高考物理一轮总复习 专题2 相互作用 第1讲 力、重力、弹力、摩擦力课件.ppt

第1讲力 重力 弹力 摩擦力 考纲解读 1 理解重力的大小 方向和重心的概念 2 掌握弹力产生的条件 弹力方向的判断及大小的计算 3 理解胡克定律并能计算弹簧弹力的大小 4 掌握静摩擦力和滑动摩擦力的方向判断和大小的计算 一 力1 概念 物体与物体之间的 作用 2 作用效果 使物体发生 改变物体的 二 重力1 重力 因地球的吸引而使物体受到的力 方向总是 大小 g mg 2 重心 从效果上看 可以认为物体各部分受到的重力作用集中于一点 这一点叫作物体的重心 考点o讲堂梳理自查 相互 形变 运动状态 竖直向下 三 弹力1 弹力 发生弹性形变的物体由于要 对与它接触的物体产生力的作用 产生的条件 两物体 发生 方向与物体形变方向 2 胡克定律 弹簧发生弹性形变时 弹簧的弹力的大小f跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成 即f kx 说明 k是弹簧的 单位为n m k的大小由弹簧 决定 x是弹簧长度的 不是弹簧形变以后的长度 恢复原状 相互接触 弹性形变 相反 正比 劲度系数 自身性质 变化量 四 摩擦力1 静摩擦力与滑动摩擦力 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 两物体间有弹力 物体间不一定有摩擦力 弹力 1 对力的概念的考查 多选 2017届甘肃名校统测 关于力 下列说法正确的是 a 拳击运动员一记重拳出击 被对手躲过 运动员施加的力没有受力物体b 不相互接触的物体之间也可以存在力的作用c 重力 弹力 摩擦力是按力的性质命名的 动力 阻力 压力 支持力是按力的作用效果命名的d 同一物体 放在斜面上受到的重力小于放在水平面上受到的重力 答案 bc 解析 因为任何力都是物体与物体间的相互作用 没有施力物体和受力物体的力是不存在的 拳击运动员虽然没有击中对手 但却打在了空气上 故其受力物体是空气 所以a项错误 地球与太阳没有接触 但它们之间却有引力的作用 可见 有的力并不需要两个物体直接接触 b项正确 c项中的说法也是正确的 因为效果力是按力的作用效果定义的 而性质力是按力的本身的性质定义的 所以重力 弹力 摩擦力是性质力 而动力 阻力 压力 支持力是效果力 d项中同一物体放在斜面上受到的重力与放在水平面上受到的重力是相等的 但物体对斜面的压力与对水平面的压力是不同的 故d项错误 2 对重力的概念考查 2017年辽宁沈阳检测 如图 某小朋友在水平桌面上将三个形状不规则的石块成功叠放在一起 下列说法正确的是 a 石块b对a的支持力与a受到的重力是一对相互作用力b 石块b对a的支持力一定等于a受到的重力c 石块c对b的作用力一定竖直向上d 石块c受到水平桌面向左的摩擦力 答案 c 解析 根据平衡条件 依据相互作用力的内容 及力的合成与分解方法 并依据摩擦力产生条件 即可求解 石块b对a的支持力与其对a的静摩擦力的合力 跟a受到的重力是平衡力 故a项错误 由a项分析可知 故b项错误 选取ab作为整体研究 根据平衡条件 则石块c对b的作用力与其重力平衡 则块c对b的作用力一定竖直向上 故c项正确 以三块作为整体研究 则石块c不会受到水平桌面的摩擦力 故d项错误 3 对胡克定律的考查 2017届吉林长春检测 如图所示 小球a的质量为小球b质量的一半 分别与轻弹簧a b和轻绳相连接并处于平衡状态 轻弹簧a与竖直方向夹角为60 轻弹簧a b伸长量刚好相同 则下列说法正确的是 a 轻弹簧a b的劲度系数之比为3 1b 轻弹簧a b的劲度系数之比为2 1c 轻绳上拉力与轻弹簧a上拉力大小之比为2 1d 轻绳上拉力与轻弹簧b上拉力大小之比为1 1 答案 a 考点1弹力的分析与计算 1 弹力有无的判断 1 条件法 根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断 多用来判断形变较明显的情况 2 假设法 形变不明显时 可假设两个物体间不存在弹力 看物体能否保持原有的状态 若运动状态不变 则不存在弹力 若运动状态改变 则一定有弹力 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 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 例1 2017届浙江宁波检测 如图所示 小车上有一根固定的水平横杆 横杆左端固定的轻杆与竖直方向成 角 轻杆下端连接一小铁球 横杆右端用一根细线悬挂一小铁球 当小车做匀变速直线运动时 细线保持与竖直方向成 角 若 则下列说法中正确的是 a 轻杆对小球的弹力方向沿着轻杆方向向上b 轻杆对小球的弹力方向与水平向右c 小车可能以加速度gtan 向右做匀加速运动d 小车可能以加速度gtan 向右做匀加速运动 思路剖析 1 两小球加速度方向相同 所受弹力方向也相同吗 2 对哪个小铁球受力分析求小车做匀变速直线运动的加速度 答案 c 解析 由于两小球加速度方向相同 所受弹力方向也应该相同 所以轻杆对小球的弹力方向与细线平行向上 选项a b错误 对细线悬挂的小铁球受力分析有f合 mgtan 由牛顿第二定律可得ma mgtan 小车一定以加速度gtan 向右做匀加速运动 或向左做匀减速运动 选项c正确 d错误 练1 2017届牡丹江一中检测 如图所示 斜面小车m静止在光滑水平面上 一边紧贴墙壁 若再在斜面上加一物体m 且m m相对静止 则此时小车受力个数为 a 6b 5c 4d 3 答案 c 解析 先对物体m受力分析 受到重力 支持力和静摩擦力 再对m受力分析 受重力 m对它的垂直斜面向下的压力和沿斜面向下的静摩擦力 同时地面对m有向上的支持力 共受到4个力 故选项c正确 1 弹力方向的判断 1 根据物体产生形变的方向判断物体所受弹力的方向与施力物体形变的方向相反 与自身形变的方向相同 2 根据物体的运动状态判断 物体的受力必须与物体的运动状态符合 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确定弹力的方向 3 判断弹簧的弹力方向要注意看弹簧是压缩还是伸长 4 绳子产生的弹力沿绳的收缩方向 5 平面产生或受到的弹力 压力或支持力 垂直于平面 曲面产生或受到的弹力垂直于曲面该处的平面 或曲面的切线 其方向均指向被压或被支持的物体 2 判断弹力方向时需特别关注 1 绳与杆的区别 绳的拉力一定沿绳 杆的弹力可沿任意方向 2 有形变才有弹力 只接触无形变时不产生弹力 3 利用牛顿运动定律 根据物体运动状态确定弹力的方向 1 静摩擦力方向的判断 1 假设法 利用假设法判断的思维程序如下 考点2摩擦力的分析与计算 2 状态法 先判断物体加速度的方向 再利用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 关键要抓住 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 2 静摩擦力大小的计算 1 静摩擦力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 要具体分析研究对象的运动状态 根据其所处的状态 平衡 加速等 由力的平衡条件或牛顿运动定律求解 2 最大静摩擦力fmax是物体将要发生相对运动时的摩擦力 与fn成正比 在fn不变时 fmax比滑动摩擦力稍大些 通常认为二者近似相等 而静摩擦力可在0 fmax间变化 3 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 4 滑动摩擦力大小的计算 1 公式法 ff fn 应用此公式时要注意 为动摩擦因数 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 滑动摩擦力大小与物体的速度和接触面大小无关 2 结合研究对象的运动状态 静止 匀速运动或变速运动 利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解 例2 2017届安徽六安检测 如图甲所示 斜面体固定在水平面上 斜面上有一物块在拉力f的作用下始终处于静止状态 拉力f在如图乙所示的范围内变化 取沿斜面向上为正方向 则物块所受的摩擦力ff与时间t的关系正确的是 甲乙 思路剖析 1 物块在哪几个力作用下处于平衡状态 2 摩擦力随着拉力的减小怎样变化 答案 b 解析 物块在重力 斜面支持力和拉力f作用下处于平衡状态 在0时刻和t1时刻物块都能恰好静止 所以开始时 摩擦力沿斜面向下 且为最大静摩擦力 静摩擦力ff f mgsin 所以摩擦力随着拉力的减小而减小 当拉力减小到与重力沿斜面方向分力相等时 t1时刻之前 摩擦力减小到零 随着拉力继续减小 摩擦力反向增大 所以选项b正确 练2 2017届辽宁沈阳检测 如图所示 一质量为m的物体a恰能在倾角为 的斜面体上匀速下滑 若用与水平方向成 角 大小为f的力推a 使a加速下滑 斜面体始终静止 下列关于斜面体受地面的摩擦力的说法正确的是 a 方向水平向右 大小为mgcos sin b 方向水平向左 大小为mgcos sin c 方向水平向左 大小为fcos d 大小为0 答案 d 解析 对a匀速下滑时受力分析 受重力 支持力 滑动摩擦力 根据平衡条件 摩擦力与支持力的合力应该与重力等大反向 即斜面对滑块的作用力方向竖直向上 根据牛顿第三定律 则物块对斜面的作用力方向竖直向下 当用与水平方向成 角 大小为f的力推a a所受斜面的支持力增大 摩擦力f n也增大 但是支持力n与摩擦力f仍然成比例的增大 其合力的方向仍然竖直向上 保持不变 则物块对斜面的作用力的方向仍然竖直向下 只是数值上变大 故斜面没有运动的趋势 不受地面的摩擦力 故选d 1 静摩擦力其大小 方向都跟产生相对运动趋势的外力密切相关 但跟接触面相互间压力fn无直接关系 因而静摩擦力具有大小 方向的可变性 变化性强是它的特点 其大小只能依据物体的运动状态进行计算 若为平衡态 静摩擦力将由平衡条件建立方程求解 若为非平衡态 可由动力学规律建立方程求解 2 假设法 判断有无静摩擦力 假设法有两种 一种是假设接触面光滑 不存在摩擦力 看是否改变原来的运动状态 另一种是假设摩擦力存在 看是否改变原来的运动状态 第一种假设往往用来判断做变速运动的物体的静摩擦力和有其他外力存在但物体处于平衡状态时的静摩擦力 第二种假设往往用来判断物体不受其他外力 物体处于平衡状态时的静摩擦力 1 三种模型对比 考点3轻绳 轻杆 轻弹簧 2 解决三种模型问题时应注意的事项 1 轻绳 轻杆 轻弹簧都是忽略质量的理想化模型 2 分析轻杆上的弹力时必须结合物体的运动状态 3 讨论轻弹簧上的弹力时应明确弹簧处于伸长还是压缩状态 思路剖析 1 初始上面弹簧原长 下面弹簧处于什么状态 如何计算其形变量 2 固定物体换为2m再次平衡后 下面弹簧将处于什么状态 上面弹簧处于什么状态 如何计算两者的形变量呢 答案 a 练3 多选 2017届湖南岳阳检测 如图所示 a b两木块的重力均为50n 放在倾角 37 的斜面上 a b与斜面间的动摩擦因数均为0 5 在沿斜面向上的大小为60n的力f作用下 a b静止在斜面上 此时 与a b相连的轻弹簧被拉伸了3cm 弹簧的劲度系数为400n m 则下列说法正确的是 a a b所受的摩擦力均为零b b所受的摩擦力为2n 方向沿斜面向上c a所受的摩擦力为18n 方向沿斜面向下d b所受的摩擦力为18n 方向沿斜面向上 答案 cd 解析 根据胡克定律可知 弹簧弹力f弹 k x 400 0 03n 12n a处于静止状态 受力平衡 设a受到的摩擦力方向向下 根据平衡条件得f f弹 gsin37 fa 0 解得fa 18n 方向沿斜面向下 b处于静止状态 受力平衡 设b受到的摩擦力方向向下 根据平衡条件得f弹 gsin37 fb 0 解得fb 18n 则b受的摩擦力为18n 方向沿斜面向上 故选项c d正确 a b错误 1 轻绳 1 轻绳模型的建立 轻绳或称为细线 它的质量可忽略不计 轻绳是软的 不能产生侧向力 只能产生沿着绳子方向的力 它的劲度系数非常大 以至于认为在受力时形变极微小 看作不可伸长 2 轻绳模型的特点 轻绳各处受力相等 且拉力方向沿着绳子 轻绳不能伸长 用轻绳连接的系统通过轻绳的碰撞 撞击时 系统的机械能有损失 轻绳的弹力会发生突变 2 轻杆 1 轻杆模型的建立 轻杆的质量可忽略不计 轻杆是硬的 能产生侧向力 它的劲度系数非常大 以至于认为在受力时形变极微小 看作不可伸长或压缩 2 轻杆模型的特点 轻杆各处受力相等 其力的方向不一定沿着杆的方向 轻杆不能伸长或压缩 轻杆受到的弹力的方式有拉力或压力 3 轻弹簧 1 轻弹簧模型的建立 轻弹簧可以被压缩或拉伸 其弹力的大小与弹簧的伸长量或缩短量有关 2 轻弹簧的特点 轻弹簧各处受力相等 其方向与弹簧形变的方向相反 弹力的大小为f kx 其中k为弹簧的劲度系数 x为弹簧的伸长量或缩短量 弹簧的弹力不会发生突变 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 3 轻绳的拉力可忽略绳子的形变量 其大小可由受力平衡或牛顿第二定律计算得出 轻弹簧的拉力与弹簧的形变量有关 其大小可由胡克定律求得 1 问题特征当物体受力或运动状态发生变化时 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 2 常见类型 1 静摩擦力突变为滑动摩擦力 2 滑动摩擦力突变为静摩擦力 3 静摩擦力的大小和 或 方向发生突变 微课堂 摩擦力的突变 例4长直木板的上表面的一端放有一个木块 如图所示 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 abcd 审题突破 1 木板由水平位置刚开始转动时摩擦力为多少 2 从木板开始转动到木板与木块发生相对滑动前是什么摩擦 怎么求 3 木块相对于木板刚好要滑动而没滑动时 木块此时所受的是什么摩擦 4 木块滑动过程中受到的是什么摩擦 怎么求 答案 c 解析 物块受到的摩擦力在开始到滑动过程为静摩擦力 f mgsin 故为正弦规律变化 而滑动后变为了滑动摩擦力 则摩擦力f mgcos 为余弦规律变化 而滑动摩擦力一般小于最大静摩擦力 故c项正确 用临界法解决摩擦力突变问题的三点注意1 题目中出现 最大 最小 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 2 静摩擦力的有无及其大小 方向取决于物体间的相对运动趋势 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 方向和物体运动性质变化的分界点 热点题组一重力 弹力 摩擦力的综合分析1 2017届湖南长沙模拟 如图所示 倾角为 质量为m的斜面体静止在水平桌面上 质量为m的木块静止在斜面体上 下列结论正确的是 a 木块受到的摩擦力大小是mgcos b 木块对斜面体的压力大小是mgsin c 桌面对斜面体的摩擦力大小是mgsin cos d 桌面对斜面体的支持力大小是 m m g 答案 d 模拟精选 组合专练 2 2017届河北名校联考 如图所示 小车内有一固定光滑斜面 一个小球通过细绳与车顶相连 小车处于水平面上 细绳始终保持竖直 关于小球的受力情况 下列说法正确的是 a 若小车静止 绳对小球的拉力可能为零b 若小车静止 斜面对小球的支持力一定为零c 若小车向右运动 小球一定受两个力的作用d 若小车向右运动 小球一定受三个力的作用 答案 b 解析 若小车静止 则小球受力平衡 由于斜面光滑 不受摩擦力 小球受重力 绳子的拉力 重力和拉力都沿竖直方向 如果受斜面的支持力 则没法达到平衡 因此在小车静止时 斜面对小球的支持力一定为零 绳子的拉力等于小球的重力 故a项错误 b项正确 若小车向右匀速运动 小球受重力和绳子拉力两个力的作用 若小车向右做减速运动 则一定受重力和斜面的支持力 可能受绳子的拉力 也可能不受绳子的拉力 故c d项都错误 热点题组二弹力3 2017届山西忻州模拟 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 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 答案 a 解析 先以盒子和小球组成的系统整体为研究对象 无论上滑还是下滑 用牛顿第二定律均