高考物理大一轮复习 第二章 相互作用（第1课时）重力 弹力 摩擦力课件.ppt

第二章相互作用 统计考情 有的放矢明考情 第1课时重力弹力摩擦力 回扣教材 考点扫描 真题在线 回扣教材 梳理知识夯基础 知识整合 一 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 3 方向 总是 4 重心 物体所受重力的等效点 其位置与物体的分布和有关 二 形变 弹性 胡克定律1 形变 物体在力的作用下或的变化 1 弹性形变 物体在形变后撤去作用力时能够的形变 2 弹性限度 当形变超过一定限度时 撤去作用力后 物体不能完全恢复原来的 这个限度叫弹性限度 地球 正比 mg 弹簧测力计 竖直向下 各部分 质量 形状 形状 体积 恢复原状 形状 2 弹力 1 定义 发生弹性形变的物体 由于要 对与它的物体产生的力 2 产生条件 物体相互且发生 3 方向 总是与施力物体形变的方向 4 常见的弹力方向 恢复原状 接触 接触 弹性形变 相反 3 胡克定律 1 内容 弹簧发生时 弹力的大小f跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成 2 表达式 f 其中k的大小由弹簧决定 三 摩擦力1 静摩擦力 1 产生条件 接触面 接触处有 两物体有 2 定义 两个物体之间只有 而没有时的摩擦力 3 大小和方向 大小 0 f fm 方向 沿两物体的接触面与相对运动趋势的方向 弹性形变 正比 kx 自身性质 粗糙 弹力 相对运动趋势 相对运动趋势 相对运动 相反 2 滑动摩擦力 1 产生条件 接触面 接触处有 两物体间有 2 定义 一个物体在另一个物体表面时 受到另一物体它们相对滑动的力 3 大小及方向 大小 f fn 公式中 为比例常数 称为动摩擦因数 其大小与两个物体的材料和接触面的粗糙程度有关 方向 沿两物体的接触面 与的方向相反 粗糙 弹力 相对运动 滑动 阻碍 相对运动 问题思考 1 如图所示 质量为m的砝码放置在小车上 小车上表面是水平的 一轻弹簧两端分别与小车和墙壁连接 用手将小车向左移动一段距离后释放 运动过程中砝码与小车无相对滑动 1 砝码重力的作用点在何处 重力的大小和方向如何 必修1p55图3 2 3甲 答案 1 砝码受到的重力的作用点在重心 其大小为mg 方向竖直向下 2 砝码对小车的压力的大小和方向如何 砝码对小车的压力是什么性质的力 这个力产生的原因是什么 小车对砝码的支持力的大小和方向如何 小车对砝码的支持力是什么性质的力 这个力产生的原因是什么 弹簧对小车的拉力是什么性质的力 这个力产生的原因是什么 3 若弹簧劲度系数为k 将其拉伸和压缩长度x的两种情况下 弹力的大小及关系如何 答案 2 砝码对小车的压力大小为mg 方向竖直向下 该力是弹力 它是由于砝码产生形变而对小车的作用力 小车对砝码的支持力大小为mg 方向竖直向上 该力是弹力 它是由于小车产生形变而对砝码的作用力 弹簧对小车的拉力是弹力 它是弹簧产生形变而对小车的作用力 3 由胡克定律可知f k x 两种情况下 弹力大小相等 方向相反 2 如图为某同学推木箱的情景 木箱质量为100kg 静止在粗糙的水平地面上 1 该同学分别用15n和50n的力水平向右推木箱 但木箱始终保持静止 则地面对木箱的摩擦力大小和方向如何 这说明摩擦力有何特点 解析 1 木箱保持静止 该同学对木箱的水平推力和地面对木箱的静摩擦力是一对平衡力 所以两种情况下地面对木箱的摩擦力大小分别为15n和50n 方向水平向左 都不运动 说明静摩擦力的大小与使物体产生运动趋势的因素 此为推力 有关 必修1p57图3 3 1 答案 1 15n 方向水平向左 50n 方向水平向左静摩擦力与产生运动趋势的因素有关 2 该同学缓慢地增大推力 发现当推力增大到305n时木箱开始移动 并且以290n的推力就能维持大木箱做匀速运动 则木箱与地面之间的最大静摩擦力是多少 木箱与地面之间的动摩擦因数是多少 g取10m s2 解析 2 木箱开始移动时的水平推力等于木箱与地面之间的最大静摩擦力 所以最大静摩擦力为305n 木箱匀速运动时 人对木箱的水平推力和地面对木箱的滑动摩擦力是一对平衡力 所以f fn mg 得 0 29 答案 2 305n0 29 考点扫描 重点透析通热点 考点一弹力的分析和计算 要点透析 1 弹力有无的判断 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 确定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 2 弹力方向的判断 1 根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断 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 3 弹力的分析与计算对于难以观察的微小形变 首先分析物体的运动情况 然后根据物体的运动状态 利用共点力的平衡条件或牛顿第二定律来确定弹力大小 典例突破 例1 多选 如图所示为位于水平面上的小车 固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为 在斜杆的下端固定有质量为m的小球 下列关于斜杆对小球的作用力f的判断中 正确的是 a 小车静止时 f 方向沿杆向上b 小车向右匀速运动时 一定有f mg 方向竖直向上c 小车向右匀加速运动时 一定有f mg 方向一定沿杆向上d 若小车向右做匀减速运动 f的方向指向左上方 核心点拨 1 固定支架上的杆 其弹力的方向具有多种可能 不能直接判断 需借助相关物体的运动状态来判断 2 小车处于平衡状态时 小球受到的重力和弹力的合力为零 3 小车在水平面加速运动时 小球受到的重力和弹力的合力沿水平方向 答案 bd 题后反思轻杆弹力的确定方法 1 杆的弹力与绳的弹力不同 绳的弹力始终沿绳指向绳收缩的方向 但杆的弹力方向不一定沿杆的方向 2 轻杆弹力的大小和方向的判断要根据物体的运动状态来确定 可以理解为 按需提供 即由受力平衡或牛顿运动定律确定弹力的大小和方向 1 由平衡条件确定弹力 如图所示 a b两物体并排放在光滑的水平面上 c物体叠放在a b上 d物体是光滑小球 悬挂在竖直线下端 且与斜面接触 若所有的接触面均光滑且都处于静止状态 下列说法中正确的是 a b对a有弹力 且弹力方向水平向左b d与斜面接触时 斜面未发生形变c b对地面的压力大小等于b受到的重力d a b物体对c在竖直方向上没有弹力 即时巩固 解析 a与b之间没有挤压 没有弹力 选项a错误 d物体受到竖直向下的重力和竖直向上的线的拉力处于静止状态 没有受到斜面的支持力作用 所以斜面未发生形变 选项b正确 因为c物体压在a b物体上 所以a b物体对c物体有弹力 b对地面的压力大小大于b受到的重力 选项c d错误 b 2 由产生条件确定弹力的方向 画出下列图 1 4 中静止的球或杆受到的弹力及图 5 中杆和绳对轻滑轮的弹力 解析 平面与平面接触 弹力方向垂直于平面 平面与曲面接触 弹力方向垂直于平面 也垂直于曲面过接触点的切面 曲面与曲面接触 弹力方向垂直于公切面 点与平面接触 弹力方向垂直于平面 点与曲面接触 弹力方向垂直于曲面过接触点的切面 图 5 中绳对滑轮的弹力为水平向右和竖直向下 大小相等 其合力沿杆的延长线 由滑轮平衡知杆的弹力沿杆方向 答案 如图所示 考点二弹簧类弹力问题的分析和计算 要点透析 1 对有明显形变的弹簧 橡皮条等物体 弹力的大小可以由胡克定律f kx计算 2 弹簧既能受到拉力作用 也能受到压力作用 橡皮条只能受到拉力作用 不能受到压力作用 3 由于弹簧和橡皮条受到力的作用时 其形变较大 发生形变需要一段时间 所以弹簧和橡皮条中的弹力不能突变 典例突破 例2 在现代汽车技术中 一般轿车都设置有 汽车悬架 麦弗逊式及烛式悬架都是将螺旋弹簧和减振器有机组合 对缓冲冲击和消减冲击产生的振动全面考虑 大大提高了乘坐者的舒适性 现在有一组合弹簧 一根大弹簧内套了一根小弹簧 大弹簧比小弹簧长0 2m 为了测量弹簧的劲度系数 把组合弹簧的一端平齐并竖直固定 另一端处于自由状态 如图 甲 所示 当压缩此组合弹簧时 测得力与压缩距离之间的关系图线如图 乙 所示 1 求大弹簧的劲度系数k1和小弹簧的劲度系数k2 2 若取下小弹簧 制作一个弹簧测力计 则悬挂一包质量为400g的食用盐 则弹簧伸长多少 g取10m s2 审题图示 答案 1 10n m20n m 2 0 2m 解析 1 由图 乙 可知 当用f1 2n的压力压缩大弹簧时 大弹簧压缩x1 0 2m 由胡克定律 f1 k1x1可得大弹簧的劲度系数k1 10n m 用f2 5n的压力压缩组合弹簧时 大弹簧压缩x2 0 3m 小弹簧压缩x3 0 1m 由f2 k1x2 k2x3解得小弹簧的劲度系数k2 20n m 2 小弹簧下悬挂一包质量为400g的食用盐 弹簧弹力等于f mg 0 4 10n 4n 由胡克定律 f k2x解得弹簧伸长x 0 2m 题后反思弹簧类弹力计算的思维程序 1 判断弹簧的形变形式和形变量 从弹簧端点的实际位置与弹簧处于原长时端点的位置对比判断弹簧的形变形式和形变量x 并由形变形式判断弹力的方向 2 由胡克定律计算弹力的大小 1 由平衡条件确定弹簧类弹力的大小 如图所示的装置中 小球的质量均相同 弹簧和细线的质量以及一切摩擦忽略不计 平衡时各弹簧的弹力分别为f1 f2 f3 其大小关系是 即时巩固 解析 图 1 中以弹簧下面的小球为研究对象 小球受竖直向下的重力mg和弹簧向上的弹力 由平衡条件可知f1 mg 图 2 和图 3 中 以悬挂的小球为研究对象 小球受竖直向下的重力mg和细线的拉力f 由平衡条件可知弹簧的弹力大小均等于细线拉力的大小 则f f2 f3 mg 即f1 f2 f3 故选项a正确 a a f1 f2 f3b f1 f2f2d f3 f1 f2 2 导学号00622072 由胡克定律确定弹簧类弹力的大小 多选 两个中间有孔的质量为m的小球用一轻弹簧相连 套在一水平光滑横杆上 两个小球下面分别连一轻弹簧 两轻弹簧下端系在同一质量为m的小球上 如图所示 已知三根轻弹簧的劲度系数都为k 三根轻弹簧刚好构成一等边三角形 则下列判断正确的是 cd 考点三摩擦力的分析和计算 要点透析 1 静摩擦力的有无及方向的判断方法 特别提示 1 静摩擦力的方向可能与物体运动方向相同 也可能相反 还可能与物体的运动方向成任意夹角 2 静摩擦力的方向一定与接触面相切 与弹力垂直 2 滑动摩擦力的方向滑动摩擦力的方向总与物体间的相对运动方向相反 判断滑动摩擦力的方向时一定要明确 相对 的含义是指相对跟它接触的物体 所以滑动摩擦力的方向可能与物体实际运动 对地运动 方向相反 相同或成某一夹角 3 摩擦力大小的计算 1 滑动摩擦力的大小 2 静摩擦力的大小 物体处于平衡状态 静止或匀速直线运动 利用力的平衡条件求解 物体有加速度时 应用牛顿第二定律f合 ma求解 最大静摩擦力与接触面间的压力成正比 其值大于滑动摩擦力 但通常按最大静摩擦力等于滑动摩擦力处理问题 典例突破 审题指导 例3 多选 木块a b分别重50n和60n 它们与水平地面间的动摩擦因数均为0 25 夹在a b之间的轻弹簧被压缩了2cm 弹簧的劲度系数为400n m 系统置于水平地面上静止不动 现用f 1n的水平拉力作用在木块b上 如图所示 设滑动摩擦力与最大静摩擦力相等 则力f作用后 a 木块a所受摩擦力大小是8nb 木块a所受摩擦力大小是11 5nc 木块b所受摩擦力大小是9nd 木块b所受摩擦力大小是7n 解析 未加f时 木块a在水平方向上受弹簧的弹力f1及静摩擦力fa作用 且fa f1 kx 8n 木块b在水平方向上受弹簧弹力f2和静摩擦力fb作用 且fb f2 kx 8n 在木块b上施加f 1n的向右的拉力后 由于f2 f gb 故木块b所受摩擦力仍为静摩擦力 其大小fb f2 f 9n 木块a的受力情况不变 选项a c正确 答案 ac 误区警示应用f fn时注意的几点 1 公式中fn为两接触面间的正压力 与物体重力没有必然联系 fn不一定等于物体的重力mg 2 当使物体产生相对运动趋势的外力小于最大静摩擦力时 摩擦力大于等于该外力 3 在动摩擦因数 未知的情况下 可以由平衡条件或牛顿第二定律求出滑动摩擦力的大小 1 由物体运动状态分析静摩擦力 2016 重庆南开中学月考 下列四种情形中 物体a受摩擦力作用且与a运动方向一定相反的是 即时巩固 解析 a项中 a b一起相对静止向右匀速运动时 无相对运动趋势 则a与b之间没有摩擦力 故选项a错误 b项中 a b一起相对静止向右匀加速运动 则b对a有一向右的静摩擦力 与运动方向相同 故选项b错误 c项中 a随传送带向下匀加速运动中 若加速度a gsin 则摩擦力方向沿斜面向下 与运动方向相同 故选项c错误 d项中 当a相对传送带静止向下匀速运动时 a有向下滑动的趋势 则受到沿传送带向上的静摩擦力 与运动方向相反 故选项d正确 d 2 导学号00622073 应用平衡条件分析滑动摩擦力 2016 内蒙古巴彦淖尔市一中月考 多选 在水平地面上放置一倾角为 的斜面 a b两物块如图叠放 并一起沿斜面匀速下滑 则 a a b间无摩擦力b b与斜面间的动摩擦因数 tan c 斜面受到水平面的摩擦力方向向左d b对斜面的摩擦力方向沿斜面向下 解析 因为a处于平衡状态 a受重力 支持力以及b对a的静摩擦力平衡 知a b间有摩擦力 摩擦力的方向沿a与b的接触面斜向上 a b一起匀速向下滑动的过程中 a b整体对斜面作用力竖直向下 地面对斜面没有摩擦力 故选项a c错误 a b整体一起匀速下滑 则有 ma mb gsin ma mb gcos 可得 tan 斜面对b的摩擦力方向沿斜面向上 所以b对斜面的摩擦力方向沿斜面向下 故选项b d正确 bd 考点四摩擦力的突变问题 要点透析 1 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 则静摩擦力将突变成滑动摩擦力 2 动 动 突变某物体相对于另一物体滑动的过程中 若突然相对运动方向变了 则滑动摩擦力方向发生突变 多维突破 高考题型1 摩擦力的 静 动 突变问题 例4 多选 将力传感器a固定在光滑水平桌面上 测力端通过轻质水平细绳与滑块相连 滑块放在较长的小车上 如图 甲 所示 传感器与计算机相连接 可获得力随时间变化的规律 一水平轻质细绳跨过光滑的定滑轮 一端连接小车 另一端系沙桶 整个装置开始处于静止状态 在滑块与小车分离前缓慢向沙桶里倒入细沙 力传感器采集的ft图像如图 乙 所示 则 a 2 5s前小车做变加速运动b 2 5s后小车做变加速运动 假设细沙仍在加注中 c 2 5s前小车所受摩擦力不变d 2 5s后小车所受摩擦力不变 审题图示 解析 由题图 乙 可知 在沙桶质量由小变大 且滑块与小车之间没有相对滑动的过程中 小车受静摩擦力作用 其大小与传感器的示数相等 所以2 5s前 小车 滑块均静止 故选项a c错误 由f t图像可知 2 5s后f不变 说明滑块所受摩擦力不变 则小车受恒定摩擦力 但是外力增加 因此做变加速直线运动 故选项b d正确 答案 bd 题后反思由相对运动情况判断 静 动 突变问题 1 解答本题时 不注意传感器采集的数据反映滑块与小车之间的摩擦力随时间的变化特征 即在0 2 5s滑块与小车之间是静摩擦力 在2 5s之后是滑动摩擦力 2 审题不仔细 误认为在2 5s后不再倒入细沙 小车做匀加速直线运动 针对训练 导学号00622074如图所示 质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数 0 2 从t 0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行 同时受到一个水平向左的恒力f 1n的作用 g取10m s2 向右为正方向 该物体受到的摩擦力ff随时间变化的图像是 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 a 解析 物体在力f和摩擦力作用下向右做匀减速直线运动 此时滑动摩擦力水平向左 大小为ff1 mg 2n 物体的速度为零后 由于f ffmax 物体处于静止状态 则物体受水平向右的静摩擦力 大小为ff2 1n 故选项a正确 高考题型2 摩擦力的 动 动 突变问题 例5 多选 如图所示 斜面体b静置于水平桌面上 一质量为m的木块a从斜面底端开始以初速度v0上滑 然后又返回出发点 此时速度为v 且v v0 在上述过程中斜面体一直静止不动 以下说法正确的是 a 桌面对b的静摩擦力的大小保持不变b 桌面对b始终有水平向左的静摩擦力c 木块a受到的摩擦力大小不变d a上滑时比下滑时桌面对b的支持力大 核心点拨 1 要判断b的受力情况 应先分析清楚a的受力情况 2 a上滑和下滑时斜面对物体的作用力方向向上偏左 3 b对a的作用力与a对b的作用力必定大小相等 方向相反 解析 由于木块a上滑后下滑 且v v0 所以木块a在滑动过程中受到滑动摩擦力作用 无论是在上滑还是下滑过程中 木块a受到的滑动摩擦力为ff mgcos 斜面的支持力为fn mgcos 则斜面对木块a的作用力大小相等 但方向不同 即木块a对斜面体的作用力大小相等 方向不同 如图 甲 乙 所示 对斜面体b 两种情况下均有向右运动的趋势 而木块下滑时对b竖直向下的分力较大 水平分力较小 因此 两种情况下桌面对b的静摩擦力方向均向左 大小不同 木块下滑时对桌面压力较大 选项b c正确 答案 bc 题后反思 动 动 突变的分析技巧物体间相对运动的方向变化的具体情况是判断滑动摩擦力方向突变的依据 物体间的弹力大小fn的变化是计算滑动摩擦力大小突变的主要因素 针对训练 2016 江苏卷 9 多选 如图所示 一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出 鱼缸最终没有滑出桌面 若鱼缸 桌布 桌面两两之间的动摩擦因数均相等 则在上述过程中 a 桌布对鱼缸摩擦力的方向向左b 鱼缸在桌布上的滑动时间和在桌面上的相等c 若猫增大拉力 鱼缸受到的摩擦力将增大d 若猫减小拉力 鱼缸有可能滑出桌面 解析 由题图知在拉动桌布的过程中鱼缸相对桌布向左运动 故受到桌布对其向右的摩擦力作用 选项a错误 因鱼缸 桌布 桌面两两之间的动摩擦因数均相等 鱼缸在桌布上与在桌面上运动时受摩擦力大小相等 加速度大小相等 鱼缸先在桌布上加速 然后在桌面上减速到停止 根据v at知鱼缸在桌布上的滑动时间和在桌面上的相等 选项b正确 滑动摩擦力ff fn 其大小只与 fn有关 故若猫增大拉力 鱼缸受到的摩擦力将不变 选项c错误 若猫减小拉力 鱼缸可能随桌布一起运动而滑出桌面 选项d正确 bd 真题在线 体验高考提素能 1 2016 江苏卷 1 一轻质弹簧原长为8cm 在4n的拉力作用下伸长了2cm 弹簧未超出弹性限度 则该弹簧的劲度系数为 a 40m nb 40n mc 200m nd 200n m d 解析 由题意知弹簧的弹力为4n时 弹簧伸长2cm 根据胡克定律f kx 可得弹簧的劲度系数k 200n m 所以选项a b c错误 d正确 2 2013 全国 卷 15 如图 在固定斜面上的一物块受到一外力f的作用 f平行于斜面向上 若要物块在斜面上保持静止 f的取值应有一定范围 已知其最大值和最小值分别为f1和f2 f2 0 由此可求出 a 物块的质量b 斜面的倾角c 物块与斜面间的最大静摩擦力d 物块对斜面的正压力 c 解析 物块在斜面上处于静止状态 对物块进行受力分析 当f f1时物块即将向上滑动 由平衡条件可得f1 ffmax mgsin 0 当f f2时物块即将向下滑动 由平衡条件可得f2 ffmax mgsin 0 由以上两式可得ffma