（课标版）2021高考物理一轮复习 第二章 相互作用 第1讲 重力 弹力 摩擦力课件

第1讲重力弹力摩擦力,一、重力、弹力,基础过关,1.重力(1)产生:由于地球的吸引而使物体受到的力。(2)大小:g=mg。(3)方向:总是竖直向下。,(4)重心:因为物体的各部分都受到重力的作用,从效果上看,可以认为各部分受到的重力作用集中于一点,这一点叫做物体的重心。2.弹力(1)定义:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体会产生力的作用,这种力叫做弹力。(2)产生的条件:a.两物体相互接触;b.发生弹性形变。(3)方向:与物体形变方向相反。,3.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。式中的k是弹簧的劲度系数,单位符号为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。,二、摩擦力1.两种摩擦力的对比,2.动摩擦因数定义:彼此接触的物体发生相对运动时,摩擦力和正压力的比值,即=。,1.判断下列说法对错。(1)只要物体发生形变就会产生弹力作用。()(2)物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反。()(3)轻绳、轻杆的弹力方向一定沿绳、杆的方向。()(4)滑动摩擦力的方向不可能与物体运动方向相同。()(5)滑动摩擦力的大小与物体运动的速度无关,与接触面的面积大小也无关。()(6)运动的物体也可能受到静摩擦力的作用。(),2.如图所示,在一个正方体的盒子中放有一个质量分布均匀的小球,小球的直径恰好和盒子内表面正方体的棱长相等,盒子沿倾角为的固定斜面滑动,不计一切摩擦,下列说法中正确的是(a),a.无论盒子沿斜面自由上滑还是下滑,球都仅对盒子的下底面有压力b.盒子沿斜面自由下滑时,球对盒子的下底面和右侧面有压力c.盒子沿斜面自由下滑时,球对盒子的下底面和左侧面有压力d.盒子沿斜面自由上滑时,球对盒子的下底面和左侧面有压力,3.如图,两个弹簧的质量不计,劲度系数分别为k1、k2,它们一端固定在质量为m的物体上,另一端分别固定在q、p处,当物体平衡时上面的弹簧处于原长。若把固定的物体换为质量为2m的物体(弹簧的长度不变,且均在弹性限度内),当物体再次平衡时,物体比第一次平衡时的位置下降了x,重力加速度为g,则x为(a)a.b.c.d.,考点一弹力的判断和计算,考点突破,1.弹力有无的判断,2.弹力方向的判断(1)五种常见模型中弹力的方向,(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.弹力大小计算的三种方法(1)根据胡克定律进行求解。(2)根据力的平衡条件进行求解。(3)根据牛顿第二定律进行求解。,例1(多选)如图所示,质量m=1.8kg的小球以图中o点为圆心在竖直平面内做圆周运动,当小球运动至最高点a点时速度va=2m/s,已知杆长l=0.9m,b点为运动轨迹的最低点,不计空气阻力,取g=10m/s2,则(bc)a.在a点,杆对小球的作用力为拉力b.在a点,杆对小球的作用力为支持力c.在b点,杆的拉力t=98nd.在b点,杆的拉力t=62n,解析在a点,若只有重力提供向心力,即mg=,可求得v=3m/s,由于小球的实际速度为2m/s,所以杆对小球的作用力为支持力,方向向上,a错,b对;从a到b,由动能定理可得2mgl=-,在b点,由牛顿第二定律有t-mg=,联立解得t=98n,c对,d错。,考向1弹力的有无及方向判断1.如图所示,小车内一根轻质弹簧沿竖直方向和一条与竖直方向成角的细绳拴接一小球。当小车和小球相对静止,一起在水平面上运动时,下列说法正确的是(d),a.细绳一定对小球有拉力的作用b.轻弹簧一定对小球有弹力的作用c.细绳不一定对小球有拉力的作用,但是轻弹簧对小球一定有弹力的作用d.细绳不一定对小球有拉力的作用,轻弹簧对小球也不一定有弹力的作用,解析若小球与小车一起匀速运动,则细绳对小球无拉力;若小球与小车有向右的加速度a=gtan,则轻弹簧对小球无弹力。d正确。,考向2轻绳模型中的“死结”和“活结”问题2.(多选)如图所示,用滑轮将质量为m1、m2的两物体悬挂起来,忽略滑轮和绳的重力及一切摩擦,使得0m2;当120时,m1mng时,初始时m受到的摩擦力方向沿斜面向上,这时随着对物块n的缓慢拉动,细绳的拉力t逐渐增大,物块m所受的摩擦力先向上逐渐减小,然后可能再向下逐渐增大,故c错误,d正确。,考向1摩擦力有无判断,1.如图所示,水平推力f作用在木块b上使得木块a、b保持相对静止一起向前做匀加速直线运动,地面粗糙,则下列说法正确的是(c),a.木块a不受摩擦力b.木块a对b的摩擦力方向向右c.若a、b一起向前做匀速直线运动,则a、b间不存在摩擦力d.若a、b一起向前做匀速直线运动,则木块a受到三个力的作用,解析由题意,a、b的运动状态为匀加速直线运动,a受力情况较简单,对于a,假设a、b间无摩擦力,则a只受重力和支持力,合力为0,与运动状态不对应,所以假设不正确,即a、b间存在摩擦力,且b对a的摩擦力方向向右,则a对b的摩擦力方向向左,故a、b错;若a、b做匀速直线运动,则假设正确,c对,d错。,考向2滑动摩擦力分析与计算2.(2017课标,16,6分)如图,一物块在水平拉力f的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持f的大小不变,而方向与水平面成60角,物块也恰好做匀速直线运动。物块与桌面间的动摩擦因数为(c)a.2-b.c.d.,解析物块在水平力f作用下做匀速直线运动,其受力如图甲所示,由平衡条件得f=f、fn=mg而f=fn=mg则f=mg当f的方向与水平面成60角时,其受力如图乙由平衡条件得fcos60=f1f1=fn1=(mg-fsin60)联立解得=,选项c正确。,甲,乙,考向3静摩擦力分析与计算3.一横截面为直角三角形的木块按如图所示方式放置,质量均为m的a、b两物体用轻质弹簧相连放在倾角为30的直角边上,物体c放在倾角为60的直角边上,b与c之间用跨过定滑轮的轻质细线连接,a、c的质量比为,整个装置处于静止状态。已知物体a、b与斜面间的动摩擦因数相同(1)且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,弹簧弹力大小为mg,c与斜面间无摩擦,则(),a.物体a、b均受到摩擦力作用且受到的摩擦力等大反向b.物体a所受摩擦力大小为mg,物体b不受摩擦力作用c.弹簧处于拉伸状态,a、b两物体所受摩擦力大小均为mg,方向均沿斜面向下d.剪断弹簧瞬间,物体a一定加速下滑,解析c对a分析:重力沿斜面向下的分力为mg,静摩擦力ffamgcos30f弹+mgsin30。所以b所受摩擦力沿斜面向下,如图乙所示,ffb=f-f弹-mgsin30=mg,故a、b错误,c正确;剪断弹簧,a受摩擦力向上,且满足ffa=mg,故a仍处于静止状态,d错误。,方法技巧1.判断摩擦力方向时应注意的两个问题(1)静摩擦力的方向与物体的运动方向没有必然关系,可能相同,也可能相反,还可能成一定的夹角。(2)分析摩擦力方向时,要注意静摩擦力方向的“可变性”和滑动摩擦力方向的“相对性”,考虑不同方向时的两种情况。2.计算摩擦力大小的三点注意(1)分清摩擦力的性质:静摩擦力或滑动摩擦力。(2)只有滑动摩擦力才能用计算公式ff=fn计算大小,注意动摩擦因数,其大小与接触面的材料及其粗糙程度有关,fn为两接触面间的正压力,不一定等于物体的重力。静摩擦力通常只能用平衡条件或牛顿运动定律来求解。(3)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关,与接触面积的大小无关。,考点三摩擦力的“突变”问题当物体的受力情况发生变化时,摩擦力的大小和方向往往会发生变化,有可能导致静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化。常见的摩擦力突变模型如下:,例3长直木板上表面的一端放有一铁块,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,如图所示,则铁块受到的摩擦力ff随角度的变化图像可能正确的是(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(c),【审题指导】找到铁块摩擦力的突变“临界点”是解答此题的关键。,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ff=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摩擦力为ff=mgcos。通过上述分析可知c正确。,考向1“静静”突变1.(多选)如图所示,有一倾角=30的斜面b,质量为m,一质量为m的物体a静止在b上,现用水平力f推物体a,f的大小为mg,a和b始终保持静止,则(ac),a.物体a有沿斜面向上运动的趋势b.物体a有沿斜面向下运动的趋势c.物体a所受摩擦力的方向沿斜面向下d.若逐渐减小推力f至0,此过程中物体a所受摩擦力的方向不变,解析作出物体a除摩擦力以外的力的受力示意图,建立如图所示的直角坐标系,重力与推力f在x轴上的合力f合=fcos-mgsin=,方向沿斜面向上,所以物体a有沿斜面上滑的趋势,a对,b错;物体a所受摩擦力的方向沿斜面向下,c对;减小推力f,重力与f在x轴上的合力先减小为0,此过程中合力方向向上,继续减小f,合力方向将变为向下,摩擦力的方向将发生突变,由之前的向下变成向上,d错。,考向2“静动”突变或“动静”突变2.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1kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上自由滑行(斜面足够长,该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8),则该滑块所受摩擦力f随时间变化的图像是下图中的(取初速度v0的方向为正方向,g=10m/s2)(b),解析滑块上滑过程中受到滑动摩擦力作用,由f=fn和fn=mgcos联立得f=6.4n,方向沿斜面向下。当滑块的速度减为零后,由于重力的分力mgsinmgcos,滑块不动,滑块受的摩擦力为静摩擦力,由平衡条件得f=mgsin,代入数据可得f=6n,方向沿斜面向上,故选项b正确。,考向3“动动”突变3.传送带以恒定的速率v=10m/s运动,已知它与水平面成=37,如图所示,pq的长度l=16m,将一个小物体无初速度地放在p点,小物体与传送带间的动摩擦因数为=0.5。已知g=10m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8。当传送带逆时针转动时,小物体运动到q点的时间为多少?,答案见解析,解析当传送带逆时针转动时,对物体受力分析,物体受重力mg、支持力n和摩擦力f(方向沿传送带向下)则由牛顿第二定律有:mgsin+mgcos=ma1代入数据解得a1=10m/s2(方向沿传送带向下)故当经过时间t1=1s后,物体的速度与传送带相同。此时物体运动了s=a1=5m,则在此后的过程中摩擦力f的方向沿传送带向上则由牛顿第二定律有mgsin-mgcos=ma2代入数据解得a2=2m/s2(方向沿传送带向下),由运动学公式得l-s=vt2+a2解得t2=1s(另一个解舍去)综上所述用时为t总=t1+t2=2s,摩擦力方向的判定摩擦力方向与运动方向的三类关系摩擦力的方向与物体间的相对运动或相对运动趋势方向相反,但与物体的实际运动方向可能相同、可能相反、也可能不共线。,学科素养直通车,1.摩擦力方向与运动方向相同1.(多选)如图所示,皮带运输机将物体匀速送往高处,下列结论正确的是(acd)a.物体受到与运动方向相同的摩擦力作用b.传送的速度越大,物体受到的摩擦力越大c.物体所受的摩擦力与传送的速度无关d.物体受到的静摩擦力为物体随皮带上升的动力,解析物体随皮带一起上升的过程中,物体具有相对于皮带下滑的趋势,受到沿皮带向上的静摩擦力作用,是使物体向上运动的动力,其大小等于物体重力沿皮带向下的分力,与传送的速度大小无关,故a、c、d正确,b错误。,2.摩擦力方向与运动方向相反2.(多选)为了测定木块和竖直墙壁之间的动摩擦因数,某同学设计了一个实验:用一根弹簧将木块压在墙上,同时在木块上有一个向下的拉力f2作用,使木块恰好匀速向下运动(弹簧随木块一起向下运动),如图所示。现分别测出了弹簧的弹力f1、拉力f2和木块的重力g,则以下结论正确的是(bd),a.木块受到竖直向下的滑动摩擦力b.木块所受的滑动摩擦力阻碍木块下滑c.木块与墙壁之间的动摩擦因数为d.木块与墙壁之间的动摩擦因数为,解析木块相对于竖直墙壁下滑,受到竖直向上的滑动摩擦力,阻碍木块下滑,a错误,b正确。分析木块受力如图所示,由平衡条件可得fn=f1,ff=g+f2,又ff=fn,联立解得=,故c错误,d正确。,3.摩擦力方向与运动方向不共线3.(多选)(2020山西太原模拟)如图所示,质量为m的长方体物块放在水平放置的钢板c上,物块与钢板间的动摩擦因数为,由于光滑固定导槽a、b的控制,该物块只能沿水平导槽运动。现使钢板以速度v1向右匀速运动,同时用水平力f拉动物块使其以速度v2(v2的方向与v1的方向垂直,沿y轴正方向)沿槽匀速运动,重力加速度为g,