高一物理必修一如何分析弹力和摩擦力
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《弹力》说课稿各位评委,老师,大家好!我的说课题目是《弹力》,下面我将从教材与学情分析、教学目标与重难点,教学方法、教学过程四个方面进行说课。
一.说教材分析与学情分析《弹力》是人教版高中物理必修一第三章第2节内容,是高中力学的基础内容和重要知识,也是是高一学生在学习过程中的一个难点。
本节课编在《重力基本相互作用》之后,是对第一节知识的进一步提升。
同时也是学习后一节《摩擦力》以及以后力的分解合成基础,具有承前启后的作用。
《弹力》与生活联系非常紧密,通过本节课的学习,能拉近物理与生活之间的联系。
因此学习它有广泛的现实意义。
学生在初中已经学习过弹力的相关知识,但对弹力的理解并不是很深刻。
处于高一阶段的学生的思维中形象思维占的比例较大,抽象思维虽有待于进一步培养。
对于物理问题的探究还不熟练,需要通过实验进一步提高。
二.说教学目标与重难点依据新课标要求和高一年级学生的心理特征,我将本节课的三维目标确立如下:【知识与技能】1. 知道什么是形变和弹性形变2、知道什么是弹力以及弹力产生的条件3、知道怎样判断弹力的方向4.理解胡克定律。
【过程与方法】1. 通过观察微小变化的实例,初步接触“微小放大法”2.通过实验探究弹力和弹簧形变量的关系,理解胡克定律,学会探究物理规律的一般方法。
【情感态度与价值观】积极参与观察和实验,认真讨论,体验探索自然规律的艰辛和喜悦。
综合对教材,学情,教学目标的认识,我确定了本节的教学重点和难点:【重点】弹力产生的条件及弹力方向的判定,探究弹簧弹力的规律。
【难点】接触的物体是否发生形变及弹力方向的确定。
三.说教学方法由于高一的学生不易接受相对抽象的弹力,因此本节课我采用教师讲授法,演示法,讨论法、实验法等多种教学方法。
使学生通过联系生活实际、观察、推理、讨论、归纳,进行本节课的学习从而完成学习任务。
四.说教学过程基于以上分析,我设计如下教学过程。
首先,提出普通人如何才能像运动员一样扣篮的问题,由此激发学生的好奇心,由设疑的方式引入新课。
高一物理必修一课本知识点物理是一门自然科学,通过研究物质和能量之间的相互关系,来探索宇宙的规律。
高一物理必修一课本中包含了一些重要的物理知识点,下面将针对这些知识点展开讨论。
1. 相互作用力:相互作用力是物体之间相互作用的力,包括重力、弹力、摩擦力等。
重力是地球对物体的吸引力,弹力是物体弹性变形后恢复原状的力,摩擦力是物体接触时的阻力。
这些相互作用力对物体的运动和形态具有重要的影响。
2. 牛顿定律:牛顿定律是描述物体运动规律的基本原理。
第一定律称为惯性定律,指出物体在无外力作用下保持静止或匀速直线运动;第二定律称为运动定律,指出物体受到的合力等于物体质量与加速度的乘积;第三定律称为作用反作用定律,指出相互作用的两个物体所受的力大小相等、方向相反。
3. 动量:动量是物体运动状态的量度,是质量与速度的乘积。
动量守恒定律指出,当物体系统内部无外力作用时,系统的总动量保持不变。
动量守恒定律在物体碰撞、推进器原理中有广泛应用。
4. 力的合成与分解:力的合成指的是将多个力合成为一个合力,力的分解指的是将一个力分解为多个分力。
这些概念对于解决力的平衡问题和复杂力的分析具有重要意义。
5. 能量:能量是物体所具有的做功能力,有各种不同的形态,包括机械能、热能、电能、化学能等。
能量守恒定律指出,一个封闭系统内的能量总量保持不变。
能量的转化与转移是物理学研究的重要内容。
6. 功和功率:功是力对物体的作用,是力与物体位移的乘积。
功率是功对时间的衡量,是物体单位时间内做功的多少。
功和功率对于描述物体的运动和力的效果非常重要。
7. 阻力和摩擦:阻力是物体运动过程中受到的空气、液体或其他介质的阻碍力。
摩擦力是物体相互接触面之间的阻力,有静摩擦力和动摩擦力之分。
这些力对物体的运动和力学平衡具有关键性的作用。
8. 牛顿万有引力:牛顿万有引力定律描述了两个物体之间的引力作用。
根据定律,两个物体之间的引力与它们的质量成正比,与它们之间的距离的平方成反比。
高一物理必修一必考知识点总结归纳高一物理必修一必考知识点总结一、探究形变与弹力的关系弹性形变(撤去使物体发生形变的外力后能恢复原来形状的物体的形变)范性形变(撤去使物体发生形变的外力后不能恢复原来形状的物体的形变)3、弹性限度:若物体形变过大,超过一定限度,撤去外力后,无法恢复原来的形状,这个限度叫弹性限度。
二、探究摩擦力滑动摩擦力:一个物体在另一个物体表面上相当于另一个物体滑动的时候,要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力,这种力叫做滑动摩擦力。
说明:摩擦力的产生是由于物体表面不光滑造成的。
三、力的合成与分解(1)若处于平衡状态的物体仅受两个力作用,这两个力一定大小相等、方向相反、作用在一条直线上,即二力平衡(2)若处于平衡状态的物体受三个力作用,则这三个力中的任意两个力的合力一定与另一个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上(3)若处于平衡状态的物体受到三个或三个以上的力的作用,则宜用正交分解法处理,此时的平衡方程可写成①确定研究对象;②分析受力情况;③建立适当坐标;④列出平衡方程四、共点力的平衡条件1.共点力:物体受到的各力的作用线或作用线的延长线能相交于一点的力2.平衡状态:在共点力的作用下,物体保持静止或匀速直线运动的状态.说明:这里的静止需要二个条件,一是物体受到的合外力为零,二是物体的速度为零,仅速度为零时物体不一定处于静止状态,如物体做竖直上抛运动达到点时刻,物体速度为零,但物体不是处于静止状态,因为物体受到的合外力不为零.3.共点力作用下物体的平衡条件:合力为零,即0说明;①三力汇交原理:当物体受到三个非平行的共点力作用而平衡时,这三个力必交于一点;②物体受到N个共点力作用而处于平衡状态时,取出其中的一个力,则这个力必与剩下的(N-1)个力的合力等大反向。
③若采用正交分解法求平衡问题,则其平衡条件为:FX合=0,FY合=0;④有固定转动轴的物体的平衡条件五、作用力与反作用力学过物理学的人都会知道牛顿第三定律,此定律主要说明了作用力和反作用的关系。
高一物理必修一力重力弹力摩擦力知识点整理【导语】在高一物理中,最痛楚的莫过于力学了,示意图很多,需要背的公式也超级多,实在是让人感到头疼。
但再难也要迎难而上,必须要把这些知识点都吃透了。
下面是作者为你推荐高一物理必修一知识点整理,期望能帮到你。
高一物理必修一力重力弹力摩擦力知识点整理1、力:力是物体之间的相互作用,有力必有施力物体和受力物体。
力的大小、方向、作用点叫力的三要素。
用一条有向线段把力的三要素表示出来的方法叫力的图示。
依照力命名的根据不同,可以把力分为①按性质命名的力(例如:重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等。
)②按成效命名的力(例如:拉力、压力、支持力、动力、阻力等)。
力的作用成效:①形变;②改变运动状态.2、重力:由于地球的吸引而使物体遭到的力。
重力的大小G=mg,方向竖直向下。
作用点叫物体的重心;重心的位置与物体的质量散布和形状有关。
质量平均散布,形状规则的物体的重心在其几何中心处。
薄板类物体的重心可用悬挂法肯定,注意:重力是万有引力的一个分力,另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力,在两极处重力等于万有引力.由于重力远大于向心力,一样情形下近似认为重力等于万有引力.3、弹力:(1)内容:产生形变的物体,由于要复原原状,会对跟它接触的且使其产生形变的物体产生力的作用,这种力叫弹力。
(2)条件:①接触;②形变。
但物体的形变不能超过弹性限度。
(3)弹力的方向和产生弹力的那个形变方向相反。
(平面接触面间产生的弹力,其方向垂直于接触面;曲面接触面间产生的弹力,其方向垂直于过研究点的曲面的切面;点面接触处产生的弹力,其方向垂直于面、绳子产生的弹力的方向沿绳子所在的直线。
)(4)大小:①弹簧的弹力大小由F=kx运算,②一样情形弹力的大小与物体同时所受的其他力及物体的运动状态有关,应结合安稳条件或牛顿定律肯定.4、摩擦力:(1)摩擦力产生的条件:接触面粗糙、有弹力作用、有相对运动(或相对运动趋势),三者缺一不可.(2)摩擦力的方向:跟接触面相切,与相对运动或相对运动趋势方向相反.但注意摩擦力的方向和物体运动方向可能相同,也可能相反,还可能成任意角度.(3)摩擦力的大小:说明:a、FN为接触面间的弹力,可以大于G;也能够等于G;也能够小于Gb、为滑动摩擦系数,只与接触面材料和粗糙程度有关,与接触面积大小、接触面相对运动快慢以及正压力FN无关。
2020-2021学年高一物理卓越同步讲义(新教材人教A版必修第一册)第三章相互作用--力第2节摩擦力一、知识点归纳知识点一对静摩擦力的理解和应用1.静摩擦力产生的条件(1)接触面是粗糙的.(2)两物体相对静止但存在相对运动趋势.(3)两物体在接触面上有压力(弹力).摩擦力与弹力的存在关系:两物体间有摩擦力时,必有弹力;而两物体间有弹力时,不一定有摩擦力.2.对“相对运动趋势”的理解(1)相对运动趋势,是指一个物体相对于与它接触的另一个物体有运动的可能,但还处于相对静止状态.(2)相对运动趋势的方向,是指假设接触面光滑时,物体将要发生相对运动的方向.3.判断静摩擦力的有无的方法(1)条件判断法:接触面之间有弹力、粗糙且有相对运动趋势.(2)假设法:4.静摩擦力的方向判定方法静摩擦力的大小范围为0<F≤F max,静摩擦力随外力的变化而变化,一般根据物体的受力情况和平衡条件求解.知识点二滑动摩擦力1.滑动摩擦力产生的条件(1)两物体相互接触挤压.(2)物体间的接触面不光滑.(3)两物体间存在相对运动.“相对运动”的含义:滑动摩擦力存在于发生相对运动的两个物体之间,但并不意味着受滑动摩擦力的物体相对于地面是运动的,即受到滑动摩擦力作用的物体不一定运动.2.滑动摩擦力的方向(1)在接触面上,与接触面相切,且与物体相对运动的方向相反.(2)与物体的运动方向可能相同,也可能相反.3.滑动摩擦力的大小二、题型分析题型一对静摩擦力的理解【例1】(2019-2020学年·湖南高一期末)关于静摩擦力,下列说法中正确的是()A.两个表面粗糙的物体,只要直接接触就会产生静摩擦力B.静摩擦力总是阻碍物体的运动C.静摩擦力的方向跟物体间相对运动趋势的方向相反D.两个物体之间的静摩擦力总是一个定值【答案】C【解析】由于静摩擦力产生在彼此直接接触且相互挤压、接触面粗糙又有相对运动趋势的物体之间,所以A 错误;静摩擦力的作用是阻碍物体间的相对运动趋势,方向与物体间相对运动趋势的方向相反,不能说成阻碍物体的运动,所以B错误,C正确;两物体间静摩擦力的大小通常随物体所受其他外力的变化而变化,因此D错误.题型二对静摩擦力的有无和方向的判断【例2】判断各图中物体A是否受摩擦力作用(A和B相对静止);若有,判断A受的摩擦力沿什么方向?(1)图a中A、B相对地面静止;(2)图b中A、B相对地面静止;(3)图c中A、B一起向右做匀速直线运动;(4)图d中A、B一起向右做匀速直线运动.【答案】(1)不受摩擦力作用(2)向左的静摩擦力(3)不受摩擦力作用(4)向左的静摩擦力【解析】图a情况,物体A处于平衡状态,假设物体A受静摩擦力作用,根据二力平衡知识可知,物体A 的平衡状态被破坏,因此假设是错误的,故在图a情况下物体A不受摩擦力.图b情况下物体A也处于平衡状态,由于A受向右的力F的作用,由二力平衡知A一定受向左的静摩擦力作用.图c情况,用力F拉水平地面上的B物体,B物体及其上面的A物体保持相对静止做匀速直线运动,假设A受静摩擦力作用,根据二力平衡知识可知,物体A的平衡条件被破坏,因此假设是错误的,A不受摩擦力作用.图d情况下,由于A做匀速直线运动,说明A在水平方向上平衡,根据二力平衡可知,A在水平方向上一定受到静摩擦力的作用与F相平衡,静摩擦力的方向与运动方向相反.【方法总结】易混淆的“三个方向”的辨析(1)运动方向:物体的运动方向一般选地面上固定不动的物体作为参考系判定.(2)相对运动方向:物体间的相对运动方向,指以其中一个物体A为参考系,另一个物体B的运动方向,即为物体B相对物体A的运动方向,反之也可.(3)相对运动趋势的方向:由于两物体间静摩擦力的存在而没有发生相对运动,其相对运动方向可用假设法(假设无静摩擦力)判定.【变式】(2019-2020学年·保山腾冲校级期末)如图所示,杆的上端用细绳吊在天花板上的O点,下端放在水平面上,且杆都处于静止状态,则地面对杆的摩擦力方向向左的是()【答案】A.【解析】:物体在拉力和重力的作用下有向右的运动趋势,故物体受到向左的摩擦力,A正确;物体受到的竖直向上的拉力,则B只受竖直方向上的力,水平方向没有外力作用,故物体不受摩擦力,B错误;物体受向上的拉力,水平方向没有外力的作用,故杆没有水平方向的作用,故没有摩擦力,C错误;物体在拉力的作用下,相对地面有向左的运动趋势,故物体受向右的摩擦力,D错误.题型三静摩擦力的计算【例3】如图所示,一质量M=2 kg 的物体放在动摩擦因数μ=0.2的粗糙水平面上,用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一只m0=0.1 kg的小桶相连.已知M与水平面间的最大静摩擦力F m=4.5 N,滑轮的摩擦不计,g=10 N/kg,求在以下情况中M受到的摩擦力的大小.(1)只挂m0,处于静止状态时;(2)只挂m0,但在M上再放一个M′=3 kg的物体时;(3)只在桶内加入m1=0.33 kg的沙子时.【思路点拨】解答本题时应明确以下两点:(1)小桶静止时,根据二力平衡知:F T=m0g.(2)M静止时,根据二力平衡知:F f=F T.【答案】(1)1 N(2)1 N(3)4.3 N【解析】(1)因为m0g=1 N<F m,M处于静止状态,所以受静摩擦力作用,由二力平衡得F1=m0g=1 N.(2)在M上再放一个M′=3 kg的物体,M仍静止,故所受静摩擦力F2=F1=m0g=1 N.(3)因为(m0+m1)g=4.3 N<F m,故M处于静止状态,所受静摩擦力F3=(m0+m1)g=4.3 N.【例2】(2019-2020学年·如皋月考)下列各图中所有接触面都是光滑的,P、Q两球之间不存在弹力的是()【答案】B【答案】A图中若两球间无弹力则小球将向凹面的底部运动,PQ间有弹力,故A错误;B图两球间若有弹力则小球将向两边运动,PQ间无弹力,故B正确;C图两球间若无弹力则小球P将向下运动,PQ间有弹力,故C错误;D图两球间若无弹力则小球P将向右下运动,PQ间有弹力,故D错误.题型四对滑动摩擦力的理解【例4】(多选)有关滑动摩擦力,下列说法中正确的有()A.有正压力一定有滑动摩擦力B.有滑动摩擦力一定有正压力C.滑动摩擦力总是与接触面上的正压力垂直D.只有运动的物体才受滑动摩擦力作用【答案】BC【解析】由产生滑动摩擦力的条件知,选项A错误,选项B正确;滑动摩擦力的方向与接触面相切,而正压力垂直于接触面,所以滑动摩擦力的方向跟接触面所受正压力垂直,选项C正确;静止的物体也可以受滑动摩擦力,如擦黑板时,黑板是静止的,但相对黑板擦是运动的,所以黑板受滑动摩擦力作用,关键要理解“运动”和“相对运动”的含义,选项D错误.【变式1】.(2019-2020学年·曲阜校级期中)关于滑动摩擦力公式F=μF N,下列说法中正确的是() A.公式中的压力F N一定等于物体重力的大小B.由μ=FF N,可知动摩擦因数μ与滑动摩擦力F成正比,与压力F N成反比C.由F=μF N可知,若μ一定,F与F N成正比D.F的大小是由μ和F N决定的,还与接触面的大小有关【答案】C.【解析】:由滑动摩擦力公式F=μF N可知,F N是物体受到的弹力,不一定等于物体的重力,故A错误;而μ只与接触面的材料及粗糙程度有关,与摩擦力F、支持力F N无关,故B错误;由滑动摩擦力公式F=μF N 可知,F与μ成正比,与F N成正比,故C正确;由滑动摩擦力公式F=μF N可知,摩擦力F的大小是由μ和F N决定的,与接触面的大小无关,故D错误.【变式2】如图所示,汽车B在水平路面上以相对于地面的速度v1向右运动,车上的货物A以相对于地面的速度v2向右运动.下列判断正确的是()A.若v1<v2,货物A受到了汽车B所施加的向右的滑动摩擦力B.若v1<v2,汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力C.若v1>v2,货物A受到了汽车B所施加的向左的滑动摩擦力D.若v1>v2,汽车B受到了货物A所施加的向右的滑动摩擦力【答案】B【解析】若v1<v2时,货物向右滑动,货物A受到汽车B所施加的向左的滑动摩擦力,汽车B受到货物A 所施加的向右的滑动摩擦力,选项A错误,B正确;若v1>v2时,货物A相对汽车B向左滑动,受到汽车B 所施加的向右的滑动摩擦力,汽车B受到货物A所施加的向左的滑动摩擦力,故选项C、D错误.题型五对滑动摩擦力的计算【例4】(2019-2020学年·衡水高一检测)质量为2 kg的物体,静止在水平地面上,物体与地面间的动摩擦因数为0.5,最大静摩擦力与滑动摩擦力相等.现给物体一水平拉力(g取10 m/s2),问:(1)当拉力大小为5 N时,地面对物体的摩擦力是多少?(2)当拉力大小为12 N时,地面对物体的摩擦力是多少?(3)此后若将拉力减小为5 N(物体仍在滑动),地面对物体的摩擦力是多少?(4)若撤去拉力,在物体继续滑动的过程中,地面对物体的摩擦力是多少?【答案】:(1)5 N(2)10 N(3)10 N(4)10 N【解析】:物体所受滑动摩擦力(最大静摩擦力F max)的大小为F=μF N=μmg=0.5×2×10 N=10 N.(1)当拉力F1=5 N时,F1<F max,物体静止,由二力平衡可知F静=F1=5 N.(2)当拉力F2=12 N时,F2>F max,物体要滑动,F滑=F=10 N.(3)当拉力减小为5 N时,物体仍在滑动,故F滑=F=10 N.(4)当撤去拉力后,由于物体继续滑动,仍受滑动摩擦力的作用,F滑=F=10 N.【变式】(2019-2020学年·中山校级一模)如图所示,物体A重40 N,物体B重20 N,A与B、A与地的动摩擦因数相同,物体B用细绳系住,当水平力F=32 N时,才能将A匀速拉出,求接触面间的动摩擦因数.【答案】0.4【解析】以A物体为研究对象,其受力情况如图所示:则物体B对其压力F N2=G B,地面对A的支持力F N1=G A+G B;所以A受B的滑动摩擦力F f2=μF N2=μG B,A受地面的摩擦力F f1=μF N1=μ(G A+G B);又由题意得:F=F f1+F f2=μ(G A+2G B);将F=32 N,G A=40 N,G B=20 N代入解得μ=0.4.三、课堂检测1.(2019-2020学年·西城校级期中)下列哪些措施是为了减小摩擦力()A.在轴承中滴润滑油B.轮胎表面有花纹状的沟槽C.自行车刹车时用力捏闸D.冰雪天气地面上撒沙铺草【答案】A.【解析】:在轴承中滴润滑油,可以减小轴承与车轮之间的摩擦力,故A正确;轮胎表面都有花纹状的沟槽,是为了增大动摩擦因数,能使车在雨天与地面间产生足够的摩擦力,故B错误;自行车刹车时用力捏闸,是为了增大闸与车轮之间的正压力,从而增大摩擦力,使车容易停下,故C错误;冰雪天气地面上撒沙铺草可以增大冰与人(或车)之间的摩擦力,故D错误.2.如图所示,若小猫沿树匀速攀上和匀速下滑,它所受的摩擦力分别是F1和F2,则()A.F1向下,F2向上,且F1=F2 B.F1向下,F2向上,且F1>F2C.F1向上,F2向上,且F1=F2 D.F1向上,F2向下,且F1=F2【答案】C.【解析】:由题意可知,小猫向上、向下均做匀速运动,且小猫受重力、摩擦力作用,故二力平衡,由重力的大小和方向可推断出摩擦力总是向上的,且大小等于小猫的重力,故C正确.3.(2019-2020学年·青羊校级月考)关于摩擦力,有人总结了“四条不一定”,其中说法错误的是() A.摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相同B.静摩擦力的方向不一定与运动方向共线C.受静摩擦力或滑动摩擦力的物体不一定静止或运动D.静摩擦力一定是阻力,滑动摩擦力不一定是阻力【答案】D.【解析】:滑动摩擦力与物体的相对运动方向相反,即相对相接触的那个物体的运动方向相反,与物体的实际运动方向可以成任意角度,故A正确;静摩擦力的方向不一定与运动方向共线,比如:贴着车厢壁运行的物体,故B正确;货物在传送带上向高处运动时,货物受静摩擦力但不静止;受到滑动摩擦力却是静止的,比如:正在地面上滑行的物体,地面受到是滑动摩擦力,而地面是静止的,故C正确;静摩擦力与物体的相对运动趋势的方向相反,它可以是阻力、可以是动力,故D错误.4.(多选)用手握住一个油瓶(瓶始终处于竖直方向),如图所示.下列说法中正确的有()A.瓶中油越多,手必须握得越紧B.手握得越紧,油瓶受到的摩擦力越大C.不管手握得有多紧,油瓶受到的摩擦力总是一定的D.以上说法都正确【答案】AC.【解析】:用手握住油瓶,油瓶不掉落下来,表明手对油瓶竖直向上的静摩擦力跟油瓶受到的重力平衡,静摩擦力的大小由油瓶和油受到的重力(大小)决定;油瓶变重,它受到的静摩擦力必须随之增大,即手握得紧一点才能保证油瓶不会掉落下来;如果手握得不够紧,正压力不够大,最大静摩擦力小于油瓶受到的重力,油瓶就会掉下来,所以选项A正确;手握得越紧,手与油瓶之间的正压力越大,最大静摩擦力也越大,但是油瓶受到的是与油瓶重力相平衡的静摩擦力,大小等于油瓶受到的重力,可见,选项B、D错误,选项C 正确.5.如图所示,一辆汽车在平直公路上,车上有一木箱.试判断下列情况中,木箱所受的摩擦力及其方向.(1)汽车由静止加速运动时(木箱和车面无相对滑动);(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);(4)汽车刹车,木箱在车上向前滑动时;(5)汽车在匀速行驶中突然加速,木箱在车上滑动时.【答案】:(1)静摩擦力向前(2)静摩擦力向后(3)不受摩擦力(4)滑动摩擦力向后(5)滑动摩擦力向前【解析】:(1)木箱随汽车一起由静止加速运动,假设二者的接触面是光滑的,则汽车加速时,木箱由于惯性要保持原有的静止状态,因此它将相对于汽车向后滑动.而实际上木箱没有滑动,说明木箱有相对汽车向后滑动的趋势,所以木箱受到向前的静摩擦力.(2)汽车刹车时,速度减小,假设木箱与汽车的接触面是光滑的,则木箱将相对汽车向前滑动,而实际上木箱没有滑动,说明木箱有相对汽车向前滑动的趋势,所以木箱受到向后的静摩擦力.(3)木箱随汽车一起匀速运动时,二者无相对滑动,假设木箱受水平向前的摩擦力,跟木箱接触的物体只有汽车,汽车最多能对它施加两个力(支持力F1和摩擦力F2),由二力平衡知:F1与G平衡,但没有力与F2平衡,木箱不能做匀速直线运动,这与题意矛盾,所以假设错误,即木箱不受摩擦力.(4)汽车刹车时,木箱相对于汽车向前滑动,易知木箱受到向后的滑动摩擦力.(5)汽车在匀速运动过程中突然加速,木箱相对于汽车向后滑动,易知木箱受到向前的滑动摩擦力.四、课后提升作业一、选择题1.(2019-2020学年·慈溪高一期末)1.下列有关摩擦力的说法正确的是()A.一个物体静止在另一个物体的表面上,它们之间没有静摩擦力B.滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反C.摩擦力可以是阻力也可以是动力D.由公式μ=FF N可以看出,μ与F成正比,与F N成反比【答案】C.【解析】:一个物体静止在另一个物体的表面上,如果有相对运动趋势,它们之间一定有静摩擦力,选项A 错误;滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动方向相反,选项B错误;摩擦力可以是阻力也可以是动力,选项C正确;μ与材料类别及接触面的粗糙程度有关,与F和F N无关,选项D错误.2.(2019-2020学年·扬州期末)下列图片中的人或物体没有利用摩擦力的是()【答案】B.【解析】:传送带将货物送到高处,依靠传送带给货物的静摩擦力,故A不符合题意;乘客在竖直上升电梯中,不满足摩擦力产生条件,即没有相对运动或相对运动趋势,因此乘客不受摩擦力作用,故B符合题意;运动员跑步,脚底相对地面有后运动的趋势,因此地面给人向前的静摩擦力,故C不符合题意;手拿住杯子,满足摩擦力产生的条件,杯子相对手有向下滑的趋势,因此手给杯子有向上的静摩擦力,故D不符合题意.3.水平的皮带传送装置如图所示,皮带的速度保持不变,将物体轻轻地放在A点,开始时物体在皮带上滑动,当它到达位置C时停止滑动,随后随皮带一起匀速运动,直至传送到B点,在传送过程中,该物体受到的摩擦力情况是()A.在AC段受到水平向左的滑动摩擦力B.在AC段受到水平向右的滑动摩擦力C.在CB段不受静摩擦力D.在CB段受到水平向右的静摩擦力【答案】BC.【解析】:在AC段物体相对皮带向左滑动,受到水平向右的滑动摩擦力;在CB段物体相对皮带静止,物体随皮带一起匀速运动,受到的是平衡力,如果有静摩擦力,则物体不能处于平衡状态,所以不受静摩擦力,故选项B、C正确.4.关于动摩擦因数,下列说法中正确的是()A.由滑动摩擦力公式可推出动摩擦因数μ与正压力F N成正比B.相同的条件下,接触面积越大,动摩擦因数越大C.动摩擦因数只与接触面的粗糙程度、相互接触的物体的材料有关D.生活经验告诉我们:物体运动越快摩擦力越大,则物体表面的动摩擦因数μ与速度大小成正比【答案】C.【解析】:动摩擦因数(即滑动摩擦力和弹力的比值),是一种比值定义法,则动摩擦因数与滑动摩擦力和弹力均无关,只与接触面的粗糙程度、相互接触的物体的材料有关,故C正确,A、B均错误;由上分析可知,物体表面的动摩擦因数μ与速度大小也无关,故D错误.5.(2019-2020学年·南京学业考试)如图所示,在粗糙的水平地面上,一物块与弹簧连接.先用水平向右的力拉弹簧,物块处于静止状态,地面对物块的摩擦力大小为f.增大拉力F,使弹簧伸长量为原来的2倍,物块仍保持静止,此时地面对物块的摩擦力大小为()A.0B.f C.2f D.3f【答案】C.【解析】:物体处于静止状态,水平方向受力平衡,合外力等于零,F等于f,当F增大时,f随之增大,物块仍保持静止,合力为零,F和f是一对平衡力;弹簧伸长量为原来的2倍,根据胡克定律,则有此时地面对物块的摩擦力大小为2f,故C正确,A、B、D错误.6.(多选)(2019-2020学年·长春高一期末)《中国制造2025》是国家实施强国战略第一个十年行动纲领,智能机器制造是一个重要方向,其中智能机械臂已广泛应用于各种领域.如图所示,一机械臂铁夹竖直夹起一个金属小球,小球在空中处于静止状态,铁夹与球接触面保持竖直,则()A.小球受到的摩擦力方向竖直向上B.小球受到的摩擦力与重力大小相等C.若增大铁夹对小球的压力,小球受到的摩擦力变大D.若铁夹水平向右加速移动,小球受到的摩擦力变大【答案】AB.【解析】:对小球受力分析可知,小球受重力、两侧铁夹的弹力以及摩擦力作用,根据平衡条件可知,小球在竖直方向上受到的摩擦力与重力大小相等,方向相反,即摩擦力方向竖直向上,故A、B正确;增大铁夹对小球的压力,小球受到的摩擦力仍等于重力,大小不变,故C错误;若水平移动铁夹,由于小球在竖直方向受力始终平衡,故摩擦力大小不变,故D错误.7.(2019-2020学年·郑州高一月考)甲图中小明用60 N的水平力推木箱,没推动,此时木箱受的摩擦力为F1;乙图中小明用100 N的水平力恰好能推动木箱,此时木箱受的摩擦力为F2;丙图中小明把木箱推动了,此时木箱受的摩擦力为F3.已知木箱对地面的压力为300 N,木箱与地面间动摩擦因数为0.3,则F1、F2、F3的大小分别为()A.60 N,100 N,90 N B.0,100 N,300 NC.60 N,100 N,300 N D.0,100 N,90 N【答案】A.【解析】:甲图小明用的推力F=60 N,木箱不动,木箱在水平方向受到两个力作用处于平衡状态,木箱受的摩擦力为静摩擦力,F1=F=60 N;乙图小明用的推力F′=100 N,木箱恰好能被推动,静摩擦力达到最大值,F2=F′=100 N;丙图小明把木箱推动了,木箱受到了滑动摩擦力的作用,F3=μF N=0.3×300 N=90 N,故选项A正确,选项B、C、D错误.8.(2019-2020学年·沭阳高一校级月考)冰壶比赛的冰道表面覆盖着特制的微小颗粒.如图所示,比赛时运动员常在冰壶滑行的前方用冰刷快速擦刷冰面,使冰壶滑得更远.设冰壶与冰面间的动摩擦因数为μ,受到的滑动摩擦力为f,则冰道被擦刷后()A.μ和f都增大B.μ和f都减小C.μ增大,f减小D.μ减小,f增大【答案】B.【解析】:用冰刷刷冰,使冰壶和冰之间形成一层水膜,由于水的出现使冰壶与冰面分开,从而减小了动摩擦因数,进而减小了冰壶与冰面之间的摩擦力,故B正确,A、C、D错误.9.(2019-2020学年·石景山期末)用如图所示装置研究摩擦力的变化规律,把木块放在水平长木板上,在弹簧测力计的指针下轻放一个小纸团,它只能被指针向左推动.用弹簧测力计沿水平方向拉木块,使拉力由零缓慢增大.下列说法正确的是()A.木块开始运动前,摩擦力可以用公式F=μF N计算B.该实验装置可以记录最大静摩擦力的大小C.木块开始运动前,拉力小于摩擦力D.当拉力达到某一数值时木块开始移动,运动过程中木块受到的摩擦力会越来越大【答案】B.【解析】:由题意可知,开始时木块保持不动,木块受静摩擦力,根据平衡条件可知摩擦力始终等于拉力,故摩擦力大小随拉力的增大而增大;而当增大拉力达到某一大小时,木块开始滑动,说明此时木块恰好达到最大静摩擦力;而由于滑动摩擦力要小于最大静摩擦力,所以木块移动后拉力将减小,根据纸团的位置即可记录下最大静摩擦力,故B正确,A、C、D错误.10.(多选)(2019-2020学年·赣州月考)如图甲所示,一人用由零逐渐增大的水平力F推静止于水平地面上质量为10 kg的木箱,木箱所受的摩擦力f与F的关系如图乙所示,g取10 m/s2,下列说法正确的是()A.木箱所受的最大静摩擦力f m=21 N B.木箱所受的最大静摩擦力f m=20 NC.木箱与地面间的动摩擦因数μ=0.21 D.木箱与地面间的动摩擦因数μ=0.2【答案】AD.【解析】:由图乙知木箱受的最大静摩擦力为f m=21 N,故A正确,B错误;当木箱运动后受的是滑动摩擦力,大小为f=μmg=20 N,解得μ=0.2,故C错误,D正确.二、非选择题11.如图所示,一重为40 N的木块原来静止在水平桌面上,某瞬间在水平方向上同时受到两个方向相反的力F1、F2的作用,其中F1=13 N,F2=6 N,已知木块与地面间的动摩擦因数为0.2,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,求:(1)木块受到的摩擦力的大小和方向;(2)当只将F1撤去时,木块受到的摩擦力的大小和方向;(3)若撤去的力不是F1而是F2,求木块受到的摩擦力的大小和方向.【答案】:(1)7 N水平向左(2)6 N水平向右(3)8 N水平向左【解析】:当木块运动时受到的滑动摩擦力为F滑=μF N=μG=0.2×40 N=8 N,故木块受到地面的最大静摩擦力为8 N.(1)加上F1、F2后,F1和F2相当于一个方向向右的F=F1-F2=7 N的力,由于F小于最大静摩擦力,故木块处于静止状态,则木块受到地面静摩擦力的作用,大小为7 N,方向水平向左.(2)由于F2小于最大静摩擦力,故木块仍保持静止.由二力平衡知识知,木块受到的静摩擦力大小等于F2,即大小为6 N,方向水平向右.(3)撤掉F 2后,由于F 1大于最大静摩擦力,则木块受到的摩擦力为滑动摩擦力,大小为8 N ,方向水平向左.12.如图所示,轻质弹簧的劲度系数k =20 N/cm ,用其拉着一个重为200 N 的物体在水平面上运动,当弹簧的伸长量为4 cm 时,物体恰在水平面上做匀速直线运动,求:(1)物体与水平面间的动摩擦因数;(2)当弹簧的伸长量为6 cm 时,物体受到的水平拉力为多大?这时物体受到的摩擦力为多大?(3)如果在物体运动过程中突然撤去弹簧,而物体在水平面上能继续滑行,这时物体受到的摩擦力为多大?【答案】:(1)0.4 (2)120 N 80 N (3)80 N【解析】:(1)由F f =kx =μF N =μG 知μ=kx G =20×4200=0.4. (2)由F =kx ′得:F =20×6 N =120 N ;此时物体受到的摩擦力为滑动摩擦力,所以F ′f =μG =0.4×200 N =80 N.(3)由于物体仍能滑行,物体所受的滑动摩擦力大小和方向不变,大小仍为80 N.13.如图所示,物体A 、B 的质量分别为m A =10 kg ,m B =20 kg ,A 与B 、B 与水平桌面间的动摩擦因数都等于0.3,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力.当用水平力F =80 N 向右拉轻滑轮时,B 对A 的摩擦力和桌面对B 的摩擦力为多大?(g 取10 m/s 2)【答案】:30 N 70 N【解析】:A 与B 、B 与水平桌面间的最大静摩擦力分别为:F m A =μm A g =30 NF m B =μ(m A g +m B g )=90 N由于绳子对物体A 的拉力F A =F 2=40 N>F m A 故B 对A 的摩擦力为滑动摩擦力,大小为30 N ,方向向左.。
高一物理摩擦力和弹力知识点摩擦力和弹力是高中物理中的重要知识点,对于理解物体之间相互作用的力起着关键作用。
摩擦力和弹力的理解不仅能帮助我们解释日常生活中许多现象,还能够应用于工程和技术领域。
本文将介绍高一物理中摩擦力和弹力的基本概念、性质、计算方法以及相关应用。
摩擦力是两个物体相对运动或准备相对运动时产生的阻力。
它是由于物体表面之间的不规则互锁和分子间相互吸引力而产生的。
摩擦力可以分为静摩擦力和动摩擦力两种。
静摩擦力是物体未发生相对运动时产生的摩擦力,动摩擦力是物体相对运动时产生的摩擦力。
摩擦力的大小与物体表面间的粗糙程度、物体质量以及受力面积等因素有关。
弹力是由物体的弹性形变而产生的力。
当物体发生形变时,其恢复原状的趋势所产生的力就是弹力。
弹力可以分为拉力和压力两种,拉力是物体被拉伸时产生的弹力,压力是物体被压缩时产生的弹力。
弹力的大小与物体的弹性系数以及形变量等因素有关。
在计算摩擦力时,我们可以使用摩擦力公式来进行计算。
静摩擦力的计算公式为:F静= μ静 × N其中,F静表示静摩擦力,μ静表示静摩擦系数,N表示物体所受的垂直支持力。
动摩擦力的计算公式为:F动= μ动 × N其中,F动表示动摩擦力,μ动表示动摩擦系数,N表示物体所受的垂直支持力。
摩擦力的大小取决于物体表面的摩擦系数以及物体所受的垂直支持力。
摩擦系数反映了物体表面间的摩擦特性,不同物体间的摩擦系数不同。
弹力的计算公式为:F弹 = k × x其中,F弹表示弹力,k表示弹簧的弹性系数,x表示形变量。
弹簧常数k是一个描述弹簧刚度的物理量,它的大小与弹簧材料、形状以及长度等因素有关。
形变量x表示弹簧的相对伸缩长度。
摩擦力和弹力在日常生活中和工程领域中有着广泛的应用。
摩擦力可以解释为什么当我们走路时会有阻力,为什么车辆在刹车时会停下来。
弹力可以解释为什么杆状物体在一端受力时会发生弯曲,为什么弹簧能够恢复到原来的形状。
7.弹力1.产生条件:(1)物体间直接接触;(2)接触处发生形变(挤压或拉伸)。
2.弹力的方向:弹力的方向与物体形变的方向相反,具体情况如下:(1)轻绳只能产生拉力,方向沿绳指向绳收缩的方向.(2)弹簧产生的压力或拉力方向沿弹簧的轴线。
(3)轻杆既可产生压力,又可产生拉力,且方向沿杆。
3.弹力的大小弹力的大小跟形变量的大小有关。
○1弹簧的弹力,由胡克定律F=kx,k为劲度系数,由本身的材料、长度、截面积等决定,x为形变量,即弹簧伸缩后的长度L与原长Lo的差:x=|L-L0|,不能将x当作弹簧的长度L○2一般物体所受弹力的大小,应根据运动状态,利用平衡条件和牛顿运动定律计算,例2小车的例子就说明这一点。
【例1】下列关于力的说法中,正确的是( )A.只有相互接触的两物体之间才会产生力的作用B.力是不能离开物体而独立存在的,一个力既有施力物体,又有受力物体C.一个物体先对别的物体施加力后,才能受到反作用力D.物体的施力和受力是同时的【例2】关于物体的重心,以下说法正确的是A.物体的重心一定在该物体上B.形状规则的物体,重心就在其中心处C.用一根悬线挂起的物体静止时,细线方向一定通过物体的重心D.重心是物体上最重的一点【例3】如图所示,小车上固定一根折成α角的曲杆,杆的另一端一固定一质量为m的球,则当小车静止时和以加速度a向右加速运动时杆对球的弹力大小及方向如何?(4)面与面、点与面接触的压力或支持力的方向总垂直于接触面,指向被压或被支持的物体,如图所示,球和杆所受弹力的示意图。
摩擦力摩擦力有滑动摩擦力和静摩擦力两种,它们的产生条件和方向判断是相近的。
.1.产生的条件:(1)相互接触的物体间存在压力;(2)接触面不光滑;(3)接触的物体之间有相对运动(滑动摩擦力)或相对运动的趋势(静摩擦力)。
注意:不能绝对地说静止物体受到的摩擦力必是静摩擦力,运动的物体受到的摩擦力必是滑动摩擦力。
静摩擦力是保持相对静止的两物体之间的摩擦力,受静摩擦力作用的物体不一定静止。
专题:受力分析(基础篇)一、受力分析1、定义:把某个特定的物体在某个特定的物理环境中所受到的力一个不漏,一个不重地找出来,并画出定性的受力示意图。
对物体进行正确地受力分析,是解决好力学问题的关键。
2、相对合理的顺序:先找场力(电场力、磁场力、重力),再找接触力(弹力、摩擦力),最后分析其它力。
3、为了在受力分析时不多分析力,也不漏力,一般情况下按下面的步骤进行:(1)确定研究对象:可以是某个物体也可以是整体。
(2)按顺序画力①.先画重力:作用点画在物体的重心上,方向竖直向下。
②.次画已知力③.再画接触力(弹力和摩擦力):看研究对象跟周围其他物体有几个接触点(面),先对某个接触点(面)分析,若有挤压,则画出弹力,若还有相对运动或相对运动的趋势,则再画出摩擦力。
分析完一个接触点(面)后,再依次分析其他的接触点(面)。
④.再画其他场力:看是否有电、磁场力作用,如有则画出。
二、受力分析的方法1、整体法:以几个物体构成的整个系统为研究对象进行求解的方法。
2、隔离法:把系统分成若干部分并隔离开来,分别以每一部分为研究对象进行受力分析,分别列出方程,再联立求解的方法。
3、通常在分析外力对系统作用时,用整体法;在分析系统内各物体之间的相互作用时,用隔离法。
有时在解答一个问题时要多次选取研究对象,需要整体法与隔离法交叉使用。
三、受力分析的判断依据:①从力的概念判断,寻找施力物体;②从力的性质判断,寻找产生原因;③从力的效果判断,寻找是否产生形变或改变运动状态。
总之,在进行受力分析时一定要按次序画出物体实际受的各个力,为解决这一难点可记忆以下受力口诀:地球周围受重力 绕物一周找弹力 考虑有无摩擦力 其他外力细分析 合力分力不重复 只画受力抛施力四、例题例1、单个物体受力情况(A 静止)(A 匀速下滑)空中飞行的足球 匀速行驶的汽车例2、两个物体受力情况ABA 、B 都静止A 、B 都静止A 、B 静止不动 (A 向下运动,斜面不光滑)A 沿着墙向上运动A 沿着水平面向右运动A 沿着斜面向上运动A 静止v例3、三个物体受力情况变式:如图所示,各图中,物体总重力为G,请分析砖与墙及砖与砖的各接触面间是否有摩擦力存在?如有大小是多少?五、习题精选1.(2020·山东滕州市第一中学新校高三月考)如图所示,质量为m的木块,被垂直于墙面的推力F紧压在倾角为θ的墙面上并保持静止。
如何分析弹力和摩擦力对物体的受力情况作出全面准确的分析,是解决力学问题的前提和基础。
受力分析方法和能力是物理学的基本方法和能力。
分析一个物体的受力情况,比较困难的是弹力和摩擦力。
1.弹力的分析(1)产生条件弹力属于接触力,是被动力,产生条件是两物体直接接触且接触处有弹性形变发生。
判断接触处有无形变,要根据已知力(主动力)和重力的合力的作用效果,看接触处有无挤压或拉伸。
(2)方向物体是在发生弹性形变的时候产生弹力的,弹力总是反抗引起形变的外力,欲使自己恢复原形。
因此绳索等柔软体发生拉伸形变时产生的弹力(拉力)沿绳索指向绳索伸长的反方向(缩短方向);两个相互挤压的物体间的弹力(压力或支持力)垂直于接触面(非平面接触时是切面或公切面)指向形变的反方向或指向使它发生形变的力的反方向。
(3)大小弹力的大小与弹性形变的大小有关,弹性形变越大弹力越大。
对于弹簧,在弹性限度内,弹力的大小与弹簧的形变成正比(中学阶段只限于沿弹簧轴线的形变)。
对于弹簧沿非轴线形变或其它物体的弹力的大小,一般由力的平衡条件或牛顿第二定律分析求解。
(4)易错辨析杆的弹力:杆产生的弹力的方向比较复杂,有时沿杆方向,有时不在杆的方向上;有时是拉力,有时是推力。
具体方向和大小要结合题目意思,综合运用力学知识(共点力的平衡条件或牛顿运动定律)和方法分析判断。
弹簧的弹力不可突变:当弹簧受外力作用,被压缩或伸长后产生一定的弹力,若使它伸长或压缩的外力突然撤去,这一时刻,由于弹簧的形变不可能在一瞬间(时刻)发生变化,所以,外力撤去的时刻,弹簧的弹力不变。
弹簧发生非轴线形变是的弹力:此时弹力不在弹簧轴线方向,方向及大小一般运用共点力平衡条件或牛顿第二定律确定。
多解问题:在有弹簧的问题中,当弹簧是处于伸长还是压缩形变不确定或形变量大小不确定时可产生多解情况,应就各种可能情况分别进行讨论。
跨过光滑定滑轮的绳:对于跨过静滑轮或光滑物体的轻绳等,两边的弹力大小相等。
重力、弹力、摩擦力整理:谭宇一、概述①、重力重力是由于地球和物体间的互相吸引而产生的,是地心引力的一个分力(另一个分力提供物体随地球自转的向心力),物体处在不同维度时所受向心力不同,因而在地球的不同位置,重力的大小不相等。
质量和重力是两个不同的物理量。
在地球的任何地点,一个物体的质量不会产生变化,把这个物体带到月球上,用天平称量时,其质量数值仍然等于在地球上所测得的数值。
而物体所受的重力由于地球上不同地点的g的差异,在不同的地点会有不同的数值。
由于月球的质量比地球的质量小,所以月球的引力比地球弱,月球上g 的数值大约只有地球g的数值的1/6,所以在月球上用弹簧测力计测得的重力也只是在地球上测得的数值的1/6。
②、弹力弹力,又称弹性力。
当物体受到外力作用而产生形变时,在物体内部即产生一种抗拒形变力图使物体恢复原来形状的力,这种力就叫做弹力。
弹力产生于直接接触的物体之间,并且以物体产生弹性形变为先决条件。
所以,凡是相互接触而且发生弹性形变的物体之间都存在着弹力的相互作用。
同时,由于产生形变,物体内部各部分之间也存在着弹力相互作用。
物体的形变是多种多样的,所以产生的弹力也以各种不同形式表现出来。
我们平时所说的压力、支持力、拉力、推力、张力等等,这些名称是从力的作用效果而加以区分的,它们的实质都是由于物体发生形变而产生的,所以这些力实质上都是弹力。
在弹性限度内,弹力的大小跟形变成正比;达到平衡时,弹力大小等于引起形变的外力。
弹力的方向就两个物体之间来说,总是跟引起形变的作用力的方向相反。
两个坚硬物体之间由于拉伸或压缩形变产生的弹力,其方向垂直于接触面,并且与形变的趋向相反;绳索等柔软物体与其他物体之间由于拉伸形变而产生的弹力,其方向沿柔软物体本身,也和形变的趋向相反。
弹力产生的原因。
在弹性限度内,物体受到外力作用发生形变时,物质的分子之间要发生相对位移,这时,分子间的引力与斥力的平衡状态被破坏。
当对物体施加压力时,分子之间的距离变小,斥力较引力增加得快,分子之间斥力作用占优势,物体就表现出弹性压力;如果对物体施加拉力,就会增大分子之间的距离,此时引力比斥力增加得快,分子间引力作用占优势,物体就表现出弹性张力。
如何分析弹力和摩擦力对物体的受力情况作出全面准确的分析,是解决力学问题的前提和基础。
受力分析方法和能力是物理学的基本方法和能力。
分析一个物体的受力情况,比较困难的是弹力和摩擦力。
1.弹力的分析(1)产生条件弹力属于接触力,是被动力,产生条件是两物体直接接触且接触处有弹性形变发生。
判断接触处有无形变,要根据已知力(主动力)和重力的合力的作用效果,看接触处有无挤压或拉伸。
(2)方向物体是在发生弹性形变的时候产生弹力的,弹力总是反抗引起形变的外力,欲使自己恢复原形。
因此绳索等柔软体发生拉伸形变时产生的弹力(拉力)沿绳索指向绳索伸长的反方向(缩短方向);两个相互挤压的物体间的弹力(压力或支持力)垂直于接触面(非平面接触时是切面或公切面)指向形变的反方向或指向使它发生形变的力的反方向。
(3)大小弹力的大小与弹性形变的大小有关,弹性形变越大弹力越大。
对于弹簧,在弹性限度内,弹力的大小与弹簧的形变成正比(中学阶段只限于沿弹簧轴线的形变)。
对于弹簧沿非轴线形变或其它物体的弹力的大小,一般由力的平衡条件或牛顿第二定律分析求解。
(4)易错辨析杆的弹力:杆产生的弹力的方向比较复杂,有时沿杆方向,有时不在杆的方向上;有时是拉力,有时是推力。
具体方向和大小要结合题目意思,综合运用力学知识(共点力的平衡条件或牛顿运动定律)和方法分析判断。
弹簧的弹力不可突变:当弹簧受外力作用,被压缩或伸长后产生一定的弹力,若使它伸长或压缩的外力突然撤去,这一时刻,由于弹簧的形变不可能在一瞬间(时刻)发生变化,所以,外力撤去的时刻,弹簧的弹力不变。
弹簧发生非轴线形变是的弹力:此时弹力不在弹簧轴线方向,方向及大小一般运用共点力平衡条件或牛顿第二定律确定。
多解问题:在有弹簧的问题中,当弹簧是处于伸长还是压缩形变不确定或形变量大小不确定时可产生多解情况,应就各种可能情况分别进行讨论。
跨过光滑定滑轮的绳:对于跨过静滑轮或光滑物体的轻绳等,两边的弹力大小相等。
例1图1中的小球均处于静止状态,斜面光滑。
a中细线竖直,b中细线倾斜。
试分析图中小球所受的弹力。
解析:(1)用弹力的产生条件分析:两图中与小球直接接触的外界物体有细线和斜面,可能出现的弹力有细线的拉力和斜面的支持力。
由于斜面光滑,小球与斜面间不可能出现摩擦力。
那么,除弹力以外的力就只有重力了,由于重力的方向是竖直向下的,细线只能产生沿线的弹力。
所以,图a中小球受到竖直向下的重力和细线竖直向上的拉力,这两个力的合力只能在竖直方向上或者为零,决不会指向斜面。
所以,小球与斜面间不会由于相互挤压而出现弹性形变,它们之间不会出现弹力。
故图a中的小球只受细线的弹力,其方向竖直向上。
图b中的小球受的细线的拉力与重力的合力不会为零,其方向指向斜面一侧。
这样,小球与斜面间由于相互挤压而出现弹性形变,斜面对小球有垂直斜面向上的支持力作用。
故小球受细线和斜面的弹力两个弹力的作用,细线的弹力沿细线向上,斜面的弹力垂直斜面向上。
(2)用力的平衡条件分析:假设小球受斜面的弹力作用,这个弹力的方向必垂直斜面向上。
这样,图a中的小球所受的三个力的合力不可能为零,小球不会处于静止状态。
所以小球不受斜面的弹力作用,只受细线的弹力作用。
而图b中,要是没有斜面的弹力,小球所受的两个力的合力不会为零,而有了斜面的弹力以后,这三个力的合力才可能为零,从而使小球受力平衡,处于静止状态。
所以,小球受细线和斜面的弹力作用。
(3)用“移去法”分析:设想将细线移去,两图中小球必向下运动,故两图中的细线均对小球均有弹力。
设想将斜面移去,图a中的小球不会向斜面这侧移动,图b中的小球将向斜面这侧运动。
故图a中的斜面对小球没有弹力作用,图b中的斜面对小球有弹力的作用。
例2水平面上有一带支架abc的小车,支架的ab部分竖直固定在小车上,bc部分倾斜,与竖直方向的夹角为α,末端c处固定质量为m的小球,如图2所示。
求:(1)小车静止时,支架对小球的弹力;(2)小车以加速度a水平向右匀加速运动时,支架对小球的弹力。
解析:(1)小车静止时,小球也处于静止状态,小球受重力和支架弹力两个力的作用。
由于小球处于静止状态,弹力与重力的合力为零。
故支架对小球的弹力竖直向上,大小为mg。
(2)当小车以加速度a向右匀加速运动时,小球也以加速度a向右匀加速运动。
所以,支架对小球的弹力与重力的合力应水平向右,大小为ma。
设弹力与水竖直方向的夹角为θ,则小球受力如图3所示,在水平方向有:,在竖直方向有:,解得:,。
2.摩擦力的分析(1)产生条件摩擦力分滑动摩擦力和静摩擦力,都属于接触力,都是被动力。
产生条件为:一是两物体直接接触,二是接触面上有弹力出现,三是接触面不光滑,四是两物体间有相对运动(滑动摩擦力)或有相对运动趋势(静摩擦力)。
这四条缺一不可,若缺任何一条,物体间便无摩擦力作用。
相对运动的趋势是指,当两物体间无摩擦力作用时,物体将要运动的方向,也可以说就是物体受到的除摩擦力以外的力在物体可能运动方向上的合力的方向。
这个趋势的有无、方向可通过确定除摩擦力以外的其它力在物体可能的运动方向上的合力是否为零、方向来确定。
(2)方向摩擦力的方向沿接触面(非平面接触时是公切面)指向相对运动(或趋势)的反方向。
比如甲乙两物体,若甲物体相对于乙物体向东运动(或具有向东运动的趋势),则甲物体受到的乙物体对它的摩擦力向西,将阻碍甲物体相对乙物体的运动(或趋势),由于乙物体相对于甲物体来说是向西运动(或趋势),乙物体受到的甲物体的摩擦力向东,将阻碍乙物体相对甲物体的向西运动(或趋势)。
(3)大小滑动摩擦力的大小由接触面的粗糙情况、材料(滑动摩擦因数μ)和接触面间的压力大小决定,与物体的运动速度及接触面的面积无关。
它的大小可由滑动摩擦定律f=μN计算,也可根据其它力学规律计算。
两物体间的静摩擦力的大小,由除摩擦力以外的那些力在物体可能运动方向上的合力的大小决定(力的平衡条件),在接触面粗糙情况及压力一定时,它的大小在零和一个最大值之间取值(可使问题出现多解情况),一般用力的平衡条件或其它力学规律确定。
这个最大值,叫最大静摩擦力,它的大小由两物体接触面的粗糙情况及压力大小决定。
当作用在物体上的除静摩擦力以外的力在可能运动方向上的合力大于最大静摩擦力时,物体将开始滑动,这时的摩擦力变成了滑动摩擦力,其大小由f=μN计算。
(4)易错辨析有静摩擦力出现时两物体不一定静止:由于运动的相对性,有静摩擦力作用的两物体不一定处于静止状态,如将物体放在平板车上,平板车和物体一起在水平面上加速运动时,相对于地面,两者都是运动的。
静摩擦力中的静指的是施力者与受力者间相对静止。
静摩擦力方向有可能与物体运动方向垂直:比如将物体放置在沿竖直轴转动的水平圆盘上,物体随圆盘一起转动时,物体受的静摩擦力沿盘面指向转轴而充当向心力,其方向沿圆盘半径,与物体随圆盘的运动方向(切线方向)垂直。
静摩擦力不一定大于滑动摩擦力:对于一定的接触面和压力,滑动摩擦力大小为f=μN,是定值。
但当两物体相对静止时,静摩擦力由摩擦力以外的力在可能运动方向上的合力而决定,而这个合力不一定大于两物体间的滑动摩擦力,但它们间的最大静摩擦力一定大于滑动摩擦力。
例3如图4所示,用水平恒力F拉着质量为m的小物块在倾角为θ的斜面上沿水平方向匀速直线运动。
求小物块所受的摩擦力的大小和方向。
解析:由于小物块是在斜面上沿水平方向匀速运动的,所以水平方向上必有斜面对小物块的一个力与拉力F等大反向同直线的力,使小物块在水平方向实现力的平衡,做匀速直线运动,这个力就是斜面对它的滑动摩擦力,其大小为F,方向与F相反。
小物块所受的重力有沿斜面向下的分力mgsinθ,而小物块在沿斜面方向上是静止的。
所以,斜面对小物块还有沿斜面向上的静摩擦力,大小为mgsinθ。
故斜面对小物快的摩擦力有沿水平方向大小为F的滑动摩擦力和沿斜面向上大小为mgsinθ的静摩擦力。
例4如图5所示,水平地面上有一倾角为θ的固定斜面,质量为m的小物块在水平恒定推力F作用下静止在斜面上,则斜面对小物块的摩擦力的大小与方向如何?解析:由于小物块在斜面上静止,斜面与小物块间若有摩擦力也是静摩擦力。
小物块的可能运动方向沿斜面不是向上就是向下,这取决于它受到的除摩擦力以外的各力在斜面方向的分力的合力。
重力沿斜面的分力大小为,方向沿斜面向下;推力F沿斜面的分力大小为,方向沿斜面向上。
二者的合力为。
由于不知F、m的大小,故无法确定这个合力的方向是沿斜面向上还是向下。
所以,只能按三种情况分别讨论:若>,则合力方向向上,物块相对与斜面的运动趋势方向向上,物块受到的静摩擦力方向向下,大小为;若=,则物块相对斜面无运动趋势,物块受到的静摩擦力为零;若<,则合力方向沿斜面向下,物块相对斜面的运动趋势方向向下,物块受到的摩擦力方向向上,大小为-。
3.综合问题例5如图6所示,质量为m的物块在恒力F作用下沿水平天花板匀速直线运动。
恒力F 与水平方向的夹角为60o。
问:天花板对物块有无摩擦力作用?若有请求出二者间的动摩擦因数。
解析:恒力F具有水平向左的分量,由于物块是在水平方向匀速直线运动,故水平方向应该有一个与此等大反向的力作用在物块上,能提供这个力的只能是天花板,这个力也只能是摩擦力。
因此,天花板对物块有摩擦力(滑动)作用。
设二者间的动摩擦因数为μ,压力为N。
对物块在竖直与水平方向分别运用力的平衡条件有:,,又由滑动摩擦定律有:,解得:。
例6如图7所示,竖直放置的弹簧一端固定在地面上,另一端与斜面体P连接,P与斜放其上的固定挡板MN接触且处于静止状态。
则斜面体P此刻受到的外力有几个?解析:由于斜面体P受向下的重力作用,而挡板不会对它作用向上的力,因此弹簧一定处于压缩状态,但压缩量不确定,它对斜面体P向上的弹力大小就不确定,但可以肯定这个弹力不会小于重力。
若弹力等于重力,斜面体和挡板间无挤压,不会出现弹性形变,故挡板对斜面体P无弹力作用,也就不会有摩擦力作用。
斜面体只受重力、弹簧的弹力两个力的作用。
若弹簧的弹力大于重力,斜面体和挡板间会挤压出现弹性形变,挡板对斜面体产生垂直挡板斜向下的弹力作用。
此时,斜面体所受的弹簧的弹力(T)、重力(mg)、挡板的弹力(N)三个力(如图8所示)的合力必是斜向上的。
这样,斜面体就有沿挡板向上的运动趋势,故挡板对斜面体P有沿挡板斜向下的静摩擦力。
故当弹簧的弹力大于斜面体P的重力时,斜面体P受重力、弹簧的弹力、挡板的弹力和静摩擦力四个力的作用。
例7有一直角支架AOB,AO水平放置,表面粗糙,OB竖直向下,表面光滑。
AO上套有小环P,OB上套有小环Q,两环质量均为m,两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡(如图9所示)。
现将P环向左移动一小段距离,两环再次达到平衡,那么将平衡后的状态和原来的平衡状态比较,AO杆对P环的支持力N和细绳上的拉力T的变化情况是()A.N不变,T变大 B.N不变,T变小 C.N变大,T变大 D.N变大,T变小解析:由于要比较力大小的两次,两环均处于平衡状态(加速度为零,处于静止状态),故可以两环作为一个整体来研究。