第03讲 受力分析-更新图-省纸双页

1 第 03 讲 受力分析进阶 第 03 讲 受力分析进阶 模块 1 摩擦力 一、摩擦力的产生一、摩擦力的产生 1定义：两个互相接触的物体，当它们要发生相对运动或有相对运动趋势时，就会 在接触面上产生一种阻碍相对运动的力，这种力就叫做摩擦力。一般符号为f。 2产生条件： （1）物体间相互接触、挤压，发生形变，有弹力； （2）接触面粗糙； 知识框架 核知识 2 初二物理春季课 （3）物体间有相对运动趋势或相对运动。 有相对运动趋势，即为，一旦摩擦力消失，就会发生相对运动。 二、摩擦力的分类与大小二、摩擦力的分类与大小 3摩擦力的分类： （1）静摩擦力：物体间只有相对运动趋势时产生的摩擦力。 （2）滑动摩擦力：物体间有相对运动时产生的摩擦力。 （3）滚动摩擦力：物体间有相对滚动时产生的摩擦力。 4摩擦力的方向和大小 （1）摩擦力的方向：与接触面的相对运动（或相对运动趋势）方向相反，且平行于 接触面。阻碍相对运动，就是不要分离，不要变化，维持原状。 判断静摩擦力方向时有两种方法： 受力平衡法：适用于受力平衡的物体，首先判断除摩擦力之外的其他力的合力方 向，则摩擦力的方向与合力方向相反； 假设接触面突然光滑， 摩擦力就消失了 曦哥润滑油， 你买不起的润滑油。 f f v 3 第 03 讲 受力分析进阶 假设法：假设接触面光滑，看物体是否运动。若物体静止，则无摩擦力；若物体 有运动趋势，则有摩擦力；根据物体相对运动趋势判断物体所受摩擦力方向。 （2）摩擦力的大小： 静摩擦力：受力平衡时的静摩擦力的大小等于与之平衡的其它力的大小。 （高中知识）静摩擦力有一个最大值，叫“最大静摩擦力” ，这个最大值与压力、粗 糙程度有关，相同压力和粗糙程度下，最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。 静摩擦力是个被动力，大小、方向都取决于别人。 滑动摩擦力：与接触面上的粗糙程度和压力有 关，接触面上的压力越大，接触面越粗糙，滑动摩擦 力越大。粗鸭。除此，与面积、速度都无关。 滚动摩擦力：实际是静摩擦力的变形。滚动摩 擦力也与压力和粗糙程度有关。相同的压力和粗糙程 度之下，滚动摩擦力远小于滑动摩擦力。 三、增减摩擦力的方法三、增减摩擦力的方法 既然摩擦力的大小跟压力和粗糙程度有关，动摩擦中的滑动摩擦力和滚动摩擦力大 小也有明显的不同，所以增减摩擦力的方式就有以下三种了。 增大压力 增大粗糙程度 变滚变滑 减小压力 减小粗糙程度 变滑为滚、 分离 我又来了。 假设接触面突然光滑， 摩擦力就消失了 曦哥润滑油， 你买不起的润滑油。 4 初二物理春季课 当然想减小摩擦力，让物体分离也是一种方式。比如气垫船。 思考一下： 如右图。手握瓶子，用力握，就不易打滑。看起来也是增大压 力从而增大摩擦的方式。 可通过受力分析、二力平衡的知识，发现此时静摩擦力并没有 变大。这是不是有点矛盾呢？ 其实，用力握，增大的是最大静摩擦力。 【例1】 （2019长沙二模）如图所示，骑自行车出行郊游，是一种时尚、环保的生活方 式。以下说法正确的是（ ） A自行车轮胎上的花纹是为了减小摩擦 B当骑行者在平直路面上匀速前进时，路面受到的压力与自行车受到的支持力 是对相互作用力 C如果自行车在行驶中所受到的力全都消失，那么车会慢慢停下来 D当骑行者在平直路面上，停下来时，车受到的重力与地面对车的支持力是一 对平衡力 f 外力F O f静 f静max f动 P F f 外力F O f静 f静max f动 增大粗压 精讲精练 5 第 03 讲 受力分析进阶 【例2】 （2018 秋林州市期末）如图甲所示，小明用弹簧测力计拉木块，使它先后两次 沿水平木板匀速滑动相同的距离，乙图是他两次拉动同一木块得到的距离随时 间变化的图象。下列说法正确的是（ ） A两次木块运动的速度相同 B木块第一次受到的摩擦力较大 C两次拉木块时木块受到的摩擦力相同 D两次拉木块时所用时间相同 【例3】 （2019 春东莞市校级期中）物体静止在水平桌面上时，物体对桌面的压力大小 等于物体所受的重力；物体静止在斜面上时，物体对斜面的压力将小于物体所 受的重力。如图甲所示，先将长木板 N 平放，用弹簧测力计拉着木块 M 在 N 上 做匀速直线运动，此时木块 M 所受滑动摩擦力为 f甲，弹簧测力计示数为 F甲然 后再将 N 支起，仍然用弹簧测力计拉着木块 M 沿 N 斜向上做匀速直线运动， 如图乙，此时木块 M 所受滑动摩擦力为 f乙，弹簧测力计示数 F乙以下判断正确 的是（ ） Af甲=f乙 BF乙=f乙 Cf甲F甲 Df甲f乙 【例4】 （2019 秋沂水县期末）水平地面上的一物体受到方向不变的水平推力 F 的作 用，F 的大小与时间 t 的关系和物体的速度 v 与时间 t 的关系如图所示，以下说 法正确的是（ ） 甲 s/m t/sO 乙 M N 甲乙 6 初二物理春季课 A02 秒，物体没有推动，是因为推力小于摩擦力 B24 秒，物体做匀速直线运动 C24 秒，物体受到的摩擦力是 3N D46 秒，物体受到的摩擦力是 2N 模块 2 摩擦力的测量和探究 四、摩擦力的测量四、摩擦力的测量 摩擦力发生在接触面表面，不易直接测量，所以我们可以通过二力平衡的原理，让 弹簧测力计的弹力与滑动摩擦力相等，则弹簧测力计的示数即为滑动摩擦力的大小。这 里用到了转换法，不是等效替代法，因为两个力的“效”不一样。 测量滑动摩擦力的方式主要有以下四种： 方法一：直接用弹簧测力计匀速拉动。 缺点：匀速和直线都不好保证。 方法二：加定滑轮和细线，匀速向上拉动。 优点：直线好保证。 缺点：匀速不好保证。 F F/N t/sO2468 1 2 3 F/N t/sO2468 2 4 核知识 7 第 03 讲 受力分析进阶 方法三：把弹簧测力计和木块固定好，拉 动木板。 优点：无论匀不匀速，都没关系。 缺点：直线不好保证。 方法四：方法二和方法三的结合。 优点：匀速和直线都解决了。 五、探究滑动摩擦力大小的影响因素五、探究滑动摩擦力大小的影响因素 1实验方法：控制变量法。 想探究摩擦力，就得测量出摩擦力，可以用上述4种方法任意一个。本实验以最简 单的方式为例。 在本实验中，可能影响滑动摩擦力的因素有多个，所以实验探究过程中我们要用控 制变量法，在研究滑动摩擦力与压力之间的关系时，要保持接触面的粗糙程度等因素不 变，而在研究滑动摩擦力与接触面的粗糙程度的关系时，要保持压力等因素不变。 2提出猜想：影响滑动摩擦力的因素可能有，接触面所受的压力、接触面的粗糙程 度。 3实验器材：木块、弹簧测力计、表面粗糙程度不同的长木板两块、砝码。 4实验步骤： （1） 用弹簧测力计匀速拉动木块， 使它沿水平长木板滑动， 从而测出木块与长木板 之间的滑动摩擦力。 （2）在木块上面放一个砝码，改变木块对长木板的压力，测出此种情况下的摩擦 8 初二物理春季课 力。 （3）换用材料相同，但表面粗糙的长木板，保持木块上的砝码不变，测出此种情况 下的摩擦力。 5实验结论：滑动摩擦力的大小跟接触面所受的压力有关，接触面受到的压力越 大，滑动摩擦力越大。滑动摩擦力的大小还跟接触面的粗糙程度有关，接触面越粗糙， 滑动摩擦力越大。 【例5】 （2019 秋唐河县期末）在探究“影响滑动摩擦力大小的因素”的实验中，装置 如图所示，铝块和铁块的外形相同，铝块通过细线与弹簧测力计相连。 （1）如图甲所示，将铝块放在水平木板上，水平匀速向右拉弹簧测力计， 铝块所受滑动摩擦力大小为_N。 （2）比较甲、乙两次实验，可以得出，在_ 时，滑动摩擦力越大。 （3）如图乙实验完成后，利用原有器材，还可进一步探究滑动摩擦力大小 与接触面粗糙程度的关系，请你简要说明实验方案：_ _ 精讲精练 长木板 铝块 长木板 铝块 铁块 图甲图乙 9 第 03 讲 受力分析进阶 _ _。 【例6】 （2019 秋丰台区期末）小云在探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关时，提出 了以下猜想。 猜想一：滑动摩擦力的大小与压力大小有关； 猜想二：滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关； 猜想三：滑动摩擦力的大小与物体的面积有关。 据此她设计了下面的实验验证上述猜想。如图所示，A、B 是材料和各面粗糙程 度均相同，但体积大小不同的长方体。 （1）她用弹簧测力计拉动物体 A， 应使物体 A 沿水平方向做_直线 运动；根据_的知识可知此时物体 A 所受摩擦力大小等于弹簧 测力计示数。 （2）由图甲、乙可知，小云验证的是猜想_。 （选填“一” 、 “二”或 “三” ） （3）实验中小云发现，提升弹簧测力计时很难保持匀速，弹簧测力计示数 始终不稳定， 为了能得到相对准确的数据， 你有什么改进意见吗？（可以适当增 加或改进器材） 【例7】 （2019佛山一模）为了探究静摩擦力作用的相互性，并比较一对相互作用的静 摩擦力的大小，某实验小组设计了如图（甲）所示的实验装置，整个装置放在水 平桌面上，其中 A、B 两木块叠放在一起，两个轻质弹簧测力计 C、D 的一端与 两木块相连，另一端固定在铁架台 E、F 上。后来经过讨论，完善了实验装置， 如图（乙）所示。 AA B 甲乙 10 初二物理春季课 （1）在理想情况下，B 对 A 的静摩擦力的大小等于弹簧测力计_的示 数， A对B的静摩擦力的大小等于弹簧测力计_的示数。（填“C”或“D”） （2）在 B 下面放细圆木条的目的是_，在 A 上 放钩码的目的是_。 （3）实验中需向右缓慢移动铁架台 F，在此过程中，应使 A、B 保持相对 _，整个装置静止后，读取两个弹簧测力计的示数 F1、F2； （填“运动” 或“静止”） （4）分析实验数据，若_，则静摩擦力的作用是相互的，且一对 相互作用的静摩擦力大小相等。 【例8】 （2019肥城市二模）一质量均匀分布、正反面相同的长方形木板，以中线 MN 为界， 对比观察左右两部分， 发现粗糙程度可能不一样， 哪一侧更粗糙？同学们 进行了研究。 （1）小华将滑块放木板上，通过细线和固定的测力计相连，如图甲。水 平向右拉动木板，待示数稳定时，记下滑块经过左、右两部分时测力计的示数 F 左和 F右，若 F左F右，则木板的_侧更粗糙，实验时_（选填“需 要”或“不需要”）匀速拉动木板。 小华左右手戴上同样的手套，木板水平对称地放在左右手上，现左手向 左、 右手向右， 使两手距离快速增大， 若木板向左运动， 则木板_侧更粗糙。 （2）小明用图乙实验装置，进行如下操作： A将轻弹簧的一端分别固定在板上 MN 左右两侧的 P、Q 点，另一端分别 与同一滑块接触。 B移动滑块使弹簧压缩相同的长度，由静止释放滑块，使滑块越过 MN 但 不滑离木板。 B A C D B A C D EFEF 细圆木条 砝码 甲乙 探究摩擦力的相互性 11 第 03 讲 受力分析进阶 C分别测出滑块越过 MN 后滑行的距离 x1和 x2。 小明想根据 x1和 x2的大小关系判断木板的粗糙程度，小华提出疑义。 为能根据 x1和 x2的大小关系作出正确判断，请指出小明实验中存在的问 题是_。 小明知道后将上面的步骤 A 改进为：将弹簧的一端固定在_ 上，其他步骤不变就可以了。 （3）小红使滑块分别从左右两侧滑上木板，测出滑块运动的速度，作出滑 块从两端分别运动至 MN 过程中的速度 v 和时间 t 的关系图线如图丙，则图线 _（选填“a”或“b”）所对应的接触面更粗糙，判断的依据是 _。 模块 3 增减摩擦力 六、摩擦力的利用和防止六、摩擦力的利用和防止 1利用：增大有用摩擦。 （1）增大压力 （2）增大接触面的粗糙程度 （3）变滚动为滑动 例如：鞋底有花纹；自行车更快停下来，可以用力捏闸。 2防止：减小有害摩擦。 （1）减小压力 甲 x1 M N P x2 M N Q 乙丙 v tO a b 核知识 12 初二物理春季课 （2）减小接触面的粗糙程度 （3）变滑动为滚动 *（4）使接触面分离 例如：冰壶运动员通过改变接触面的粗糙程度来减小摩擦；轮和轴之间装有滚动轴 承；气垫船。 【例9】 （2019 春盐湖区期中）在如图所示的四个实例中，属于减小摩擦的是（ ） A自行车的车闸 B滑冰运动员滑冰鞋 的冰刀在冰面上滑行 C体操运动员手上 D跑步时用力蹬地 涂有防滑粉 【例10】 （2019 秋沂水县期末）以下关于图例中摩擦力的说法正确的是（ ） 增大压力 增加粗糙程度 变滚为滑 减小压力 降低粗糙程度 变滑为滚 使接触面分离 精讲精练 13 第 03 讲 受力分析进阶 A自行车行驶中，用力捏闸，是通过增大接触面的粗糙程度增大摩擦力的 B体操运动员上器械时，手上涂有防滑粉，是通过增大压力增大摩擦的 C冰壶运动中运动员通过改变接触面的粗糙程度来减小摩擦的 D人跑步时，地面给人的摩擦力对人的跑步是无用的 【例11】 （2019 秋百色期末）如图中的四个实例，目的是为了减小摩擦的是（ ） A鞋底的花纹 B浴室脚垫做得凹凸不平 C在合页轴上加润滑油 D矿泉水瓶盖上的条纹 模块 4 受力分析 七、受力分析要领七、受力分析要领 1受力分析顺序 一般是“一重二弹三摩擦”，先重力，再弹力，然后再摩擦力，因为有摩擦力，必 核知识 14 初二物理春季课 须先有压力。但也不尽然，有时需要通过有无摩擦力，来判断有无压力。 受力分析，不能不分析物体的运动情况。匀速直线运动或者静止，则为平衡状态， 受力必须平衡，合力为零。如果是变速运动，则合力不为零。如果是加速直线运动，合 力向前（与运动方向相同） ，如果是减速直线运动，合力向后（与运动方向相反） ，如果 是曲线运动，向哪边弯，合力就向哪边。 由于滑动摩擦力大小只与粗压有关，粗压不变，摩擦力大小就不变，但方向可能会 因为运动方向的改变而改变。滑动摩擦力的方向与其他力的方向并无必然联系。 一般的题目会默认空气阻力不计，但有些物体下落或上抛的题目，可能会出现空气 阻力不可不计的情况。 【例12】 （多选）如图所示，用水平力 F 将长方体物块 A 和 B 紧紧压在竖直墙壁上，A 和 B 都保持静止状态。则下列说法正确的是（ ） AA 对 B 的压力和 B 对 A 的压力是一对平衡力 B水平力 F 和 B 对 A 的压力是一对平衡力 CA 受到的重力和 B 对 A 的摩擦力是一对平衡力 DA 对 B 的摩擦力和 B 受到的重力是一对平衡力 【例13】 （2019 秋金牛区校级期中）如图所示，水平面上叠放着 A、B 两个物体，在水 平方向力 F 的作用下，相对静止，一起向左作匀速直线运动。已知 F=5N，物体 B 上下表面所受摩擦力大小分别为（ ） 精讲精练 BA F F B A 15 第 03 讲 受力分析进阶 A5N，0N B5N，5N C0N，5N D0N，0N 【例14】 （2019春北流市期中） 如图所示， 用F=6N水平向右的拉力匀速拉动物块A时， 物块 B 静止不动，此时弹簧测力计的示数为 4N，则物块 A 所受地面摩擦力的 大小及方向为（ ） A2N，水平向右 B6N，水平向左 C2N，水平向左 D 6N， 水平向右 【例15】 （2019 春岱岳区期末）如图，在光滑的水平面上叠放着甲、乙两个木块，甲木 块用一根细绳拴在左边固定的竖直板上，现在用力把木块乙从右端匀速地抽出 来，所用的力 F=10N，下列说法（ ） 甲乙所受的摩擦力都为零 绳子对甲木块的拉力为 20N 甲受向右的摩擦力，大小为 10N 地面对乙木块的摩擦力为 10N，方向向左 A只有正确 B只有正确 C只有正确 D只有正确 【例16】 （2015益阳校级自主招生） 如图所示， 在木板 M 上放置两个滑块 P 和 Q， F=10N 时，它们一起沿水平地面做匀速直线运动。设 P、Q 与 M 间的接触面都是水平 的，则（ ） A木板 M 所受地面的摩擦力大于 10N B木板 M 所受地面的摩擦力小于 10N C滑块 P 所受摩擦力等于 10N D滑块 Q 所受摩擦力等于 10N B A F 甲 乙 F Q M F P 16 初二物理春季课 【例17】 （2015广安校级自主招生）如图所示，水平地面上放置相同材料制成的四个木 块，其中两个质量为 m 的木块间用一不可伸长的水平轻绳相连，下面两个木块 质量分别为 2m 和 3m现用水平拉力 F 拉其中一个质量为 3m 的木块，使四个 木块一同水平向右匀速运动，则（ ） A质量为 3m 的木块与地面间的摩擦力为4F 7 B质量为 2m 的木块与地面间的摩擦力为F 2 C轻绳对 m 的拉力为3F 7 D轻绳对 m 的拉力为F 2 【检1】 （2019 春市中区校级期中）如图甲所示，小明用弹簧测力计拉木块，使它沿 水平木板匀速滑动，图乙是他两次拉动同一木块得到的距离随时间变化的图 象。下列说法正确的是（ ） A木块第一次受到的拉力较大 B木块两次受到的拉力相等 C木块第一次的速度小 D木块第一次受到的摩擦力大于第二次受到的摩擦力 2m F m 3m m 课后巩固 甲 s/m t/sO 乙 第1次 第2次 17 第 03 讲 受力分析进阶 【检2】 （2019雁塔区校级一模）如图所示是小明“探究影响滑动摩擦力大小的因素” 的实验，铜块和木块的大小和形状完全相同。在实验前，小明提出了以下几种 猜想： 猜想一：滑动摩擦力的大小与压力的大小有关； 猜想二：滑动摩擦力的大小与物体间接触面的粗糙程度有关； 猜想三：滑动摩擦力的大小与物体间接触面积的大小有关； （1 ）如 图甲 ， 实验 时用 弹 簧测 力 计 拉着铜块 沿_ 方向 做 _运动，弹簧测力计示数如图乙所示。此时，铜块受到的摩擦力是 _N。 （2） 比较甲、 丙两图， 可得到的结论是_。 （3）图丙、丁中铜块和木块叠在一起的目的是使_相同，比较丙、 丁两图可得出滑动摩擦力的大小与_有关。 （4）在全班交流环节中，小明为探究猜想二，又设计了如下方案： 用弹簧测力计测出铜块和木块的重力大小分别为 G1和 G2； 如图 A 和 B 所示，将铜块和木块都平放在长木板上测出滑动摩擦力的大 小分别为 f1和 f2； 比较 f1 G1和 f2 G2大小关系，获得结论。 （提示：此时物块对木板的压力大小与 重力大小相等） 长木板 铜块 v 甲乙 长木板 铜块 v 丙 木块 长木板 铜块 v 丙 木块 18 初二物理春季课