高考物理一轮总复习第二章相互作用第4讲重力弹力摩擦力课件

相互作用 第二章 第4讲重力弹力摩擦力 栏目导航 1 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 考点重力弹力摩擦力 地球 正比 mg 弹簧测力计 竖直向下 质量 形状 2 弹力 1 定义 发生 的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力 2 产生的条件 物体间直接 接触处发生 3 方向 总是与物体形变的方向 弹性形变 接触 弹性形变 相反 3 胡克定律 1 内容 在 内 弹力的大小跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成 2 表达式 F k是弹簧的 由弹簧自身的性质决定 单位是 用符号N m表示 x是弹簧长度的 不是弹簧形变以后的长度 弹性限度 正比 kx 劲度系数 牛顿每米 变化量 4 滑动摩擦力和静摩擦力的对比 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 fmax 相反 FN 相反 相对运动趋势 相对运动 1 请判断下列表述是否正确 对不正确的表述 请说明原因 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 2 多选 下列关于弹力的几种说法 其中正确的是 A 两物体接触并不一定产生弹力B 静止在水平面上的物体所受重力就是它对水平面的压力C 静止在水平面上的物体受到向上的弹力是因为水平面发生了形变D 只要物体发生形变就一定有弹力产生 AC 3 滑动摩擦力有无 方向的判断 如图所示 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 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所施加向右的滑动摩擦力C 若是v1v2 B受到了A所施加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施加向左的滑动摩擦力 B则受到A施加向右的滑动摩擦力 当v1 v2时 以A为参考系 B向右运动 B受到A施加向左的滑动摩擦力 A受到B施加向右的滑动摩擦力 A 一弹力有无的判断 对于形变明显的物体 由形变情况直接判断弹力情况 对于形变不明显的物体通常用 假设法 和 替换法 有时要根据物体的运动状态判定弹力情况 例1 2017 陕西西安调研 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棱长相等 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 思维导引 采用假设法 可假设小球仅对盒子的下底有压力 判断两者运动是否相同 A 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 小球沿斜面向下的重力分力大小恰好等于所需的合外力 因此不需要盒子的左 右侧面提供弹力 故选项A正确 1 弹力的方向的判断方法 1 弹力的方向与物体形变的方向相反 作用在迫使物体发生形变的那个物体上 具体情况有以下几种 二弹力方向的确定和大小的计算 2 由物体的运动状态判断弹力的方向 物体的受力必须与物体的运动状态相符合 可根据物体的运动状态 先假设一个弹力的方向 由共点力的平衡条件或牛顿第二定律列方程 求出弹力 若所得结果为正值 其方向与假设方向相同 如果为负值 其方向与假设方向相反 绳 杆模型的区别 1 绳对物体只能产生拉力 不能产生推力 且绳的弹力的方向一定沿着绳并指向绳收缩的方向 这是由绳本身的特点决定的 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 3 自由杆和固定杆中的弹力方向对比 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 D D 解析 装置的缓冲效果与弹簧的劲度系数有关 根据力的作用是相互的可知 轻质弹簧A B中的弹力是相等的 即k1x1 k2x2 所以两弹簧的压缩量之比x1 x2 k2 k1 故D项正确 1 静摩擦力有无的判断 1 假设法静摩擦力的方向一定与物体相对运动趋势的方向相反 利用 假设法 可以判断出物体相对运动趋势的方向 假设法 如图所示 三静摩擦力的大小和方向 2 状态法此法关键是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 牛顿第三定律法此法的关键是抓住 力是物体间的相互作用 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 2 静摩擦力的计算方法 1 最大静摩擦力Ffmax的计算 最大静摩擦力Ffmax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Ffmax 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 应用 状态法 解题时应注意的问题状态法是分析判断静摩擦力有无及方向 大小的常用方法 在使用状态法处理问题时 需注意以下两点 1 明确物体的运动状态 分析物体的受力情况 根据平衡方程或牛顿定律求解静摩擦力的大小和方向 2 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 例4 多选 2016 山东济南高三第一次模拟 重物A B叠放在水平桌面上 物体m1 m2 m3分别通过细线跨过定滑轮水平系在物体A B上 m1 m2 m3 A B处于静止状态 如图甲所示 现将m3去掉 如图乙所示 A B仍处于静止状态 比较A B间的摩擦力F1和B与桌面间的摩擦力F2的大小变化情况 下列说法正确的是 A F1一定变小 F2可能变小B F1一定变大 F2可能变大C 去掉m3后 B一定受到桌面的摩擦力D 去掉m3后 B不一定受到桌面的摩擦力 AD 思维导引 去掉m3前 A B两个物体受到的摩擦力的大小是多少 去掉m3后 A B两个物体受到的摩擦力的大小是多少 去掉m3后 对B物体进行分析 受力情况如何 解析 去掉m3前 A物体受到的摩擦力为 m2 m3 g 方向向右 B物体受到A物体向左的摩擦力 大小为 m2 m3 g 绳子的拉力为m1g 方向向右 所以桌面的摩擦力方向向左 大小为 m2 m3 g m1g 去掉m3后 A物体受到的摩擦力向右 大小为m2g B受到A向左的摩擦力 大小为m2g 绳子的拉力为m1g 方向向右 所以B与桌面间的摩擦力大小为 m2 m1 g 与撤去之前的大小无法比较 如果m1与m2相等 则摩擦力大小为零 1 定义当一个物体在另一个物体表面滑动的时候 会受到另一个物体阻碍它滑动的力 这种力叫做滑动摩擦力 2 产生的条件 1 两物体相互接触且挤压 发生形变 产生弹力 2 两接触面粗糙 3 两物体沿接触面发生相对运动 以上三个条件必须同时具备 才会有滑动摩擦力存在 四滑动摩擦力的大小和方向 3 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 计算摩擦力的三点注意 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 与接触面积也无关 ACD 当物体的受力情况发生变化时 摩擦力的大小和方向往往会发生变化 有可能会导致静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化 该类问题常涉及摩擦力的突变问题 在分析中很容易发生失误 在解决此类问题时应注意以下两点 1 如题干中无特殊说明 一般认为最大静摩擦力略大于滑动摩擦力 2 由于此类问题涉及的过程较为复杂 采用特殊位置法解题往往比采用过程分析法解题更为简单 五摩擦力突变问题 解决摩擦力突变问题的关键点物体受到的外力发生变化时 物体受到的摩擦力的种类就有可能发生突变 解决这类问题的关键是 正确对物体受力分析和运动状态分析 从而找到物体摩擦力的突变 临界点 常见类型如下 1 静 静 突变 当作用在物体上的其他力的合力发生变化时 物体仍保持静止 而所受静摩擦力方向发生180 突变 则 突变 点是静摩擦力为零时 2 动 动 突变 某物体相对于另一物体滑动的过程中 若相对运动方向变了 则滑动摩擦力方向发生 突变 突变 点为两物体相对速度为零时 3 静 动 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 突变 点为静摩擦力达到最大值时 4 动 静 突变 两物体相对减速滑动的过程中 若相对速度变为零 则滑动摩擦力 突变 为静摩擦力 突变 点为两物体相对速度刚好为零时 例6 2017 湖北黄冈诊断 把一重为G的物体 用一个水平推力F kt k为常数 t为时间 压在竖直的足够高的平整的墙上 如右图所示 从t 0开始 物体所受的摩擦力f随时间的变化关系是下图中的 B 1 2016 湖北黄冈期末统考 如图所示 一倾角为45 的斜面固定于墙角 为使一光滑的铁球静止 需加一水平力F 且F通过球心 下列说法正确的是 A 球一定受到墙水平向左的弹力B 球可能受到墙水平向左的弹力C 球一定受到斜面通过铁球的重心的弹力D 球可能受到斜面垂直于斜面向上的弹力解析 F的大小合适时 球可以静止在斜面上 此时对墙无压力 F增大时墙才会对球有弹力 所以选项A错误 B正确 斜面必须有斜向上的弹力才能使球不下落 该弹力方向垂直于斜面过球心 但由于铁球的质量分布是否均匀未知 所以重心不一定与球心重合 所以选项C D错误 B 2 多选 如图所示 A B两个物块的重力分别是GA 3N GB 4N 弹簧的重力不计 整个装置沿竖直方向处于静止状态 这时弹簧的弹力F 2N 则天花板受到的拉力和地板受到的压力有可能是 A 1N和6NB 5N和6NC 1N和2ND 5N和2N解析 弹簧的弹力为2N 有两种可能的情形 弹簧处于拉伸状态和弹簧处于压缩状态 因此对应的解应有两组 1 当弹簧处于拉伸状态时 由A B受力均衡可知 D项正确 2 若弹簧处于压缩状态 同理可知 A项正确 AD 3 多选 2016 湖北宜昌三模 如图所示 质量为m的木块在质量为M的长木板上受到水平向右的拉力F的作用向右滑行 长木板处于静止状态 已知木块与木板间的动摩擦因数为 1 木板与地面间的动摩擦因数为 2 下列说法正确的是 A 木板受到地面的摩擦力的大小一定是 1mgB 木板受到地面的摩擦力的大小一定是 2 m M gC 当F 2 m M g时 木板与地面之间发生相对运动D 无论怎样改变F的大小 木板都不可能运动 AD 解析 木块向右滑行时受到木板水平向左的滑动摩擦力 大小为 1mg 根据牛顿第三定律 木板也会受到木块水平向右的反作用力 大小也是 1mg 对木板受力分析并根据平衡条件可知 木板受到地面的摩擦力方向水平向左 大小一定是 1mg 选项A正确 B错误 不论拉力多大 木板与地面之间不会发生相对运动 选项C错误 因为木块对木板的摩擦力最大为 1mg 根据题意 该值小于木板与地面之间的最大静摩擦力 所以无论怎样改变F的大小 木板都不可能运动 选项D正确 4 2017 浙江杭州一模 如图所示 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 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 B 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