人教版必修第一册 3.1 重力与弹力
一、单选题
1.拉伸弹簧拉力器可以锻炼肱二头肌。它由几根规格相同的弹簧并联而成,锻炼时可以根据自身情况选择挂3根弹簧或4根弹簧。如果甲同学挂3根弹簧拉伸时双手水平拉动拉力器,使弹簧产生稳定的形变;乙同学挂4根弹簧,用同样拉伸方式,使弹簧产生形变,则甲、乙两同学提供的拉力之比为( )
A.3∶4 B.3∶5 C.4∶5 D.2∶3
2.生活中说有的弹簧“硬”,有的弹簧“软”,从物理学知识严格区分的话,关于弹簧软硬最为科学的解释是指( )
A.弹簧的粗细不同 B.弹簧的材质不同
C.弹簧的劲度系数不同 D.弹簧的形变程度不同
3.中国结是一种中国特有的手工编织工艺品,它身上所显示的情致与智慧正是中华古老文明中的一个侧面。一质量为m的中国结用细绳悬挂于O点处于静止状态,如图所示,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
A.细绳一定竖直 B.中国结的重心一定在它的几何中心
C.中国结的重心可能不在直线上 D.细绳对中国结的拉力是
4.如图所示,表面光滑的物块静止在光滑的水平面上,图中垂直于物块的面。一小球沿方向投射到面上的O点,之后沿方向反弹。试判断物块运动方向为( )
A.方向 B.方向 C.的反方向 D.方向
5.关于重力及重心,下列说法中正确的是( )
A.一个物体放在水中称量时弹簧测力计的示数小于物体在空气中称量时弹簧测力计的示数,因此物体在水中受到的重力小于在空气中受到的重力
B.据G=mg可知,两个物体相比较,质量较大的物体的重力一定较大
C.物体放在水平面上时,重力方向垂直于水平面向下,当物体静止于斜面上时,其重力方向垂直于斜面向下
D.物体的形状改变后,其重心位置往往改变
6.在半球形光滑容器内,放置一细杆,如图所示细杆与容器的接触点分别为A、B两点,则容器上A、B两点对细杆的作用力方向为( )
A. B.
C. D.
7.脚蹬拉力器由脚环、两根相同的弹性绳、把手组成,可以做到手脚配合,锻炼手臂、腿、腰部、腹部等部位,深受健身人士的喜爱。如图所示,女子用沿平行于弹性绳的力拉动拉力器时,每只手拉力大小为120N时,弹性绳比原长伸长了30cm。弹性绳的弹力与伸长量成正比,且未超过弹性限度,不计把手和弹性绳重力,下列说法正确的是( )
A.把手对弹性绳的拉力是由于弹性绳发生形变产生的
B.弹性绳的劲度系数为400N/m
C.弹性绳的劲度系数为800N/m
D.若每只手的拉力改为80N,弹性绳长度为20cm
8.如图为一轻质弹簧的长度和弹力的关系图像,则下列说法正确的是( )
A.弹簧的原长为6cm B.弹簧的劲度系数为500N/m
C.弹力F与弹簧长度x成正比 D.随着弹力F的增大,弹簧的劲度系数k也增大
9.下列各组物理量中,全部是矢量的是( )
A.位移、加速度、质量 B.速度、路程、力
C.位移、加速度、力 D.速度、加速度、时间
10.下列图中,静止的小球A分别与两个物体(或面)接触,设各接触面光滑,则A受到两个弹力的是( )
A. B. C. D.
11.下列说法正确的是( )
A.木块放在桌面上所受到的向上的弹力是由于木块发生微小形变而产生的
B.木块放在桌面上对桌面的压力是由于木块发生微小形变而产生的
C.用细竹竿拨动水中的木头,木头受到的竹竿的弹力是由于木头发生形变而产生的
D.木块对桌面的压力大小等于木块的重力大小,所以压力就是重力
12.如图所示,公园里有一仿制我国古代欹器的U形水桶,桶可绕水平轴转动,水管口持续有水流出,过一段时间桶会翻转一次,决定桶能否翻转的主要因素是( )
A.水桶自身重力的大小
B.水管每秒出水量的大小
C.水流对桶撞击力的大小
D.水桶与水整体的重心高低
13.拉力器是一种很好的健身器材,由脚环、两根相同的弹性绳、把手等组成。如图所示,女子用的力拉开拉力器,使其比原长伸长了,假设弹性绳的弹力与伸长量遵循胡克定律,且未超过弹性限度。则( )
A.每根弹性绳的劲度系数为
B.每根弹性绳的劲度系数为
C.若对拉力器的拉力增大,则弹性绳的劲度系数也增大
D.若对拉力器的拉力减为,则弹性绳长度变为
14.探究弹力和弹簧伸长的关系时,作出弹力F与弹簧总长度L的关系图线如图所示。则( )
A.该弹簧的原长为10m
B.该弹簧的劲度系数为0. 25N/m
C.在该弹簧下端悬挂1.0N的重物时,弹簧的长度为14cm
D.在该弹簧下端悬挂2.0N的重物时,弹簧的长度为8cm
15.2020年国际泳联游泳冠军系列赛北京站在1月24日开幕,孙杨在男子200m自由泳比赛中以1分45秒55的成绩夺冠,赛道长度为50米。则以下判断错误的是( )
A.200m是路程,1分45秒55是时间间隔
B.研究孙杨起跳技术动作时,孙杨不可被视为质点
C.孙杨整个运动过程中的平均速度约为1.9m/s
D.孙杨整个运动过程中的重心位置是不断变化的
二、填空题
16.质量为3kg的物体放在桌面上,它所受的重力为______N,重力的施力物体是______,重力的方向______。(g取10m/s2)
17.弹性形变:物体在发生形变后,如果撤去作用力能够_________的形变。
18.一根竖直悬挂的轻质弹簧,下端挂上2N的物体时,其伸长量为2cm.一研究小组用它探究弹簧弹力和伸长量的关系,在弹簧弹性限度内,测出悬挂不同重物时,弹簧弹力和弹簧伸长量的关系,画出了如图所示的图像.该图像纵轴表示弹力F,单位为牛顿,图线为反比例关系的双曲线,因绘图同学的疏忽,忘记横轴表示的物理量及单位,则分析可知横轴表示的物理量是___________.图像中采用国际单位制单位,对应纵坐标为4N的横坐标应为_______.
三、解答题
19.如图所示,是两个相同的弹簧,原长都是,劲度系数,若悬挂的两个物体质量均为,现测得两个弹簧的总长为,试求物体的质量(取)
20.蹦极(Bungee Jumping),也叫机索跳,白话叫笨猪跳,是近些年来新兴的一项非常刺激的户外休闲活动。跳跃者站在约40 m(相当于10层楼)高度的桥梁、塔顶、高楼、吊车甚至热气球上,把一端固定的一根长长的橡皮绳绑在踝关节处,然后两臂伸开,双腿并拢,头朝下跳下去。
问题:设一次蹦极中所用的橡皮绳原长为15 m,质量为50 kg的人在下落到最低点时所受的向上的最大拉力为3 000 N,已知此人停在空中时,蹦极的橡皮绳长度为17.5 m,橡皮绳的弹力与伸长量的关系符合胡克定律(g取10 m/s2)。求:
(1)橡皮绳的劲度系数;
(2)橡皮绳的上端悬点离下方的水面至少为多高。
21.分析下列各种情况下物体所受弹力的方向:
(1)如图所示,杆的一端与墙接触,另一端与地面接触,且处于静止状态,分析杆AB受的弹力。
(2)如图所示,杆处在半圆形光滑碗的内部,且处于静止状态,分析杆受的弹力。
(3)如图所示,将物体放在水平地面上,且处于静止状态,分析物体受的弹力。
(4)如图所示,一圆柱体静止在地面上,杆与圆柱体接触也处于静止状态,分析杆受的弹力。
(5)如图所示,两条细绳上端固定,下端与物体接触,物体处于平衡状态,分析物体受的弹力。
(6)如图甲、乙、丙所示,杆与物体接触且均处于静止状态,分析杆对物体的弹力。
(7)如图所示,各接触面光滑且物体A静止,画出物体A所受弹力的示意图。
22.如图所示,一根轻弹簧长度由原来的5.00cm伸长为6.00cm,手受到的弹力为10.0N。那么,当这根弹簧伸长到6.20cm时(在弹性限度内),手受到的弹力有多大?
试卷第1页,共3页
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参考答案:
1.B
【详解】
根据胡克定律,甲同学拉力为
乙同学拉力为
则拉力之比为3∶5,故B正确,ACD错误。
故选B。
2.C
【详解】
生活中说的弹簧“硬”指得是弹簧的劲度系数较大,弹簧“软”是劲度系数较小。
故选C。
3.A
【详解】
AC.由二力平衡可知,用一根线悬挂的物体静止时,线的拉力与自身重力等大反向,重力的方向竖直向下,拉力的方向也是竖直方向的,故OA一定是竖直的,中国结的重心一定在直线上,故A正确,C错误;
B.由于中国结的形状不是完全对称的,质量分布不均匀,故中国结的重心不一定在它的几何中心。故B错误;
D.细绳对中国结的拉力大小等于mg,拉力重力是两种不同性质的力,故D错误。
故选A。
4.B
【详解】
斜面对小球的作用力垂直斜面向上,则小球对物块的作用力垂直斜面向下,即沿方向。
故选B。
5.D
【详解】
A.由于物体放在水中时,受到向上的浮力,从而减小了弹簧的拉伸形变,弹簧测力计的示数减小了,但物体的重力并不改变,故A错误;
B.当两物体所处的地理位置相同时,g值相同,质量大的物体的重力必定大,但当两物体所处的地理位置不同时,如质量较小的物体放在地球上,质量较大的物体放在月球上,由于月球上g值较小,导致质量大的物体的重力不一定大,故B错误;
C.重力的方向是竖直向下的,故C错误;
D.物体的重心位置由物体的形状和质量分布情况共同决定,物体的形状改变后,其重心位置往往发生改变,故D正确。
故选D。
6.C
【详解】
弹力的方向总是垂直于接触面指向被支持的物体,故容器上A点对细杆的作用力方向为垂直于过A点切线指向杆,容器上B点对细杆的作用力方向为垂直于杆指向杆。
故选C。
7.C
【详解】
A.把手对弹性绳的拉力是由于把手发生形变产生的,A错误;
B.根据可得
B错误;
C.经B项分析,C正确;
D.弹性绳原长度未知,每只手的拉力改为80N, 弹性绳长度不知,D错误.
故选C。
8.B
【详解】
A.由图发现,当拉力为零时,弹簧长度为4cm,则弹簧的原长为4cm,故A错误;
B.根据胡克定律可知
故B正确;
C.由图发现弹力F与弹簧长度x成一次函数关系,故C错误;
D.弹簧劲度系数是弹簧自身的性质,与弹力和形变量无关,故D错误。
故选B。
9.C
【详解】
位移、加速度、力、速度是矢量,质量、路程、时间是标量,ABD错误,C正确。
故选C。
10.C
【详解】
A.物体A受到的绳的拉力与重力是一对平衡力, A与斜面之间没有弹力,否则不能平衡,物体只受一个弹力作用,故A不符合题意;
B.若B受到斜挡板向右下方的弹力,不可能处于平衡状态,故B不符合题意;
C.物体A受绳的拉力和斜面的支持力,可以处于平衡状态,且这2个力都属于弹力,故C符合题意;
D.物体A受到水平面的支持力是弹力,这个力和重力是一对平衡力,不可能受到右侧的弹力,否则不能处于平衡状态,只受到一个弹力作用,故D不符合题意。
故选C。
11.B
【详解】
A.弹力是由施力物体发生形变而产生的,因此木块放在桌面上所受到的向上的弹力是由于桌面发生微小形变而产生的,故A错误;
B.弹力是由施力物体发生形变而产生的,木块放在桌面上对桌面的压力是由于木块发生微小形变而产生的,故B正确;
C.弹力是由施力物体发生形变而产生的,用细竹竿拨动水中的木头,木头受到的竹竿的弹力是由于细杆发生形变而产生的,故C错误;
D.木块对桌面的压力大小等于木块的重力大小,但两者性质不同,故D错误。
故选B。
12.D
【详解】
水管口持续有水流出而过一段时间桶会翻转一次,说明主要原因是装的水到一定量之后,导致水桶与水整体的重心往上移动,竖直向下的重力作用线偏离中心转轴,导致水桶不能稳定平衡,发生翻转,故选D。
13.A
【详解】
AB.由胡克定律可得
则
故A正确,B错误;
C.弹性绳的劲度系数与弹性绳自身因数有关,与外力无关,故C错误;
D.若对拉力器的拉力减为,则有
得
则此时弹性绳的长度一定大于20cm,故D错误。
故选A。
14.C
【详解】
A.由弹力F与弹簧总长度L的关系图线可知,当F=0时,弹簧为原长,故弹簧原长为
A错误;
B.由弹力F与弹簧总长度L的关系图线可知,图像斜率
B错误;
C.在该弹簧下端悬挂1.0N的重物时
弹簧长度为
C正确;
D.在该弹簧下端悬挂2.0N的重物时,
弹簧长度为
D错误。
故选C。
15.C
【详解】
A.200m是路程,1分45秒55是时间间隔,A正确;
B.研究孙杨起跳技术动作时,不能忽略孙杨的大小和形状,不可被视为质点,B正确;
C.孙杨整个运动过程中的位移为零,平均速度零,C错误;
D.孙杨整个运动过程中姿势在不断的变化,重心位置是不断变化的,D正确。
故选C。
16. 30 地球 竖直向下
【详解】
[1]质量为3kg的物体放在桌面上,它所受的重力为
G=mg=30N
[2][3]重力的施力物体是地球,重力的方向竖直向下。
17.恢复原状
【详解】
略
18.
【详解】
[1].弹簧下端挂2N的物体时,弹簧的伸长量为2cm,则由胡克定律得,即
①
设图像横轴表示a,则图线表达式为(为反比例函数的比例系数),由图像可知
②
由①②可得,故横轴表示的是,单位是.
[2].由知,当F=4N时,.
19.
【详解】
对下面物体隔离可知,B弹簧所受拉力大小为;对两个物体整体来分析可知:A弹簧所受拉力大小为;
列出两个关系式
,
而
故
解得
20.(1)200 N/m;(2)30 m
【详解】
(1)人静止于空中时,橡皮绳的拉力
F1=mg=500 N
而
F1=k(L-L0)
所以橡皮绳的劲度系数
k==200 N/m
(2)设橡皮绳拉力最大时,绳长为l
根据胡克定律得
F2=k(l-L0)
则
l=+L0=15 m+15 m=30 m
即橡皮绳的上端悬点离下方的水面至少为30m。
21.见解析
【详解】
(1)杆的A端属于点与竖直平面接触,弹力FN1的方向垂直竖直墙面水平向右,杆的B端属于点与水平平面接触,弹力FN2的方向垂直地面向上,如图所示.
(2)杆的B端属于点与曲面接触,弹力FN2的方向垂直于过B点的切面,杆在A点属于点与平面接触,弹力FN1的方向垂直杆,如图所示.
(3)物体和地面接触属于平面与平面接触,弹力FN的方向垂直地面,如图所示.
(4)杆的B端与地面接触属于点与平面接触,弹力FN2的方向垂直地面.杆与圆柱体接触的A点属于平面与曲面接触,弹力FN1的方向过圆心垂直于杆向上.如图所示.
(5)物体在重力的作用下,两条绳均发生形变,由于弹力的方向与绳发生形变的方向相反,所以物体受的弹力FT1、FT2均沿绳收缩的方向.如图所示.
(6)由于杆对物体可以产生拉力也可以产生支持力,杆的弹力可能沿杆的方向也可能不沿杆的方向.由二力平衡可知,弹力F大小等于mg,其方向如下图甲、乙、丙所示.
(7)如图所示
22.12N
【详解】
弹簧在10.0N的拉力作用下,长度由原来的5.00cm伸长为6.00cm,故劲度系数为
当这根弹簧长度为6.20cm时,伸长量为
x′=6.20cm-5.00cm=1.20cm=0.012m
故手受到的弹力为
F=kx′=1000×0.012N=12N
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