【志鸿优化设计】（江苏专用）2014届高考物理 第二章相互作用第一节重力 弹力 摩擦力教学案

1 第二章第二章 相互作用相互作用 考纲要求权威解读 重力 形变和弹力 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 静摩擦 知道静摩擦力的产生条件 会求静摩擦力 滑动摩擦 摩擦力 动摩擦 因数 知道动摩擦因数的含义 滑动摩擦力的产 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 力的合成和分解 会对力进行合成与分解 熟练掌握力的正 交分解法和平行四边形作图法 共点力作用下物体的平衡 只要求在一个平面内的共点力平衡问题 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 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 第一节第一节 重力重力 弹力弹力 摩擦力摩擦力 一 力 力的概念力是物体与物体间的 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 力的五种属性 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 Error Error 2 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Error 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 下面关于重力 重心的说法中正确的是 A 风筝升空后 越升越高 其重心也升高 B 质量分布均匀 形状规则的物体的重心一定在物体上 C 舞蹈演员在做各种优美动作时 其重心位置不变化 3 D 重力的方向总是垂直于地面 2 2012 山东泰安模拟 如图所示 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 A kx B kx G C G kx D 以上都不对 3 2012 山西大学附中月考 如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 A P Q点所受摩擦力的方向均沿轮的切线向上 B P Q点所受摩擦力的方向均沿轮的切线向下 C P Q点所受摩擦力的方向沿轮的切线 Q点向上 P点向下 D P 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 自主探究自主探究 1 如图所示 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 F mgcos 方向沿杆向上 B 小车静止时 F mgcos 方向垂直杆向上 C 小车向右以加速度a运动时 一定有F mg sin D 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 ma 2 mg 2 夹角为 arctan a g 思考 1 小车静止时 小球受几个力 4 思考 2 小车加速运动时 合力方向向哪 归纳要点归纳要点 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 自主探究自主探究 2 2012 山东德州一模 如图所示 将两个相同的木块a b置于固定在水 平面上的粗糙斜面上 a b中间用一轻弹簧连接 b的右端用细绳与固定在斜面上的挡板 相连 开始时a b均静止 弹簧处于压缩状态 细绳上有拉力 下列说法正确的是 A a所受的摩擦力一定不为零 B b所受的摩擦力一定不为零 C 细绳剪断瞬间 a所受摩擦力不变 D 细绳剪断瞬间 b所受摩擦力可能为零 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 如图甲所示 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 5 为 10 kg 的物体 ACB 30 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 明确两绳中拉力的特点明确杆对绳支持力方向由平衡条件求出作用力 解题要点 规律总结规律总结 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 如图所示 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 如图所示 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 6 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F FN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 如图所示 一个被吊着的均匀球壳 其内部注满了水 在球的底部有一带阀门的细 出水口 在打开阀门让水慢慢流出的过程中 球壳与其中的水的共同重心将会 A 一直下降 B 一直不变 C 先下降后上升 D 先上升后下降 2 一个质量可以不计的弹簧 其弹力F的大小与长度l的关系如图所示 这根弹簧 的劲度系数为 A 1 250 N m B 625 N m C 2 500 N m D 833 N m 3 2012 浙江宁波调研 如图所示 物块M在静止的传送带上以速度v匀速下滑时 传送带突然启动 方向如图中箭头所示 若传送带的速度大小也为v 则传送带启动后 7 A M静止在传送带上 B M可能沿斜面向上运动 C M受到的摩擦力不变 D M下滑的速度不变 4 如图所示 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 8 参考答案参考答案 基础梳理自测基础梳理自测 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 2 mg 3 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 1 A 解析 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 2 B 解析 解析 设球在A处时弹簧已压缩了 x 球平衡时弹力FA G k x 球在B处 时 弹簧又压缩x 球再达平衡时弹力FB k x x G kx 故选项 B 是正确的 3 B 解析 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 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 a g 只有当球的加速度a gtan 时 杆对球的作用力才沿杆的方向 此时才有F ma sin mg cos 9 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 arctan arctan 故正确 ma 2 mg 2 ma mg a g 选项为 D 自主探究 2 ACD 解析 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 考向探究突破考向探究突破 题例 1 答案 答案 1 2 100 N 方向与水平方向成 30 角斜向右上方 3 1 2 173 N 方向水平向右 解析 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 10 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FAC FCD M1g 由FEPsin 30 FPQ M2g得FEP 2M2g 所以得 FAC FEP M1 2M2 1 2 2 根据几何关系得 FC FAC M1g 100 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 30 M2g FEPcos 30 FP 所以FP M2gcot 30 M2g 173 N 方向水平向右 3 题例 2 答案 答案 1 2 2mg mg k1 2mg k1 解析 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k1x0 mg 解得x0 mg k1 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x1 x0 mg k1 所以物体A上升的高度为 h 2x0 2mg k1 绳中张力FT