创新设计高考物理大一轮复习 第二章 相互作用 基础课1 重力 弹力 摩擦力课件 新人教版.ppt

高考导航 基础课1重力弹力摩擦力 知识点一 重力1 产生 由于 的吸引而使物体受到的力 2 大小 与物体的质量成 即g 可用 测量重力 3 方向 总是 的 4 重心 其位置与物体的 分布和 有关 5 重心位置的确定质量分布均匀的规则物体 重心在其 对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板 重心可用 确定 地球 正比 mg 弹簧测 力计 竖直向下 质量 形状 几何中心 悬挂法 知识点二 形变 弹性 胡克定律1 形变物体在力的作用下形状或体积的变化叫形变 2 弹性 1 弹性形变 有些物体在形变后撤去作用力能够 的形变 2 弹性限度 当形变超过一定限度时 撤去作用力后 物体不能完全恢复原来的 这个限度叫弹性限度 恢复原 状 形状 3 弹力 1 定义 发生弹性形变的物体 由于要 对与它接触的物体会产生力的作用 这种力叫做弹力 2 产生条件 物体相互 且发生 3 方向 弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向 恢复原状 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f跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成 2 表达式 f k是弹簧的 单位为n m k的大小由弹簧 决定 x是 但不是弹簧形变以后的长度 弹性形变 正比 劲度系数 自身性质 形变量 kx 知识点三 滑动摩擦力 动摩擦因数 静摩擦力1 静摩擦力与滑动摩擦力对比 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 f fmax 有关 相反 相反 相对运动 趋势 相对运动 相对运动 粗糙程度 思考判断 1 重力的方向总是指向地心 2 重心就是物体所受重力的等效作用点 但重心不一定在物体上 3 物体挂在弹簧秤下 弹簧秤的示数一定等于物体的重力 4 静止在水平面上的物体受到向上的弹力是因为物体发生了形变 5 相互接触的物体间不一定有弹力 6 f kx中 x 表示弹簧的长度 7 滑动摩擦力的方向一定与物体运动方向相反 8 接触处有摩擦力作用时一定有弹力作用 反之有弹力作用时 也一定有摩擦力作用 9 接触处的摩擦力方向一定与弹力方向垂直 10 两物体接触处的弹力增大时 接触面间的摩擦力大小一定增大 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 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 2 弹力方向的判断方法 1 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确定弹力的方向 3 弹力大小计算的三种方法 1 根据力的平衡条件进行求解 2 根据牛顿第二定律进行求解 3 根据胡克定律进行求解 1 弹力有无的判断 在下列各图中 a b均处于静止状态 且接触面均光滑 a b间一定有弹力的是 答案b 2 弹力方向的判断 多选 如图1所示为位于水平面上的小车 固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为 在斜杆下端固定有质量为m的小球 下列关于杆对球的作用力f的判断中 正确的是 图1 a 小车静止时 f mgsin 方向沿杆向上b 小车静止时 f mgcos 方向垂直于杆向上c 小车向右匀速运动时 一定有f mg 方向竖直向上d 小车向右匀加速运动时 一定有f mg 方向可能沿杆向上 解析小球受重力和杆的作用力f处于静止或匀速运动时 由力的平衡条件知 二力必等大反向 有f mg 方向竖直向上 小车向右匀加速运动时 小球有向右的恒定加速度 根据牛顿第二定律知 mg和f的合力应水平向右 如图所示 由图可知 f mg 方向可能沿杆向上 选项c d正确 答案cd 3 弹簧弹力的大小 多选 如图2所示 放在水平地面上的质量为m的物体 与地面间的动摩擦因数为 在劲度系数为k的轻弹簧作用下沿地面做匀速直线运动 弹簧没有超出弹性限度 则 图2 答案bd 1 轻杆与轻绳弹力的区别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 因此可用轻绳替代的杆为拉力 不可用轻绳替代的杆为支持力 2 易错提醒 1 易错误地将跨过光滑滑轮 杆 挂钩的同一段绳当两段绳处理 认为张力不同 易错误地将跨过不光滑滑轮 杆 挂钩的绳子当成同一段绳子处理 认为张力处处相等 2 易错误地认为任何情况下杆的弹力一定沿杆 方法技巧 摩擦力方向的判断 1 对摩擦力的理解 1 摩擦力的方向总是与物体间相对运动 或相对运动趋势 的方向相反 但不一定与物体的运动方向相反 2 摩擦力总是阻碍物体间的相对运动 或相对运动趋势 但不一定阻碍物体的运动 3 摩擦力不一定是阻力 也可以是动力 摩擦力不一定使物体减速 也可以使物体加速 4 受静摩擦力作用的物体不一定静止 但一定保持相对静止 2 明晰 三个方向 1 对摩擦力的理解 多选 下列关于摩擦力的说法 正确的是 a 作用在物体上的滑动摩擦力只能使物体减速 不可能使物体加速b 作用在物体上的静摩擦力只能使物体加速 不可能使物体减速c 作用在物体上的滑动摩擦力既可能使物体减速 也可能使物体加速d 作用在物体上的静摩擦力既可能使物体加速 也可能使物体减速 解析摩擦力总是阻碍物体的相对运动 或相对运动趋势 而物体间的相对运动与物体的实际运动无关 当摩擦力的方向与物体的运动方向一致时 摩擦力是动力 方向相反时为阻力 故选项c d正确 答案cd 2 静摩擦力有无及方向的判断 多选 如图3所示 水平地面上的l形木板m上放着小木块m m与m间有一个处于压缩状态的弹簧 整个装置处于静止状态 下列说法正确的是 图3 a m对m的摩擦力方向向右b m对m无摩擦力作用c 地面对m的摩擦力方向向右d 地面对m无摩擦力作用解析对m受力分析 m受到重力 支持力 水平向左的弹力及m对m的摩擦力 根据平衡条件知 m对m的摩擦力向右 故a正确 b错误 对整体受力分析 在竖直方向上受到重力和支持力而处于平衡状态 若地面对m有摩擦力 则整体不能平衡 故地面对m无摩擦力作用 故c错误 d正确 答案ad 3 滑动摩擦力方向的判断 如图4所示 a为长木板 在水平地面上以速度v1向右运动 物块b在木板a的上面以速度v2向右运动 下列判断正确的是 a b间不光滑 图4 a 若是v1 v2 a b之间无滑动摩擦力b 若是v1 v2 a受到了b所施加的向右的滑动摩擦力c 若是v1 v2 b受到了a所施加的向右的滑动摩擦力d 若是v1 v2 b受到了a所施加的向左的滑动摩擦力 解析当v1 v2时 a b之间无相对运动 它们之间肯定没有滑动摩擦力 当v1 v2时 以b为参考系 a向右运动 它受到b施加的向左的滑动摩擦力 b则受到a施加的向右的滑动摩擦力 当v1 v2时 以a为参考系 b向右运动 b受到a施加的向左的滑动摩擦力 a受到b施加的向右的滑动摩擦力 答案a 静摩擦力的有无及方向的判断方法 1 假设法 2 状态法根据平衡条件 牛顿第二定律 判断静摩擦力的方向 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 方法技巧 摩擦力大小的计算 计算摩擦力大小的 四点 注意 1 在确定摩擦力的大小之前 首先分析物体所处的状态 分清是静摩擦力还是滑动摩擦力 2 滑动摩擦力的大小可以用公式f fn计算 而静摩擦力没有公式可用 只能利用平衡条件或牛顿第二定律列方程计算 这是因为静摩擦力是被动力 其大小随状态而变 介于0 fm之间 3 f fn 中fn并不总是等于物体的重力 4 滑动摩擦力的大小与物体速度的大小无关 与接触面积的大小也无关 典例 如图5所示 质量为m的木块在质量为m的木板上滑行 木板与地面间的动摩擦因数为 1 木块与木板间的动摩擦因数为 2 木板一直静止 那么木块与木板间 木板与地面间的摩擦力大小分别为 图5a 2mg 1mgb 2mg 2mgc 2mg 1 m m gd 2mg 1mg 2mg 解析因为木板一直静止 单独隔离木板受力分析 在水平方向上木板所受地面的静摩擦力与木块对它的滑动摩擦力 这两个力大小相等 方向相反 木块对木板的压力大小等于mg 故ff 2fn 2mg b对 答案b 摩擦力大小计算的思维流程 方法技巧 1 摩擦力大小的计算 如图6所示 固定在水平地面上的物体p 左侧是光滑圆弧面 一根轻绳跨过物体p顶点上的小滑轮 一端系有质量为m 4kg的小球 小球与圆心连线跟水平方向的夹角 60 绳的另一端水平连接物块3 三个物块重均为50n 作用在物块2的水平力f 20n 整个系统处于平衡状态 取g 10m s2 则以下说法正确的是 图6 a 1和2之间的摩擦力是20nb 2和3之间的摩擦力是20nc 3与桌面间的摩擦力为20nd 物块3受6个力作用 解析对小球受力分析可知 绳的拉力等于小球重力沿圆弧面切线方向的分力 由几何关系可知绳的拉力等于20n 将三个物块看成一个整体受力分析 可知水平方向整体受到拉力f和绳的拉力的作用 由于f等于绳的拉力 故整体受力平衡 与桌面间没有摩擦力 故物块3与桌面间的摩擦力为0 c错误 由于物块1 2之间没有相对运动的趋势 故物块1和2之间没有摩擦力的作用 a错误 隔离物块3受力分析 水平方向受力平衡可知物块2和3之间摩擦力的大小是20n b正确 物块3受重力 桌面的支持力 物块2的压力 物块2的摩擦力 绳的拉力5个力作用 d错误 答案b 2 动摩擦因数的测定 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7甲 乙两种装置 1 为了能够用弹簧测力计读数表示滑动摩擦力 图示装置的两种情况中 木块a是否都要做匀速运动 2 若木块a做匀速运动 甲图中a b间的摩擦力大小是否等于拉力fa的大小 3 若a b的重力分别为100n和150n 甲图中当物体a被拉动时 弹簧测力计的读数为60n 拉力fa 110n 求a b间的动摩擦因数 图7 解析 1 题图甲装置中只要a相对b滑动即可 弹簧测力计的拉力大小等于b受到的滑动摩擦力大小 题图乙装置中要使弹簧测力计的拉力大小等于a受到的摩擦力大小 a必须做匀速直线运动 即处于平衡状态 2 题图甲中a受到b和地面的滑动摩擦力而使a处于匀速运动状态 应是这两个滑动摩擦力的大小之和等于拉力fa的大小 3 fn gb 150n b所受滑动摩擦力大小等于此时弹簧测力计读数 即为ff 60n 则由ff fn可求得 0 4 注 滑动摩擦力与fa的大小无关 这种实验方案显然优于题图乙装置的方案 答案 1 见解析 2 不等于 3 0 4 摩擦力的突变问题 1 静 静 突变物体在摩擦力和其他力的作用下处于静止状态 当作用在物体上的其他力的合力发生变化时 如果物体仍然保持静止状态 则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变 2 静 动 突变或 动 静 突变物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态 当其他力变化时 如果物体不能保持静止状态 则物体受到的静摩擦力将 突变 成滑动摩擦力 3 动 动 突变某物体相对于另一物体滑动的过程中 若突然相对运动方向变了 则滑动摩擦力方向发生 突变 典例 如图8所示 质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数 0 2 从t 0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行 同时受到一个水平向左的恒力f 1n的作用 g取10m s2 向右为正方向 该物体受到的摩擦力ff随时间变化的图象是 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 图8 解析物体在力f和摩擦力作用下向右做匀减速直线运动 此时滑动摩擦力水平向左 大小为ff1 mg 2n 物体的速度为零后 物体在力f作用下处于静止状态 物体受水平向右的静摩擦力 大小为ff2 f 1n 故只有图a正确 答案a 分析摩擦力突变问题的三点注意 1 题目中出现 最大 最小 和 刚好 等关键词时 一般隐藏着临界问题 有时 有些临界问题中并不含上述常见的 临界术语 但审题时发现某个物理量在变化过程中会发生突变 则该物理量突变时物体所处的状态即为临界状态 方法技巧 2 静摩擦力的大小 方向取决于物体间的相对运动的趋势 而且静摩擦力存在最大值 存在静摩擦的连接系统 相对滑动与相对静止的临界条件是静摩擦力达到最大值 3 研究传送带问题时 物体和传送带的速度相等的时刻往往是摩擦力的大小 方向和运动性质的分界点 1 静 静 突变 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9所示 其中f1 10n f2 2n 若撤去f1 则木块受到的摩擦力为 图9a 10n 方向向左b 6n 方向向右c 2n 方向向右d 0 解析当物体受f1 f2及摩擦力的作用而处于平衡状态时 由平衡条件可知物体所受的摩擦力的大小为8n 方向向左 可知最大静摩擦力ffmax 8n 当撤去力f1后 f2 2n ffmax 物体仍处于静止状态 由平衡条件可知物体所受的静摩擦力大小和方向发生突变 且与作用在物体上的f2等大反向 选项c正确 答案c 2 静 动 突变 如图10所示 完全相同的a b两物体放在水平地面上 与水平地面间的动摩擦因数均为 0 2 每个物体重g 10n 设物体a b与水平地面间的最大静摩擦力均为ffm 2 5n 若对a施加一个向右的由0均匀增大到6n的水平推力f 有四位同学将a物体所受到的摩擦力随水平推力f的变化情况在图中表示出来 其中表示正确的是 图10 解析推力f由0均匀增大到2 5n a b均未动 而ffa由0均匀增大到2 5n 推力f由2 5n增大到5n ffa 2 5n 推力f由5n增大到6n a处于运动状态 ffa g 2n d正确 答案d 3 动 动 突变 如图11所示 斜面固定在地面上 倾角为37 sin37 0 6 cos37 0 8 质量为1kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行 斜面足够长 该滑块与斜面间的动摩擦因数为0 8 则该滑块所受摩擦力f随时间变化的图象是下图中的 取初速度v0的方向为正方向 g 10m s2 图11 解析滑块上升过程中受到滑动摩擦力作用 由f fn和fn mgcos 联立得f 6 4n 方向为沿斜面向下 当滑块的速度减为零后 由于重力的分力mgsin mgcos 滑块不动 滑块受的摩擦力为静摩擦力 由平衡条件得f mgsin 代入可得f 6n 方向为沿斜面向上 故选项b正确 答案b 摩擦力方向与运动方向的三类关系摩擦力的方向与物体间的相对运动或相对运动趋势方向相反 但与物体的实际运动方向可能相同 可能相反 也可能不共线 图12 a 物体受到与运动方向相同的摩擦力作用b 传送的速度越大 物体受到的摩擦力越大c 物体所受的摩擦力与传送的速度无关d 物体受到的静摩擦力为物体随皮带运输机上升的动力解析物体随皮带运输机一起上升的过程中 物体具有相对于皮带下滑的趋势 受到沿皮带向上的摩擦力作用 是使物体向上运动的动力 其大小等于物体重力沿皮带向下的分力 与传送带的速度大小无关 故a c d正确 b错误 答案acd 图13 答案bd 图14 解析滑块a b一起冲上光滑斜面 以a b为整体研究 加速度沿斜面向下a gsin 整体向上做匀减速直线运动 加速度方向沿斜面向下 由于b的加速度方向沿斜面向下 根据牛顿第二定律知 b受到合力沿斜面向下 则b一定受到水平向左的摩擦力以及重力和支持力 故a正确 b c d错误 答案a 1 2016 江苏单科 1 一轻质弹簧原长为8cm 在4n的拉力作用下伸长了2cm 弹簧未超出弹性限度 则该弹簧的劲度系数为 a 40m nb 40n mc 200m nd 200n m 答案d 2 2016 海南单科 2 如图15 在水平桌面上放置一斜面体p 两长方体物块a和b叠放在p的斜面上 整个系统处于静止状态 若将a与b b与p p与桌面之间摩擦力的大小分别用f1 f2和f3表示 则 图15 a f1 0 f2 0 f3 0b f1 0 f2 0 f3 0c f1 0 f2 0 f3 0d f1 0 f2 0 f3 0 解析对a b p整体受力分析可知 整体相对地面没有相对运动趋势 故f3 0 将a和b看