新高考物理一轮复习分层提升练习专题07 重力和弹力(2份打包,原卷版+解析版)
展开一、重力和重心
1.产生:由于地球的吸引而使物体受到的力.
2.大小:G=mg.
3.方向:总是竖直向下.
4.重心:因为物体各部分都受重力的作用,从效果上看,可以认为各部分受到的重力作用集中于一点,这一点叫做物体的重心.
特别提醒:(1)重力的方向不一定指向地心.
(2)并不是只有重心处才受到重力的作用.
【例1】近日,国家重大科技基础设施——世界上容量最大超重力离心模拟与实验装置的主机室基坑,完成开挖,就在杭州未来科技城。关于重心、重力和重力加速度,下列说法正确的是( )
A.物体的重心一定与它的几何中心重合,重心都在物体内,不可能在物体外
B.一绳子将物体悬挂起来处于静止状态时,物体的重心在绳子的延长线上
C.地球表面的自由落体加速度随纬度的增大而增大
D.物体所受重力的施力物体是地球,方向总是垂直地面向下
【答案】BC
【详解】A.质量分布均匀、形状规则的物体,它的重心才与它的几何中心重合,所以物体的重心不一定在物体的几何中心上,也不一定在物体上,A错误;
B.用悬挂法找物体重心时,物体所受重力与悬绳拉力是一对平衡力,它们大小相等、方向相反,因此重心一定在悬绳的延长线上,B正确;
C.地球表面的自由落体加速度随纬度的增大而增大,C正确;
D.物体所受重力的方向总是竖直向下,D错误。故选BC。
判定弹力有无
1.条件法:根据弹力产生的两个条件——接触和发生弹性形变直接判断。
2.假设法:假设两个物体间弹力不存在,看物体能否保持原有的状态。若运动状态不变,则此处不存在弹力;若运动状态改变,则此处一定有弹力。
3.状态法:根据物体的运动状态,由平衡条件或牛顿第二定律进行判断。
【例2】下列对图中弹力的判断说法正确的是( )
A.图甲中,小球随车厢一起向右匀速直线运动,车厢左壁对小球有弹力
B.图乙中,小球被轻绳斜拉着静止在光滑的斜面上,斜面对小球有弹力
C.图丙中,小球被a、b两轻绳悬挂着处于静止,其中a绳竖直,b绳对小球有弹力
D.图丁中,两相同球各自被长度一样的竖直轻绳拉住而静止,则两球间有弹力
【答案】B
【详解】A.假设车厢左壁对小球有弹力,则小球不能随车厢一起向右匀速直线运动,故小球受到重力和车底板对小球的支持力,车厢左壁对小球无弹力,故A错误;
B.假设斜面对小球没有弹力,小球将在细线拉力和重力作用下处于竖直状态,故斜面对小球有弹力,故B正确;
C.假设b绳对小球有弹力,则小球在水平方向合力不为零,小球无法处于静止,故b绳对小球无弹力,故C错误;
D.假设两球间有弹力,则细线不可能处于竖直状态,故两球间无弹力,故D错误。故选B。
弹力的方向
【例3】台球沿桌面以速度v0的速度与球桌边框成 SKIPIF 1 < 0 角撞击击框上的O点,反弹后速度为v1,方向与球桌边框夹角仍为 SKIPIF 1 < 0 ,如图所示OB垂直桌边,则桌边给球的弹力方向为( )
A.OA方向B.OB方向C.OC方向D.OD方向
【答案】B
【详解】桌边给球的弹力方向应该与桌面垂直,即沿着OB方向。故选B。
弹力的大小
1.弹簧类弹力:
(1)由胡克定律知弹力F=kx,其中x为弹簧的形变量,而不是伸长或压缩后弹簧的总长度;
(2)弹簧串联时,各弹簧的弹力大小相等,弹簧的形变量一般不同;
串联后弹簧的劲度系数类似电阻并联公式: SKIPIF 1 < 0
(3)弹簧并联时,各弹簧的形变量相等,弹力一般不同。
并联后弹簧的劲度系数类似电阻串联公式: SKIPIF 1 < 0
2.非弹簧类弹力:根据运动状态和其他受力情况,利用平衡条件或牛顿第二定律来综合确定.
【例4】如图所示为一种倾斜放置的装取台球的装置。每个台球的质量为m,半径为R,圆筒直径略大于台球的直径,圆筒底部有一劲度系数为k的轻质弹簧。当将筒口处台球缓慢取走后,又会冒出一个台球,刚好到达被取走台球的位置。忽略球与筒间的摩擦力,重力加速度为g。则圆筒与水平面之间的夹角 SKIPIF 1 < 0 应满足( )
A. SKIPIF 1 < 0 B. SKIPIF 1 < 0
C. SKIPIF 1 < 0 D. SKIPIF 1 < 0
【答案】B
【详解】由题意可知 SKIPIF 1 < 0 得到 SKIPIF 1 < 0 则 SKIPIF 1 < 0 故选B;
【多维度分层专练】
1.如图所示,一个教学用的直角三角板的边长分别为a、b、c,被沿两直角边的细绳A、B悬吊在天花板上,且斜边c恰好平行天花板,过直角的竖直线为MN。设A、B两绳对三角形薄板的拉力分别为Fa和Fb,已知Fa和Fb及薄板的重力为在同一平面的共点力,则下列判断正确的是( )
A.薄板的重心在MN线上
B.薄板的重心不在MN线上
C. SKIPIF 1 < 0
D. SKIPIF 1 < 0
【答案】AC
【详解】AB.三角形薄板受重力和两个拉力处于平衡,三个力虽然不是作用在同一点,根据三力汇交原理,三个力的延长线必然交于一点,由几何关系,三个力一定交于三角形下面的顶点,所以重心一定在MN线上,选项A正确,B错误;
CD.三角形薄板受力分析如图:
根据平衡方程 SKIPIF 1 < 0 ; SKIPIF 1 < 0 解得 SKIPIF 1 < 0 选项C正确,D错误。故选AC。
2.如图是湖边铁链围栏,铁链两端固定在栏柱上,图中这条铁重为G,今在铁链最低点用力向下压,直至铁链绷紧。下压过程中铁链的重心位置将( )
A.先升高后降低B.逐渐降低C.逐渐升高D.始终不变
【答案】C
【详解】根据能量守恒,铁链最低点在外力作用下下移,直至铁链绷紧的过程中,外力做正功,外部输入的能量转化为铁链系统的机械能,忽略动能增加,则铁链的重力势能增加,所以其重心在逐渐升高,故ABD错误,C正确。故选C。
3.将一物块分成相等的A、B两部分靠在一起,下端放置在地面上,上端用绳子拴在天花板上,绳子处于竖直伸直状态,整个装置静止,则( )
A.绳子上拉力可能为零B.地面受到的压力可能为零
C.地面与物体间可能存在摩擦力D.AB之间一定存在摩擦力
【答案】A
【详解】A.以整体为研究对象,当重力和支持力相等时绳子上拉力为零,故A正确;
B.地面受到的压力最小时等于B的重力,故B错误;
C.以整体为研究对象,水平方向如果受摩擦力,没有其他力与之平衡,不可能静止,所以地面与物体间没有摩擦力,故C错误;
D.以A为研究对象,根据平衡条件,如果AB间有压力则一定存在摩擦力,但AB之间挤压力可能为零,摩擦力可能不存在,故D错误。故选A。
4.篮球比赛中的击地传球是指持球者在传球时,为闪躲防守队员防守而将球经击地后传给队友,如图所示,下列说法正确的是( )
A.篮球对水平地面的弹力方向斜向下
B.水平地面对篮球的弹力方向竖直向下
C.水平地面受到的压力是由于篮球发生了形变而产生的
D.篮球受到水平地面的支持力大于篮球对水平地面的压力
【答案】C
【详解】A.篮球对水平地面的弹力方向竖直向下,A错误;
B.地面给篮球的弹力方向竖直向上,B错误;
C.地面受到的压力是由于篮球发生了形变而产生的,C正确;
D.篮球受到水平地面的支持力与篮球对水平地面的压力是相互的,则篮球受到水平地面的支持力等于篮球对水平地面的压力,D错误。故选C。
5.几根圆木堆放在水平面上,其中圆木P与地面和其余圆木的接触点分别为M、N,如图所示,下列说法正确的是( )
A.圆木P在N处受到的支持力竖直向上
B.圆木P在N处受到的支持力垂直于圆木P向上
C.圆木P在M处受到的静摩擦力沿MN方向
D.圆木P在M处受到的支持力竖直向上
【答案】BD
【详解】AB.圆木P在N处受到的支持力垂直于圆木斜向上。故A错误;B正确;
C.圆木P在M处受到的静摩擦力与地面平行,故C错误;
D.圆木P在M处受到的支持力垂直于地面竖直向上。故D正确。故选BD。
6.如图a所示,轻绳AD跨过固定在水平杆BC右端的光滑定滑轮(重力不计)栓接一质量为M的物体, SKIPIF 1 < 0 ;如图b所示,轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上,另一端通过细绳EG拉住, SKIPIF 1 < 0 ,另一轻绳GF悬挂在轻杆的G端,也拉住一质量为M的物体,重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.图a中BC杆对滑轮的作用力大小为Mg
B.图b中HG杆弹力大小为Mg
C.轻绳AC段张力TAC与轻绳EG段张力TEG大小之比为1:1
D.轻绳AC段张力TAC与轻绳EG段张力TEG大小之比为2:1
【答案】A
【详解】A.对图a,同一条轻绳拉力相等,即 SKIPIF 1 < 0 绳对滑轮的作用力如图1所示
由几何关系可知 SKIPIF 1 < 0 根据平衡条件可得BC杆对滑轮作用力大小为Mg,故A正确;
B.对图b中G点受力分析如图2所示
由图2可得HG杆弹力大小为 SKIPIF 1 < 0 故B错误;
CD.根据图2可得轻绳EG段张力 SKIPIF 1 < 0 所以轻绳AC段张力TAC与轻绳EG段张力TEG大小之比为 SKIPIF 1 < 0 故CD错误。故选A。
7.如图甲所示,轻质弹簧的左端与固定在墙上的拉力传感器连接,在右端拉力T的作用下从原长开始沿水平方向缓慢伸长,通过刻度尺可以读出弹簧的总长l,通过拉力传感器可以读出弹簧的弹力F;如图乙所示是 SKIPIF 1 < 0 图像,弹簧与水平面不接触,下列说法正确的是( )
A.弹簧的劲度系数为 SKIPIF 1 < 0
B.由乙图所给的条件得,弹簧的原长为 SKIPIF 1 < 0
C.当弹力增大,图像变弯曲,是由于测量误差偏大造成的
D.如果弹簧做加速运动,拉力T与拉力传感器对弹簧的弹力F大小相等
【答案】D
【详解】A. SKIPIF 1 < 0 图像的斜率是弹簧的劲度系数 SKIPIF 1 < 0 ,A错误;
B. SKIPIF 1 < 0 图像的横轴截距 SKIPIF 1 < 0 是弹簧的原长,由相似三角形可得 SKIPIF 1 < 0 解得 SKIPIF 1 < 0 ,B错误;
C.当弹力增大,图像变弯曲,是由于弹簧超过了最大弹性限度造成的,C错误;
D.对弹簧应用牛顿第二定律有 SKIPIF 1 < 0 由于弹簧是轻质弹簧,则有 SKIPIF 1 < 0 ,所以不管弹簧是加速还是缓慢运动,都有 SKIPIF 1 < 0 ,D正确。故选D。
8.如图所示,轻杆一端固定在竖直墙壁上,另一端固定一个质量为 SKIPIF 1 < 0 的小球,劲度系数为 SKIPIF 1 < 0 的水平轻质弹簧夹在墙壁与小球之间,处于压缩状态,弹簧的压缩量为 SKIPIF 1 < 0 ,轻杆与墙壁的夹角为 SKIPIF 1 < 0 。取重力加速度大小 SKIPIF 1 < 0 ,弹簧始终在弹性限度内。轻杆对小球的作用力大小为( )
A. SKIPIF 1 < 0 B. SKIPIF 1 < 0 C. SKIPIF 1 < 0 D. SKIPIF 1 < 0
【答案】B
【详解】小球受重力mg、弹簧水平向右的弹力T、轻杆的作用力F而处于平衡状态,由平衡条件可得
SKIPIF 1 < 0 又T=kx=3N,mg=4N得F=5N故选B。
9.某缓冲装置可抽象成如图所示的简单模型。图中 SKIPIF 1 < 0 、 SKIPIF 1 < 0 为原长相等,劲度系数不同的轻质弹簧。下列说法正确的是( )
A.缓冲效果与弹簧的劲度系数无关
B.垫片向右移动时,两弹簧产生的弹力大小不相等
C.垫片向右移动时,两弹簧的长度保持相等
D.垫片向右移动时,两弹簧长度的改变量不相等
【答案】D
【详解】A.由胡克定律 SKIPIF 1 < 0 知F相同时,k不同,x不同,可知缓冲效果与弹簧的劲度系数有关,A错误;
B.当垫片向右移动时,两弹簧均被压缩,两弹簧串联弹力大小相等,B错误;
CD.当垫片向右移动时,垫片向右移动时,两弹簧均被压缩,两弹簧串联弹力相等,由于劲度系数不同,两弹簧形变量不同,故两弹簧长度不同,C错误,D正确。故选D。
10.如图甲所示,在探究弹簧弹力与形变量的关系实验中,某实验小组以弹簧的弹力F为纵轴,弹簧的长度L为横轴建立直角坐标系,作出了F-L图像,然后该小组将与甲图中完全相同的两根弹簧相继以图乙、图丙的方式连接后变成一个新弹簧重复甲图中的实验操作,最后依次作出了图丁中a、b、c三条图线,忽略弹簧自身的质量,则下列说法正确的是( )
A.图丙中弹簧的等效原长是20cm
B.图乙中两根弹簧的等效劲度系数是2N/m
C.三个实验说明弹簧的劲度系数与弹簧的伸长量有关
D.在相同外力作用下,图乙的伸长量最小
【答案】AD
【详解】AB.根据图丁中的图像a可知,弹簧的劲度系数 SKIPIF 1 < 0 则两个弹簧串联的等效劲度系数为 SKIPIF 1 < 0 并联的等效进度系数为 SKIPIF 1 < 0 分析可得,图丁中的图像c表示的两个弹簧串联,则图像和横坐标轴的交点既是弹簧的等效原长,为20cm,B错误A正确;
C.本次实验只是说明弹簧的弹力与弹簧的伸长量之间的关系,弹簧的进度系数与弹簧的伸长量无关,C错误;
D.在相同外力作用下,根据胡克定律,图乙的劲度系数大,则伸长量最小,D正确。故选AD。
导练目标
导练内容
目标1
重力和重心
目标2
判定弹力有无
目标3
弹力的方向
目标4
弹力的大小
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