3.弹力(elastic force):物体发生弹性形变时出现在物体内部的一种反抗形变的力,弹力方向总是指向使物体恢复原状的方向。压力、拉力、支持力都属于弹力。
[ 启迪与拓展 ]
例1 在一条平直的南北朝向的公路上,有甲、乙、丙三辆汽车顺序向北行驶,甲车速度最大,乙、丙两车速度相等,那么以 为参照物,三车均向北运动,以 为参照物,乙车向南运动,以 为参照物,乙车是静止的。
分析:
运动和静止的相对性,是相对于我们事先选定的参照物来说的,本题根据甲车速度最大,乙、丙两车速度相同来判断甲车在前,乙、丙两车在后,相对地面来说,三车都是运动的。因此,根据本题的要求,如果选路旁的树木或房屋为参照物,三车均向北运动。选甲车为参照物,乙车和丙车均向南运动。又因为乙、丙两车速度相同,两车处于相对静止状态,所以以丙车为参照物,乙车是静止的。
例2 如何理解“力是物体对物体的作用”这句话?
分析:
力是由物体产生的,而且需要两个以上物体相互作用才能产生。当一个物体受到力的作用时,必定有另一个物体对这个物体发生力的作用。没有施力物体,力是不存在的,例如认为推出去的铅球离开手后仍然受到一个向前的推力,这是错误的。其次物体对物体的作用是相互的,物体间的相互作用是同时产生、同时消失的,绝对没有先后之分。
另外,还应认识到力是一种作用,而不是物体。物体对物体的作用方式有两种,一种是物体之间直接作用,往往通过推、拉、提、压等方式;另一种是物体之间间接作用,如物体受到的重力,磁铁和磁铁的相互吸引或推斥等。要认识到这两种不同方式的作用都能产生力。因此,如果要知道一个物体受到几个力,那就需要找到这个物体周围有哪几个物体和它发生作用。
例3 重力和质量有什么区别和联系?
分析:
重力和质量是两个完全不同的物理量,它们之间既有区别又有联系。详见下表。
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区别与联系 |
质 量 |
重 力 |
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区 别 |
定义 |
物体所含物质的多少 |
由于地球的吸引而使物体受到的力 |
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方向 |
无 |
竖直向下 |
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大小变化 |
不随物体所处的位置、环境、状态等的变化而变化,是物体的一种属性 |
随物体所在位置(如高度、纬度)而变化 |
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单位 |
千克 |
牛顿 |
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测量工具 |
天平 |
弹簧测力计 |
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联系 |
质量大的物体,物重也大,物重跟它的质量成正比,G=mg g=9.8N/kg,质量是1千克的物体,所受到的重力是9.8牛顿。 |
根据重力与质量的关系:G=mg,在日常生活中,可以用弹簧测力计测出物体的重力来推知物体的质量,也可以用天平测物体的质量来推知物体的重力。
例4 水平地面上有一块质量为2千克的木板,木板上静止放置一个质量为10千克的铁块(如图1-1),铁块和木板各受到哪几个力的作用?分别指出作用于铁块、木板的这些力的施力物体,并用力的图示法画出铁块所受的力。
分析:
分析某个物体受力情况时,首先把该物体作为研究对象,再看有几个物体与它发生作用。如果把研究对象的物体作为受力物体,那么与之发生作用的其他物体则都是施力物体, 图1-1
如果研究对象(受力物体)改变,则施力物体也要重新考虑。
现在我们来分析该题中的铁块、木板所受到的作用力。先分析铁块。铁块受到两个力的作用,铁块的重力和木板的支持力。重力的施力物体是地球,大小为G =mg =10千克×9.8牛顿/千克 =98牛顿,方向是竖直向下。支持力的施力物体是木板,支持力与重力大小相等、方向相反,所以铁块受到的力的图示如下图1-2所示。 图1-2
再分析木板。木板受到三个力的作用:重力、地面的支持力、铁块的压力。重力的施力物体是地球,支持力的施力物体是地面,压力的施力物体是铁块。
例5 某物体沿直线运动,它在第一分钟内、第二分钟内、第三分钟内通过的距离都是500米。在这三分钟内物体做的是( )
A.匀速直线运动 B.变速直线运动
C.变速运动 D.不能确定
分析:
在这三分钟内,物体每分钟通过的路程都是500米,看上去似乎是单位时间内通过的路程相等,似乎选A,其实这不符合匀速直线运动的定义,即匀速直线运动是速度快慢不变的直线运动,而题目没有告知物体在每分钟内的速度是否恒定,因此,本题选D。
例6 一辆轿车用90km/h的速度追赶在它前面12km处的货车,追了27km 才赶上,求货车的速度。
分析:
这是一道追及问题,当轿车追上货车时,它们一定相遇,此时两车的位置相同,运动时间相同。轿车、货车从不同地点出发,在相同时间内两车的路程差是12km ,这是解决问题关键所在。
已知:v1=90km/h , s1=27km , s=12km
求:v2=?
解:设轿车追上货车所需时间为t
t=s1/v1=27km/90km/h=0.3h
货车通过的路程为s2
s2=s1-s=27km-12km=15km
货车的速度为v2
v2=s2/t=15km/0.3h=50km/h
另解:两车在追及中的运动时间为t ,两车运动的路程差s=12km 。
因为t 相同
s1 /v1=(s1-s2)/v2
v2 =(s1 –s )v1 /s1=(27km-12km )×90km/h/27km=50km/h
答:货车的速度是50千米 /小时 。
例7 用飞机进行航空测量,飞机离地面高度保持500m ,巡航速度为400km /h,飞机上测量仪器可在1200 视角范围内测量,见图1-3,求飞机每小时可测量的面积。
解:飞机上的测量仪器视角为1200,与地面夹角为α=(1800-1200)/2=300,飞机离地面高h=500m,300角的对边为斜边的一半。所以辐射地面宽
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H=2√(2h)2-h 2
=2√(2×500m
)2-(500m )2
=1732m
因为巡航速度为v=400km/h,
则每小时测量面积: 图1-3
S=v·H=400×103m/h×1732m=6.928×108m2/h
即每小时测量面积为6.928×108m2。
答:飞机每小时测量的面积是6.928×108米2。
[ 思考与练习 ]