像弹簧一样,在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比,即F=kx,k的值与橡皮筋的原长L、横截面积S有关,理论与实验都证明k=,其中Y是由材料决定的常数,材料力学中称之为杨氏模量。
(1)某同学通过实验测得该橡皮筋的一些数据,作出了外力F与伸长量x之间的关系图像如图所示,由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k=____________ N/m。
(2)若橡皮筋的原长为10.0 cm,横截面积为1.0 mm2,则该橡皮筋的杨氏模量Y的大小是____________ N/m2(结果保留两位有效数字)。
【解析】(1)橡皮筋的劲度系数是F-x图像的斜率,由图像得k= N/m=
500 N/m。
(2)根据公式k=知,Y== N/m2=5.0×107 N/m2。
答案:(1)500 (2)5.0×107
2.某同学用如图所示的装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验。他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度,然后在弹簧下端挂上钩码,并逐个增加钩码,测出指针所指的标尺刻度,所得数据列表如下:(重力加速度g取10 m/s2)
钩码质量 m/×102 g | 0 | 1.00 | 2.00 | 3.00 | 4.00 | 5.00 | 6.00 | 7.00 |
标尺刻度 x/×10-2m | 15.00 | 18.94 | 22.82 | 26.78 | 30.66 | 34.60 | 42.00 | 54.50 |
(1)根据所测数据,在如图的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。
(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断,在_________ N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律。这种规格的弹簧劲度系数为____________ N/m。
【解析】(1)描点作图,如图所示。
(2)从图像可以看出在0～5.00 N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律。
根据胡克定律F=kx得:
k== N/m=25.00 N/m。
答案:(1)见解析图 (2)0～5.00 25.00
【加固训练】
某同学在探究弹力与弹簧伸长的关系时,设计了如图甲所示的实验装置。他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度,然后在弹簧下端依次挂1、2、3、4、5个钩码,待静止时,测出弹簧相应的总长度。每只钩码的质量都是10 g。实验数据如表所示。(弹力始终未超出弹簧的弹性限度,g取10 N/kg)
钩码质量/g | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
弹簧总长度/cm | 5.00 | 5.50 | 6.00 | 6.50 | 7.00 | 7.50 |
弹力大小/N | 0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 |
(1)试根据这些实验数据,在图乙所示的坐标纸上作出弹簧弹力大小F跟弹簧总长度l之间的函数关系图像。
(2)图像在l轴上的截距的物理意义是____________。该弹簧的劲度系数k=____________N/m。
【解析】(1)根据实验数据描点、连线,所得F-l图像如图所示。
(2)图像在l轴上的截距表示弹簧原长。由图像可知,弹簧的劲度系数应等于直线的斜率,即k==20 N/m。
答案:(1)见解析图 (2)弹簧原长 20
