高考物理总复习（高考备考导航+基础要点整合+解题素能培养+考点核心突破+训练高效提能）2.1 重力 弹力 摩擦力课件.ppt

第二章相互作用 高考备考导航 第一节重力弹力摩擦力 一 重力 问题导引我们生活在地球上 为什么人们从地球上竖直向上跳起后能落回原地 同一个人从地球上和从月球上向上跳起的最大高度是否相同 答案 人们在地球上受到重力的作用 由于地球上和月球上人所受的重力不同 跳起的高度也就不同 知识梳理1 概念 由于而使物体受到的力 2 大小 g 可用测量 3 方向 总是 4 重心 其位置与其分布和形状有关 形状规则 的物体的重心在物体的几何中心 重心可在物体上 也可在物体外 如茶杯 水壶 圆环等 薄板的重心可用法确定 地球的吸引 mg 弹簧测力计 竖直向下 质量 质量分布均匀 悬挂 自主检测1 关于重力 下面说法正确的是a 重力的方向总是竖直向下的b 放在斜面上的物体 重力的方向是垂直斜面向下的c 重力的方向总是指向地心的d 物体重心的位置与物体的形状和质量分布有关解析重力的方向总是竖直向下的 即垂直于水平面向下 不是垂直于斜面向下 a对 b错 在赤道上和地球的两极点重力的方向是指向地心的 其他地方由于地球自转的影响 物体的重力并不指向地心 c错 重心的位置由物体的形状和质量分布共同决定 d对 答案ad 二 弹力 问题导引弹力发生在相互接触的物体之间 下列相互接触的物体之间有弹力作用吗 a为光滑球 1 a与面om之间 a与面on之间 2 a b两球之间 3 a与竖直挡板om之间 a与斜面之间 4 a与面om之间 a与面on之间 答案 1 有 有 2 有 3 有 有 4 无 有 知识梳理1 定义 发生的物体由于要恢复原状 对与它的物体产生力的作用 这种力叫弹力 2 产生条件 物体相互 并且发生 3 方向 弹力的方向总是与物体形变的方向 弹性形变 接触 接触 弹性形变 相反 4 大小的计算 1 对于弹簧 在弹性限度内 弹力的大小与 成正比 即f kx k是由弹簧本身特性决定的物理量 叫 2 除弹簧外 其他物体所受弹力的大小 通常利用平衡条件或建立方程求解 形变量 劲度系数 牛顿第二定律 答案c 三 摩擦力 问题导引下列关于摩擦力的说法有哪些是正确的 a 摩擦力的方向总与物体的运动方向相反b 摩擦力的大小与相应的正压力成正比c 运动着的物体不可能受静摩擦力作用 只能受滑动摩擦力作用d 静摩擦力的方向与接触物体相对运动趋势的方向相反 答案 d 知识梳理1 静摩擦力与滑动摩擦力 相对静止 相对滑动 粗糙 粗糙 弹力 弹力 相对运动 相对运动 0 fn 相反 相反 2 摩擦力与弹力的依存关系两物体间有摩擦力 物体间一定有弹力 两物体间有弹力 物体间不一定有摩擦力 自主检测3 2014 浙江十校联考 如图2 1 2所示 轻弹簧的一端与物块p相连 另一端固定在木板上 先将木板水平放置 并使弹簧处于拉伸状态 缓慢抬起木板的右端 使倾角逐渐增大 直至物块p刚要沿木板向下滑动 在这个过程中 物块p所受静摩擦力的大小变化情况是 a 先减小后增大b 先增大后减小c 一直增大d 保持不变解析当木板倾角较小时 物块p有沿木板向上的运动趋势 由受力平衡可知静摩擦力随着角度的增大而减小 当弹簧的弹力大小等于物块重力沿木板向下的分力时 静摩擦力减小到零 之后物块有沿木板向下的运动趋势 随着角度的增大 静摩擦力逐渐增大 直到物块与木板发生相对滑动为止 a对 答案a 1 弹力有无的判断方法 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 考点一弹力的分析与计算 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 4 替换法 可以将硬的 形变不明显的施力物体用软的 易产生明显形变的物体来替换 看能否维持原来的运动状态 2 几种典型接触弹力的方向 3 弹力方向的判断方法 1 根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断 2 根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向 4 绳和杆的弹力的区别 1 绳只能产生拉力 不能产生支持力 且绳子弹力的方向一定沿着绳子收缩的方向 2 杆既可以产生拉力 也可以产生支持力 弹力的方向可能沿着杆 也可能不沿杆 典例1 弹力方向的判断 画出图2 1 3中物体a受力的示意图 解析 答案 见解析 思路引导 小车静止时 由平衡条件判断 小车加速运动时 由牛顿第二定律判断 解析 小车静止时 由物体的平衡条件知此时杆对球的作用力方向竖直向上 且大小等于球的重力mg 故a b都错 小车向右以加速度a运动时 此时弹力f的方向一定指向右上方 只有这样 才能保证小球在竖直方向上受力平衡 水平方向上具有向右的加速度 假设小球所受弹力方向与竖直方向的夹角为 如图所示 据牛顿第二定律得 答案 d 规律总结 1 轻杆对物体的拉力 或支持力 不一定沿杆 应视具体问题而定 而轻绳只能产生拉力 其方向一定沿绳指向绳收缩的方向 2 弹力的大小和方向都可依据物体的运动状态 由共点力的平衡条件或牛顿第二定律来确定 突破训练1 2014 珠海模拟 如图2 1 5所示 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 答案d 1 滑动摩擦力的方向 与相对运动的方向相反 但与物体运动的方向不一定相反 2 静摩擦力的有无及其方向的判定方法 1 假设法利用假设法判断摩擦力的有无及方向的思维程序如下 考点二摩擦力的有无及方向的判断 2 状态法 从物体的运动状态反推出必须具备的受力条件 并进一步分析具备条件中静摩擦力所起的作用 从而判断出静摩擦力的有无及方向 3 利用牛顿第三定律来判断 此法的关键是抓住 力是成对出现的 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的方向 典例3 如图2 1 6甲 乙所示 物体a b在力f作用下一起以相同速度沿f方向匀速运动 关于物体a所受的摩擦力 下列说法正确的是 a 甲 乙两图中物体a均受摩擦力 且方向均与f相同b 甲 乙两图中物体a均受摩擦力 且方向均与f相反c 甲 乙两图中物体a均不受摩擦力d 甲图中物体a不受摩擦力 乙图中物体a受摩擦力 方向和f相同 解析 甲图中 由于a匀速运动 则a一定不受摩擦力 否则a不会处于匀速运动状态 乙图中 a除受重力 b对a的支持力外 还必受平行斜面向上的摩擦力 只有这样a才能匀速运动 故选项d正确 答案 d 规律总结应用 状态法 解题时应注意的问题状态法是分析判断静摩擦力有无及方向 大小的常用方法 用该方法可以不必分析物体相对运动的趋势 使模糊不清的问题明朗化 复杂的问题简单化 在使用状态法处理问题时 需注意以下两点 1 明确物体的运动状态 分析物体的受力情况 根据平衡方程或牛顿第二定律求解静摩擦力的大小和方向 2 静摩擦力的方向与物体的运动方向没有必然关系 可能相同 也可能相反 还可能成一定的夹角 突破训练2 如图2 1 7所示 物体a置于倾斜的传送带上 它能随传送带一起向上或向下做匀速运动 下列关于物体a在上述两种情况下的受力描述 正确的是 a 物体a随传送带一起向上运动时 a所受的摩擦力沿斜面向下b 物体a随传送带一起向下运动时 a所受的摩擦力沿斜面向下c 物体a随传送带一起向下运动时 a不受摩擦力作用d 无论a随传送带一起向上还是向下运动 传送带对物体a的作用力均相同 解析无论传送带向上还是向下匀速运动 物体a随传送带匀速运动处于平衡状态 在重力作用下有相对于传送带沿斜面向下的运动趋势 传送带对物体有沿斜面向上的静摩擦力 根据平衡条件可得ff mgsin 所以d正确 答案d 计算摩擦力时首先要分清是静摩擦力还是滑动摩擦力 1 滑动摩擦力由公式f fn计算 应用此公式时要注意以下两点 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 fn为两接触面间的正压力 其大小不一定等于物体的重力 滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关 与接触面积的大小无关 考点三摩擦力大小的计算 2 静摩擦力的计算 它的大小和方向都跟产生相对运动趋势的力密切相关 跟接触面相互挤压力fn无直接关系 因此它具有大小 方向的可变性 变化性强是它的特点 对具体问题 要具体分析研究对象的运动状态 根据物体所处的状态 平衡 加速等 由力的平衡条件或牛顿运动定律求解 最大静摩擦力fmax 是物体将要发生相对运动这一临界状态时的摩擦力 它的数值与fn成正比 在fn不变的情况下 fmax比滑动摩擦力稍大些 通常认为二者相等 而静摩擦力可在0 fmax间变化 典例4 如图2 1 8所示 人重600n 木块a重400n 人与木块 木块与水平面间的动摩擦因数均为0 2 现人用水平力拉绳 使他与木块一起向右做匀速直线运动 滑轮摩擦不计 求 1 人对绳的拉力大小 2 人脚对a的摩擦力的大小和方向 解析 设绳子的拉力为ft 木块与地面间的摩擦力为ffa 1 取人和木块为整体 并对其进行受力分析 如图甲所示 由题意可知 审题指导 人向右做匀速直线运动 人所受合外力为零 木块在人的摩擦力 地面的摩擦力 绳的拉力作用下做匀速运动 合外力为零 ffa ma m人 g 200n 由于系统处于平衡状态 故2ft ffa所以ft 100n 2 取人为研究对象 对其进行受力分析 如图乙所示 由于人处于平衡状态 故ft ff人 100n 由于人与木块a处于相对静止状态 故人与木块a之间的摩擦力为静摩擦力 由牛顿第三定律可知人脚对木块a的摩擦力方向水平向右 大小为100n 答案 1 100n 2 100n方向水平向右 规律总结 1 在分析两个或两个以上物体间的相互作用时 一般采用整体法与隔离法进行分析 2 受静摩擦力作用的物体不一定是静止的 受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的 3 摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势 但摩擦力不一定阻碍物体的运动 即摩擦力不一定是阻力 突破训练3 2014 福建四地六校联考 质量均为m的a b两木块叠放在水平面上 如图2 1 9所示 a受到斜向上与水平面成 角的力f作用 b受到斜向下与水平面成 角等大的力f 作用 两力在同一竖直平面内 此时两木块保持静止 下列说法正确的是 a b对a的支持力一定等于mgb 水平面对b的支持力可能大于2mgc a b之间一定存在静摩擦力d b与水平面之间可能存在静摩擦力解析隔离a分析受力 由平衡条件可知 b对a的支持力一定小于mg a b之间一定存在静摩擦力 选项a错误 c正确 把ab看做整体 分析受力 由平衡条件可知 水平面对b的支持力等于2mg b与水平面之间不可能存在静摩擦力 选项b d错误 答案c 摩擦力认识的三个误区 1 认为滑动摩擦力的大小与接触面积大小 物体速度大小有关 易错易混辨析 典例5 一块质量均匀分布的长方体木块按如图2 1 10甲 乙 丙所示的三种方式在同一水平面上运动 其中甲图中木块做匀速运动 乙图中木块做匀加速运动 丙图中木块侧立在水平面上做与甲图相同的运动 则下列关于甲 乙 丙三图中木块所受滑动摩擦力大小关系的判断正确的是 a ff甲 ff乙 ff丙b ff甲 ff丙 ff乙c ff甲 ff乙 ff丙d ff丙 ff甲 ff乙 错解 认为图乙中物体加速运动 摩擦力就大 错选b 认为接触面积大 滑动摩擦力就大 误选d 正确 根据公式ff fn知 滑动摩擦力的大小与接触面的大小无关 与运动状态也无关 c正确 答案 c 易错警示 公式ff fn中 与两接触面的粗糙程度有关 与两物体的材料有关 但与接触面积无关 与相对运动状态也无关 2 不能认识到摩擦力性质 方向 大小会发生突变而产生错误 典例6 物体a的质量为1kg 置于水平地面上 物体与地面的动摩擦因数 0 2 从t 0时刻开始 物体以一定初速度v0向右滑行的同时 受到一个水平向左 大小恒为f0 1n的作用力 则反映物体受到的摩擦力ff随时间变化的图象是 取向右为正方向 错解 误认为物体减速到零后 再反向加速 而误选b项 正解 物体在向右滑行时 受到的是滑动摩擦力 ff1 mg 2n 方向向左 由于f0 1n ff1 物体最后静止 受到的是静摩擦力 其大小为ff2 f0 1n 方向和f0的方向相反 即向右 因此c正确 答案 c 易错警示 在分析摩擦力的大小与方向时 应首先判断准摩擦力的种类 3 认为静止的物体只能受到静摩擦力 运动的物体只能受到滑动摩擦力 典例7 在图2 1 11甲中 箱子放在汽车上 汽车启动时 箱子随汽车一起从静止到运动 在图乙中 a在拉力f的作用下运动 b静止不动 试分别分析车中的箱子及物体b所受摩擦力的性质与方向 错解 有的学生认为甲中的箱子随车一起加速 它受的摩擦力一定是滑动摩擦力 认为乙中的b静止 没有运动 因而受的是静摩擦力 正解 在图甲中 虽然箱子是运动的 但是却受到了汽车对它水平向右的静摩擦力作用 在图乙中 虽然b是静止的 但是却受到了a对它水平向左的滑动摩擦力作用 答案 见解析 易错警示 判断物体具有 相对运动 或 相对运动趋势 不是以地面为参考系 而是以相互作用的另外一个物体作为参考系 因此静止的物体可能受到静摩擦力 也可能受到滑动摩擦力 运动的物体可能受到滑动摩擦力 也可能受到静摩擦力 3 临界条件在摩擦力突变问题中的应用1 方法概述 1 临界状态是指一种物理过程转变为另一种物理过程 或一种物理状态转变为另一种物理状态时 处于两种过程或两种状态的分界处的状态 处于临界状态的物理量的值叫临界值 临界分析法在解决摩擦力的突变问题时 有很重要的作用 2 当物体受力或运动发生变化时 摩擦力常发生突变 摩擦力的突变 又会导致物体的受力情况和运动性质的突变 其突变点 时刻或位置 往往具有很深的隐蔽性 对其突变点的分析与判断是物理问题的切入点 物理思想方法 2 常见类型 1 静摩擦力突变为滑动摩擦力 静摩擦力是被动力 其大小 方向取决于物体间的相对运动的趋势 静摩擦力为零的状态是方向变化的临界状态 静摩擦力达到最大值是物体恰好保持相对静止的临界状态 2 滑动摩擦力突变为静摩擦力 滑动摩擦力存在于发生相对运动的物体之间 因此两物体的速度达到相同时 滑动摩擦力要发生突变 摩擦力变为零或变为静摩擦力 3 解题思路解决摩擦力的突变问题的关键是找出摩擦力发生突变的临界条件 这也就是突变前后摩擦力的分界点 再利用相应规律分别对突变前后进行分析求解 求解方法一般有两种 1 以定理 定律 平衡条件或牛顿运动定律 为依据 首先求出所研究问题的一般规律和一般解 然后分析 讨论其特殊规律和特殊解 2 直接分析 讨论临界状态和相应的临界值 求解出研究问题的规律和解 典例8 长直木板的上表面的一端放有一个木块 如图2 1 12所示 木板由水平位置缓慢向上转动 即木板与地面的夹角 变大 另一端不动 则木块受到的摩擦力ff随角度 的变化图象是下列图中的 解析 下面通过 过程分析法 和 特殊位置法 分别求解 解法一过程分析法 1 木板由水平位置刚开始运动时 0 ff静 0 2 从木板开始转动到木块与木板发生相对滑动前 木块所受的是静摩擦力 由于木板缓慢转动 可认为木块处于平衡状态 受力分析如图 由平衡关系可知 静摩擦力大小等于木块重力沿斜面向下的分力 ff静 mgsin 因此 静摩擦力随 的增大而增大 它们满足正弦规律变化 3 木块相对于木板刚好要滑动而没滑动时 木决此时所受的静摩擦力为最大静摩擦力ffm 继续增大 木块将开始滑动 静摩擦力变为滑动摩擦力 且满足 ffm ff滑 4 木块相对于木板开始滑动后 ff滑 mgcos 此时 滑动摩擦力随 的增大而减小 满足余弦规律变化 5 最后 ff滑 0综上分析可知选项c正确 解法二特殊位置法本题选两个特殊位置也可方便地求解 具体分析见表 由以上分析知 选项c正确 答案 c 随堂演练 1 2014 四川省广元市二模 如图2 1 13所示 a b两物体叠放在一起 用手托住 让它们静止靠在墙边 然后释放 它们同时沿竖直墙面下滑 已知ma mb 则物体ba 只受一个重力b 受到重力 摩擦力各一个c 受到重力 弹力 摩擦力各一个d 受到重力 摩擦力各一个 弹力两个图2 1 13 解析物体a b与墙面间无弹力作用 且a b下落时处于完全失重状态 因此a b与墙面间无摩擦力作用且a b间无弹力作用 故物体b只受重力作用 a正确 答案a 2 2014 会昌联考 物体b在力f作用下将物体a压向光滑的竖直墙壁 如图2 1 14所示 a处于静止状态 则关于a受到的摩擦力的下列说法中正确的是a a受的摩擦力有两个b a受的摩擦力大小不随f变化c a受的摩擦力大小随f的增大而增大d a受的摩擦力方向始终竖直向上 解析a受b对a竖直向上的摩擦力 只有一个 大小等于a的重力 不随f变化而变化 选项b d正确 a c错误 答案bd 3 2014 宁波联考 如图2 1 15所示 a b两个物块的重力分别是ga 3n gb 4n 弹簧的重力不计 整个装置沿竖直方向处于静止状态 这时弹簧的弹力f 2n 则天花板受到的拉力和地板受到的压力 有可能是a 3n和4nb 5n和6nc 1n和2nd 5n和2n 解析当弹簧由于被压缩而产生2n的弹力时 由受力平衡及牛顿第三定律知识可得 天花板受到的拉力为1n 地板受到的压力为6n 当弹簧由于被拉伸而产生2n的弹力时 可得天花板受到的拉力为5n 地板受到的压力为2n d正确 答案d 4 2014 池州模拟 如图2 1 16所示 放在粗糙水平面上的物体a上叠放着物体b a和b之间有一根处于