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2.2
竖直
2.2

物体所受的重力与质量成正比


解:(1)鸡蛋的质量$m=50g=0.05kg,$重力$G=mg=0.05kg×10N/kg=0.5N;$
(2)鸡蛋完全浸没在水中,排开水的体积$V_{排}=V=45cm^{3}=45×10^{-6}m^{3},$排开水的质量$m_{排}=\rho_{水}V_{排}=1.0×10^{3}kg/m^{3}×45×10^{-6}m^{3}=0.045kg=45g;$
(3)鸡蛋所受浮力$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g=0.045kg×10N/kg=0.45N。$
【分析】
1. 第(1)问:由于要测量的是竖直方向的重力,弹簧测力计的调零方向需与测量方向一致,因此要在竖直方向调零,这样才能保证测量结果准确。
2. 第(2)问:先明确弹簧测力计的分度值为0.2N,再根据指针指向的刻度读取示数,即可得到对应重力大小。
3. 第(3)问:重力与质量成正比,正确的G-m图像是过原点的直线,偏离这条直线的数据点就是描错的点,对比数据可知第③次的点不符合正比关系。
4. 第(4)问:先找到第⑤次实验中质量0.22kg、重力2.2N对应的坐标位置补描点,再连接所有正确的点(排除第③次),画出过原点的直线。
5. 第(5)问:分析实验数据和图像,能发现质量增大时重力成比例增大,比值恒定,由此得出重力与质量的定量关系。
【解析】
(1) 测量重力时,弹簧测力计需与重力方向一致调零,重力竖直向下,故填竖直。
(2) 图(a)中弹簧测力计分度值为0.2N,指针指向2.2N刻度处,示数为$\boldsymbol{2.2}\ \mathrm{N}$。
(3) 重力与质量成正比,G-m图像应为过原点的直线,第③次实验的数据点偏离该直线,因此描错的是第$\boldsymbol{③}$次。
(4) 在坐标系中找到质量0.22kg、重力2.2N对应的位置补描点,然后连接其余正确的点,画出一条过原点的直线,即为G-m图像(图像按坐标规范绘制即可)。
(5) 分析数据和图像可知,重力与质量的比值恒定,定量关系为$\boldsymbol{物体所受的重力与质量成正比}$。
【答案】
(1) 竖直
(2) 2.2
(3) ③
(4) 补描(0.22kg, 2.2N)的点,画出过原点的直线(图像按要求绘制)
(5) 物体所受的重力与质量成正比
【知识点】
弹簧测力计的使用;重力与质量的关系;实验图像绘制与分析
【点评】
本题是探究重力与质量关系的基础实验题,考查了实验操作规范、仪器读数、数据与图像分析等内容,核心是理解重力与质量的正比关系,帮助学生掌握物理实验的基本方法。
【难度系数】
0.7
【分析】
1. 对于图(a)的小球A:首先明确小球A处于悬停状态,属于平衡状态,受力平衡。首先地球附近的物体都受竖直向下的重力;又因为A和B带同种电荷,根据同种电荷相互排斥,A会受到B给的竖直向上的排斥力,这两个力大小相等。我们需要把这两个力以示意图的形式画在小球的重心位置。
2. 对于图(b)的物体:物体沿粗糙斜面下滑,首先支持力是斜面对物体的作用力,方向垂直于斜面向上,作用点在O点;其次,摩擦力是阻碍物体相对运动的力,物体相对斜面向下运动,所以摩擦力方向沿斜面向上,作用点同样在O点,分别画出这两个力的示意图即可。
【解析】
(1)小球A的受力示意图:
过小球A的球心,画一条竖直向下的带箭头线段,标注为重力$\boldsymbol{G}$;
过小球A的球心,画一条竖直向上的带箭头线段,标注为斥力$\boldsymbol{F}$,两条线段长度大致相等(体现二力平衡)。
(2)斜面上物体的受力示意图:
在O点画一条垂直于斜面向上的带箭头线段,标注为支持力$\boldsymbol{N}$;
在O点画一条沿斜面向上的带箭头线段,标注为摩擦力$\boldsymbol{f}$。
(示意图与参考答案一致)
【答案】
如图(a)中,小球A受竖直向下的重力$\boldsymbol{G}$和竖直向上的斥力$\boldsymbol{F}$;如图(b)中,物体受垂直斜面向上的支持力$\boldsymbol{N}$和沿斜面向上的摩擦力$\boldsymbol{f}$(具体示意图见参考答案)
【知识点】
受力示意图绘制、二力平衡、摩擦力方向判断
【点评】
本题主要考查力的示意图的绘制,核心是准确判断力的方向和作用点,需要结合物体的运动状态、力的相互作用规律以及摩擦力的阻碍作用来分析,是力学基础题型。
【难度系数】
0.7
【分析】
本题是力学基础计算题,可分三步依次求解:
1. 求鸡蛋的重力:回忆重力公式$G=mg$,先将鸡蛋质量的单位从克换算为千克(国际单位),再代入公式计算重力。
2. 求鸡蛋排开水的质量:鸡蛋完全浸没在水中,排开水的体积等于鸡蛋的体积,先统一体积单位,再利用密度公式$\rho=\frac{m}{V}$的变形公式$m=\rho V$计算排开水的质量。
3. 求鸡蛋所受浮力:根据阿基米德原理,浸在液体中的物体所受浮力等于排开液体的重力,即$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$,代入第二问求出的排开水的质量即可计算浮力,也可直接用$F_{浮}=\rho_{水}gV_{排}$计算。
【解析】
(1)统一鸡蛋质量的单位:$m=50\,\mathrm{g}=0.05\,\mathrm{kg}$
根据重力公式$G=mg$,代入数据得:
$G=mg=0.05\,\mathrm{kg}×10\,\mathrm{N/kg}=0.5\,\mathrm{N}$
(2)鸡蛋完全浸没在水中,排开水的体积等于鸡蛋的体积:
$V_{排}=V=45\,\mathrm{cm}^3=45×10^{-6}\,\mathrm{m}^3$
由密度公式$\rho=\frac{m}{V}$变形得$m=\rho V$,代入水的密度和排开水的体积:
$m_{排}=\rho_{水}V_{排}=1.0×10^3\,\mathrm{kg/m}^3×45×10^{-6}\,\mathrm{m}^3=0.045\,\mathrm{kg}=45\,\mathrm{g}$
(3)根据阿基米德原理$F_{浮}=G_{排}=m_{排}g$,代入数据得:
$F_{浮}=m_{排}g=0.045\,\mathrm{kg}×10\,\mathrm{N/kg}=0.45\,\mathrm{N}$
【答案】
(1)鸡蛋的重力为$0.5\,\mathrm{N}$;
(2)鸡蛋排开水的质量为$0.045\,\mathrm{kg}$(或$45\,\mathrm{g}$);
(3)鸡蛋所受浮力的大小为$0.45\,\mathrm{N}$。
【知识点】
重力的计算、密度公式的应用、阿基米德原理
【点评】
本题属于力学基础题型,考查重力、密度、阿基米德原理的基本公式应用,解题关键是掌握单位换算的方法,理解完全浸没时排开液体体积与物体体积的关系,熟练运用相关公式计算,难度不大,适合巩固力学基础公式。
【难度系数】
0.8