第十二章力和機械【課標導航】通過常見事例或實驗，了解重力通過常見事例或實驗，了解彈力通過常見事例或實驗，了解摩擦力通過實驗探究，學會使用簡單機械改變力的大小和方向。【知識要點導學】一、知識要點1．實驗室常用的測量力的工具是，其原理是：在彈性限度內，彈簧所受拉力越大，它的就越長。使用它時應注意：使用前，先調節指針指在、觀察它的和、使用時掛鉤不要與刻度板。2．若物體在受力時會發生形變，不受力時又能自動恢復到原來的形狀，物體的這種特性叫做；若物體受力時發生形變，力撤消后不能自動恢復到原來的形狀，物體這種特性叫做。彈力是物體由于發生而產生的。3．宇宙間任何兩個物體，大到天體，小到灰塵之間，都存在力，這就是萬有引力。由于的吸引而使物體受到的力叫做重力，重力常用字母來表示，重力的施力物體為；物體受到的重力跟它的成正比，公式為：G=mg，其中g=，其含義為：；重力的方向：；重力的作用點叫，質量分布均勻，形狀規則的物體的重心在其。4．兩個互相接觸的物體，當它們做時，在接觸面上會產生一種阻礙相對運動的力，這種力就叫做摩擦力；滑動摩擦力的大小與及接觸面的有關；越大，接觸面越，滑動摩擦力就越大。摩擦力的方向與相對運動的方向。增大摩擦的辦法：、。減小摩擦的辦法：、、、。6．一根硬棒，在能繞著固定點轉動，這根硬棒就叫做杠桿；力臂是從到作用力的距離。杠桿平衡條件表達式為：；省力杠桿的、費力杠桿的、等臂杠桿的。7、定滑輪實際上是杠桿，它不省力，但能改變。動滑輪實際上是動力臂為阻力臂倍的杠桿。它可以，但卻不能。滑輪組既能又能改變。滑輪組若由幾段繩子承擔總重量，則拉力的大小為總重力的，動力拉動繩子移動的距離為滑輪組拉動物體運動距離的倍。二、要點梳理對重力、彈力、摩擦力這三種力應從它們產生的條件及其三要素來掌握。其中特別注意以下幾點：重力：方向是豎直向下的含義即為垂直水平面向下，而且在任何情況下物體（處于斜面上的物體、正在升空的物體等）受到重力的方向總是豎直向下。重心不一定都在物體上。彈力的形式有很多，如推力、拉力、提力、壓力等，切記壓力、支持力的方向總是垂直于接觸面。另外彈簧伸長與受到拉力的大小有關，彈簧受到的拉力越大，其伸長越長。這也是彈簧測力計的原理。滑動摩擦力的大小僅由壓力、接觸面的粗糙程度決定，壓力越大，接觸面越粗糙，摩擦力越大，而與物體的運動速度、接觸面積等因素無關。滑動摩擦力的方向總是與相對運動方向相反，但不一定與其運動方向相反。2、受力分析是解決力學問題必備的一項最基本技能。①通常對物體進行受力分析的次序是按重力、彈力、摩擦力進行的；分析中要求做到不遺漏力，不多增力。②要做到不遺漏力，不多增力，可以從這幾個方面著手：A按這些力的產生條件進行判斷它們是否存在；B學會運用物體處于平衡時，應滿足的力的平衡關系來確定一些力的存在以及大小。3、杠桿的特征：①判斷一個物體是不是杠桿，需要滿足三個條件，即硬物體（不一定是棒）、受力（動力和阻力）和轉動（繞固定點）。杠桿可以是直的也可以是彎的甚至是任意形狀的，只要在力的作用下能繞固定點轉動，且是硬物體，都可稱為杠桿。②力臂的畫法：確定支點O的位置；對杠桿進行受力分析，畫出力的作用線；過支點向力的作用線作垂線。③因為使用任何機械都不能省功，因此既省力又省距離的杠桿是不存在的。4、關于杠桿的平衡條件F1L1=F2L2；（1）杠桿平衡是指杠桿處于靜止或勻速轉動，不一定是水平位置靜止。（2）應用杠桿平衡條件解題的三步驟①依題找出杠桿的五要素：支點、動力、阻力、動力臂、阻力臂。②明確題目給出的已知條件③根據平衡條件F1L1=F2L2列式求解。5、滑輪組：①滑輪組用幾段繩子吊著物體，提起物體所用的力就是物體與動滑輪總重量的幾分之一，繩子自由端移動的距離就是物體升高高度的幾倍。②承擔總重量的“幾段繩子”的確定：看直接與動滑輪接觸的（包括栓在動滑輪框的）總共有幾根。三、實驗技能：1、《彈簧測力計的使用》對于彈簧秤的使用=1\*GB3①看清量程，即彈簧秤的最大稱量范圍。=2\*GB3②觀察單位、分度值；=3\*GB3③指針是否調到零點=4\*GB3④使用中注意防止指針、彈簧與秤殼接觸。2、《重力大小跟什么因素有關？》=1\*GB3①重力與什么因素有關，可能有多種猜想，如質量、離地的高度等，而在這個實驗中著重研究的是重力與質量的關系。=2\*GB3②實驗原理：用彈簧秤分別測量不同個數的鉤碼的重量，由此找出重力與質量的關系。=3\*GB3③本實驗對數據處理的方式與“質量與體積的關系”的一樣，是采用“圖象法”；若實驗數據準確無誤，則應該得到一個正比函數圖象——一條經過原點的斜線。=4\*GB3④誤差分析：若斜線不經過原點，可能是彈簧秤沒有進行零點的調整；若數據點離斜線分布較散，可能是使用中秤的指針或彈簧與秤殼接觸，也可能是鉤碼質量不準造成。3、《摩擦力的大小與什么因素有關？》=1\*GB3①在探究摩擦力與什么因素有關時，采用“控制變量法”；即保持接觸面的粗糙程度不變，研究摩擦力與壓力的關系；又在保持壓力不變的情況下研究摩擦力與接觸面粗糙程度的關系。=2\*GB3②在測量摩擦力的大小是用了“間接法”，即用彈簧秤測拉物體的力，只有當物體保持勻速運動時，拉力與摩擦力才是一對平衡力，摩擦力的大小才與拉力的大小相等。=3\*GB3③若拉動物體做的是加速運動時，以此拉力大小作為摩擦力的值，則比真實偏大；若拉動物體做的是減速運動，仍以此拉力大小為摩擦力的值，則比真實值偏小。4、《研究杠桿的平衡條件》實驗，=1\*GB3①采用的研究方法為“平衡法”即保持杠桿處于平衡狀態，由此研究動力、動力臂、阻力、阻力臂之間應滿足的關系。=2\*GB3②實驗中首先應對杠桿進行水平位置上的平衡調整，這樣做的目的是消除杠桿自身重力對轉動的影響，并容易測出力臂的大小。【典型例題點評】例1：（05.宿遷）某物理實驗小組的同學在探究“物體所受重力大小與物體質量的關系”的實驗記錄如下表：實測物體物體質量m(kg)重力G(N)比值G／m(N／kg)比值G／m的平均值(N／kg)物體10.10.999.9物體20.21.969.8物體30.32.919.7(1)在實驗過程中，需要的測量工具有和；(2)在上表空白處填出比值G／m的平均值；(3)分析表中實驗數據，得出結論是：。分析與解：要探究“物體所受重力大小與物體質量的關系”（1）首先必須解決如何側得質量和重力。所以需要的測量工具有：天平和測力計。（2）G/m的平均值為：9.8。（3）由于側得的G/m比值保持不變，說明物體的重力與質量成正比。點評：這一題主要考察考生實驗的基本技能：主要有三個方面：儀器的選取，實驗數據的處理以及根據側得的數據進行推理，得出結論的能力。例2：（05.大連）為了測定木塊所受到的摩擦力，兩個實驗小組分別設計了甲、乙兩種實驗方案，實驗裝置如圖所示，實驗中不計彈簧測力計的重力。甲方案：在水平實驗桌面上將木版用線拉住，通過彈簧側力計沿木板方向水平拉木塊，使木塊在木板上面滑動。乙方案；將木板放在水平實驗桌面上，用線通過彈簧測力計水平地拉住木塊，沿木板方向水平拉木板，使木板在木塊下面滑動。（1）從實驗操作方面考慮，應選擇方案，簡述你的理由。（2）從實驗誤差方面考慮，應選擇方案，簡述你的理由。分析與解：原理：甲方案：對摩擦力的測量是采用“間接法”進行的，只有當彈簧秤拉動木塊勻速運動時，拉力才與摩擦力成為一對平衡力，它們大小相等。乙方案：拉動木板時，木塊受到向左的摩擦力，由于木塊相對地面靜止，則摩擦力與彈簧秤的拉力是一對平衡力。從實驗操作方面來看：應選擇乙方案，因為在甲方案中，要保持木塊的勻速運動，不容易。乙方案，只需要拉動木板運動就行，不需要保持勻速運動。從實驗誤差方面來看：應選擇乙方案，因為在甲方案中，要保持木塊的勻速運動中讀數，不容易讀得準確。乙方案中，彈簧秤是靜止的，讀數容易讀得準確。點評：一個實驗設計，必須遵循科學性原則，簡便性原則，可操作性原則以及準確性原則。這一考題正是考察考生在兩個實驗方案中，就可操作性以及準確性方面做出正確判斷的能力。例3：（05.溫州）朱啟南在雅典奧運會上打破男子10米氣步槍世界記錄并獲得冠軍。比賽中，他射出的子彈在空中高速飛行。下列對空中飛行的子彈受力分析正確的是A、受到重力和空氣的阻力B、只受到空氣的阻力C、只受到槍膛內高溫燃氣的推力D、只受到朱永啟南的推力分析與解：子彈飛出槍膛之前，受到槍膛內高溫燃氣的推動，子彈飛出槍膛以后，槍膛內高溫燃氣的推力就消失，子彈在空中高速飛行時，受到重力和空氣阻力。正確答案：A點評：對空中飛行的物體進行受力分析時，往往只受重力和阻力作用，如果是質量較大低速運動的物體如投擲出去的鉛球，空氣阻力可以不記的。而向上的沖力或慣性力這些力，都是不存在的。例4（05.北京）古代護城河上安裝的吊橋可以看成一個以D為支點的杠桿，如圖12-2所示。一個人通過定滑輪用力將吊橋由圖示位置緩慢拉至豎直位置，若用L表示繩對橋板的拉力F的力臂，則關于此過程中L的變化以及乘積FL的變化情況，下列說法正確的是()L始終在增加，FL始終在增加L始終在增加，FL始終在減小L先增加后減小，FL始終在減小L先減小后增加，FL先減小后增加分析與解：當吊橋被吊起的過程中，如圖12-3中虛線位置（1）所示，吊橋重力的力臂l在減小，而吊繩的拉力的力臂L卻在增大，根據杠桿的平衡條件：FL=Gl可知，FL在減小；當吊橋被吊到虛線位置（2）的過程，重力的力臂l變小，所以FL也在變小，而F的力臂L則由大變小。正確答案：C點評：解決杠桿的問題，必須先確定杠桿的五要素，再根據題目的已知條件，結合杠桿的平衡條件，進行推斷。對于動態變化的杠桿問題，（如上題）可以取變化過程中的幾個狀態進行分析比較，從而得出結論。【能力訓練】填空題1、滑動摩擦力的大小跟和接觸面的有關。如圖12-4所示的氣墊船利用壓縮氣體在接觸面間形成一層氣墊，從而使摩擦明顯（選填：增大或減小）。2、爬桿是一項有益的體育運動，重500N的王力同學勻速向上爬時，桿對手的摩擦力大小為N，方向。為防止摩擦力太小而滑下，可以采取的措施是____________。3、如圖12-5所示，行李箱的下部裝有滾輪，其目的是：；拉行李箱時拉出拉桿更省力，理由是：。4、如圖12-6所示，物體A重20N，滑輪重1N，繩重不計，彈簧秤示數為25N，則物體B的重為_________N。A對地面的壓力為N5、如圖12-7，水平傳送帶正將高郵“珠光”大米從車間運送到糧倉。重500N的一袋大米靜止放到傳送帶上，米袋先在傳送帶上滑動，稍后與傳送帶一起勻速運動，米袋滑動時受到的摩擦力大小是重力的0.5倍。米袋在滑動時受到的摩擦力N，方向向，隨傳送帶一起勻速運動時受到的摩擦力大小為N。6、如圖12-8所示放在水平地面上的物體受到方向不變的水平推力F的作用F的大小與時間t的關系和物體運動速度v與時間t的關系如圖12-8甲、乙所示由圖象可知當t＝1s時，物體處于狀態.t＝5s時，物體受到的摩擦力為N.7、各式各樣的剪刀都是一對對的杠桿．如圖12-9所示，要剪開鐵皮，應該用最合適，剪紙或布時，應該用最合適．（選填對應的標號）8、若有三種獨輪車如圖12-10所示，你認為最適合，因為選擇題1、如圖所示，為水平儀放置于某桌面上時的情形，則該桌面：（）A．右面高，左面低B．左面高，右面低C．左右相平，前高后低D．左右相平，前低后高2、我國成功發射“神舟五號”之后,目前正在實施“嫦娥一號”登月工程。已知月球上沒有空氣，沒有磁場，同一物體在月球和地球上所受的重力之比為1:6，假如你將來登上了月球，你可以做下列哪件事？A.直接跟月球上的同伴對話B.輕易地舉起50kg的重物C.做托里拆利實驗D.用指南針辨別方向3、關于自行車部件的設計意圖，下列說法正確的是()A．尾燈只是一種裝飾B．車輪的外胎上做有凹凸花紋是為了節省材料C．把套上做有凹凸花紋只是為了美觀D．車軸上裝有滾動軸承是為了減小摩擦4、假如重力突然消失，下列情況仍然存在的是（）A、萬馬奔騰B、川流不息C、五光十色D、短斤少兩5、用天平和彈簧秤分別在地球和月球上稱同一個物體，結果是（）A.用天平稱的結果相同，用彈簧稱量得的結果不同B.用天平稱的結果不同，用彈簧秤稱量的結果相同C.用天平和彈簧秤稱量的結果都相同D.用天平和彈簧稱量結果都不同6、如圖12-12所示，是一種高檔辦公用椅。為了移動方便，在椅子腿下面安裝小輪子，安裝這些小輪子的作用是（）A．增大椅子的穩度B．變滑動為滾動C．使椅子堅固耐用D．起裝飾作用7、用水平力推放在水平地面上的箱子，但未推動，這是因為（）A．箱子的質量太大了B．推力小于箱子與地面間的摩擦力C．推力等于箱子與地面間的摩擦力D．箱子的重力大于推力8、物體從光滑的斜面滑下的過程中(不計空氣阻力)，受到的力有()A、重力和支持力B、重力、支持力和下滑力

C、重力、下滑力和摩擦力D、重力和下滑力９、用手握住酒瓶，使其口朝上底朝下豎直靜止在手中，對此下列說法中正確的是〔〕A.酒瓶能靜止在手中，是由于手對酒瓶的握力等于酒瓶的重力B．酒瓶能靜止在手中，是由于酒瓶受到手對它的摩擦力的作用C.手握酒瓶的力增大，瓶子所受摩擦力也隨著增大D.向酒瓶注水的過程中，即使手握瓶的力不變，瓶所受的摩擦力也將增大１０、分析下列各種摩擦：①走路時，鞋與地面之間的摩擦；②騎自行車時，車輪與軸之間的摩擦；③汽車行駛時，汽車與空氣之間的摩擦；④皮帶傳動中，皮帶與皮帶輪之間的摩擦．其中屬于有益摩擦的是（）A．①和②B．②和③C．②和④D．①和④１1、小紅在建筑工地上看到簡易吊車，她想通過自身的體驗來了解這種簡易吊車直立在地面上的支撐直桿所受的力。回家后，她找來一根細繩和一根塑料直尺，仿照簡易吊車的結構組成如圖12-13的三角支架，繩的一端繞在手指上，桿的一端頂在掌心，在A處掛一重物時，繩對手指以用桿對掌心均有作用力。對這兩個作用力的方向判斷完全正確的是（）1２、如圖12-14所示，質量可忽略的杠桿上所標的每一格長度都是相等的，O為支點，杠桿兩邊所掛的每一個鉤碼均相同，杠桿在水平位置平衡。在下列情況下，杠桿仍在水平位置保持平衡的是（）

A．兩邊都減少一個鉤碼

B．兩邊的鉤碼下各加掛一個相同的鉤碼

C．芹邊鉤碼向右移一格，右邊鉤碼同時向左移一格D．右邊鉤碼下加掛一個相同的鉤碼，左邊鉤碼同時向左移一格１3、下列工具中，屬于省力杠桿的是()

A．瓶蓋起子B．定滑輪C．天平D．鑷子（三）作圖題1、玩具“不倒翁”被扳倒后會自動立起來。請在圖12-15中畫出此“不倒翁”所受重力的示意圖，并畫出重力相對于O點的力臂。（黑點表示“不倒翁”的重心）2、利用圖中的滑輪組，用200N向下的拉力將重為800N的物體勻速提升到高處(繩、滑輪的自重及摩擦不計)，請畫出滑輪組上繩的繞法。3、圖9所示，小明用100N的力推墻壁，請畫出該力的示意圖（四）實驗探究：1、小明同學喜歡動手用簡易器材探究物理問題。某天，他用一塊較長的木板N與木塊M及彈簧測力計，按如下方法研究滑動摩擦力與壓力的關系。先將長木板N平放，用彈簧測力計拉著木塊M在N上做勻速直線運動，如圖甲，此時木塊M所受滑動摩擦力為f甲；然后再將N支起，仍然用彈簧測力計拉著木塊M沿N斜向上做勻速直線運動，如圖乙，此時木塊M所受滑動摩擦力為f乙。請你判斷這兩種情況下，木塊M受到的滑動摩擦力大小關系是：A．f甲＞f乙B．f甲＜f乙C．f甲=f乙D．f甲≤f乙2、某同學在研究輕質彈簧的長度隨拉力變化的關系時，進行了如圖12-19所示的實驗.已知每個鉤碼重為0.5N，刻度尺的最小分度值是1mm.（1）請將觀察到的數據填入實驗記錄表中.（2）根據實驗數據，在坐標格內做出彈簧長度L隨拉力F變化的關系圖像.（3）此實驗中彈簧長度L與拉力F的關系是____________________________________.圖12-19圖12-19實驗記錄數據表實驗次數實驗次數12345鉤碼對彈簧的拉力F/N彈簧的長度L/cm3、淮安小明和小華合作做“研究杠桿平衡條件”的實驗（1）實驗時，小明先調節杠桿在水平位置平衡，你認為這樣做的好處是________.（2）小華將四個重力均為0.5N的鉤碼掛在杠桿左端后，又將彈簧測力計鉤在杠桿A處的細線上（如圖12-20所示）.要使杠桿