2013高考物理总复习 教师用书 2-1相互作用 必修1

用心 爱心 专心 1 必修一必修一 第二章第二章 相互作用相互作用 第 1 讲 重力 弹力 摩擦力 对应学生 用书P18 形变 弹性 胡克定律 考纲要求 1 弹力 1 定义 发生弹性形变的物体 由于要恢复原状 会对与它接触的物体产生力的作 用 2 产生条件 物体相互接触 物体发生弹性形变 3 方向 弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反 2 胡克定律 1 内容 弹簧发生弹性形变时 弹力的大小F跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成正比 2 表达式 F kx k是弹簧的劲度系数 单位为 N m k的大小由弹簧自身性质决定 x是弹簧长度的变化量 不是弹簧形变以后的长度 滑动摩擦力 动摩擦因数 静摩擦力 考纲要求 两种摩擦力的对比 摩擦力静摩擦力滑动摩擦力 定义 两个有相对滑动趋势的物体间在接触面 上产生的阻碍相对运动趋势的力 两个有相对滑动的物体间在 接触面上产生的阻碍相对运 动的力 产生条件 必要条件 接触面粗糙 接触处有弹力 两物体有相对运动趋势 仍保持相对静 止 接触面粗糙 接触处有弹力 两物体有相对运动 大小 静摩擦力f为被动力 与正压力无关 满足 0 f fmax 最大静摩擦力fmax大小与正压力大 小有关 滑动摩擦力 f N 为 动摩擦因数 取决于接触面 材料及粗糙程度 N为正压 力 方向 沿接触面与受力物体相对运动趋势的方 向相反 沿接触面与受力物体相对运 动的方向相反 误区警示 1 误认为只要两物体接触就存在弹力 2 误认为杆的弹力方向一定沿杆方向 3 误认为滑动摩擦力的大小与接触面积大小 物体速度大小有关 4 误认为物体所受正压力大小等于物体的重力大小 用心 爱心 专心 2 1 2 三个方向Error 3 两个 相对 Error 1 2011 杭州高三检测 如图 2 1 1 所示 下列四个图中 所有的球都是相同的 且形状规则质量分布均匀 甲球放在光滑斜面和光滑水平面之间 乙球与其右侧的球相互接 触并放在光滑的水平面上 丙球与其右侧的球放在另一个大的球壳内部并相互接触 丁球用 两根轻质细线吊在天花板上 且其中右侧一根线是沿竖直方向 关于这四个球的受力情况 下列说法正确的是 用心 爱心 专心 3 图 2 1 1 A 甲球受到两个弹力的作用 B 乙球受到两个弹力的作用 C 丙球受到两个弹力的作用 D 丁球受到两个弹力的作用 解析 甲球受水平面的弹力 斜面对甲球无弹力 乙球受水平面的弹力 乙与另一球之 间无弹力 丙球受右侧球和地面的两个弹力作用 丁球受竖直细线的拉力 倾斜细线的拉力 刚好为零 故 C 对 A B D 错 答案 C 2 2012 台州质检 一根轻质弹簧 当它上端固定 下端悬挂重为G的物体时 长度 为L1 当它下端固定在水平地面上 上端压一重为G的物体时 其长度为L2 则它的劲度系 数是 A B G L1 G L2 C D G L1 L2 2G L1 L2 解析 由胡克定律知 G k L1 L0 G k L0 L2 联立可得k D 对 2G L1 L2 答案 D 3 图 2 1 2 玩具汽车停在模型桥面上 如图 2 1 2 所示 下列说法正确的是 A 桥面受向下的弹力 是因为桥梁发生了弹性形变 B 汽车没有发生形变 所以汽车不受弹力 C 汽车受向上的弹力 是因为桥梁发生了弹性形变 D 汽车受向上的弹力 是因为汽车发生了形变 解析 汽车与桥面相互挤压都发生了形变 B 错 由于桥面发生弹性形变 所以对汽车 有向上的弹力 C 对 D 错 由于汽车发生了形变 所以对桥面产生向下的压力 A 错 答案 C 4 下列关于摩擦力的说法正确的是 A 摩擦力的方向总与物体的运动方向相反 B 摩擦力的大小与相应的正压力成正比 C 运动着的物体不可能受静摩擦力作用 只能受滑动摩擦力作用 D 静摩擦力的方向与接触物体相对运动趋势的方向相反 解析 摩擦力的方向与物体的运动方向可以相同也可以相反 故 A 错 静摩擦力的方向 总是与物体间相对运动趋势的方向相反 故 D 对 静摩擦力存在于相对静止的物体间 物体 可以是静止的 也可以是运动的 故 C 错 滑动摩擦力大小与正压力成正比 静摩擦力与正 压力无关 最大静摩擦力与正压力成正比 故 B 错 答案 D 5 有关滑动摩擦力的下列说法中 正确的是 A 有压力一定有滑动摩擦力 B 有滑动摩擦力不一定有压力 用心 爱心 专心 4 C 滑动摩擦力总是与接触面上的压力垂直 D 只有运动物体才受滑动摩擦力 解析 产生滑动摩擦力的条件有四个 相互接触 挤压 接触面粗糙 发生相对滑动 四者缺一不可 由产生滑动摩擦力的条件可知 A B 选项错 滑动摩擦力方向与接触面相切 而压力垂直于接触面 所以滑动摩擦力方向跟接触面所受压力垂直 C 选项正确 如擦黑板 时 黑板是静止的 但相对黑板擦是运动的 也受滑动摩擦力 所以关键是 相对运动 故 D 选项错误 答案 C 对应学生 用书P19 考点一 弹力方向的判断及大小的计算 1 弹力方向的判断 1 根据弹力产生的条件直接判断 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 根据物体的运动状态分析判断 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 弹力大小的计算 根据平衡条件 牛顿第二定律或胡克定律来计算 典例 1 如图 2 1 3 所示 图 2 1 3 一重为 10 N 的球固定在支杆AB的上端 今用一段绳子水平拉球 使杆发生弯曲 已知 绳的拉力为 7 5 N 则AB杆对球的作用力 A 大小为 7 5 N B 大小为 10 N C 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 解析 本题考查力与物体的平衡 对小球进行受力分析可得 AB杆对球的作用力与绳的 拉力的合力与小球重力等值反向 令AB杆对小球的作用力与水平方向夹角为 可得 tan 53 故 D 项正确 G F拉 4 3 答案 D 弹力大小的计算方法 1 一般物体之间的弹力 要利用平衡条件或牛顿第二定律来计算 2 弹簧的弹力 由胡克定律 F kx 计算 变式 1 如图 2 1 4 所示 图 2 1 4 在水平传送带上有三个质量分别为m1 m2 m3的木块 1 2 3 1 和 2 及 2 和 3 间分别用 原长为L 劲度系数为k的轻弹簧连接起来 木块与传送带间的动摩擦因数均为 现用水 平细绳将木块 1 固定在左边的墙上 传送带按图示方向匀速运动 当三个木块达到平衡后 用心 爱心 专心 5 1 3 两木块之间的距离是 A 2L B 2L m2 m3 g k m2 2m3 g k C 2L D 2L m1 m2 m3 g k m3g k 解析 先以 2 3 为整体分析 设 1 2 间弹簧的伸长量为x1 有kx1 m2 m3 g 再 以 3 为研究对象 设 2 3 间弹簧伸长量为x2 有kx2 m3g 所以 1 3 两木块之间的距离 为 2L x1 x2 故选 B 答案 B 考点二 静摩擦力方向的判断 小专题 图 2 1 5 1 由相对运动趋势直接判断 因为静摩擦力的方向跟物体相对运动趋势的方向相反 如果我们所研究的问题中 物体 相对运动的趋势很明显 就可以由相对运动趋势直接判断 这是判断静摩擦力方向的基本方 法 如图 2 1 5 所示 判断静止在斜面上的物体P所受静摩擦力的方向 物体P相对斜面 的运动趋势很明显 沿斜面有下滑趋势 我们就可以由静摩擦力的方向与相对运动趋势方向 相反直接判断出物体P受的静摩擦力的方向为沿斜面向上 典例 2 如图 2 1 6 所示 图 2 1 6 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有水平向左的运动趋势 则棒受到小车给棒的 摩擦力方向水平向右 答案 A 2 用假设法判断 变式 2 如图 2 1 7 所示 物体A B在力F作用下一起以相同速度沿F方向匀速运动 关于 物体A所受的摩擦力 下列说法正确的是 图 2 1 7 A 甲 乙两图中物体A均受摩擦力 且方向均与F相同 B 甲 乙两图中物体A均受摩擦力 且方向均与F相反 C 甲 乙两图中物体A均不受摩擦力 D 甲图中物体A不受摩擦力 乙图中物体A受摩擦力 方向和F方向相同 用心 爱心 专心 6 解析 用假设法分析 甲图中 假设A受摩擦力 与A做匀速运动在水平方向合力为零 不符 所以A不受摩擦力 乙图中 假设A不受摩擦力 A将相对B沿斜面向下运动 从而 A受沿F方向的摩擦力 正确选项是 D 答案 D 3 根据平衡条件来判断 如图 2 1 5 所示 物体P在斜面上处于平衡状态 则沿斜面方向合力必为零 而静摩 擦力必须与重力沿斜面向下的分力平衡 所以可判断出斜面给物体P的静摩擦力的方向必与 重力沿斜面向下的分力方向相反 即沿斜面向上 4 根据牛顿第二定律来判断 用牛顿第二定律判断 关键是先判断物体运动状态的变化 即加速度方向 再利用牛顿 第二定律 F ma 确定合力的方向 然后根据受力分析判定静摩擦力的方向 图 2 1 8 如图 2 1 8 中物块A和B在外力F作用下一起沿水平方向以加速度a做匀加速直线运 动时 静摩擦力提供A物体的加速度 大小为ma 方向水平向右 5 利用牛顿第三定律来判断 此法关键是抓住 摩擦力是成对出现的 先确定受力较少的物体受到的摩擦力方向 再确定与其接触的物体受到的摩擦力方向 在图 2 1 8 中 用牛顿第二定律判断出B对A的静摩擦力的方向为水平向右 由于摩 擦力是成对出现的 所以 根据牛顿第三定律可知 A对B的静摩擦力方向为水平向左 变式 3 一物体在桌面上滑行 受到摩擦力作用 其大小为F 则 A 桌面也受到摩擦力作用 大小为F 方向和物体运动方向一致 B 桌面也受到摩擦力作用 大小为F 方向和物体运动方向相反 C 桌面也受到摩擦力作用 大小不等于F D 桌面不受摩擦力作用 解析 根据牛顿第三定律可得 桌面也受到摩擦力作用 且与物体受到的摩擦力等大 反向 即大小为F 方向与物体运动方向相同 物体受到的滑动摩擦力方向与物体相对运动方 向相反 答案 A 考点三 摩擦力大小的计算 典例 3 如图 2 1 9 所示 图 2 1 9 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 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 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 11 cm 时 物体所受到的摩擦力大小为多少 3 若将弹簧拉长 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 解析 1 物体匀速前进时 k x x0 mg 则k N m 200 N m mg x x0 0 2 2 10 0 12 0 10 2 F1 k x1 x0 200 0 11 0 10 N 2 N 最大静摩擦力可看作等于滑动摩擦力 fm 0 2 2 10 N 4 N 故物体没动 所受静摩擦力f1 F1 2 N 用心 爱心 专心 7 3 弹簧弹力F2 k x2 x0 200 0 13 0 10 N 6 N 物体将加速前进 此时所受到的滑动摩擦力为f2 N mg 0 2 2 10 N 4 N 答案 1 200 N m 2 2 N 3 4 N 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 滑动摩擦力有具体的计算公式 而静摩擦力要借助其他公式 如 利用平衡条件列 方程或牛顿第二定律列方程等 3 f N 中N 并不总是等于物体的重力 变式 4 2012 山东淄博 图 2 1 10 如图 2 1 10 所示 物块A放在倾斜的木板上 已知木板的倾角 分别为 30 和 45 时物块所受摩擦力的大小恰好相同 则物块和木板间的动摩擦因数为 A B C D 1 2 3 2 2 2 5 2 解析 由题意可以判断出 当倾角 30 时 物块受到的摩擦力是静摩擦力 大小为 f1 mgsin 30 当 45 时 物块受到的摩擦力为滑动摩擦力 大小为 f2 N mgcos 45 由f1 f2得 2 2 答案 C 考点四 摩擦力的 突变 问题 小专题 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 典例 4 一木块放在水平桌面上 图 2 1 11 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 2 1 11 所示 其中F1 10 N F2 2 N 若撤去F1 则木块受到的摩擦力为 A 10 N 方向向左 B 6 N 方向向右 C 2 N 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 8 N 可知最大静摩擦力fmax 8 N 当撤去力F1后 F2 2 N fmax 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 C 正确 答案 C 2 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 典例 5 长直木板的上表面的一端放有一铁块 用心 爱心 专心 8 图 2 1 12 木板由水平位置缓慢向上转动 即木板与水平面的夹角 变大 另一端不动 如图 2 1 12 所示 则铁块受到的摩擦力f随角度 的变化图象可能正确的是下图中的 设最大 静摩擦力等于滑动摩擦力 解析 设木板与水平面间的夹角增大到 时 铁块开始滑动 显然当 时 铁块 与木板相对静止 由力的平衡条件可知 铁块受到的静摩擦力的大小为f mgsin 当 时铁块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力 设动摩擦因数为 由滑动摩擦力公式得 铁块受到的滑动摩擦力为f mgcos 通过上述分析知道 时 静摩擦力随 角增大按正弦函数增加 当 时 滑动摩擦力随 角增大按余弦规律减小 所以正确选项为 C 答案 C 3 动静 突变 在摩擦力和其他力作用下 做减速运动的物体突然停止滑行时 物体将不受摩擦力作用 或滑动摩擦力 突变 成静摩擦力 典例 6 如图 2 1 13 所示 把一重为G的物体 图 2 1 13 用一水平方向的推力F kt k为恒量 t为时间 压在竖直的足够高的平整墙上 从 t 0 开始物体所受的摩擦力f随t的变化关系是下图中的 解析 物体在竖直方向上只受重力G和摩擦力f的作用 由于f从零开始均匀增大 开 始一段时间fG 物体向下 做减速运动 直至减速为零 在整个运动过程中 摩擦力为滑动摩擦力 其大小为f N F kt 即f与t成 正比 是一条过原点的倾斜直线 当物体速度减为零后 滑动摩擦突变为静摩擦 其大小f G 所以物体静止后的图线为 平行于t轴的线段 正确答案为 B 答案 B 对应学生 用书P21 4 对重力 弹力 摩擦力的考查 阅卷教师揭秘 1 命题分析 常见的三种力也是高考的常考热点 弹力和摩擦力的有无及方向判定 大小计算 大小 和方向的突变等是考查的重点 例如 2009 天津 1 题 2010 全国 15 题 2011 山东 19 题等 2 主要题型 选择题 计算题 3 卷面错因 对摩擦力的认识存在误区 分析和推理能力不足 用心 爱心 专心 9 没有养成画图习惯 4 解决方法 确定摩擦力的有无 大小和方向 由产生条件确定 由运动状态确定 结合平衡条件 牛顿第二定律或物体受其他力的情况进行综合分析 判断 典例 2011 天津卷 图 2 1 14 如图 2 1 14 所示 A B两物块叠放在一起 在粗糙的水平面上保持相对静止地向右 做匀减速直线运动 运动过程中B受到的摩擦力 A 方向向左 大小不变 B 方向向左 逐渐减小 C 方向向右 大小不变 D 方向向右 逐渐减小 教你审题 关键点 相对静止 匀减速运动A B整体 牛顿第二定律 得到加速度a不变 B受静摩擦力方向向左 讨论 自己试一试 解析 对A B整体受力分析如右图所示 滑动摩擦力f使整体产生加速度a a等于 g不变 对B受力分析知 B所受静摩擦力f mB a mBg 大小不变 方向向左 故 A 对 B C D 错 答案 A 对应学生 用书P22 一 对弹力的考查 低频考查 1 2010 全国卷 15 一根轻质弹簧一端固定 用大小为F1的力压弹簧的另一端 平 衡时长度为l1 改用大小为F2的力拉弹簧 平衡时长度为l2 弹簧的拉伸或压缩均在弹性限 度内 该弹簧的劲度系数为 A B C D F2 F1 l2 l1 F2 F1 l2 l1 F2 F1 l2 l1 F2 F1 l2 l1 解析 根据胡克定律有F1 k l0 l1 F2 k l2 l0 解得k C 正确 F2 F1 l2 l1 答案 C 用心 爱心 专心 10 2 2011 山东卷 19 如图 2 1 15 所示 将两相同的木块a b置于粗糙的水平地 面上 中间用一轻弹簧连接 两侧用细绳固定于墙壁 开始时a b均静止 弹簧处于伸长 状态 两细绳均有拉力 a所受摩擦力Ffa 0 b所受摩擦力Ffb 0 现将右侧细绳剪断 则 剪断瞬间 图 2 1 15 Ffa大小不变 Ffa方向改变 Ffb仍然为零 Ffb方向向右 A 只有 对 B 只有 对 C 只有 对 D 只有 对 解析 右侧绳剪断瞬