2012版物理一轮复习 2.1 重力 弹力 摩擦力学案 新人教版必修1

1 第二章第二章 相互作用相互作用 高考目标导航高考目标导航 考纲点击备考指导 1 滑动摩擦力 动摩擦因数 静摩擦力 2 形变 弹性 胡克定律 3 矢量和标量 4 力的合成与分解 5 共点力的平横 实验二 探究弹力和弹簧伸长的关系 实验三 验证力的平行四边形定则 1 理解重力 弹力 摩擦力三种重要性质力 的产生条件 会用假设法判断弹力或者 静摩擦力的有无 掌握滑动摩擦力和静摩 擦力不同的计算方法 2 受力分析是解决物理问题的前提 力的合 成和分解是解决问题最基本的方法 3 本章的重点是力与平衡 要掌握多种解决 平衡问题的方法 如整体法和隔离法 正交分解法 相似三角形法 图解法 4 本章常与牛顿运动定律 动能定理 能量 守恒定律等重要考点相结合 综合性较 强 能力要求高 第第 1 1 节节重力重力 弹力弹力 摩擦力摩擦力 考纲知识梳理考纲知识梳理 一 力 1 力的定义 力是物体对物体的作用 在国际单位制中 力的单位是牛顿 简称牛 符 号是 N 2 力的三要素 大小 方向 作用点 力的大小用测力计 弹簧测力计 测量 力不仅有大小 而且有方向 要把一个力完全 表达出来 还要说明它的方向 大小和方向都相同的力 作用在物体上的不同位置 即 力的作用点不同 产生的效果一般也不同 3 力的性质 1 物质性 由于力是物体对物体的作用 所以力概念是不能脱离物体而独立存在 的 任意一个力必然与两个物体密切相关 一个是其施力物体 另一个是其受力物体 把握住力的物质性特征 就可以通过对形象的物体的研究而达到了解抽象的力的概念之 2 目的 2 矢量性 作为量化力的概念的物理量 力不仅有大小 而且有方向 在相关的 运算中所遵从的是平行四边形定则 也就是说 力是矢量 把握住力的矢量性特征 就 应该在定量研究力时特别注意到力的方向所产生的影响 就能够自觉地运用相应的处理 矢量的 几何方法 3 瞬时性 力作用于物体必将产生一定的效果 物理学之所以十分注重对力的 概念的研究 从某种意义上说就是由于物理学十分关注力的作用效果 而所谓的力的瞬 时性特征 指的是力与其作用效果是在同一瞬间产生的 把握住力的瞬时性特性 应可 以在对力概念的研究中 把力与其作用效果建立起联系 在通常情况下 了解表现强烈 的 力的作用效果 往往要比直接了解抽象的力更为容易 4 独立性 力的作用效果是表现在受力物体上的 形状变化 或 速度变化 而对于某一个确定的受力物体而言 它除了受到某个力的作用外 可能还会受到其它力 的作用 力的独立性特征指的是某个力的作用效果与其它力是否存在毫无关系 只由该 力的三要素来决定 把握住力的独立性特征 就可以采用分解的手段 把产生不同效果 的不同分力分解开分别进行研究 5 相互性 力的作用总是相互的 物体 A 施力于物体 B 的同时 物体 B 也必将 施力于物体 A 而两个物体间相互作用的这一对力总是满足大小相等 方向相互 作用 线共线 分别作用于两个物体上 同时产生 同种性质等关系 把握住力的相互性特征 就可以灵活地从施力物出发去了解受力物的受力情况 4 力的图示 1 力可以用一根带箭头的线段来表示 它的长短表示力的大小 它的指向 箭头所指 方向 表示力的方向 箭头或箭尾表示力的作用点 力的方向所沿的直线叫力的作用线 这 种表示力的方法 叫做力的图示 这是把抽象的力直观而形象地表示出来的一种方法 2 画力的图示的步骤 选定标度 画出某一长度的线段表示一定大小的力 并把该线段所表示的力的大小 写在该线段的上方 所选标度要适当 力的图示上刻度不能过少 也不能多而密 要便于作 图计算 一般标度的大小应是所图示的力的 1 n n 为除 1 以外的正整数 画一个方块或一个点表示受力物体 并确定力的作用点 从力的作用点开始 沿力的作用方向画一线段 根据所选标度和力的大小确定线段的 长度 并在线段上加上刻度 垂直于力线段的小短线 3 在表示力的线段的末端画上箭头表示力的方向 在箭头的旁边标出表示这个力的字 母或数值 3 注意 箭尾通常画在力的作用点上 若在同一个图上作出不同的力的图示 一定要用同一个标度 力的图示与力的示意图不同 力的示意图是为了分析受力而作 侧 重于画准力的方向 带箭头的线段上没有标度 线段的长度只定性表示力的大小 二 重力 1 定义 由于地球的吸引而使物体受到的力 2 大小 8 9 2 向赤道越小 且越向两极越大 越通常取smgmgG 3 方向 竖直向下 地面上处在两极和赤道上的物体所受重力的方向指向地心 地面上其 他位置的物体所受重力的方向不指向地心 4 作用点 因为物体各个部分都受到重力作用 可认为重力作用于一点即为物体的重心 重心的位置与物体的质量分布和几何形状有关 重心是一个等效的概念 重心不一定在物体上 可以在物体之外 质量分布均匀的规则物体的重心在物体的几何中心 不规则物体的重心可用悬线法求出重心位置 三 弹力 1 定义 直接接触的物体间由于发生弹性形变而产生的力 这是由于要恢复到原来的形状 对使它发生形变的物体产生的力 2 产生条件 直接接触 弹性形变 3 弹力方向的确定 1压力 支持力的方向 总是垂直于 接触面 指向被压或被支持的物体 2绳的拉力方向 总是沿着绳 指 向绳收缩的方向 3杆子上的弹力的方向 可以沿着杆子的方向 也可以不沿着杆子的方向 4 弹力大小的确定 弹簧在弹性限度内 遵从胡克定律即kxF 同一根张紧的轻绳上拉力处处相等 弹力一般根据物体的运动状态 利用平衡知识或牛顿第二定律求解 四 摩擦力 1 静摩擦力 4 产生 两个相互接触的物体 有相对运动趋势时产生的摩擦力 作用效果 总是起着阻碍物体间相对运动趋势的作用 产生条件 a 相互接触且发射弹性形变 b 有相对运动趋势 c 接触面粗糙 大小 根据平衡条件求解或牛顿运动定律求解 方向 总是与物体的相对运动趋势方向相反 2 滑动摩擦力 产生 两个相互接触的物体 有相对运动时产生的摩擦力 作用效果 总是起着阻碍物体间相对运动的作用 产生条件 a 相互接触且发射弹性形变 b 有相对运动 c 接触面粗糙 大小 滑动摩擦力的大小与正压力成正比 即 Nf N 指正压力不一定等于物体的重 力 错误 不能通过编辑域代码创建对象 错误 不能通过编辑域代码创建对象 滑动摩擦力还可以根据平衡条件求解或牛顿运动 定律求解 方向 总是与物体的相对运动方向相反 要点名师透析要点名师透析 一 弹力的判断及大小的计算 1 弹力有无的判断方法 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 利用假设法判断 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 根据物体的运动状态分析 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 例如 如图所示 小球 A 在车厢内随车厢一起向右运动 可根据小 球的运动状态分析车厢后壁对球 A 的弹力的情况 若车厢和小球做匀速直线运动 则小球 A 受力平衡 所以车厢后壁对小球无弹力 若车厢和小球向右做加速运动 则由牛顿第二定律可知 后车厢壁对小球的弹力水平 5 向右 2 弹力方向的判断方法 1 根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反 与自身 受力物体 形变方向相同 判断 2 根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向 弹力弹力的方向 弹簧两端的弹力与弹簧测力计中心轴线相重合 指向弹簧恢 复原状的方向 轻绳的弹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 或接触面的切面 而 指向受力物体 球与面接触的弹力在接触点与球心的连线上 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 而指向受力物体 杆的弹力可能沿杆 也可能不沿杆 应具体情况具体 分析 3 计算弹力大小常见的三种方法 1 根据力的平衡条件进行求解 2 根据胡克定律进行求解 3 根据牛顿第二定律进行求解 注意 1 轻杆对物体的弹力不一定沿杆方向 可成任意角度 具体要根据力与运动的关 系进行分析和判断 2 弹力是被动力 其大小与物体所受的其他力的作用以及物体的运动状态有关 例 1 2011 年黄山模拟 如图所示 小车内有一固定光滑斜面 一个小球通过细绳与 车顶相连 细绳始终保持竖直 关于小球的受力情况 下列说法正确的是 A 若小车静止 绳对小球的拉力可能为零 6 B 若小车静止 斜面对小球的支持力一定为零 C 若小车向右运动 小球一定受两个力的作用 D 若小车向右运动 小球一定受三个力的作用 答案 选 B 详解 若小车静止 则小球受力平衡 由于斜面光滑 不受摩擦力 小球受重力 绳 子的拉力 重力和拉力都沿竖直方向 如果受斜面的支持力 则没法达到平衡 因此在 小车静止时 斜面对小球的支持力一定为零 绳子的拉力等于小球的重力 故 A 项错误 B 项正确 若小车向右匀速运动时 小球受重力和绳子拉力两个力的作用 若小车运动时 加速度向左 则一定受斜面的支持力 可能受绳子的拉力 也可能不受绳子的拉力 故 C D 项都不对 二 静摩擦力的有无及其方向的判定方法 1 假设法 利用假设法判断摩擦力的有无及方向的思维程序如下 2 状态法 从物体的运动状态反推出必须具备的受力条件 并进一步分析组成条件中静摩擦力所起的作 用 从而判断出静摩擦力的有无及方向 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 注意 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 例 2 如图所示 在平直公路上 有一辆汽车 车上有一木箱 试判断下列情况中 木箱 所受摩擦力的方向 7 1 汽车由静止开始加速运动时 木箱和车无相对滑动 2 汽车刹车时 二者无相对滑动 3 汽车匀速运动时 二者无相对滑动 详解 根据物体的运动状态 由牛顿运动定律不难判断出 1 汽车加速时 木箱所受的静摩擦力方向向右 2 汽车刹车时 木箱所受的静摩擦力方向向左 3 汽车匀速运动时 木箱不受摩擦力作用 三 摩擦力大小的计算 1 滑动摩擦力的计算 滑动摩擦力由公式 Ff FN计算 最关键的是对相互挤压力 FN的分析 它跟研究物体在垂 直于接触面方向的受力密切相关 2 静摩擦力的计算 1 其大小 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 因而静摩擦力具有大小 方向的可变性 其大小只能依据物体的运动状态进行计算 若为平衡状态 静摩擦力将由平衡条件建立方程求解 若为非平衡状态 可由动力学规律建 立方程求解 2 最大静摩擦力 Ffm是物体将要发生相对滑动这一临界状态时的摩擦力 它的数值与 FN成 正比 在 FN不变的情况下 滑动摩擦力略小于 Ffm 而静摩擦力可在 0 Ffm间变化 注意 1 通常情况下可以认为最大静摩擦力 Ffm等于滑动摩擦力 Ff 2 解题时首先判定物体之间的摩擦是静摩擦还是滑动摩擦 静摩擦力不能用滑动摩擦力的 公式计算 例 3 2011 年合肥六中期中测试 如图所示 斜面固定在地面上 倾角为 37 sin37 0 6 cos37 0 8 质量为 1 kg 的滑块 以一定的初速度沿斜面向下滑 斜面足够长 滑块与斜面间的动摩擦因数为 0 8 该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图象是图 2 1 4 中 的 取初速度方向为正方向 g 10 m s2 8 答案 选 A 详解 由于mgsin37 b d 将 a b 球依次放入一竖直放置 内径为的平底圆筒内 如图所示 设 a b 两球静止 时对圆筒侧面的压力大小分别为 1 f和 2 f 筒底所受的压力大小为F 已知重力加速度大小 为 g 若所以接触都是光滑的 则 A ab12 Fmmgff B a12 b Fmmgff C a12 ab m gFmmgff D aa12 b m gFmmgff 11 答案答案 A 解析解析 对两刚性球 a 和 b 整体分析 竖直方向平衡可知 F a m b m g 水平方向平衡有 1 f 2 f 7 7 09 09 广东物理广东物理 11 11 如图所示 表面粗糙的斜面固定于地面上 并处于方向垂直纸面向 外 磁感应强度为B的匀强磁场中 质量为m 带电量为 Q的小滑块从斜面顶端由静止下滑 在滑块下滑的过程中 下列判断正确的是 CD A 滑块受到的摩擦力不变 B 滑块到地面时的动能与B的大小无关 C 滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下 D B很大时 滑块可能静止于斜面上 解析解析 取物块为研究对象 小滑块沿斜面下滑由于受到洛伦兹力作用 如图所示 C 正确 N mgcos qvB 由于v不断增大 则 N 不断增大 滑动摩擦力f N 摩擦力增大 A 错误 滑块的摩擦力与 B 有关 摩擦力做功与 B 有关 依据动能定理 在滑块下滑到地面的过程中 满足fsmghmv 0 2 1 2 所以滑块到地面时的动能与 B 有关 B 错误 当 B 很大 则摩 擦力有可能很大 所以滑块可能静止在斜面上 D 正确 8 8 09 09 北京北京 18 18 如图所示 将质量为 m 的滑块放在倾角为 的固定斜面上 滑块与斜面 之间的动摩擦因数为 若滑块与斜面之间的最大静摩擦力合滑动摩擦力大小相等 重力 加速度为 g 则 C A 将滑块由静止释放 如果 tan 滑块将下滑 B 给滑块沿斜面向下的初速度 如果 tan 滑块将减速下滑 C 用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动 如果 tan 拉力大小应是 2mgsin D 用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动 如果 tan 拉力大小应是 mgsin 12 解析解析 对处于斜面上的物块受力分析 要使物块沿斜面下滑则 mgsin mgcos 故 G 竖直向上拉弹簧测力计 则稳定后弹簧测力计的读数分别为 A 乙图读数为 F0 G 丙图读数为 F0 G B 乙图读数为 F0 G 丙图读数为 F0 G C 乙图读数为 F0 丙图读数为 F0 G D 乙图读数为 F0 G 丙图读数为 F0 答案 选 D 详解 弹簧测力计的读数与弹簧的形变成正比 按图乙方式外壳受力 F0 F G 则弹簧测力 计的读数 F F0 G 按图丙方式弹簧测力计的读数直接由 F0引起 弹簧测力计的读数为 F0 D 正确 5 2011 南通模拟 如图所示 水平桌面上平放一叠共计 54 张的扑克牌 每一张的质量均 为 m 用一手指以竖直向下的力压第 1 张牌 并以一定速度向右移动手指 确保手指与第 1 张牌之间有相对滑动 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相同 手指与第 1 张牌之间的动摩擦因 数为 1 牌间的动摩擦因数均为 2 第 54 张牌与桌面间的动摩擦因数为 3 且有 1 2 3 则下列说法正确的是 A 第 2 张牌到第 53 张牌之间可能发生相对滑动 17 B 第 2 张牌到第 53 张牌之间不可能发生相对滑动 C 第 1 张牌受到手指的摩擦力向左 D 第 54 张牌受到水平桌面的摩擦力向左 答案 选 B D 详解 由题意知 第 1 张牌受到手指的摩擦力方向向右 C 错误 如果第 2 张牌到第 53 张 牌之间发生了相对滑动 则其中的某一张牌受到的来自于其上方的牌的摩擦力 F上必大于其 所受来自下方牌的摩擦力 F下 牌之间的摩擦因数均为 2 令每张牌的重力为 mg 令 F上 2FN 则 F下 2 mg FN 总有 F下 F上 即从第 2 张牌到第 53 张牌之间不可能有相 对滑动发生 将第 2 张牌到第 53 张牌视为一个整体 该整体受第 1 张牌的摩擦力向右 由牛 顿第三定律知第 53 张牌对第 54 张牌的摩擦力向右 则桌面对第 54 张牌的摩擦力必向左 6 如图所示 固定在水平地面上的斜面体顶端安装一定滑轮 两物块 P Q 用轻绳连接并 跨过定滑轮 P 悬于空中 Q 放在斜面上 均处于静止状态 不计滑轮的质量和绳子与滑 轮间的摩擦 当用竖直向下的恒力推 Q 时 P Q 仍静止不动 则 A Q 受到的摩擦力一定变小 B Q 受到的摩擦力一定变大 C 轻绳上的拉力一定变小 D 轻绳上的拉力一定不变 答案 D 详解 以物体 P 为研究对象 可以知道绳子的拉力等于物体 P 的重力 故绳子的拉力 不变 选项 C 错误 选项 D 正确 由于没有对 Q 施加竖直向下的恒力时 物体 Q 的摩擦力 方向不能确定 故施加竖直向下的恒力后 摩擦力的变化情况不能确定 所以选项 A B 错误 故正确答案为 D 7 A B C 三个物体通过细线和光滑的滑轮相连 处于静止状态 如图所示 C 是一箱沙 18 子 沙子和箱的重力都等于 G 动滑轮的质量不计 打开箱子下端开口 使沙子均匀流出 经过时间 t0流完 则下图中哪个图线表示在这过程中桌面对物体 B 的摩擦力 f 随时间的 变化关系 答案 B 详解 选择 A B 整体作为研究对象 整体共受到 5 个力的作用 即 重力 G GA GB 支 持力 F N 静摩擦力 Ff 两根绳子的拉力 F1和 F2 其中 F1 F2 C G 2 根据力的平衡得 Ff F1 F2 GC 所以当沙子均匀流出时 B 选项正确 8 2011 成都市高三摸底测试 缓冲装置可抽象成如右图所示的简单模型 图中A B 为原长相等 劲度系数分别为k1 k2 k1 k2 的两个不同的轻质弹簧 下列表述正确的是 A 装置的缓冲效果与两弹簧的劲度系数无关 B 垫片向右移动稳定后 两弹簧产生的弹力之比F1 F2 k1 k2 C 势片向右移动稳定后 两弹簧的长度之比l1 l2 k2 k1 D 垫片向右移动稳定后 两弹簧的压缩量之比x1 x2 k2 k1 答案 D 详解 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 正确 9 如图 物体M在竖直向上的拉力F的作用下能静止在斜面上 关于M受力的个数 下列说法中正确的是 19 A M一定是受两个力作用 B M一定是受四个力作用 C M可能受三个力作用 D M不是受两个力作用就是受四个力作用 答案 D 详解 若拉力F大小等于物体的重力 则物体与斜面没有相互作用力 所以物体就只 受到两个力作用 若拉力F小于物体的重力时 则斜面对物体产生支持力和静摩擦力 故物 体应受到四个力作用 D 正确 10 如图