【志鸿优化设计】（安徽专用）高考物理一轮复习 第二章 相互作用第一节重力弹力摩擦力教学案 新人教版.doc

第二章 相互作用考纲要求权威解读重力、弹力(弹性形变、弹性限度)和胡克定律知道形变、弹性及胡克定律的内容、表达式，会求弹簧的弹力，知道重力的方向及表达式静摩擦(滑动摩擦、静摩擦、动摩擦因数)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、滑动摩擦力和静摩擦力的产生条件、公式，会求滑动摩擦力矢量和标量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，用正负数表示矢量力的合成与分解会对力进行合成与分解，熟练掌握力的正交分解法共点力的平衡知道力的平衡条件，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探究弹力和弹簧伸长的关系实验高考对本实验的考查主要围绕刻度尺读数、画fx图象、对图象的分析等展开，重点体现如何探究。由于体现探究方法的实验取材广泛，情景新颖，设问灵活多变，故探究性实验应是今后高考实验命题的热点验证力的平行四边形定则实验高考对本实验的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，应引起重视第一节 重力 弹力 摩擦力一、力力的概念力是物体与物体间的_力的五种属性物质性力不能脱离_而独立存在相互性力的作用是_，施力物体同时也是受力物体矢量性力是矢量，既有_也有_独立性一个力对物体产生的效果，与物体受到的其他力_同时性物体间的相互作用总是_产生、_变化、_消失力的效果使物体发生_，或者改变物体的运动状态力的三要素大小、方向和_力的分类(1)按_命名的力，如重力、弹力、摩擦力等(2)按_命名的力，如向心力、支持力、拉力等力的单位牛顿，用符号_表示二、重力1产生由于_而使物体受到的力。2大小g_。3方向_。4重心(1)定义：物体各部分都受重力的作用，从_上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫物体的重心。三、弹力1定义发生弹性形变的物体由于要恢复_会对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。2产生的条件3方向与施力物体恢复形变的方向_(选填“相同”或“相反”)，作用在迫使物体发生形变的那个物体上。几种常见模型中弹力方向的确定弹力弹力的方向轻弹簧两端的拉力(或压力)与弹簧中心轴线重合，指向弹簧恢复原状的方向轻绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向面与面接触的弹力垂直于接触面指向受力物体点与面接触的弹力过接触点垂直于接触面(或者接触面的切面)指向受力物体球与面接触的弹力在接触点与球心连线上，指向受力物体球与球接触的弹力垂直于过接触点的公切面，指向受力物体杆的拉力(或压力)可能沿杆，也可能不沿杆，必须具体情况具体分析4.大小(1)弹簧类弹力：在弹性限度内遵守胡克定律f_。(2)非弹簧类弹力的大小应由平衡条件或牛顿第二定律求解。四、摩擦力1(2012安徽省城名校联考)一质量为m的木块放在动摩擦因数的平板上(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等)，当角度由0增加到90的过程中，下图所示，则物体所受摩擦力f变化为( )a一直增大 b一直减小 c保持不变 d先增大后减小2(2012山东泰安模拟)下图所示，轻质弹簧的劲度系数为k，小球重g，平衡时小球在a处。今用力f压小球至b处，使弹簧缩短x，则此时弹簧的弹力为( )akx bkxg cgkx d以上都不对3(2012山西大学附中月考)下图所示是皮带传动装置示意图，a为主动轮，b为从动轮。关于a轮上p点和b轮上q点所受摩擦力的方向，下列说法正确的是( )ap、q点所受摩擦力的方向均沿轮的切线向上bp、q点所受摩擦力的方向均沿轮的切线向下cp、q点所受摩擦力的方向沿轮的切线，q点向上，p点向下dp、q点所受摩擦力的方向沿轮的切线，p点向上，q点向下4易错辨析：请你判断下列表述正确与否，对不正确的，请予以更正。(1)两个相互接触的物体之间一定存在弹力。(2)滑动摩擦力总是阻碍物体之间的相对运动。(3)摩擦力可能是动力。(4)受静摩擦力作用的物体一定处于静止状态。(5)受滑动摩擦力作用的物体一定处于运动状态。(6)静摩擦力的大小(除最大值外)与压力无关。(7)在接触面确定的情况下，滑动摩擦力的大小与压力成正比。(8)滑动摩擦力的方向总是与正压力方向垂直。(9)轻绳的弹力一定沿着绳，轻杆的弹力一定沿着杆。一、弹力方向的判断自主探究1 下图所示，固定在小车支架上的斜杆与竖直杆的夹角为，在斜杆下端固定一个质量为m的小球，下列关于杆对球的作用力f的判断中，正确的是( )a小车静止时，fmgcos ，方向沿杆向上b小车静止时，fmgcos ，方向垂直杆向上c小车向右以加速度a运动时，一定有fd小车向左以加速度a运动时，f，方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为arctan思考1：小车静止时，小球受几个力？思考2：小车加速运动时，合力方向向哪？归纳要点1直接判断对于形变较明显的情况，由形变情况可直接判断。2利用“假设法”判断对于形变不明显的情况，可假设与研究对象接触的物体间没有弹力。若研究对象运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态发生改变，则此处存在弹力。3根据物体所处的运动状态判断物体的受力必须和物体的运动状态符合，故可依据物体的运动状态，由二力平衡(或牛顿第二定律)进行判断。二、摩擦力有无及其方向的判断自主探究2 (2013芜湖二中模拟)下图所示，倾角为的斜面体c置于水平面上，b置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与a相连接，连接b的一段细绳与斜面平行，a、b、c都处于静止状态。则下列说法正确的是( )ab受到c的摩擦力一定不为零bc受到水平面的摩擦力方向一定向左c水平面对c的支持力与b、c的总重力大小相等db受到c的摩擦力一定沿斜面向下思考1：静摩擦力产生的条件是什么？思考2：运动的物体可以受静摩擦力吗？静摩擦力总是阻力吗？归纳要点1静摩擦力的判断(1)假设法：利用假设法判断静摩擦力的有无及方向的思路如下：(2)反推法：从研究物体表现出的运动状态这个结果反推出它必须具有的条件，分析组成条件的相关因素中摩擦力所起的作用，就容易判断静摩擦力的有无及方向了。(3)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。2特别提醒(1)受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的。(2)摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势，但摩擦力不一定阻碍物体的运动，即摩擦力不一定是阻力。(3)摩擦力的方向与物体的运动方向可能相同，也可能相反。命题研究一、弹力的分析与计算【题例1】 下图甲所示，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10 kg的物体，acb30；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夹角，轻杆的p点用细绳pq拉住一个质量也为10 kg的物体。g取10 n/kg，求：(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。思路点拨：解答本题时可按以下思路分析：解题要点：规律总结(1)绳对物体只能产生拉力，不能产生推力，且绳子弹力的方向一定沿着绳子并指向绳子收缩的方向，这是由绳子本身的特点决定的。(2)杆既可以产生拉力，也可以产生推力，弹力的方向可以沿杆，也可以不沿杆，这是杆和绳两种模型的最大区别。【题例2】下图所示，质量为m的物体a压在置于水平面上的劲度系数为k1的竖直轻弹簧b上。用细绳跨过定滑轮将物体a与另一根劲度系数为k2的轻弹簧c连接。当弹簧c处在水平位置且未发生形变时，其右端点位于m位置。将弹簧c的右端点沿水平方向缓慢拉到n位置时，弹簧b对物体a的拉力大小恰好等于a的重力。求：(1)当弹簧c处在水平位置且未发生形变时，弹簧b的形变大小。(2)该过程中物体a上升的高度为多少？mn间的距离为多大？思路点拨：(1)问中的研究对象是轻弹簧b，在题中条件下，弹簧c上的弹力为零，弹簧b上的压力大小等于物体a的重力大小；(2)问中的题给条件下，弹簧b处于伸长状态，物体a上升的高度为原来弹簧b的压缩量与后来伸长量的和，此状态下，弹簧c处于伸长状态，故mn间距离应为a物体上升的高度与弹簧c伸长量的和。解题要点：规律总结解答含有弹簧的力学问题时，要深刻理解胡克定律中弹簧长度变化量x的物理意义，切不可与弹簧的实际长度相混淆。另外要特别注意区分弹簧是处于压缩状态还是拉伸状态。命题研究二、摩擦力的分析与计算【题例3】下图所示，一质量不计的弹簧原长为10 cm，一端固定于质量m=2 kg的物体上，另一端施一水平拉力f。(取g=10 m/s2)(1)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.2，当弹簧拉长至12 cm时，物体恰好匀速运动，弹簧的劲度系数多大？(2)若将弹簧拉长至11 cm时，物体所受到的摩擦力大小为多少？(3)若将弹簧拉长至13 cm时，物体所受的摩擦力大小为多少？(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等)思路点拨：(1)物体匀速前进时，水平方向合力为零。(2)先求出最大静摩擦力，再求出弹簧拉力，比较可求得摩擦力。解题要点：规律总结关于摩擦力的计算，应注意以下几点：(1)分清摩擦力的性质：静摩擦力或滑动摩擦力。(2)滑动摩擦力由公式ffn计算。fn与被研究物体在垂直于接触面方向的受力情况密切相关，也与被研究物体在该方向上的运动状态有关。特别是后者，最易被忽略。(3)静摩擦力最大静摩擦力ffmax是物体将要发生相对运动这一临界状态时的静摩擦力。静摩擦力ff的大小、方向都跟产生相对运动趋势的外力密切相关，但跟接触面相互挤压力fn无直接关系，因而ff具有大小、方向的可变性的特点。对具体问题要具体分析：被研究物体的运动状态若为平衡状态，静摩擦力可根据平衡条件建立方程求解；若为非平衡状态，则根据动力学规律建立方程求解。1. (2012安徽六校教育研究会测试)下图所示，位于倾角为的斜面上的物体b由跨过定滑轮的轻绳与物块a相连，从滑轮到a与b的两段绳都与斜面平行，已知a与b之间及b与斜面之间均不光滑，若用一沿斜面向下的力f拉b并且使它做匀速直线运动，则b物体受力的个数为( )a4个 b5个 c6个 d7个2一个质量可以不计的弹簧，其弹力f的大小与长度l的关系下图所示，这根弹簧的劲度系数为( )a1 250 n/m b625 n/mc2 500 n/m d833 n/m3.(2012安徽省城名校联考)下图所示，放在粗糙水平面上的“l型”物体a，上表面光滑，下表面粗糙。a和b之间用一根弹簧连接，物体a始终静止在水平地面上，某时刻物体a受到地面水平向右的摩擦力作用。关于此时刻，下列说法中正确的是( )a弹簧处于伸长状态 b弹簧处于原长状态c弹簧处于压缩状态 db一定静止在物体a上4下图所示，质量相等的a、b两物体在平行于固定斜面的推力f的作用下沿光滑面做匀速直线运动，a、b间轻弹簧的劲度系数为k，斜面的倾角为30，则匀速运动时弹簧的压缩量为多少？参考答案基础梳理自测知识梳理一、相互作用物体相互的大小方向无关同时同时同时形变作用点性质效果n二、1.地球吸引2mg3竖直向下4(1)效果(2)几何中心悬挂三、1.原状2(1)相互接触(2)弹性形变3相同4(1)kx四、相对运动趋势相对运动粗糙弹力运动粗糙弹力运动0相反fn相反基础自测1d解析：实际上，一个物体的各个部分都受到重力，重心的说法是从宏观上研究重力对物体的作用效果时引入的一个概念，重心是指一个点(重力的作用点)。由此可知，重心的具体位置应该由物体的形状和质量分布情况决定，也就是说只要物体的形状和质量分布情况不变，重心的位置就保持不变。重心可能在物体外，也可能在物体内，对具有规则几何形状、质量均匀分布的物体，重心在物体的几何中心上。物体位置升高，其重心也跟着升高，重力的方向是“竖直向下”的，要注意“竖直向下”与“垂直于地面”并不完全相同，根据以上分析可以判断选项a是正确的，选项b、c、d是错误的。2b解析：台球与球桌边框碰撞时，受到边框的弹力作用，弹力的方向应与边框垂直，即沿ob方向，故选b。2b解析：设球在a处时弹簧已压缩了x，球平衡时弹力fagkx，球在b处时，弹簧又压缩x，球再达平衡时弹力fbk(xx)gkx，故选项b是正确的。3b解析：本题需要先从主动轮分析，主动轮在动力驱动下沿顺时针转动，而皮带阻碍其转动，即在p点对其施加沿切线方向向下的摩擦力，而皮带受到一个沿切线方向向上的反作用力，皮带在该力的作用下沿顺时针转动，原本静止的从动轮阻碍皮带的转动，在q点对皮带施加沿切线方向向上的摩擦力，从动轮在q点受到一个沿切线方向向下的反作用力。可见，本题正确选项为b。4答案：(1)错误。两个相互接触且发生弹性形变的物体之间才有弹力。(2)正确。(3)正确。(4)错误。受静摩擦力作用的物体一定处于相对静止状态，但对地可能是运动的。(5)错误。受滑动摩擦力作用的物体一定处于相对运动状态，但相对地面可能静止。(6)正确。(7)正确。(8)正确。(9)错误。轻杆的弹力不一定沿着杆。核心理解深化【自主探究1】 d提示：1.小车静止时，由物体的平衡条件知，此时杆对球的作用力方向竖直向上，且大小等于球的重力mg。2小车向右以加速度a运动时，设小球受杆的作用力方向与竖直方向的夹角为，如图甲所示，根据牛顿第二定律有fsin ma，fcos mg。两式相除可得tan 。只有当球的加速度agtan 时，杆对球的作用力才沿杆的方向，此时才有f。小车向左以加速度a运动时，如图乙所示，根据牛顿第二定律知小球受重力mg和杆对球的作用力f的合力大小为ma，方向水平向左，根据平行四边形定则得：f，方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为arctanarctan，故正确选项为d。【自主探究2】 b解析：弹簧处于压缩状态，由平衡条件可知，木块a一定受摩擦力的作用，且方向沿斜面向上，选项a对；木块b所受的摩擦力可能为零，也可能沿斜面向下或向上，选项b错；细绳剪断瞬间弹簧弹力不变，故a所受摩擦力不变，选项c对；设斜面倾角为，若弹簧弹力f弹mbgsin ，则细绳剪断瞬间b所受摩擦力可能为零，选项d对。提示：1.静摩擦力的产生条件是：(1)两物体相互接触且挤压；(2)接触面粗糙；(3)两物体间有相对运动趋势。2静摩擦力作用在相对静止的物体上，但物体不一定静止。静摩擦力与相对滑动趋势的方向相反，但不一定与物体的运动方向相反，如图所示传送带将物体运送到高处，物体与传送带之间是相对静止的，它们之间的摩擦力就是静摩擦力，在这里，物体所受的静摩擦力的方向与其运动方向相同，静摩擦力对物体起到动力的作用效果。 考向探究突破【题例1】 答案：(1)(2)100 n，方向与水平方向成30角斜向右上方(3)173 n，方向水平向右解析：图甲和乙中的两个物体m1、m2都处于平衡状态，根据平衡条件可判断，与物体相连的细绳拉力大小等于物体的重力。分别取c点和p点为研究对象，进行受力分析如图所示。(1)图中轻绳ad跨过定滑轮拉住质量为m1的物体，物体处于平衡状态，绳ac段的拉力facfcdm1g由fepsin 30fpqm2g得fep2m2g，所以得。(2)根据几何关系得：fcfacm1g100 n，方向和水平方向成30角斜向右上方。(3)根据平衡方程有fepsin 30m2gfepcos 30fp所以fpm2gcot 30m2g173 n，方向水平向右。【题例2】 答案：(1)(2)2mg解析：(1)当弹簧c未发生形变时，弹簧b处于压缩状态，设压缩量为x0，根据平衡条件和胡克定律有k1x0mg，解得x0(2)当弹簧c的右端点沿水平方向缓慢拉到n位置时，因弹簧b对物体a的拉力大小恰好等于a的重力，说明弹簧b处于伸长状态，且伸长量x1x0所以物体a上升的高度为h2x0绳中张力ft2mg弹簧c的伸长量x2mn间的距离为xmnhx22mg【题例3】 答案：(1)200 n/m(2)2 n(3)4