高三物理一轮复习 第2章 第1讲 重力 弹力 摩擦力课件.ppt

浙江专用物理 第1讲重力弹力摩擦力 一 力重力1 力是物体与物体之间的 相互作用 力的作用效果是改变物体的运动状态和使物体发生形变 2 力的三要素 大小 方向 作用点 3 重力 1 产生 由于地球对物体的吸引而使物体受到的力 2 大小 mg 3 g的变化 重力加速度g随纬度的增大而 增大 随高度的增大而 减小 4 方向 竖直向下 5 重心 其位置与物体的 质量分布和形状有关 4 辨析 1 只有接触的物体间才会有力的作用 2 物体的重心一定在物体上 3 球的重心在球心 4 重力的方向竖直向下 不一定与接触面垂直 二 弹力1 定义 直接接触的物体间由于发生 弹性形变而产生的力 2 产生条件 直接接触和 弹性形变 3 方向 与物体形变的方向 相反 如绳子拉力方向总是沿着绳且指向 绳收缩的方向 压力或支持力的方向总是垂直于支持面且指向 被压或被支持的物体 4 大小 1 一般情况下根据物体运动状态 利用平衡条件或牛顿运动定律来求解 2 弹簧弹力可由胡克定律来求解 公式为f kx 其中k是指由弹簧本身特性决定的物理量 叫劲度系数 其大小与弹簧的粗细 长度 材料 匝数等因素有关 5 辨析 1 物体所受弹力方向与自身形变的方向相反 2 绳 杆的弹力方向一定沿绳 杆 3 有接触面的弹力方向一定垂直于接触面并指向受力物体 三 摩擦力1 产生 相互接触且发生形变的粗糙物体间 有相对运动或相对运动趋势时 在接触面上所受到的 阻碍相对运动或相对运动趋势的力 2 两种摩擦力的比较 3 辨析 1 有摩擦力一定有弹力 2 滑动摩擦力的方向一定与物体运动方向相反 3 滑动摩擦力一定是阻力 4 静止的物体不可能受到滑动摩擦力 5 用手握紧装满酒的瓶子静止提在空中 手握瓶子的力越大 瓶子受到的摩擦力越大 6 摩擦力的方向可能与运动方向垂直 1 以下说法正确的是 a 自由下落的物体所受重力为零b 物体所受重力的方向总是垂直水平面向下c 悬挂在竖直绳子上的静止物体 对绳的拉力就是其重力d 把物体由赤道移到北极 若用天平称量 则示数在两地相同 若用弹簧测力计称量 则示数在北极略微增大答案bd物体在任何情况下都受重力 做自由落体运动时物体处于完全失重状态 但重力未变 a错 重力的方向总是竖直向下 即垂直水平面向下 b对 悬挂在竖直绳子上静止的物体对绳子拉力的大小等于重力 但不是重力 二者不是一个力 c错 天平所称量的是物体的质量 所以示数不变化 而弹簧测力计量的是物体的重力 它随物体的地理位置不同而变化 在北极更大 d对 2 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答案cd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 均错 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对 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对 3 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f 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 3 答案d对球进行受力分析可得 ab杆对球的作用力与绳的拉力的合力与球重力等值反向 令ab杆对球的作用力与水平方向夹角为 可得 tan 53 f 12 5n d正确 4 如图所示 平放在水平桌面上的弹簧测力计的两端同时受到水平力f1与f2的作用而保持静止状态 对于弹簧测力计的示数 下列说法正确的是 a 若f1 f2 弹簧测力计的示数为f1 f2b 若f1 f2 弹簧测力计的示数为f2 f1c 无论f1与f2大小如何 弹簧测力计的示数均为f1d 无论f1与f2大小如何 弹簧测力计的示数均为f2答案c弹簧测力计的示数为作用在弹簧上使弹簧发生形变的力的大小 故无论f1 f2的大小如何 其示数均为挂钩处受到的拉力大小 选项c正确 5 如图所示 在水平桌面上有一向右运动的物体 其质量为20kg 与桌面间的动摩擦因数 0 1 物体在运动过程中 还受到一个方向水平向左的大小为10n的拉力作用 则物体受到的滑动摩擦力为 g 10m s2 a 10n 水平向右b 10n 水平向左c 20n 水平向右d 20n 水平向左答案d题中物体与水平面间的摩擦力是滑动摩擦力 其方向与相对运动方向相反 即水平向左 大小可根据ff fn mg求解 代入数据得ff 20n d正确 重难一弹力有无及方向的判断方法1 弹力有无的判断方法 2 弹力的方向的判断方法 1 弹力的方向与物体形变的方向相反 作用在迫使物体发生形变的那个物体上 具体情况有以下几种 2 由物体的运动状态判断弹力的方向物体的受力必须与物体的运动状态相符合 可根据物体的运动状态 先假设一个弹力的方向 由共点力的平衡条件或牛顿第二定律列方程 求出弹力 若所得结果为正值 其方向与假设方向相同 如果为负值 其方向与假设方向相反 典例1如图所示 已知小球静止 斜面光滑 甲中的细线竖直 乙中的细线倾斜 试判断图中小球所受弹力的方向 图中若去掉斜面体 则小球不会在原位置静止 答案甲图中小球受细线竖直向上的拉力 乙图中小球受细线斜向上 沿线方向 的拉力和斜面对其垂直于斜面向上的弹力 解析小球除受重力外 还受其他力的作用 甲 乙两图中均可采用 假设法 分析 在两图中 若去掉细线 则小球将下滑 故两细线中均有沿线方向的拉力 在甲图中若去掉斜面体 小球仍能在原位置保持静止状态 在乙 1 1物体a静止 画出a物体所受弹力的示意图 答案见解析解析在a图中 斜面对球体没有弹力的作用 否则球不能保持静止 故球只受重力和地面的支持力作用 在b图中 杆与凹槽的接触点都有弹力的作用 在c图中 球与支架的接触点对球有支持力的作用 三图中的a物体受到的弹力示意图如图所示 1 2如图所示 小车上固定着一根弯成 角的轻杆 杆的另一端固定一个质量为m的小球 试分析下列情况下杆对小球的弹力大小和方向 小车静止 小车以加速度a水平向右运动 答案 fn mg方向竖直向上 fn m方向与竖直方向的夹角 满足tan 且斜向右上方解析 当小车静止时 小球处于平衡状态 g与fn必为一对平衡力 即大小相等 方向相反 故弹力fn的大小等于mg 方向竖直向上 如图甲所示 当小车水平向右运动时 设弹力方向与竖直方向夹角为 如图乙所示 根据牛顿第二定律有 fn sin ma fn cos mg解得fn m tan 可见 弹力fn 的大小为m 方向与竖直方向的夹角 满足tan 且斜向右上方 重难二弹力大小的计算对于弹力大小的计算可以分为两类 1 对于弹簧可以利用胡克定律f kx求解 有时也可变形为 f k x求解 2 对于非弹簧类则只能根据运动状态进行受力分析求解 若处于平衡状态 物体所受弹力大小根据平衡条件计算 若有加速度 物体所受弹力大小根据牛顿第二定律计算 典例2如图所示 质量均为m的物体a b通过一劲度系数为k的轻质弹簧相连 开始时b放在地面上 a b都处于静止状态 现通过细绳将a加速向上 拉起 当b刚要离开地面时 a上升距离为l 假设弹簧一直在弹性限度范围内 则 a l b l c l 解析对于初态 以a为研究对象进行受力分析可判断弹簧处于压缩状态 设压缩量为x1 则kx1 mg 可求得x1 对于末态 b刚要离开地面时 以b为研究对象进行受力分析可判断弹簧处于伸长状态 设伸长量为x2 则kx2 mg 可得x2 a上升的距离就是弹簧变长的长度 则l x1 x2 b正确 答案b 2 1如图所示 长为5m的细绳的两端分别系于竖立在地面上的相距为4m的两杆的顶端a b 绳上挂一个光滑的轻质挂钩 其下连着一个重为12n的物体 平衡时绳中的张力t为多大 当a点向上移动少许 重新平衡后 绳与水平面夹角 绳中张力如何变化 答案10n夹角不变 绳中张力为10n 也保持不变解析设重物平衡时悬点为o 延长ao交左杆于c点 从c点向右杆作垂线cd交右杆于d点 如图所示 由于挂钩光滑 所以挂钩两侧绳ao段与bo段的拉力必然相等 与竖直线的夹角也相等 因而ob oc 故ac 5m 设 a 则sin 4 5 取o点为研究对象 将重物对o点的拉力沿ao bo延长线分解为ta tb 即有ta tb t 由图和平衡条件可得2tcos mg 解得t 10n 同样分析可知 当a点向上移动少许 重新平衡后 绳与水平面夹角及绳中张力均保持不变 2 2如图所示 重为g的质点m与三根相同的螺旋形轻弹簧相连 静止时 相邻两弹簧的夹角均为120 已知弹簧a b对质点的作用力均为2g 则弹簧c对质点的作用力可能为 a 2gb gc 0d 3g 答案bd解析假如下面两弹簧是伸长的 则弹簧c的拉力为3g 如果下面两弹簧是压缩的 则两根弹簧a b对质点的作用力的合力为竖直向上 大小为2g 则弹簧c对质点的作用力为g 方向向下 重难三静摩擦力的有无及方向的判定方法1 假设法先假定没有静摩擦力 看相对静止的物体间能否发生相对运动 若能 则有静摩擦力 方向与假定的相对运动方向相反 若不能 则没有静摩擦力 2 运动状态分析法根据物体的运动状态利用平衡条件或牛顿第二定律判断 此方法关键是先确定物体的运动状态 静止或加速 再利用平衡条件或牛顿第二定律列式计算 确定静摩擦力存在与否及静摩擦力的方向 如图中汽车启动时 放在车厢中的物体 只有受到车厢向前的静摩擦力作用才产生加速度 3 反作用法利用牛顿第三定律 作用力与反作用力的关系 来判断 先确定受力较少的物体是否受到静摩擦力或受到的静摩擦力的方向 再确定另一物体是否受到静摩擦力或受到的静摩擦力的方向 a ff1 0 ff2 0 ff3 0b ff1 0 ff2 f ff3 0c ff1 f ff2 0 ff3 0d ff1 0 ff2 f ff3 f 典例3如图所示 两个等大的水平力f分别作用在物体b和c上 物体a b c都处于静止状态 各接触面与水平地面平行 物体a c间的摩擦力大小为ff1 物体b c间的摩擦力大小为ff2 物体c与地面间的摩擦力大小为ff3 则 解析首先从整体的角度考虑 由于是两个等大 反向的力分别作用在a b c组成的系统上 所以物体c与地面间的摩擦力大小ff3 0 其次分析物体a的受力情况 a物体静止于物体c上 所以物体a c间的摩擦力大小ff1也为零 最后分析物体b的受力情况 显而易见 物体b c间的摩擦力大小ff2 f b正确 答案b 3 1如图 光滑斜面固定于水平面 滑块a b叠放后一起冲上斜面 且始终保持相对静止 a上表面水平 则在斜面上运动时 b受力的示意图为 解析以a b为整体 a b整体沿斜面向下的加速度a可沿水平方向和竖直方向分解为加速度a 和a 如图所示 以b为研究对象 b滑块必定受到水平向左的力来产生加速度a 因此b受到三个力的作用 即 重力 a对b的支持力 a对b的水平向左的静摩擦力 故只有选项a正确 答案a 3 2如图所示 在大型车站 广场和商场通常都安装了智能化的自动扶梯 所谓 智能化 就是自动扶梯在没有乘客乘行时 以较小的速度匀速运行 当有乘客乘行时自动扶梯经过先加速再匀速两个阶段运行 从而达到节约能源的目的 试分析自动扶梯在运送乘客的过程中 a 乘客始终受摩擦力作用b 乘客经历先超重再失重 c 乘客对扶梯的作用力先斜向下 再竖直向下d 扶梯对乘客的作用力始终竖直向上 答案c解析匀速时乘客不受摩擦力作用 a错误 当扶梯先加速再匀速时 加速上行阶段乘客处于超重状态 匀速时处于平衡状态 b错误 乘客加速时受到扶梯对他的摩擦力和支持力作用 可知此时扶梯对乘客的作用力先斜向上 由牛顿第三定律可得乘客对扶梯的作用力先斜向下 c正确 d错误 重难四摩擦力的分析 计算 对于摩擦力 首先要弄清求的是静摩擦力还是滑动摩擦力 其次 对于静摩擦力 一般根据力与运动的关系列方程求解 对于滑动摩擦力 紧扣公式ff fn求解 无需考虑物体是什么运动状态 另外 其方向一定与物体间的相对运动方向相反 摩擦力ff随角度 的变化图像可能正确的是下图中的 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 典例4长直木板的上表面的一端放有一铁块 木板由水平位置缓慢向上转动 即木板与水平面的夹角 变大 另一端不动 如图所示 则铁块受到的 解析设木板与水平面间的夹角增大到 时 铁块开始滑动 显然当 时 铁块与木板相对静止 由力的平衡条件可知 铁块受到的静摩擦力的大小为ff mgsin 当 时铁块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力 设动摩擦因数为 由滑动摩擦力公式得 铁块受到的滑动摩擦力为ff mgcos 通过上述分析知道 当 时 静摩擦力随 角增大按正弦规律增大 当 时 滑动摩擦力随 角增大按余弦规律减小 所以正确选项为c 答案c 4 1把一个重为g的物体 用一个水平推力f kt k为恒量 t为时间 压在竖直的足够高的平整墙上 如图所示 从t 0开始物体所受的摩擦力ff随时间t的变化关系是 答案b解析开始时物体下滑 故摩擦力ff f kt t 当ff g时 物体下滑的速度最大 以后减速下滑 滑动摩擦力大于重力g 当速度减为零后物体静 止不动 此后物体受到的是静摩擦力 由平衡条件可知 ff g 由以上分析可知 b正确 4 2如图所示 质量分别为m和m的两物体p和q叠放在倾角为 的斜面上 p q间的动摩擦因数为 1 q与斜面间的动摩擦因数为 2 2 1 当它们从静止开始沿斜面加速下滑时 两物体始终保持相对静止 则物体p受到的摩擦力大小为多少 答案 2mgcos 解析先取p q为一整体 受力分析如图所示 由牛顿第二定律得 m m gsin ffq m m a ffq 2fnfn m m gcos 以上三式联立可得a gsin 2gcos 再隔离p物体 设p受到的静摩擦力为ffp 方向沿斜面向上 对p再应用牛顿第二定律得 mgsin ffp ma可得出ffp 2mgcos 假设法解决弹力和摩擦力问题假设法就是以客观事实为基础 对物理量 物理条件 物理状态或物理过程等合理地进行假设 然后根据物理概念和规律进行分析 推理和计算 从而使问题迎刃而解 这里重点学习用假设法解决弹力和摩擦力问题 典例1如图所示 一人站在小车的水平台面上 用水平力拉绕过定滑轮的细绳 使人和车以相同的加速度向右运动 水平地面光滑 则下列说法中正确的是 a 若人的质量大于车的质量 则车对人的摩擦力方向向右 b 若人的质量小于车的质量 则车对人的摩擦力方向向右c 若人的质量等于车的质量 则车对人的摩擦力为零d 不管人 车的质量关系如何 车对人的摩擦力都为零 解析设人的质量为m 车的质量为m 绳子拉力为t 人和车的加速度为a 以人和车整体为研究对象列方程 2t m m a 人和车之间是静摩擦力 不知道方向 可以先设车对人的静摩擦力方向水平向右 大小为f 则以人为研究对象可列方程f t ma 解方程 可得f t