高考物理一轮复习 2.1重力 弹力 摩擦力课件 沪科版必修1.ppt

第二章相互作用第1讲重力弹力摩擦力,知识点1形变、弹性、胡克定律【思维激活1】在图中,A、B均处于静止状态,则A、B之间一定有弹力的是(),【解析】选B。假设将与研究对象接触的物体逐一移走,如果研究对象的状态发生变化,则表示它们之间有弹力,如果状态不发生变化,则表示它们之间无弹力。四个选项中只有当B选项中的B物体移走后,A物体一定会摆动,所以B选项中A、B两物体间一定有弹力,故B正确。,【知识梳理】1.形变：物体在力的作用下_或_的变化。2.弹性形变：有些物体在形变后撤去外力作用后能够_的形变。,形状,体积,恢复原状,3.弹力：(1)定义：发生_的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力。(2)产生的条件。物体间直接_;接触处发生_。(3)方向：总是与物体形变的方向_。,弹性形变,接触,弹性形变,相反,4.胡克定律：(1)内容：弹簧发生_时,弹力的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成_。(2)表达式：F=_。k是弹簧的_,由弹簧自身的性质决定,单位是_,用符号_表示。x是弹簧长度的_,不是弹簧形变以后的长度。,弹性形变,正比,kx,劲度系数,牛顿每米,N/m,变化量,知识点2滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力【思维激活2】(2014东莞模拟)一个物体平放在水平面上,受到一个水平推力F的作用,如图所示。F的大小由零逐渐增大,直到物体开始滑动一段位移。在这一过程中,以下关于摩擦力的大小和方向的说法中正确的是()A.一直随F的增大而增大B.大小不变C.方向一直水平向左D.方向先向左后向右,【解析】选C。用力F推物体,在没推动前,物体受静摩擦力作用,静摩擦力的大小随F的增大而增大,方向与F反向,水平向左;当F增大到能推动物体时,物体受到的摩擦力为滑动摩擦力,滑动摩擦力的大小f=N=mg,方向与运动方向相反,水平向左,故只有C正确,A、B、D错误。,【知识梳理】1.静摩擦力和滑动摩擦力的对比：,相对静止,相对运动,粗糙,压力,相对运动趋势,粗糙,压力,相对运动,0,fm,相反,相对运动趋势,N,相反,相对运动,2.动摩擦因数：(1)定义：彼此接触的物体发生_时,摩擦力和正压力的比值。(2)公式：=_。(3)决定因素：接触面的材料和_。,相对运动,粗糙程度,【微点拨】1.对弹力的两点提醒：(1)物体所受弹力是由于施力物体发生弹性形变而产生的。(2)物体所受弹力的方向与受力物体的形变方向相同,与施力物体的形变方向相反。,2.对摩擦力的四点提醒：(1)摩擦力可以是动力,也可以是阻力。(2)运动的物体也可以受静摩擦力作用,静止的物体也可以受滑动摩擦力作用。(3)摩擦力的方向与物体运动方向无关,与物体间相对运动方向或相对运动趋势方向相反。(4)有摩擦力必定有弹力,有弹力不一定有摩擦力。,考点1弹力的分析与计算1.弹力有无的判断“三法”：(1)条件法：根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力。此方法多用来判断形变较明显的情况。(2)假设法：对形变不明显的情况,可假设两个物体间弹力不存在,看物体能否保持原有的状态。若运动状态不变,则此处不存在弹力;若运动状态改变,则此处一定有弹力。(3)状态法：根据物体的运动状态,利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在。,解题技巧,2.弹力方向的判断：(1)五种常见模型中弹力的方向。,(2)根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律判断。,3.计算弹力大小的三种方法：(1)根据胡克定律进行求解。(2)根据力的平衡条件进行求解。(3)根据牛顿第二定律进行求解。,【题组通关方案】【典题1】(12分)如图所示,轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为M=10kg的物体,ACB=30,g取10m/s2,求：(1)轻绳AC段的张力TAC的大小;(2)横梁BC对C端的支持力大小及方向。,【解题探究】(1)分析C端的受力情况,明确绳中拉力和横梁支持力的特点：绳AC和绳CD中拉力大小_。横梁对C端支持力的方向与绳AC和绳CD的拉力的合力方向_。,相等,相反,(2)请画出C端的受力分析图。提示：,【典题解析】物体处于平衡状态,根据平衡条件可判断,与物体相连的细绳拉力大小等于物体的重力,取C点为研究对象,进行受力分析,如图所示。,(1)图中轻绳AD跨过定滑轮拉住质量为M的物体,物体处于平衡状态,绳AC段的拉力为TAC=TCD=Mg=1010N=100N(6分)(2)由几何关系得：NC=TAC=Mg=100N方向和水平方向成30角斜向右上方(6分)答案：(1)100N(2)100N方向与水平方向成30角斜向右上方,【通关1+1】1.(拓展延伸)【典题1】中,若将图中横梁BC换为水平轻杆,且B端用铰链固定在竖直墙上,轻绳AD拴接在C端,如图所示,求：,(1)轻绳AC段的张力TAC的大小;(2)轻杆BC对C端的支持力。,【解析】物体处于平衡状态,与物体相连的细绳拉力大小等于物体的重力,取C点为研究对象,进行受力分析,如图所示：,(1)由TACsin30=TCD=Mg得：TAC=2Mg=21010N=200N。(2)由平衡条件得：TACcos30-NC=0解得：NC=Mgcot30=Mg173N方向水平向右。答案：(1)200N(2)173N,方向水平向右,2.(2014延安模拟)一重为10N的球固定在支杆AB的上端,今用一段绳子水平拉球,使杆发生弯曲,已知绳的拉力为7.5N,则AB杆对球的作用力()A.大小为7.5NB.大小为10NC.方向与水平方向成53角斜向右下方D.方向与水平方向成53角斜向左上方,【解析】选D。对球受力分析如图所示,球的重力和细绳对球的拉力的合力与杆对球的作用力等大反向,设杆对球的作用力与水平方向成角,则tan=即=53,F杆=12.5N,故D正确,A、B、C均错误。,【加固训练】1.(多选)(2014合肥模拟)关于弹力的产生,下列说法中正确的是()A.木块在桌面上受到的向上的弹力,是由于木块发生微小形变而产生的B.木块在桌面上受到的向上的弹力,是由于桌面发生微小形变而产生的C.挂在悬线下的物体受到的向上的拉力,是由于悬线发生微小形变而产生的D.挂在悬线下的物体受到的向上的拉力,是由于物体发生微小形变而产生的,【解析】选B、C。弹力的方向与施力物体形变的方向相反。木块受到的弹力是因为桌面发生了微小的形变而要恢复原状,从而对木块产生向上的弹力,故A错误,B正确;挂在悬线下的物体受到的弹力是因为线受力而发生伸长的形变,悬线要恢复原状,从而对物体产生向上的弹力,C正确,D错误。,2.(多选)(2014聊城模拟)两个劲度系数分别为k1和k2的轻质弹簧a、b串接在一起,a弹簧的一端固定在墙上,如图所示。开始时弹簧均处于原长状态,现用水平力作用在b弹簧的p端向右拉动弹簧,已知a弹簧的伸长量为L,则()A.b弹簧的伸长量也为LB.b弹簧的伸长量为C.p端向右移动的距离为2LD.p端向右移动的距离为,【解析】选B、D。两个劲度系数分别为k1和k2的轻质弹簧a、b串接在一起,两弹簧中弹力相等,k1L=k2x,解得b弹簧的伸长量为x=,选项B正确,A错误;p端向右移动的距离为L+x=,选项D正确,C错误。,【学科素养升华】轻绳和轻杆弹力的分析技巧分析轻绳或轻杆上的弹力时应注意以下两点：(1)轻绳中间没有打结时,轻绳上各处的张力大小都是一样的;如果轻绳打结,则以结点为界分成不同轻绳,不同轻绳上的张力大小可能是不一样的。(2)轻杆可分为固定轻杆和有固定转轴(或铰链连接)的轻杆。固定轻杆的弹力方向不一定沿杆,弹力方向应根据物体的运动状态,由平衡条件或牛顿第二定律分析判断;有固定转轴的轻杆只能起到“拉”或“推”的作用,杆上弹力方向一定沿杆。,考点2静摩擦力的分析和判断1.假设法：利用假设法判断的思维程序如下：,深化理解,2.状态法：先判明物体的运动状态(即加速度的方向),再利用牛顿第二定律(F=ma)确定合力,然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向。3.牛顿第三定律法：先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向。,【题组通关方案】【典题2】(2014宝鸡模拟)如图所示,倾角为的斜面体C置于水平地面上,小物体B置于斜面上,通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体A相连接,连接B的一段细绳与斜面平行,已知A、B、C都处于静止状态,则(),A.B受C的摩擦力一定不为零B.C受地面的摩擦力一定为零C.C有沿地面向右滑的趋势,一定受到地面向左的摩擦力D.将细绳剪断,若B依然静止在斜面上,此时地面对C的摩擦力水平向左,【解题探究】(1)细绳剪断之前,试分析物体A、B、C的情况。对物体A,细绳上的拉力大小_物体A的重力。若研究C与地面间的摩擦力,最好以_为研究对象。(2)满足什么条件时,B与斜面间无摩擦力?提示：物体B重力沿斜面向下的分力等于物体A的重力时,B与斜面间无摩擦力。,等于,B、C整体,【典题解析】选C。若细绳对B的拉力恰好等于B的下滑分力,则B与C间的摩擦力为零,A错误;将B和C看成一个整体,则B和C受到细绳向右上方的拉力作用,故C有向右滑动的趋势,一定会受到地面向左的摩擦力,B错误,C正确;将细绳剪断,若B依然静止在斜面C上,对B、C整体分析,可知B、C整体在水平方向不受外力作用,则地面对C的摩擦力为零,D错误。,【通关1+1】1.(拓展延伸)结合【典题2】,回答以下问题：若增大A的质量,在B开始滑动之前,B所受摩擦力如何变化?提示：在A的质量增大之前,由于B的下滑分力与细绳上的拉力大小关系未知,所以B所受到的摩擦力可能沿斜面向上,可能沿斜面向下,也可能为零。所以当增大A的质量时,B所受的摩擦力可能增大,也可能先减小后反向增大。,2.(2014黄冈模拟)如图所示,一轻质弹簧两端分别与竖直墙壁和物块连接,弹簧、地面水平。A、B是物块能保持静止的位置中离墙壁最近和最远的点,A、B两点离墙壁的距离分别为x1、x2。物块与地面的最大静摩擦力为f,则弹簧的劲度系数为(),【解析】选C。设弹簧原长为L,对物块离墙壁最近的点,k(L-x1)=f,对物块离墙壁最远的点,k(x2-L)=f,联立解得：k=选项C正确。,【加固训练】1.如图所示,两个等大的水平力F分别作用在B和C上,A、B、C均处于静止状态。各接触面与水平地面平行,A、C间摩擦力大小为F1,B、C间摩擦力大小为F2,C与地面间的摩擦力大小为F3,则()A.F1=0,F2=0,F3=0B.F1=0,F2=F,F3=0C.F1=F,F2=0,F3=0D.F1=0,F2=F,F3=F,【解析】选B。以A为研究对象,A处于平衡状态,又无运动趋势,所以A、C间无摩擦力的作用,F1=0;以B为研究对象,B处于平衡状态,在F的作用下有向右的运动趋势,由平衡条件可知F2=F;以A、B、C整体为研究对象,水平方向的两个拉力平衡,故无运动趋势,所以F3=0,故B正确。,2.(多选)如图所示,有一个重力不计的方形容器,被水平力F压在竖直的墙面上处于静止状态,现缓慢地向容器内注水,直到将容器刚好盛满为止,在此过程中容器始终保持静止,则下列说法中正确的是()A.容器受到的摩擦力不变B.容器受到的摩擦力逐渐增大C.水平力F可能不变D.水平力F必须逐渐增大,【解析】选B、C。由于容器静止不动,容器和墙壁之间的摩擦力应和水的重力等大,故逐渐增大,B正确;如果力F比较大,当水充满容器时,水的重力仍未达到墙和容器间的最大静摩擦力,就不用改变力F的大小,即C正确。,考点3摩擦力大小的计算方法1.静摩擦力大小的计算：(1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动),利用力的平衡条件来判断其大小。(2)物体有加速度时,若只有摩擦力,则f=ma。例如,匀速转动的圆盘上物块靠摩擦力提供向心力产生向心加速度,若除摩擦力外,物体还受其他力,则F合=ma,先求合力再求摩擦力。(3)最大静摩擦力并不一定是物体实际受到的力,物体实际受到的静摩擦力一般小于或等于最大静摩擦力,最大静摩擦力与接触面间的压力成正比。一般情况下,为了处理问题的方便,最大静摩擦力可按近似等于滑动摩擦力处理。,解题技巧,2.滑动摩擦力大小的计算：可用公式f=N计算,注意对物体间相互挤压的弹力N的分析,并不总是等于物体的重力,它与研究对象受到的垂直接触面方向的力密切相关,也与研究对象在该方向上的运动状态有关。,【题组通关方案】【典题3】(14分)如图所示,一质量不计的弹簧原长为10cm,一端固定于质量m=2kg的物体上,另一端施一水平拉力F。(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,g=10m/s2)(1)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.2,当弹簧拉长至12cm时,物体恰好匀速运动,弹簧的劲度系数多大?(2)若将弹簧拉长至11cm,物体受到的摩擦力大小为多少?(3)若将弹簧拉长至13cm,物体受到的摩擦力大小为多少?,【解题探究】(1)请对物体进行受力分析,试分析物体受到哪些力。如何计算弹簧弹力?受到的力：_。求弹簧弹力的方法：_。,重力、支持力、弹簧拉力、摩擦力,胡克定律,(2)弹簧伸长量变大,物体受到的摩擦力一定变大吗?提示：弹簧伸长量变大,弹簧拉力变大,需要判断弹簧拉力与最大静摩擦力的大小关系,确定物体的运动状态。若物体运动,则物体所受滑动摩擦力不变;若物体不运动,所受的静摩擦力随弹簧弹力增大而增大。,【典题解析】(1)物体匀速运动时,k(x-x0)=mg(2分)则k=200N/m。(2分)(2)F1=k(x1-x0)=200(0.11-0.10)N=2N(2分)最大静摩擦力可看作等于滑动摩擦力fm=0.2210N=4N(2分)物体没动,故所受静摩擦力f1=F1=2N(2分),(3)弹簧弹力F2=k(x2-x0)=200(0.13-0.10)N=6Nfm=4N(2分)物体将运动,此时所受到的滑动摩擦力为f2=N=mg=0.2210N=4N(2分)答案：(1)200N/m(2)2N(3)4N,【通关1+1】1.(2014福州模拟)三个质量相同的物体,与水平桌面间的动摩擦因数相同,由于所受水平拉力不同,A做匀速运动,B做加速运动,C做减速运动,那么它们受到的摩擦力大小关系应是()A.fBfAfCB.fAfBfCC.fB=fA=fCD.不能比较大小【解析】选C。三个物体受到地面的滑动摩擦力作用,由f=N,N=mg,可得fB=fA=fC,C正确,A、B、D错误。,2.如图所示,A、B两物块叠放在一起,在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动,运动过程中B受到的摩擦力()A.方向向左,大小不变B.方向向左,逐渐减小C.方向向右,大小不变D.方向向右,逐渐减小【解析】选A。设A与地面间的动摩擦因数为,对A、B整体由牛顿第二定律得(mA+mB)g=(mA+mB)a,解得a=g,方向向左;对B由牛顿第二定律得f=mBa=mBg,方向与加速度方向相同,故选项A正确。,【加固训练】1.如图所示,在光滑水平面上以水平恒力F拉动小车和木块,让它们一起做无相对滑动的加速运动,若小车质量为M,木块质量为m,加速度大小为a,木块和小车间的动摩擦因数为。对于这个过程,某同学用了以下四个式子来表达木块受到的摩擦力的大小,下述表达式一定正确的是()A.F-MaB.(M+m)aC.mgD.Ma,【解析】选A。小车和木块一起做加速度大小为a的加速运动,隔离木块,由牛顿第二定律得木块受到的摩擦力的大小为Ff=ma;对小车和木块整体,由牛顿第二定律得F=(M+m)a,解得ma=F-Ma,选项A正确,B、C、D错误。,2.如图所示,质量为m=20kg的物体,在粗糙水平面上向左运动,物体与水平面间的动摩擦因数=0.1,物体同时还受到大小为10N,方向向右的水平拉力F的作用,则水平面对物体的摩擦力(g取10m/s2)()A.大小是10N,方向水平向左B.大小是20N,方向水平向左C.大小是20N,方向水平向右D.大小是30N,方向水平向右,【解析】选C。物体相对地面向左运动,受到的滑动摩擦力方向与相对运动方向相反,故方向水平向右,大小为Ff=FN=mg=0.12010N=20N,与外力F无关,故C正确。,【学科素养升华】计算摩擦力大小时的三点注意事项(1)计算摩擦力的大小,首先要判断摩擦力是属于静摩擦力还是滑动摩擦力,然后根据静摩擦力和滑动摩擦力的特点计算其大小。(2)在计算滑动摩擦力的公式f=N中,为动摩擦因数,其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关;N为两接触面间的正压力,其大小不一定等于物体的重力。(3)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关,与接触面的大小也无关。,【资源平台】日常生活中的摩擦问题(多选)如图所示,水平桌面上平放着一副扑克牌,总共54张,每一张牌的质量都相等,牌与牌之间的动摩擦因数以及最下面一张牌与桌面之间的动摩擦因数也都相等。用手指以竖直向下的力按压第一张牌,并以不变的速度水平移动手指,将第一张牌从牌摞中水平移出(牌与手指之间无滑动)。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,则(),A.第1张牌受到手指的摩擦力方向与手指的运动方向相反B.从第2张牌到第54张牌之间的牌不可能发生相对滑动C.从第2张牌到第54张牌之间的牌可能发生相对滑动D.第54张牌受到桌面的摩擦力方向与手指的运动方向相反,【解析】选B、D。手指对第1张牌的摩擦力是第1张牌运动的动力,与运动的方向相同,A错误;第1张牌后的每张牌的下面的接触面处受到的最大静摩擦力依次增大,它们不可能发生相对滑动,B正确,C错误;把第2张牌到第54张牌看作整体,它们受到第1张牌的摩擦力方向与手指的运动方向相同,因此桌面对第54张牌施加的摩擦力方向与手指的运动方向相反,D正确。,建模提能之1轻杆、轻绳、轻弹簧模型1.模型特点：,2.解决三种模型问题时应注意的事项：(1)轻杆、轻绳、轻弹簧都是忽略质量的理想化模型。(2)分析轻杆上的弹力时必须结合物体的运动状态。(3)讨论轻弹簧上的弹力时应指明弹簧处于伸长还是压缩状态。,【案例剖析】典题例证深度剖析如图所示,水平轻杆的一端固定在墙上