2024-2025学年新教材高中物理复习课相互作用-力学案新人教版必修1

PAGE14-复习课相互作用——力学习目标1.理解重力、弹力和摩擦力的概念及其在各种状态下的表现形式。2.知道力的合成和分解的概念,理解合力和分力作用效果等效,会用平行四边形定则进行力的合成和分解,完善相互作用观念。3.驾驭三力平衡和多力平衡问题的解决方法,通过模型建构熬炼科学思维。自主复习基础回顾1.力的概念:力是物体间的,可以变更物体的和使物体产生。

2.重力:由于而使物体受到的力叫作重力。它的施力物体是,物体受到的重力G与物体质量m的关系是。

3.归纳弹力产生的条件:两物体,发生。

4.摩擦力(1)滑动摩擦力Ff=μFN,μ为动摩擦因数,与有关,与接触面积大小、接触面相对运动快慢以及压力FN无关。

(2)静摩擦力大小范围。

5.两个力的合力范围。

6.共点力作用下物体的平衡条件:所受合外力为。

自测题组1.思索推断(1)自由下落的物体所受重力为零。()(2)弹力肯定产生在相互接触的物体之间。()(3)F=kx中“x”表示弹簧形变后的长度。()(4)弹簧的形变量越大,劲度系数越大。()(5)摩擦力总是阻碍物体的运动或运动趋势。()(6)受静摩擦力作用的物体肯定处于静止状态。()(7)受滑动摩擦力作用的物体,可能处于静止状态。()(8)接触处有摩擦力作用时肯定有弹力作用。()(9)接触处的摩擦力肯定与弹力方向垂直。()(10)两物体接触处的弹力越大,摩擦力越大。()(11)几个力的共同作用效果可以用一个力来代替。()(12)合力肯定比分力大。()(13)物体沿光滑斜面下滑时,受到重力、支持力和下滑力的作用。()(14)物体处于平衡状态时,其加速度肯定为零。()(15)物体只受两个力作用而处于平衡状态,这两个力必定等大反向。()2.如图所示,轻质弹簧上端固定,下端悬挂一个重球,在重球下放着一光滑斜面,球与斜面接触且处于静止状态,弹簧保持竖直,则重球受到的力是()A.重力和弹簧的拉力B.重力、弹簧的拉力和斜面的支持力C.重力、斜面的弹力和斜面的静摩擦力D.重力、弹簧的拉力、斜面的支持力和下滑力3.(多选)关于摩擦力,有人总结了以下四条,其中正确的是()A.摩擦力的方向不肯定与物体的运动方向相反B.静摩擦力的方向不肯定与物体的运动方向共线C.受静摩擦力的物体不肯定静止,受滑动摩擦力的物体不肯定运动D.静摩擦力肯定是阻力,滑动摩擦力不肯定是阻力4.两个共点力F1、F2大小不同,它们的合力大小为F,则()A.F1、F2同时增大一倍,F将增大两倍B.F1、F2同时增加10N,F也增加10NC.F1增加10N,F2削减10N,F肯定不变D.F1、F2中的一个增大,F不肯定增大课堂探究一、重点问题提炼(一)静摩擦力的有无及方向推断(1)假设法利用假设法推断的思维程序如下:(2)反推法从探讨物体的运动状态来反推它必需具有的条件,分析组成条件的相关因素中摩擦力所起的作用,从而推断静摩擦力的有无及方向。(3)状态法此法关键是先判明物体的运动状态(即加速度的方向),再利用牛顿其次定律(F=ma)确定合力(下一章学到),最终通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向。(4)牛顿第三定律法抓住“力是物体间的相互作用”,先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再依据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力的方向。(二)力的合成和分解问题1.共点力合成的常用方法(1)作图法:从力的作用点起,按同一标度作出两个分力F1和F2的图示,再以F1和F2的图示为邻边作平行四边形,画出过作用点的对角线,量出对角线的长度,计算出合力的大小,量出对角线与某一力的夹角确定合力的方向(如图所示)。(2)计算法:几种特别状况的共点力的合成。类型示意图合力的计算①相互垂直F=Ftanθ=F①两力等大,夹角为θF=2F1cosθF与F1夹角为θ③两力等大且夹角为120°合力与分力等大2.合力的大小范围(1)两个共点力F1、F2的合成|F1-F|≤F≤F1+F2即两个力大小不变时,其合力随夹角的增大而减小,当两力反向时,合力最小,为|F1-F2|,当两力同向时,合力最大,为F1+F2。(2)三个共点力的合成①三个力共线且同向时,其合力最大,为F1+F2+F3。②任取两个力,求出其合力的大小范围,假如第三个力的大小在这个范围之内,则三个力的合力最小值为0;假如第三个力不在这个范围内,则合力最小值等于最大的力减去另外两个力的大小之和。3.按作用效果分解力的一般思路4.正交分解法(1)定义:将已知力按相互垂直的两个方向进行分解的方法。(2)建立坐标轴的原则:一般选共点力的作用点为原点,在静力学中,以少分解力和简单分解力为原则(即尽量多的力在坐标轴上);在动力学中,习惯以加速度方向和垂直加速度方向为坐标轴建立坐标系。(3)方法:物体受到多个力F1、F2、F3…作用求合力F时,可把各力沿相互垂直的x轴、y轴分解。x轴上的合力:Fx=Fx1+Fx2+Fx3+…y轴上的合力:Fy=Fy1+Fy2+Fy3+…合力大小:F=Fx合力方向:若与x轴夹角为θ,则tanθ=F二、疑难问题剖析绳上的“死结”和“活结”模型1.“死结”可理解为把绳子分成两段,且不行以沿绳子移动的结点。“死结”两侧的绳因结而变成了两根独立的绳,因此由“死结”分开的两段绳子上的弹力不肯定相等。2.“活结”可理解为把绳子分成两段,且可以沿绳子移动的结点。“活结”一般是由绳跨过滑轮或者绳上挂一光滑挂钩而形成的。绳子虽然因“活结”而弯曲,但事实上是同一根绳,所以由“活结”分开的两段绳子上弹力的大小肯定相等,两段绳子合力的方向肯定沿这两段绳子夹角的角平分线。例如,图甲中,细绳AD跨过固定的水平轻杆BC右端的定滑轮挂住一个质量为M1的物体;图乙中轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上,另一端G通过细绳EG拉住,轻杆的G点用细绳GF拉住一个质量为M2的物体。两个物体M1、M2都处于平衡状态,首先推断与物体相连的细绳,其拉力大小是否等于物体的重力;再分别取C点和G点为探讨对象,进行受力分析如图丙和丁所示。三、例题展示【例题1】如图所示,物块A放在倾斜的木板上,木板的倾角α分别为30°和45°时物块所受摩擦力的大小恰好相同,则物块和木板间的动摩擦因数为()A.12 B.32 C.2【变式训练1】(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【例题2】如图所示,光滑半球形容器固定在水平面上,O为球心。一质量为m的小滑块,在水平力F的作用下静止于P点。设滑块所受支持力为FN,OP与水平方向的夹角为θ。下列关系正确的是()A.F=mgtanθ B.F=mgC.FN=mgtanθ D.FN=mg【变式训练2】(多选)如图所示,固定的半球面右侧是光滑的,左侧是粗糙的,O点为球心,A、B为两个完全相同的小物块(可视为质点),小物块A静止在球面的左侧,受到的摩擦力大小为F1,对球面的压力大小为N1;小物块B在水平力F2作用下静止在球面的右侧,对球面的压力大小为N2,已知两小物块与球心连线和竖直方向的夹角均为θ,则()A.F1∶F2=cosθ∶1B.F1∶F2=sinθ∶1C.N1∶N2=cos2θ∶1D.N1∶N2=sin2θ∶1四、小微专题通过限制某些物理量,使物体的状态发生缓慢地变更,物体在这一变更过程中始终处于一系列的平衡状态中。解决此类问题的基本思路是化“动”为“静”,“静”中求“动”,详细有以下三种方法:(一)解析法先对探讨对象进行受力分析,再依据物体的平衡条件列式求解,得到因变量与自变量的一般函数表达式,最终依据自变量的变更确定因变量的变更。【例题3】如图所示,A、B为同一水平线上的两个绕绳装置,转动A、B变更绳的长度,使光滑挂钩下的重物C缓慢竖直下降。关于此过程中绳上拉力大小的变更,下列说法中正确的是()A.不变B.渐渐减小C.渐渐增大D.可能不变,也可能增大(二)图解法对探讨对象在动态变更过程中的若干状态进行受力分析,在同一图中作出物体在若干状态下所受的力的平行四边形,由各边的长度变更及角度变更来确定力的大小及方向的变更。此法常用于求解三力平衡且有一个力是恒力、另有一个力方向不变的问题。【例题4】用一轻绳将小球P系于光滑墙壁上的O点,在墙壁和球P之间夹有一矩形物块Q,如图所示。P、Q均处于静止状态,则下列说法正确的是()A.Q受到3个力B.P物体受4个力C.若绳子变短,Q受到的静摩擦力将增大D.若绳子变短,绳子的拉力将变小(三)相像三角形法在三力平衡问题中,假如有一个力是恒力,另外两个力方向都变更,且题目给出了空间几何关系,多数状况下力的矢量三角形与空间几何三角形相像,可利用相像三角形对应边成比例进行计算。【例题5】如图所示是一个简易起吊设施的示意图,AC是质量不计的直杆,A端与竖直墙用铰链连接,一滑轮固定在A点正上方,C端吊一重物。现施加一拉力F缓慢将重物P向上拉,在AC杆达到竖直前()A.BC绳中的拉力FT越来越大B.BC绳中的拉力FT越来越小C.AC杆中的支撑力FN越来越大D.AC杆中的支撑力FN越来越小【例题6】如图所示,A、B、C、D四个人做杂技表演,B站在A的肩上,双手拉着C和D,A撑开双手水平支撑着C和D。若四个人的质量均为m,他们手臂组成的三角形为等边三角形,重力加速度为g,不计A手掌与C、D身体间的摩擦。下列结论错误的是()A.A受到地面的支持力为4mgB.B受到A的支持力为3mgC.B受到C的拉力约为23D.C受到A的推力约为23核心素养专练1.下列关于重力的说法中正确的是()A.物体只有静止时才受重力作用B.重力的方向总是垂直向下C.地面上的物体在赤道上受到的重力最小D.地面上的物体在两极处受到的重力最小2.关于地球上的物体,下列说法中正确的是()A.在“天上”绕地球飞行的人造卫星不受重力作用B.物体只有落向地面时才受到重力作用C.将物体竖直向上抛出,物体在上升阶段所受的重力比落向地面时小D.物体所受重力的大小与物体的质量有关,与物体是否运动及怎样运动无关3.如图所示的装置中,小球的质量均相同,弹簧和细线的质量均不计,一切摩擦忽视不计,平衡时各弹簧的弹力分别为F1、F2、F3,其大小关系是()A.F1=F2=F3B.F1=F2<F3C.F1=F3>F2D.F3>F1>F24.下列关于摩擦力的说法中,错误的是()A.两物体间有摩擦力,肯定有弹力,且摩擦力的方向和它们的弹力方向垂直B.两物体间的摩擦力大小和它们间的压力肯定成正比C.在两个运动的物体之间可以存在静摩擦力,且静摩擦力的方向可以与运动方向成随意角度D.滑动摩擦力的方向可以与物体的运动方向相同,也可以相反5.关于由滑动摩擦力公式Ff=μFN推导出的μ=FfFNA.动摩擦因数μ与摩擦力Ff成正比,Ff越大,μ越大B.动摩擦因数μ与压力FN成反比,FN越大,μ越小C.μ与Ff成正比,与FN成反比D.μ的大小由两物体接触面的状况及其材料确定6.如图所示,一质量为m的木板置于水平地面上,其上叠放一质量为m0的砖块,用水平力F将木板从砖下抽出,则该过程的木板受到地面的摩擦力为(已知木板与地面间的动摩擦因数为μ1,木板与砖块间的动摩擦因数为μ2)()A.μ1mgB.μ1(m0+m)gC.μ2mgD.μ2(m0+m)g7.(多选)人们在设计秋千的时候首先要考虑的是它的平安牢靠性。现一个秋千爱好者要设计一个秋千,用绳子安装在一根横梁上,如图所示,图中是设计者设计的四种安装方案,假设一个重为G的人坐在秋千上静止不动,则下列说法中正确的是()A.从平安的角度来看,四种设计的平安性相同B.从平安的角度来看,设计1最为平安C.每种设计方案中两绳拉力的合力是相同的D.若方案4中两绳夹角为120°,则两绳受到的拉力大小皆为G8.如图所示,光滑斜面倾角为30°,轻绳一端通过两个滑轮与A相连,另一端固定于天花板上,不计绳与滑轮的摩擦及滑轮的质量。已知物块A的质量为m,连接A的轻绳与斜面平行,挂上物块B后,滑轮两边轻绳的夹角为90°,A、B恰保持静止,则物块B的质量为()A.22m B.2m C.m D.29.(多选)如图所示,质量为m的木块静止地放在半径为R的半球体上,半球体与木块均处于静止状态,已知木块与半球体间的动摩擦因数为μ,木块与球心的连线与水平地面的夹角为θ,则下列说法正确的是()A.地面对半球体的摩擦力方向水平向左B.木块对半球体的压力大小为mgsinθC.木块所受摩擦力大小为mgcosθD.木块所受摩擦力大小为μmgcosθ10.如图所示,一光滑小球静置在光滑半球面上,被竖直放置的光滑挡板拦住,现水平向右缓慢地移动挡板,则在小球运动的过程中(该过程小球未脱离半球面且半球面始终静止),挡板对小球的推力F、半球面对小球的支持力FN的变更状况是()A.F增大,FN减小B.F增大,FN增大C.F减小,FN减小D.F减小,FN增大参考答案自主复习基础回顾1.相互作用运动状态形变2.地球的吸引地球G=mg3.接触要复原原状的形变4.(1)接触面材料和粗糙程度(2)0<F≤Fmax5.|F1-F2|≤F合≤F1+F26.0自测题组1.答案:(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×(7)√(8)√(9)√(10)×(11)√(12)×(13)×(14)√(15)√2.A3.ABC4.D课堂探究【例题1】例题分析:由题意得,木板的倾角α为30°时物块静止,所受摩擦力为静摩擦力,由沿斜面方向二力平衡可知其大小为mgsin30°;木板的倾角α为45°时物块滑动,所受摩擦力为滑动摩擦力,大小为μmgcos45°,由二者相等可得物块和木板间的动摩擦因数为μ=22例题解答:C【变式训练1】AC【例题2】例题分析解法一:合成法。滑块受力如图甲所示,由平衡条件知mgF=tanθ⇒F=mgtanθ,FN解法二:效果分解法。将重力按产生的效果分解,如图乙所示,F=G2=mgtanθ,FN=G1=解法三:正交分解法。将滑块受的力沿水平、竖直方向分解,如图丙所示,mg=FNsinθ,F=FNcosθ,联立解得F=mgtanθ,FN=解法四:封闭三角形法。如图丁所示,滑块受的三个力组成封闭三角形,解直角三角形得F=mgtanθ,FN=例题解答:A【变式训练2】AC【例题3】例题分析:当光滑挂钩下的重物C缓慢下降时,设绳AC和BC与竖直方向的夹角为α,绳的拉力为F,绳AC和BC在水平方向上的分力均为Fx=Fsinα,大小相等,方向相反,是一对平衡力。绳AC和BC在竖直方向的分力都为Fy=Fcosα,两绳的合力与重力是一对平衡力,所以2Fy=2Fcosα=mg,即F=mg2cosα,重物C缓慢下降时,α角渐渐减小,所以两绳的拉力例题解答:B【例题4】例题分析:设物块Q的质量为m1,小球P的质量为m2,对物块Q受力分析,受到重力m1g、墙壁的弹力FN、P的压力FPQ和静摩擦力fPQ,如图甲,由力的平衡条件可知fPQ=m1g,Q受到的静摩擦力与绳的长短无关;对小球P受力分析,受到重力m2g、Q的支持力FQP、静摩擦力fQP和绳子的拉力FT,如图乙,当绳子变短时,绳子与竖直方向的夹角变大,由力的平行四边形可知,绳子的拉力将变大;所以正确选项为B。例题解答:B【例题5】例题分析:作出C点的受力示意图,如图所示,由图可知力的矢量三角形与几何三角形ABC相像。依据相像三角形的性质得FTBC=FNAC=GAB,解得BC绳中的拉力为FT=GBCAB,AC杆中的支撑力为FN=GACAB。由于重物P向上运动时,AB、AC不变,BC例题解答:B【例题6】例题分析:对A、B、C、D四个人组成的整体进行受力分析,竖直方向上受重力4mg和地面的支持力FN而平衡,故FN=4mg,而支持力作用在A上,即A受到地面的支持力为4mg,故A项正确;将B、C、D视为一个整体,受重力3mg和A对整体的支持力FN'而平衡,故FN'=3mg,而A双手水平支撑着C、D,故B受到A的支持力为3mg,B正确;对C隔离分析,C受重力mg,A对C水平向左的推力F推,B对C的拉力F拉,设∠CBA为θ,则θ=30°,又由F拉cosθ=mg,得F拉=mgcosθ=233mg,故C正确;F推=F拉sin例题解答:D核心素养专练1.C解析:任何物体均受重力作用,重力的方向竖直向下,不肯定垂直向下,A、B均错误;地面上的物体在赤道上受到的重力最小,C正确,D错误。2.D解析:物体无论运动还是静止均受重力作用,物体重力的大小与物体的质量、当地的重力加速度大小有关,与物体怎样运动无关。3.A解析:不计一切摩擦,平衡时三个弹簧的弹力大小均等于一个小球的重力,故A正确。4.B解析:摩擦力方向沿接触