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一、G=mg中的G到底是谁?
二、弹簧秤的示数到底是谁?
1、正常的弹簧秤
2、不正常的弹簧秤
三、胡克定律F=kx中的F到底是谁?
一、G=mg中的G到底是谁?
高中物理必修1中的这句话:
“地球上的一切物体都受到地球的吸引,这种由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。”
仅仅告诉学生,重力产生的根源是由于受到了地球的吸引,学过万有引力定律后,才能通过区分“重力”与“万有引力”而深入理解上面那句话。
如下图1所示:
质量为m的物体在地球上的A点(非极点)随地球自转而围绕地轴上的B点做匀速圆周运动,物体受到万有引力F引和支持力N的作用,F引和N的合力恰好提供了物体做匀速圆周运动所
需要的向心力F向=F2,F2是F引的一个分力,而N=F1,F1是F引的另一个分力,F1小于F引,且二者方向不相同。
若以地面为参考系,静止在水平地面上的物体m受力如图2所示:
由平衡条件知:G=N
从以上分析可见,G就是图1中的F1
这样,我们就能清晰地区分“万有引力F万”与“重力G”:
1、重力产生的根源确实是万有引力,但是二
者不是同一个力,大小不等,重力的大小可以用弹簧秤测出,万有引力的大小由万有引力定律给出;方向不同:重力的方向是竖直向下的,万有引力的方向是指向地心的。
2、如果把物体放在地球的两极点处,重力与万有引力就成为同一个力了,如果把物体放在赤道上,重力与万有引力,大小相差最大,可是方向相同。
3、如果忽略地球的自转,物体无论被放在地面上的何处,重力与万有引力均重合。
4、既使不忽略地球的自转,如果物体在地球表面附近,如近地人造地球卫星,可以认为重力近似等于万有引力。
二、弹簧秤的示数F到底是谁?
(正常的弹簧秤)
高中物理必修1有这句话:
“重力的大小可以用弹簧秤测出,物体静止时对弹簧秤的拉力或压力,大小等于物体受到的重力。”
这句话告诉我们一种测量重力的方法,用这种方法测量重力时,弹簧秤的示数F到底是谁?是重力G吗?
1、如图3所示:
待测重力的物体受到两个力:弹簧对物体的拉力F和重力G的作用。
若整个装置处于平衡状态,即a=o,则对物体有F=G
弹簧秤挂钩对物体的拉力F可以由弹簧秤的示数显示出来,由此可见,我们可以从弹簧秤的示数间接地读出物体的重力。
2、从弹簧秤的示数是不是总能读出物体的重力?
如右图4所示:
若把测量装置挂在以加速度a匀加速上升的升降机中,分析物体的受力情况,由牛顿第二定律得:
F-G=ma
F=G+ma
F>G
同理,若加速度a方向向下,由牛顿第二定律得:
G-F=ma
F=G-ma
F
若向下的加速度a恰好等于g,则由牛顿第二定律得:
G-F=ma
F=G-mg=0
弹簧秤的示数仍然显示的是弹簧秤挂钩对物体的拉力,但是,我们已经不能从弹簧秤的示数读出物体所受到的重力了:
F>G时,物体处于超重状态
F
F=0时,物体处于完全失重状态
弹簧秤的示数到底是谁?
(不正常的弹簧秤)
高中物理实验室里的弹簧秤使用几年后,因弹簧的劲度系数发生变化,会出现弹簧挂钩虽不受拉力,可是指针并不指零刻度的情况。
有这样一个不正常的弹簧秤,不挂重物时,指针指示数是1N,挂上10N的重物时,指示数是13N,那么,用此弹簧秤在静止时称一重物时,若指示数是25N,此重物实际重多少呢?
要求解上述问题,就必须弄清弹簧秤示数到底是谁?其实这个示数仅仅是指针指示出的一个位置,挂10N重物后,示数由1N变为13N,说明弹簧伸长量是13-1=12个单位,因此,弹簧示数由1N变为25N,弹簧伸长量为25-1=24个单位,根据胡克定律知,此时物体的实际重量为20N。
综上分析,不管是正常弹簧秤还是不正常的弹簧秤,其示数都表示了指针的指示位置。正常的弹簧秤的示数恰好又能显示出弹簧挂钩受到的拉力。
三、胡克定律中的F到底是谁?
2004年全国卷有这样一道选择题:
如图5所示,四个完全相同的弹簧都处于水平位置,它们的右端受到大小皆为F的拉力作用,而左端的情况各不相同:
1、中弹簧的左端固定在墙上
2、中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用
3、中弹簧的左端拴一个小物块,物块在光滑的桌面上滑动
4、中弹簧的左端拴一个小物块,物块在有摩擦的桌面上滑动
若认为弹簧的质量都为零,以L1、L2、L3、L4依次表示四个弹簧的伸长量,则有:
A.L2>L1B.L4> L3 C.L1>L3D.L2=L4
如果能弄清胡克定律F= kx中的F到底是谁,上面的正确答案D就很容易被选出来了。
把处于压缩或拉伸状态的轻弹簧的整体作为研究对象,弹簧对跟它接触的物体产生的力就是F=kx中的F。
上例中的四个轻弹簧,左端受到的拉力是一样的,四个弹簧产生的弹力当然也是一样的,所以四个弹簧的伸长量肯定相同。
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