高考物理一轮复习 2.1力、重力、弹力和摩擦力课件.ppt

第二章物体间的相互作用 复习目标定位 1 形变 弹性形变 胡克定律 2 滑动摩擦力 动摩擦因数 静摩擦力 3 矢量和标量 4 力的合成和分解 5 共点力的平衡 6 实验 探究弹力和弹簧伸长的关系7 实验 验证力的平行四边形定则 解读 知道形变 弹性形变及胡克定律的内容 表达式 会求弹簧的弹力 知道静摩擦力的产生条件 会求静摩擦力 知道动摩擦因数的含义 滑动摩擦力的产生条件 公式 会求滑动摩擦力 知道矢量和标量的区别 能用有向线段表示矢量 会通过规定正方向 用正负数表示矢量 会对力进行合成与分解 熟练掌握力的正交分解法 知道力的平衡条件 能用平衡条件熟练解决共点力平衡问题 高考是将受力分析 力的合成与分解与牛顿运动定律 功和能 电磁学等结合起来考查 对 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验考查 主要围绕刻度尺读数 画f x图象 对图象的分析等 对 验证力的平行四边形定则 的实验考查以理解实验原理 基本操作为主 以更换器材考查实验方法的迁移运用为辅 后者难度较大 应引起足够的重视 本章的重点是力和物体的共点力平衡 尤其是涉及到摩擦力作用下的物体的平衡问题是历年高考对本章内容考查的重点 受力分析是解决力学问题的基础 所以要求要正确理解重力 弹力 摩擦力三种力产生的条件 掌握弹力 摩擦力有无的判断方法以及滑动摩擦力 静摩擦力的计算方法 本章内容往往结合牛顿运动定律 动能定理 能量守恒定律 有时还与电场及磁场中带电体的运动平衡相结合 题目难度较大 综合性较强 能力要求也较高 解决共点平衡问题要掌握多种解题的方法 如正交分解法 图解法 整体法和隔离法等 本章所涉及的两个实验也是近年高考经常考查的内容 对实验原理的理解 误差产生的原因 实验数据的处理方法以及实验的改进等都是高考命题的方向 对本部分内容的复习应抓好以下两个方面 1 注意方法及能力的培养整体法 隔离法 分解法 合成法 正交分解法 相似三角形法 图解法是解决平衡问题的常用方法 复习时应通过具体实例分析 逐步掌握各种不同的方法 以培养和提高学生的理解能力 推理能力 分析综合能力 运用数学知识解决问题的能力等 2 注意养成良好的受力分析习惯受力分析是解决物理问题的基础和关键 在理解和掌握各种常见力的基础上 多做一些受力分析的习题 在练习中注意养成良好的受力分析习惯 提高受力分析的熟练性 正确性 规范性 受力分析时 对弹力和静摩擦力方向的确定要高度重视 静摩擦力是一种非常 特殊 的力 它的大小和方向都会随其他力的变化而变化 因此分析静摩擦力时 应结合物体的运动状态和牛顿定律进行分析 对弹力应掌握各种情况下弹力的方向 同时对杆的作用力要结合具体的问题进行判断 第一讲力 重力 弹力和摩擦力 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 力 考点自清 1 力的概念 1 力是对的作用 其效果是改变物体运动状态或使物体发生 2 力的三要素 力的 物体 物体 形变 大小 方向 作用点 2 力的性质 1 物质性 力不能脱离而存在 没有 施力物体 或 受力物体 的力是不存在的 2 相互性 力的作用是的 施力 受力 物体同时也是受力 施力 物体 3 矢量性 力是矢量 既有又有 4 瞬时性 力的产生和消失据外部条件决定 物体 相互 大小 方向 3 力的图示及示意图 1 力的图示 从力的作用点沿力的方向画出的 包括力的三要素 2 力的示意图 受力分析时 作出的表示物体受到力的 有向线段 有向线段 基础自测 1 下列有关力的说法中正确的是 a 物体不受力 则物体的运动状态一定不改变b 竖直向上抛出的物体 物体竖直上升 是因为受到一个竖直向上的升力c 物体对地面的压力等于物体的重力d 甲用力把乙推倒而自己并未倒下 说明只是甲对乙施加了推力 而乙对甲没施加推力 解析 物体不受力 则物体的运动状态一定不变 选项a正确 竖直向上抛出的物体在空中运动时只受到重力作用 方向竖直向下 选项b错误 只有当物体静止在地面时 物体对地面的压力大小才等于物体的重力 选项c错误 同一个物体是受力物体的同时也是施力物体 选项d错误 答案 a 二 三种常见的力 考点自清 1 重力由于地球的而使物体受到的力 1 方向 总是向下 2 大小 g mg 3 重心 重力的等效作用点 重心的位置与物体的形状及有关 重心不一定在物体上 质量分布均匀 形状规则的物体 其重心在物体的几何中心 薄板类物体的重心可用悬挂法确定 吸引 竖直 质量分布 2 弹力 1 定义 发生的物体由于要恢复原状对与它接触的物体产生的作用 2 产生条件 物体相互 物体发生 3 方向 弹力的方向总是与施力物体形变的方向 几种典型的弹力的方向 压力 垂直于支持面指向的物体 支持力 垂直于支持面而指向的物体 绳的拉力 沿绳指向绳收缩的方向 轻杆的弹力 不一定沿杆 要具体情况具体分析 4 大小 弹簧类弹力 在弹性限度内遵从胡克定律f 非弹簧类弹力大小应由平衡条件或动力学规律求解 弹性形变 接触 弹性形变 相反 被压 被支持 kx 3 摩擦力 1 摩擦力产生的条件 两物体直接接触 相互挤压 接触面粗糙 有或这四个条件缺一不可 相对运动 相对运动趋势 特别提醒两物体间有弹力是两物体间有摩擦力的必要条件 但不是充分条件 也就是说有弹力不一定有摩擦力 但没有弹力不可能有摩擦力 2 滑动摩擦力大小 滑动摩擦力f 其中的正压力不一定等于重力 动摩擦因数 与相互接触的两个物体的以及有关 与接触面积无关 3 静摩擦力的大小 静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同决定 其可能的取值范围是 4 摩擦力的方向 摩擦力的方向总是沿着接触面 和物体间或的方向相反 fn 材料 接触面的粗糙程度 0 f fmax 相对运动 相对运动趋势 基础自测 2 下列关于重力的说法正确的是 a 物体只有静止时才受到重力的作用b 重力的方向总是指向地心c 地面上的物体在赤道上受的重力最小d 物体挂在弹簧秤下 弹簧秤的示数一定等于物体的重力 解析 物体受到重力作用与其运动状态无关 故选项a错误 重力的方向总是竖直向下 重力是万有引力的一个分子 而万有引力指向地心 故选项b错误 在赤道上 物体受到的重力等于万有引力与物体随地球自转的向心力之差 而赤道上的向心力最大 所以赤道上的物体受到的重力最小 选项c正确 在弹簧秤和物体都静止或做匀速直线运动时 弹簧秤的示数才等于物体的重力 故选项d错误 答案 c 3 画出下列图中各球或杆静止时受到的弹力 解析 平面与平面接触 弹力方向垂直于平面 平面与曲面接触 弹力方向垂直于平面 也垂直于曲面过接触点的切面 曲面与曲面接触 弹力方向垂直于公切面 点与平面接触 弹力方向垂直于平面 点与曲面接触 弹力方向垂直于曲面过接触点的切面 根据不同接触面上弹力的特点 作图如图所示 答案 见解析 4 关于摩擦力 以下说法中正确的是 a 运动物体可能受到静摩擦力作用 但静止物体不可能受到滑动摩擦力作用b 静止物体可能受到滑动摩擦力作用 但运动物体不可能受到静摩擦力作用c 正压力越大 摩擦力可能越大 也可能不变d 摩擦力方向可能与速度方向在同一直线上 也可能与速度方向不在同一直线上 解析 静摩擦力产生在两个相对静止的物体之间 与物体是否运动无关 滑动摩擦力产生于两个相对运动的物体之间 与物体是否运动无关 a b错误 静摩擦力的大小与正压力的大小无关 一般由平衡条件或牛顿运动定律来求 滑动摩擦力ff fn 随着正压力的增大而增大 c正确 摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势方向相反 与速度方向无关 d正确 答案 cd 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 1 重力与万有引力的关系重力是由地球的吸引力产生的 但重力和万有引力不是同一个力 重力是万有引力的一个分力 另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力 如图所示物体在不同的纬度处随地球自转所需的向心力大小不同 重力也不同 在南 北两极处物体所受的重力最大 大小等于万有引力 在赤道上 物体所受重力最小 g f向 f引 在不考虑地球自转时 可以认为g f引 重力的方向为竖直向下 一般不指向地心 2 重心位置的理解和确定 1 重心是一个物体各部分所受重力作用的等效作用点 2 质量分布均匀的物体 重心的位置只跟物体的形状有关 有规则几何形状均匀物体 它的重心在它的几何中心上 3 质量分布不均匀的物体 重心的位置不仅与物体的形状有关 还跟物体的质量分布有关 4 重心的位置与物体的位置 放置状态及运动状态无关 关于重力的说法 正确的是 a 地球上一切物体都受到地球的吸引作用 物体受到的重力 就是地球对它的吸引力b 重力的大小可以用弹簧测力计测出 物体对弹簧的拉力 或压力 就是物体受到的重力c 物体受到的重力 作用点在物体的重心上d 具有规则几何形状的物体的重心 不一定就在其几何中心 例1 思路指导 重力是地球上的物体受到地球的万有引力产生的 但重力并不是万有引力 物体的重心认为是重力的作用点 重心的位置与物体的形状及质量分布情况有关 解析 地球上的物体受到地球的万有引力 物体的重力是万有引力的一个分力 选项a错误 用弹簧秤可以测量物体的重力 只有物体和弹簧秤都静止或匀速直线运动时 物体对弹簧秤的拉力 或压力 才等于物体的重力 故选项b错误 物体的各部分都受到重力的作用 我们认为重力集中作用在物体的一点 即物体的重心 选项c正确 物体重心与物体的形状和质量分布有关 其重心不一定在物体上 可以在物体的外部 选项d正确 答案 cd 一个被吊着的均匀的球壳 其内部注满了水 在球的底部有一带阀门的细出水口 在打开阀门让水慢慢流出的过程中 球壳与其中的水的共同重心将会 a 一直下降b 一直不变c 先下降后上升d 先上升后下降解析 在注满水时 球壳和水整体的重心在球心 随着水的流出 球壳的重心不变 水的重心下降 二者共同的重心在下降 当水流完时 重心又回到球心 故选项c正确 答案 c 变式训练1 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 此种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 则此弹力不存在 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 看是否能维持原来的力学状态 2 弹力方向的几种情况 如图所示 一小车的表面由一光滑水平面和一光滑斜面连接而成 其上放一球 球与水平面的接触点为a 与斜面的接触点为b 当小车和球一起在水平桌面上做直线运动时 下列结论正确的是 例2 a 球在a b两点处一定都受到支持力b 球在a点处一定受到支持力 在b点处一定不受支持力c 球在a点处一定受到支持力 在b点处不一定受到支持力d 球在a点处不一定受到支持力 在b点处也不一定受到支持力 思路指导 当车和球一起在水平桌面做直线运动 并没有指明是匀速直线运动还是变速直线运动 运动方向如何 若做匀速直线运动 则处于平衡状态 选取隔离体 以小球为研究对象进行受力分析 从而确定a b两点处的弹力情况 若系统做变速直线运动 其运动情况怎样 即加速度方向向左还是向右 对小球进行受力分析确定a b两点处的弹力情况 解析 当小车在水平桌面上做匀速直线运动 球只在a处受到支持力作用 在b处不受支持力作用 若小车向左做匀加速运动或向右做匀减速运动时 小球具有向左的加速度 则小球所受合外力向左 在b点处一定存在支持力 若该支持力的竖直分力等于小球重力时 小球在a点处将不会受到支持力的作用 故球在a b两点处均可能不受支持力的作用 故选项d正确 答案 d 如图所示 在一个正方体的盒子中放有一个质量分布均匀的小球 小球的直径恰好和盒子内表面正方体的边长相等 盒子沿倾角为 的固定斜面滑动 不计一切摩擦 下列说法中正确的是 变式训练2 a 无论盒子沿斜面上滑还是下滑 球都仅对盒子的下底面有压力b 盒子沿斜面下滑时 球对盒子的下底面和右侧面有压力c 盒子沿斜面下滑时 球对盒子的下底面和左侧面有压力d 盒子沿斜面上滑时 球对盒子的下底面和左侧面有压力 解析 以盒子和小球组成的系统为研究对象 无论是下滑的还是上滑 用牛顿第二定律可求得系统的加速度大小为a gsin 方向沿斜面向下 由于盒子和小球始终保持相对静止 所以小球的加速度大小也等于gsin 方向沿斜面向下 小球受到重力沿斜面向下 分力的大小恰好等于小球所受合外力 因此小球不需要左 右侧面提升的弹力 故选项b c d错误 选项a正确 答案 a 如图甲所示 水平轻杆bc的b端固定在竖直墙上 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10kg的物体 acb 30 图乙中轻杆hp一端用铰链固定在竖直墙上 另一端p通过细绳ep拉住 ep与水平方向也成30 轻杆的p点用细绳pq拉住一个质量也为10kg的物体 g取10n kg 求 例3 1 轻绳ac段的张力fac与细绳ep的张力fep之比 2 横梁bc对c端的支持力 3 轻杆hp对p端的支持力 思路指导 解决此类问题要从题干获得重要信息找到突破口 首先甲图轻杆bc的b端固定在墙上 右端固定一滑轮 轻绳跨过滑轮悬挂一重物m1 ac绳的张力fac m1g 以c点为研究对象进行受力分析 则c点处于平衡状态 可知横梁bc对c端的支持力大小等于fac fcd的合力 对乙来说轻杆hp左端用铰链连接在墙上 即说明轻杆hp可以绕h点转动 当处于如图乙所示的平衡状态时 轻杆在p点受到的绳ep和绳pq的作用力的合力一定沿杆轴线向左 杆hp对p点的作用力沿杆水平向右 由p点处于平衡状态 可以求得fep及fhp 解析 图甲和乙中的两个物体m1 m2都处于平衡状态 根据平衡条件可以得到与物体相连的绳的拉力fcd m1g fpq m2g 分别以c点 p点为研究对象 受力分析如图甲 乙所示 答案 1 1 2 2 100n方向与水平方向成30 角斜向右上方 3 173n方向水平向右 如图所示 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10n 变式训练3 c 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 对小球进行受力分析可知小球受到重力 绳的拉力 杆的作用力 如图所示 答案 d 弹簧 橡皮筋类 它们的形变可视为弹性形变 当其发生弹性形变时 产生弹力的大小满足胡克定律 即f kx 式中的k叫做弹簧的劲度系数 单位 n m 跟弹簧的材料 粗细 直径及原长都有关 即跟弹簧本身有关 与外界因素无关 式中x是弹簧的形变量 拉伸或压缩量 并非弹簧的原长或总长 如图所示 质量为m的物体a压在放于地面上的竖直轻弹簧b上 现用细绳跨过定滑轮将物体a与另一轻弹簧c连接 当弹簧c处于水平位置且右端位于a点时 弹簧c刚好没有发生变形 例4 已知弹簧b和弹簧c的劲度系数分别为k1和k2 不计定滑轮 细绳的质量和摩擦 将弹簧c的右端由a点沿水平方向拉到b点时 弹簧b刚好没有变形 求 1 当弹簧c的右端位于a点时 弹簧b的形变量 2 a b两点间的距离 思路指导 明确研究对象 清楚所选取研究对象的受力情况 根据平衡条件 再结合胡克定律求解 解析 1 当弹簧c的右端位于a点时 细绳没有拉力 a物体受力如图1所示 由二力平衡 可知弹簧b弹力f1 mg 设弹簧b的压缩量为 x1 由胡克定律得f1 k1 x1 2 当弹簧c的右端位于b点时 弹簧b没有弹力 此时细绳有拉力 a物体受力如图2所示 由二力平衡 可知绳的拉力t mg则弹簧c弹力f2 t mg设弹簧c伸长量为 x2 由胡克定律得f2 k2 x2 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 变式训练4 答案 bd 1 有关摩擦力方向的判断 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 判断静摩擦力方向的几种方法 假设法利用假设法判断静摩擦力的有无及方向的思维程序如下 状态法 从物体的运动状态反推出必须具备的受力条件 并进一步分析组成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 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 反向 确定另一物体受到的静摩擦力方向 根据摩擦力的效果来判断其方向 摩擦力的效果表现为 平衡其他力 做动力 做阻力 提供向心力等 2 摩擦力大小的计算方法 1 静摩擦力大小的计算根据物体受力及所处的状态 平衡或变速 可分为两种情况 物体处于平衡状态时 静止或匀速运动 利用力的平衡条件来判断其大小 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的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 则根据f合 ma先求合力再求摩擦力 这种与运动状态有关的特点 区别于滑动摩擦力 2 滑动摩擦力大小的计算滑动摩擦力的大小用公式f fn来计算 应用此公式时要注意以下几点 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 与接触面的大小也无关 3 最大静摩擦力的理解最大静摩擦力并不一定是物体实际受到的静摩擦力 物体实际受到的静摩擦力一般小于最大静摩擦力 最大静摩擦力与接触面间的正压力成正比 同等压力和同样接触面条件下 最大静摩擦力稍大于滑动摩擦力 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 如图所示 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 例5 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方向相同 思路指导 明确摩擦力产生的条件 甲图中a b一起做匀速运动 处于平衡状态 以a为研究对象 分析a受力情况 从而判断a是否受到b的摩擦力作用 在乙图中a b一起沿斜面向上做匀速直线运动 以a为研究对象 分析a受到外力 其合力应该为零 从而判断a受到b的摩擦力的情况 解析 对甲图中的a物体为研究对象 a处于平衡状态 受到所有外力的合力为零 a受到重力及b对a的支持力 此二力等大反向 在水平方向a若受到b的摩擦力 a在水平方向上只受一个外力 与a处于平衡状态的力学特征不相符 故a不受b的摩擦力 故选项a b错误 对乙图中的a物体为研究对象 a物体受到重力 b的支持力 这两个的合力不可能为零 故a物体受到沿接触面方向的静摩擦力 其方向沿斜面向上 与f的方向相同 故选项c错误 选项d正确 答案 d 如图所示 重为g的木棒 可绕光滑轴o自由转动 现将棒搁在表面粗糙的小车上 小车原来静止 如果用水平力f拉动小车 则棒受到的摩擦力方向 a 向右b 向左c 等于零d 都有可能 变式训练5 解析 当小车受拉力f向右运动时 棒相对小车向左运动 故棒受到摩擦力水平向右 选项a正确 答案 a 把重为g的物体用一水平力f压在竖直的足够高的平整墙壁上 f随时间t变化的图象如图所示 则从t 0时刻开始 物体所受的摩擦力f 随时间t变化的图象是下图中的哪一个 例6 思路指导 由题意可知物体对竖直墙壁的压力fn kt 当最初阶段物体在竖直方向向下做加速运动 物体和墙之间存在滑动摩擦力 由f fn决定摩擦力大小 但由于物体受到外力的变化 物体由向下加速运动转化为向下减速运动 当物体速度减小到零 物体和墙壁之间为静摩擦力 解析 在f从0逐渐增大的过程中 物体受到的滑动摩擦力f fn也逐渐增大 物体沿竖直墙壁下滑的加速度逐渐减小 但物体的速度逐渐增大 当f g时 物体的速度达到最大 其加速度等于0 然后随f的增大 f g 物体做加速度增大的减速运动 当速度减小到0时 滑动摩擦力变为静摩擦力 此后随f的增大 静摩擦力大小等于g保持不变 故选项c正确 答案 c 一木块放在水平桌面上 在水平方向共受到三个力即f1 f2和摩擦力的作用 木块处于静止状态 如图所示 其中f1 10n f2 2n 若撤去f1 则木块受到的摩擦力为 a 10n 方向向左b 6n 方向向右c 2n 方向向右d 0 变式训练6 解析 当物体受到f1 f2和摩擦力的作用而处于平衡状态时 由平衡条件可知物体受到摩擦力大小为8n 则可知最大静摩擦力fmax 8n 当撤去f1后 f1 2n fmax 物体仍处于平衡状态 由平衡条件可知 物体受到的摩擦力的大小和方向发生突变 与f2等大反向 故选项c正确 答案 c 1 受力分析的方法 1 整体法 将加速度相同的几个相互关联的物体 作为一个整体进行分析的方法 研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度 在受力分析时不考虑系统内各物体之间的相互作用力 2 隔离法 将研究对象从周围的物体中分离出来的方法 此种方法主要应用在研究系统内部各物体之间的相互作用力时 一般情况下隔离受力较少的物体 2 受力分析的基本步骤受力分析是解决问题的开始 是分析物理问题的工具 受力分析常按下列步骤进行 1 明确研究对象 可以是一个点 一个物体或一个系统 2 按顺序分析力 一 重力 二 弹力 三 摩擦力 四 其他 3 画好受力示意图后 仔细检查 防止多力或少力 如图所示 物体a靠在竖直墙面上 在力f作用下 a b保持静止 物体a的受力个数为 a 2b 3c 4d 5 例7 思路指导 依据受力分析的一般步骤先确定研究对象 若以a为研究对象分析a物体受到的作用力 在分析过程中会出现a与墙壁之间是否存在弹力和摩擦力问题 而这一些问题在以a为研究对象分析受力时不能解决 故首先以a b整体为研究对象 根据a b整体的平衡状态可知竖直墙壁对a没有弹力 从而a与墙壁之间也没有摩擦力 然后再以a为研究对象 确定a物体受到几个外力作用 解析 先把a b作为一个整体分析 a b之间的作用力为系统的内力 a b整体受到重力和力f的作用处于平衡状态 由此可知竖直墙壁对a没有弹力和摩擦力 以a为研究对象受力分析可知 a受到重力 b对a垂直接触面斜向上的弹力和沿斜面向上的静摩擦力 故选项b正确 答案