高三物理一轮复习 第2章 相互作用 1 重力、弹力和摩擦力课件.ppt

第二章相互作用 第一单元重力 弹力和摩擦力 知识点一力和重力 想一想 如图 水平桌面上有一质量分布均匀的长方形木板 用水平力f推动木板缓慢向桌边移动 试回答以下问题 1 木板的重心在什么位置 2 木板运动到什么位置时开始翻下桌面 提示 1 重心在木板的几何中心 2 重心到达桌沿时 木板开始翻下桌面 填一填 1 力 1 力的概念 物体与物体之间的 作用 2 力的性质 相互 物体 运动状态 作用点 2 重力 1 产生 由于地球的吸引而使物体受到的力 2 大小 g mg 3 方向 总是 4 重心 定义 为了研究方便认为各部分受到的重力集中作用的点 位置确定 竖直向下 几何中心 悬挂法 温馨提示 重力的方向总是与当地的水平面垂直 不同地方水平面不同 其垂直水平面向下的方向也就不同 练一练 下列关于重力和重心的说法正确的是 a 物体所受的重力就是地球对物体产生的吸引力b 重力的方向总是指向地心c 用细线将重物悬挂起来 静止时物体的重心一定在悬线所在的直线上d 重心就是物体所受重力的等效作用点 故重心一定在物体上e 物体挂在弹簧秤下 弹簧秤的示数一定等于物体的重力 解析 重力是由于地球的吸引而产生的 但不是地球的吸引力 a错 重力的方向竖直向下 b错 由平衡条件可知 细线拉力和重力平衡 重心在重力作用线上 c对 重心位置跟物体的形状 质量分布有关 是重力的等效作用点 但不一定在物体上 如球壳 d错 只有物体静止或匀速运动时 弹簧拉力才等于物体重力 e错 答案 c 知识点二弹力 想一想 如图所示的甲 乙 丙三个小球均处于静止状态 各接触面均光滑 请思考三个小球各受几个弹力作用 并指出弹力的具体方向 提示 甲受一个弹力作用 方向垂直于水平支持面竖直向上 乙受一个弹力作用 方向垂直于水平面竖直向上 丙受两个弹力作用 一个水平向左 另一个沿半径方向斜向右上方 填一填 1 弹力定义 发生弹性形变的物体由于要恢复原状 对与它接触的物体产生的作用 2 弹力产生的条件 1 两物体 2 发生弹性形变 相互接触 3 弹力方向 弹力的方向总是与物体形变的方向 4 弹力大小 1 弹簧类弹力在弹性限度内遵从胡克定律 其公式为 k为弹簧的劲度系数 单位 n m 2 非弹簧类弹力大小应由平衡条件或动力学规律求得 相反 f kx 练一练 2015 清远质检 如图所示 小车受到水平向右的弹力作用 与该弹力的有关说法中正确的是 a 弹簧发生拉伸形变b 弹簧发生压缩形变c 该弹力是小车形变引起的d 该弹力的施力物体是小车 解析 小车受到水平向右的弹力作用 弹簧发生拉伸形变 该弹力是弹簧形变引起的 该弹力的施力物体是弹簧 选项a正确 b c d错误 答案 a 知识点三摩擦力 想一想 1 摩擦力的方向与物体的运动方向不相同就相反 这种说法对吗 2 物体m沿水平面滑动时 受到的滑动摩擦力大小一定等于 mg吗 3 滑动摩擦力是不是一定阻碍物体的运动 提示 1 摩擦力的方向可以与物体的运动方向相同 也可以相反 还可以与物体的运动方向成任何角度 但一定与相对运动方向相反 2 物体m沿水平面滑动时 对水平面的压力不一定为mg 故大小也不一定为 mg 3 滑动摩擦力的方向与物体的运动方向相同时 促使物体运动 是动力 但滑动摩擦力一定阻碍物体间的相对运动 填一填 1 静摩擦力与滑动摩擦力 相对静止 相对滑动 粗糙 弹力 相对运动 粗糙 弹力 相对运动 相反 相反 运动趋势 相对运动 0 ffm 2 摩擦力与弹力的依存关系两物体间有摩擦力 物体间一定有弹力 两物体间有弹力 物体间不一定有摩擦力 温馨提示 1 摩擦力阻碍的是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 2 受静摩擦力作用的物体不一定静止 受滑动摩擦力作用的物体不一定运动 3 接触面处有摩擦力时一定有弹力 且弹力与摩擦力方向总垂直 反之不一定成立 练一练 如图所示 重为g的木棒 可绕光滑轴o自由转动 现将棒搁在表面粗糙的小车上 小车原来静止 如果用水平力f拉动小车 则棒受到的摩擦力方向 a 向右b 向左c 等于零d 都有可能 解析 由题图可直接判断出木棒相对小车水平向左运动 则棒受到小车给棒的摩擦力方向水平向右 答案 a 考向一弹力的方向判断与大小计算1 弹力有无的判断 四法 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 4 替换法 可以将硬的 形变不明显的施力物体用软的 易产生明显形变的物体来替换 看能否发生形态的变化 若发生形变 则此处一定有弹力 2 五种常见模型中弹力的方向 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 典例1如图所示 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m 10kg的物体 acb 30 g取10m s2 求 1 轻绳ac段的张力fac的大小 2 横梁bc对c端的支持力大小及方向 解题引路 1 分析c端的受力情况 明确绳中拉力和横梁支持力的特点 绳ac和绳cd中拉力大小 横梁对c端支持力的方向与绳ac和绳cd的拉力的合力方向 2 请画出c端的受力分析图 提示 1 相等 相反 2 尝试解题 解析 1 由c端受力分析图知 滑轮两侧绳中张力大小相等 即fac fcd mg 100n 2 横梁bc对c端的支持力fc与fac和fcd的合力等大反向 fac和fcd的合力为100n 所以fc 100n 方向与水平方向成30 角斜向右上方 答案 1 100n 2 100n方向与水平方向成30 角斜向右上方 名师点睛 轻绳和轻杆弹力的分析技巧 1 轻绳中间没有打结时 轻绳上各处的张力大小都是一样的 如果轻绳打结 则以结点为界分成不同轻绳 不同轻绳上的张力大小可能是不一样的 2 轻杆可分为固定轻杆和有固定转轴 或铰链连接 的轻杆 固定轻杆的弹力方向不一定沿杆 弹力方向应根据物体的运动状态 由平衡条件或牛顿第二定律分析判断 有固定转轴的轻杆只能起到 拉 或 推 的作用 杆上弹力方向一定沿杆 针对训练 1 如图所示 一重为10n的球固定在支杆ab的上端 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 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 答案 d 考向二静摩擦力的分析与判断1 假设法 利用假设法判断的思维程序如下 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 典例2 2015 宝鸡模拟 如图所示 倾角为 的斜面体c置于水平地面上 小物体b置于斜面上 通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体a相连接 连接b的一段细绳与斜面平行 已知a b c都处于静止状态 则 a b受c的摩擦力一定不为零b c受地面的摩擦力一定为零c c有沿地面向右滑的趋势 一定受到地面向左的摩擦力d 将细绳剪断 若b依然静止在斜面上 此时地面对c的摩擦力水平向左 解题引路 细绳剪断之前 试分析物体a b c的情况 对物体a 细绳上的拉力大小 物体a的重力 若研究c与地面间的摩擦力 最好以 为研究对象 提示 等于 b c整体 尝试解题 解析 若b沿斜面的分力恰好等于a的重力 则b c间无摩擦力 故a错 c有沿斜面向右滑的趋势 所以要受到地面向左的摩擦力作用 c对 b错 将细绳剪断后b仍静止在斜面上 以b c整体为研究对象分析可知 整体无滑动趋势 故不受地面的摩擦力 d错 答案 c 针对训练 2 2015 江西九江外国语学校月考 如图所示 截面为三角形的木块a上放置一铁块b 三角形木块竖直边靠在竖直且粗糙的竖直墙面上 现用竖直向上的作用力f推动木块与铁块一起向上匀速运动 运动过程中铁块与木块始终保持相对静止 则下列说法正确的是 a 木块a与铁块b间一定存在摩擦力b 木块与竖直墙面间一定存在水平弹力c 木块与竖直墙面间一定存在摩擦力d 竖直向上的作用力f大小一定大于铁块与木块的重力之和 解析 隔离铁块b 因其匀速运动 故铁块b受重力 斜面对它的垂直斜面向上的支持力和沿斜面向上的静摩擦力 a正确 将a b看做一个整体 竖直方向 f ga gb d错误 a b整体水平方向不受力 故木块与竖直墙面间不存在水平弹力 没有弹力也就没有摩擦力 b c均错误 答案 a 考向三摩擦力的计算1 静摩擦力大小的计算 1 物体处于平衡状态 静止或匀速直线运动 利用力的平衡条件来判断其大小 2 物体有加速度时 若只有摩擦力 则ff ma 例如 匀速转动的圆盘上物块靠摩擦力提供向心力产生向心加速度 若除摩擦力外 物体还受其他力 则f合 ma 先求合力再求摩擦力 3 最大静摩擦力并不一定是物体实际受到的力 物体实际受到的静摩擦力一般小于或等于最大静摩擦力 最大静摩擦力与接触面间的压力成正比 一般情况下 为了处理问题的方便 最大静摩擦力可按近似等于滑动摩擦力处理 2 滑动摩擦力大小的计算 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 典例3如图所示 一质量不计的弹簧原长为10cm 一端固定于质量m 2kg的物体上 另一端施一水平拉力f 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等 g 10m 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12cm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11cm 物体受到的摩擦力大小为多少 3 若将弹簧拉长至13cm 物体受到的摩擦力大小为多少 解题引路 1 请对物体进行受力分析 试分析物体受到哪些力 如何计算弹簧弹力 受到的力 求弹簧弹力的方法 2 弹簧伸长量变大 物体受到的摩擦力一定变大吗 提示 1 重力 支持力 弹簧拉力 摩擦力 胡克定律 2 弹簧伸长量变大 弹簧拉力变大 需要判断弹簧拉力与最大静摩擦力的大小关系 确定物体的运动状态 若物体运动 则物体所受滑动摩擦力不变 若物体不运动 所受的静摩擦力随弹簧弹力增大而增大 尝试解题 答案 1 200n m 2 2n 3 4n 名师点睛 计算摩擦力大小时的三点注意事项 1 计算摩擦力的大小 首先要判断摩擦力是属于静摩擦力还是滑动摩擦力 然后根据静摩擦力和滑动摩擦力的特点计算其大小 2 在计算滑动摩擦力的公式ff fn中 为动摩擦因数 其大小与接触面的材料 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 3 滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关 与接触面的大小也无关 针对训练 3 2012 浙江理综 如图所示 与水平面夹角为30 的固定斜面上有一质量m 1 0kg的物体 细绳的一端与物体相连 另一端经摩擦不计的定滑轮与固定的弹簧测力计相连 物体静止在斜面上 弹簧测力计的示数为4 9n 关于物体受力的判断 g取9 8m s2 下列说法正确的是 答案 a 特色专题之 轻杆 轻绳 轻弹簧模型 的应用 轻杆 轻绳 轻弹簧都是忽略质量的理想模型 与这三个模型相关的问题在高中物理中有相当重要的地位 且涉及的情景综合性较强 物理过程复杂 能很好地考查学生的综合分析能力 备受高考命题专家的青睐 例如图所示 水平轻杆的一端固定在墙上 轻绳与竖直方向的夹角为37 小球的重力为12n 轻绳的拉力为10n 水平轻弹簧的拉力为9n 求轻杆对小球的作用力 尝试解题 答案 5n方向与竖直方向成37 角斜向上 名师点睛 1 对于弹力方向的确定 一定要分清情景类型及相关结论和规律 尤其要注意结合物体运动状态分析 2 轻杆对物体的弹力不一定沿杆 其具体方向与物体所处的状态有关 一般应结合物体平衡或牛顿第二定律分析 迁移训练 如图所示 滑轮本身的质量可忽略不计 滑轮轴o安在一根轻木杆b上 一根轻绳ac绕过滑轮 a端固定在墙上 且绳保持水平 c端挂一重物 bo与竖直方向夹角 45 系统保持平衡 若保持滑轮的位置不变 改变夹角 的大小 则滑轮受到木杆作用力大小变化情况是 a 只有角 变小 作用力才变大b 只有角 变大 作用力才变大c 不论角 变大或变小 作用力都是变大d 不论角 变大或变小 作用力都不变 解析 由于两侧细绳中拉力不变 若保持滑轮的位置不变 改变夹角 的大小 则滑轮受到木杆作用力大小不变 选项d正确 a b c错误 答案 d 名校模题 1 2015 江西省赣州十二县市期中联考 如图所示的四个图中 ab bc均为轻质杆 各图中杆的a c端都通过铰链与墙连接 两杆都在b处由铰链连接 且系统均处于静止状态 现用等长的轻绳来代替轻杆 能保持平衡的是 a 图中的ab杆可以用轻绳代替的甲 乙 丙b 图中的ab杆可以用轻绳代替的甲 丙 丁c 图中的bc杆可以用轻绳代替的乙 丙 丁d 图中的bc杆可以用轻绳代替的甲 乙 丁 解析 在甲 丙 丁三图中的ab杆都产生的是拉力可用绳子替代 答案 b 2 2015 黄浦区高三调研 如图所示 用一水平力f把a b两个物体挤压在竖直的墙上 a b两物体均处于静止状态 下列判断正确的是 a b物体对a物体的静摩擦力方向向下b f增大时 a和墙之间的摩擦力也增大c 若b的重力大于a的重力 则b受到的摩擦力大于墙对a的摩擦力d 不论a b的重力哪个大 b受到的摩擦力一定小于墙对a的摩擦力 解析 将a b视为整体 可以看出a物体受到墙的摩擦力方向竖直向上 对b受力分析可知b受到的摩擦力方向向上 由牛顿第三定律可知b对a的摩擦力方向向下 a正确 由于a b两物体受到的重力不变 根据平衡条件可知b错误 a和墙之间的摩擦力与a b两物体的重力等大反向 故c错误 d正确 答案 ad 必纠错题 3 如图所示 位于水平桌面上的物块p由跨过定滑轮的轻绳与物块q相连 从滑轮到物块p和到物块q的两段绳都是水平的 已知物块q与物块p之间以及物块p与桌面之间的动摩擦因数都是 两物块的质量都是m 滑轮的质量 滑轮轴上的摩擦都不计 若用一水平向右的力f拉物块p使它做匀速运动 则f的大小为 a 4 mgb 3 mgc 2 mgd mg 错解 易错选b c d 错因分析 错解1对物块p的受力分析不全面 对滑动摩擦力的认识不到位 认为地面对物块p