高考物理一轮复习 第2章 相互作用 第1讲 重力 弹力 摩擦力课件 新人教版.ppt

相互作用 第二章 考试说明 第1讲重力弹力摩擦力 知识梳理自测 1 按力的性质分可分为 分子力 核力等 2 按力的作用效果分可分为 动力 阻力 回复力等 力的分类 万有引力 包含重力 弹力 摩擦力 电磁力 压力 支持力 向心力 3 按作用方式分可分为 和 万有引力 电磁力等均属于场力 弹力 摩擦力等均属于接触力 4 按研究对象分可分为 和 场力 接触力 外力 内力 重力 地球 万有引力 g mg 弹簧秤 竖直向下 水平面 一点 形状 质量分布 悬挂法 1 产生条件 1 两物体 2 发生 两者缺一不可 并且弹力和形变同时 同时 2 弹力的方向 1 轻绳和细线的拉力 指向它们收缩趋势的方向 2 点与平面 平面与平面接触处的弹力 若是曲面则垂直于接触处的公切面 指向 的物体 3 弹簧的弹力方向 总是沿 指向恢复原长的方向 弹力 接触 弹性形变 产生 消失 沿绳和线 垂直于平面 被压或被支持 中心轴线 3 弹力的大小 1 弹力在弹性限度内弹力的大小遵循胡克定律 f 式中k为劲度系数 其大小由弹簧本身的 决定 即 材料 匝数 粗细 x为 并非原长或总长 2 一般情况下 应根据物体的运动状态 利用 或 来计算 kx 因素 形变量 平衡条件 牛顿第二定律 思考1 试分析图中半圆柱上a b c三点所受的弹力方向 答案 半圆柱上a点弹力方向竖直向上 b点弹力方向水平向左 c点弹力方向指向o点 思考2 如图所示 一重为10n的球固定在支撑杆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杆对球的作用力方向及大小为多少 由此说明杆弹力的方向有什么特点 答案 ab杆对球的作用力与水平方向夹角为53 大小为12 5n 说明杆弹力的方向不一定沿杆 这是与绳力相区别的地方 1 产生两个相互接触的物体发生 时产生的摩擦力 2 作用效果总是起着阻碍物体间 的作用 3 产生条件 1 相互接触且 2 有 运动 3 4 大小滑动摩擦力大小与 成正比 即 ff 5 方向跟接触面相切 并跟物体 相反 滑动摩擦力 相对运动 相对运动 挤压 相对 接触面粗糙 压力 fn 相对运动方向 1 产生两个相互接触的物体 有 时产生的摩擦力 2 作用效果总是起着阻碍物体间 的作用 3 产生条件 1 相互接触且 2 有 3 静摩擦力 相对运动趋势 相对运动趋势 挤压 相对运动趋势 接触面粗糙 4 大小随外力的变化而变化 即 只与外力有关而与正压力无关 计算时只能根据物体所处的状态 平衡或加速 由平衡条件或牛顿运动定律求解 5 方向总是与物体的 方向相反 6 最大静摩擦力静摩擦力的最大值与接触面的压力成 还与接触面的粗糙程度有关系 在实际问题中最大静摩擦力 于滑动摩擦力 但在一般计算时 若无特别说明 认为二者 相对运动趋势 正比 大 相等 思考 用弹簧测力计测定木块a和木块b间的动摩擦因数 有如图甲 乙两种装置 1 为了用弹簧测力计的读数表示滑动摩擦力的大小 两种情况中木块a是否都一定要做匀速直线运动 2 若木块a均做匀速直线运动 图甲中a b间摩擦力是否等于拉力fa 答案 1 否 甲图中的木块a只要运动就行 乙图中木块要做匀速运动 2 小于拉力fa 思维诊断 1 重力就是地球对物体的吸引力 2 物体的重心一定在物体上 3 物体所受弹力的方向与其形变方向相同 4 绳对物体的拉力方向总是竖直向上 5 杆的弹力不一定沿杆 6 摩擦力的方向一定与物体运动方向相反 7 静摩擦力一定是阻力 滑动摩擦力不一定是阻力 8 运动的物体不可能受到静摩擦力的作用 9 正压力越大 摩擦力可能越大 也可能不变 10 动摩擦因数与接触面积有关 相同材料的两物体接触面积越大 动摩擦因数越大 d 解析 质量分布均匀且形状规则的物体的重心一定在物体的几何中心上 a错误 劲度系数越大的弹簧 在形变量相同时产生的弹力越大 b错误 动摩擦因数由两个物体接触面的粗糙程度决定 与物体之间的压力和滑动摩擦力大小无关 c错误 静摩擦力的大小与物体之间的正压力没有正比关系 只与物体所受外力大小有关 d正确 cd c 解析 摩擦力的大小只和压力及动摩擦因数有关 和接触面积没有关系 把两本书一页一页地交叉对插后 每页间的摩擦因数没有改变 但每页间都有压力作用 拉开两本书的力等于一本书的每页受的摩擦力的和 相当于增加了摩擦力的个数 因此选c b 解析 圆盘受外部大气的压力而紧压在墙上 则墙对圆盘产生弹力 两力大小相等 为平衡力 挂上重物后 由于物体有向下运动的趋势 则圆盘与墙面间产生静摩擦力 只要所挂重物的重力不超过最大静摩擦力 圆盘即会平衡 所以b正确 核心考点突破 1 弹力有无的判断 弹力的分析与计算 2 弹力方向的判断 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 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 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 a 解题导思 1 请分析盒子与小球上滑和下滑时整体的受力情况和运动情况 2 以小球为研究对象 根据其运动情况分析小球的受力情况 答案 1 盒子和小球整体上滑和下滑时只受重力和斜面的支持力作用 做匀变速直线运动 其加速度均为gsin 2 盒子上滑和下滑时 小球的运动情况与整体的运动情况相同 其加速度也为gsin 小球重力沿斜面向下的分力大小恰好产生加速度 故小球只受重力和盒子底面的支持力 易错提醒 1 弹力产生在直接接触的物体之间 但直接接触的物体之间不一定存在弹力 2 小球与盒子的四个内表面都直接接触 不要误认为盒子上滑会受到左侧面的压力 盒子下滑会受到右侧面的压力 实际上是否存在左 右侧面的压力 与运动方向无关 而与运动状态有关 解析 先以盒子和小球组成的系统为研究对象 无论上滑还是下滑 用牛顿第二定律均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是a gsin 方向沿斜面向下 小球重力沿斜面向下的分力大小恰好等于所需的合外力 因此不需要左 右侧面提供弹力 故a正确 答案 c 解析 若盒子沿斜面下滑 可得盒子与小球组成的系统加速度agsin 方向沿斜面向下 再对小球受力分析 由牛顿第二定律可知球对盒子的下底面和右侧面有压力 d错误 方法总结 弹力方向的判定技巧1 弹力方向 2 技巧点拨利用替代法判断轻杆提供的是拉力还是支持力 轻绳和有固定转轴轻杆的相同点是弹力的方向是沿绳和沿杆的 但轻绳只能提供拉力 轻杆既可以提供拉力也可以提供支持力 a s1在上 a在上b s1在上 b在上c s2在上 a在上d s2在上 b在上 解析 上面的弹簧受到的拉力为两个物块的重力之和 劲度系数较小时形变量较大 故上面应是s2 下面的弹簧的形变量由下面的物块的重力决定 为了让形变量最大 应把重的放在下面 即将a物块放在下面 d正确 类题演练1 d 高中阶段 只学习静摩擦力和滑动摩擦力 其中的静摩擦力方向是难以判断的 静摩擦力方向的判断可用以下三种方法 1 假设法利用假设法判断的思维程序如下 摩擦力的有无及方向判断 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 b 解题导思 1 麻袋包随传送带匀速运动时 麻袋包处于平衡状态 麻袋包的受力情况是重力 垂直斜面向上的支持力和沿斜面向上的静摩擦力 2 麻袋包随传送带减速运动时 麻袋包相对传送带的运动趋势与传送带的加速度大小存在什么关系 答案 当传送带的加速度等于gsin 时 麻袋包相对传送带无运动趋势 不受摩擦力作用 当传送带的加速度大于gsin 时 麻袋包相对传送带有向上的运动趋势 受沿传送带向下的摩擦力作用 当传送带的加速度小于gsin 时 麻袋包相对传送带有向下的运动趋势 受沿传送带向上的摩擦力作用 解析 传送带匀速运动时 麻袋包受力平衡 麻袋包除受重力 垂直斜面向上的支持力外 还要受沿斜面向上的静摩擦力的作用 a错误 b正确 传送带向上减速运动时 麻袋包的加速度沿斜面向下 受到的摩擦力可能沿传送带向上 沿传送带向下或为零 c d错误 规律总结 判断摩擦力方向时应注意的两个问题 1 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 2 分析摩擦力方向时 要注意静摩擦力方向的 可变性 和滑动摩擦力的 相对性 类题演练2 b 解析 人用力f向右推木箱 对木箱进行受力分析 受推力 重力 支持力 滑动摩擦力 根据平衡条件 木箱受到的滑动摩擦力方向水平向左 与推力平衡 人用力f向右推木箱 对木箱的作用力方向水平向右 根据牛顿第三定律可知 木箱对人的作用力的方向水平向左 人若要平衡 则人受到的木板的摩擦力的方向水平向右 但人的脚相对木板是静止的 故人受到的是静摩擦力 故a错误 b正确 将三者作为整体受力分析 受重力和支持力 不受摩擦力 否则不平衡 故地面对木板没有摩擦力 故c d错误 类题演练3 a 解析 对a b整体受力分析 受到重力 m m g 支持力n和已知的两个推力 地面对整体可能有静摩擦力 根据平衡条件有n m m g 故a正确 对整体 水平方向可能有摩擦力 故f1 f2不一定等大反向 故b错误 对物体a受力分析 受重力mg 已知的推力f1 斜劈b对a的支持力n 和摩擦力f 当推力f1沿斜面向上的分力大于重力沿斜面向下的分力时 摩擦力的方向沿斜面向下 如下图所示 当推力f1沿斜面的分力小于重力沿斜面的分力时 摩擦力的方向沿斜面向上 如下图所示 当推力f1沿斜面的分力等于重力沿斜面的分力时 摩擦力为零 如下图所示 即物体a b间不一定有摩擦力 故c错误 对整体 当f1 f2时 斜劈b不受静摩擦力 故d错误 1 滑动摩擦力的计算方法可用公式ff fn计算 注意对物体间相互挤压的弹力fn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 或者利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解 摩擦力大小的计算 2 静摩擦力的计算方法 1 最大静摩擦力fmax的计算 最大静摩擦力fmax只在刚好要发生相对滑动这一特定状态下才表现出来 比滑动摩擦力稍大些 通常认为二者相等 即fmax fn 2 一般静摩擦力的计算 一般静摩擦力f的大小和方向都与产生相对运动趋势的力密切相关 跟接触面间相互挤压的弹力fn无直接关系 因此f具有大小 方向的可变性 对具体问题要结合研究对象的运动状态 静止 匀速运动或加速运动 利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解 c 解题导思 1 木板的倾角为30 时 物块受到的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力 如何计算其大小 2 木板的倾角为45 时 物块受到的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力 如何计算其大小 答案 1 静摩擦力 用平衡条件计算其大小 2 滑动摩擦力 用滑动摩擦力的公式计算其大小 规律总结 在计算摩擦力大小之前 必须分析物体的运动情况 判断是滑动摩擦力还是静摩擦力 若是滑动摩擦力 可用ff fn来计算 若是静摩擦力 则不能用ff fn计算 只能根据平衡条件或牛顿第二定律求解 摩擦力发生突变的原因具有多样性 可能是物体的受力情况发生了变化 可能是物体的运动状态发生了变化 也可能是物体间的相对运动形式发生了变化 因此要全面分析物体的受力情况和运动状态 抓住摩擦力突变的原因 才能正确地处理此类问题 1 静摩擦力突变为滑动摩擦力静摩擦力达到最大值的状态是物体恰好保持相对静止的临界状态 摩擦力的突变问题 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 变为零或变为静摩擦力 3 由一个静摩擦力突变为另一个静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趋势 相对运动趋势取决于主动力 若主动力发生突变而物体仍然处于相对静止状态 则其静摩擦力将由一个静摩擦力突变为另一个静摩擦力 bd a 2 5s前小车做变加速运动b 2 5s后小车做变加速运动 假设细沙仍在加注中 c 2 5s前小车所受摩擦力不变d 2 5s后小车所受摩擦力不变审题图示 解析 由题图f t图象可知 2 5s后力传感器示数为定值 说明2 5s后小车开始运动 滑块与小车间为滑动摩擦力 2 5s前 小车一直静止 滑块与小车间为静摩擦力 大小等于沙桶与细沙重力之和 故bd正确 题后反思 由相对运动情况判断 静 动 突变问题 1 解答本题时 不注意传感器采集的数据反映滑块与小车之间的摩擦力随时间的变化特征 即在0 2 5s滑块与小车之间是静摩擦力 在2 5s之后是滑动摩擦力 2 审题不仔细 误认为在2 5s后不再倒入细沙 小车做匀加速直线运动 类题演练4 c 解析 当木块受f1 f2及摩擦力的作用而处于平衡状态时 由平衡条件可知木块所受的摩擦力的大小为8n 可知静摩擦力fmax 8n 当撤去力f1后 f2 2n fmax 木块仍处于静止状态 由平衡条件可知木块所受的静摩擦力大小和方向发生突变 且与作用在木块上的f2等大反向 c正确 类题演练5 b 解析 由f kt知 t比较小时 f比较小 物体受的摩擦力小于重力g 物体向下做加速运动 为动摩擦力 由ff fn f kt a错误 当ff g时 物体速度达到最大 随着f继续增大 ff也变大 ff g 物体向下做减速运动 ff kt 某时刻 物体减速至零 以后静止 物体受的摩擦力突变为静摩擦力 ff kt ff g 故只有b项正确 类题演练6 d 解析 开始阶段 小木块受到竖直向下的重力和沿传送带向下的摩擦力作用 做加速度为a1的匀加速直线运动 由牛顿第二定律得 mgsin mgcos ma1 所以a1 gsin gcos 小木块加速至与传送带速度相等时 由于 tan 则小木块不会与传送带保持相对静止而匀速运动 之后小木块继续加速 所受滑动摩擦力变为沿传送带向上 做加速度为a2的匀加速直线运动 这一阶段由牛顿第二定律得 mgsin mgcos ma2 所以 a2 gsin gcos 根据以上分析 有a2 a1 所以 本题正确答案为d 阶段培优微专题 动杆 和 定杆 活结 和 死结 问题轻杆模型是物体间连接的一种典型方式 中学物理一般讨论杆与墙 铰链不固定 动杆 和插入或固定 定杆 两种连接方式 动杆 多是 二力杆 轻杆两端所受弹力方向一定沿着杆的方向 定杆 固定不能转动 轻杆两端所受弹力方向不一定沿着杆的方向 活结 即一根绳经过滑轮或光滑挂钩而改变方向 一根绳上的张力大小处处相等 死结 是几根不同的绳结在一起 结点连接的是不同的多根绳 张力可以是不同的 1 动杆 和 定杆 问题杆所受到的弹力方向可以沿着杆 也可以不沿杆 因此在分析问题时 要注意是动杆还是定杆 1 若轻杆用转轴或铰链连接 当杆处于平衡状态时 杆所受到的弹力方向一定沿着杆 否则会引起杆的转动 如图甲所示 若c为转轴 则轻杆在缓慢转动中 弹力方向始终沿杆的方向 2 若轻杆被固定不发生转动 则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向 如图乙所示 水平横梁的一端a插在墙壁内 另一端装有一个小滑轮b 一轻绳的一端c固定于墙壁上 另一端跨过滑轮后悬挂一质量m 10kg的重物 cba 30 滑轮受到绳子的作用力应为图中两段绳中拉力f1和f2的合力 如图丙所示 因为同一根绳子张力大小处处相等 都等于重物的重力 即f1 f2 g mg 100n 用平行四边形定则作图 可知合力f 100n 故滑轮受绳的作用力为100n