2020届高考物理人教版一轮复习重力弹力摩擦力学案Word版
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第7课时 摩擦力(双基落实课)点点通(一) 摩擦力的有无及方向判断1.两种摩擦力的对比 (1)接触面粗糙(2)接触处有弹力 (3)两物体间有相对运动趋势(仍保持相对静止)(1)接触面粗糙 (2)接触处有弹力 (3)两物体间有相对运动 (1)静摩擦力为被动力,与正压力无关,大小范围为0<F ≤F max (2)最大静摩擦力F max 大小与正压力大小有关滑动摩擦力:F =μF N ,μ为动摩擦因数,取决于接触面材料及粗糙程度,F N 为正压力沿接触面且与受力物体相对运动趋势的方向相反 沿接触面且与受力物体相对运动的方向相反(1)摩擦力的方向总是与物体间相对运动(或相对运动趋势)的方向相反,但不一定与物体的运动方向相反。
(2)摩擦力总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势),但不一定阻碍物体的运动,即摩擦力可以是阻力,也可以是动力。
(3)受静摩擦力作用的物体不一定静止,但一定与施力物体保持相对静止。
[小题练通]1. (多选)下列关于摩擦力的说法中正确的是( )A .静止的物体可以受到滑动摩擦力,运动的物体也可以受到静摩擦力B .物体所受的滑动摩擦力或静摩擦力既可以充当动力也可以充当阻力C .存在摩擦力的物体之间,正压力增大,摩擦力也增大D .两物体间有弹力但不一定有摩擦力,而两物体间有摩擦力则一定有弹力解析:选ABD 静止的物体与另一运动物体的接触面粗糙且接触处有弹力时,静止的物体受到滑动摩擦力,静摩擦力只是阻碍相对运动趋势,受静摩擦力的物体可以静止也可以运动,A 正确;滑动摩擦力或静摩擦力不一定阻碍物体的运动,物体所受的滑动摩擦力或静摩擦力既可以充当动力也可以充当阻力,B 正确;滑动摩擦力与正压力有关,静摩擦力与正压力无关,C 错误;两物体之间有摩擦力时,两物体一定接触且相互挤压,即存在弹力作用,反之则不一定成立,D 正确。
2.(多选)如图所示,皮带运输机将物体匀速地送往高处,下列结论正确的是( )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运输机上升的动力解析:选ACD物体随皮带运输机一起上升的过程中,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,是物体随皮带运输机上升的动力,其大小等于物体所受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。
练案[4]第二章相互作用第1讲重力弹力摩擦力一、选择题(本题共12小题,1~8题为单选,9~12题为多选)1.(2022·广东梅州二模)2022年春晚舞蹈《只此青绿》表演中,需要舞者两脚前后分开,以胯部为轴,上半身后躺,与地面近乎平行,在舞者缓慢后躺的过程中,下列说法不正确的是( A )A.人对地面的压力和地面对人的支持力是一对平衡力B.舞者所受的支持力始终等于舞者的重力C.舞者越向下躺,重心越低D.舞者两脚间距越大,下弯时越稳定[解析]人对地面的压力和地面对人的支持力是一对作用力与反作用力,选项A错误,符合题意;舞者缓慢后躺,可认为都是平衡状态,则舞者所受的支持力始终等于舞者的重力,选项B正确,不符合题意;舞者越向下躺,整个身体的重心越低,选项C正确,不符合题意;舞者两脚间距越大,重心越向下,下弯时越稳定,选项D正确,不符合题意。
2.(2022·陕西榆林市高三二模)一矿泉水瓶如图所示,其外壳是由食品级的弹性塑料制成的。
下列说法正确的是( C )A.手轻握矿泉水瓶时外壳发生的形变为非弹性形变B.手对矿泉水瓶的作用力是由矿泉水瓶的形变而产生的C.矿泉水瓶的瓶盖以及瓶身上的条纹是为了增大最大静摩擦力D.矿泉水瓶里的水对瓶底部的作用力与瓶底部对水的作用力是一对平衡力[解析]手轻握矿泉水瓶时外壳发生的形变在手离开瓶后还能恢复原状,为弹性形变,故A错误;手对矿泉水瓶的作用力是由手的形变而产生的,故B错误;矿泉水瓶的瓶盖以及瓶身上的条纹,增加了瓶盖和瓶身的粗糙程度,手握瓶时可以增大最大静摩擦力,故C正确;矿泉水瓶里的水对瓶底部的作用力与瓶底部对水的作用力是一对相互作用力,故D错误。
3.(2023·重庆南开中学高三阶段练习)艺术课上,老师将学生们的剪纸作品进行展出时,用磁铁将剪纸作品吸在竖直的磁性黑板上,下列关于各物体的受力情况正确的是( D )A.磁铁对剪纸的摩擦力与剪纸对磁铁的摩擦力是一对平衡力B.磁铁对剪纸的压力是由于剪纸发生形变引起的C.黑板对剪纸的作用力与磁铁对剪纸的作用力大小相等D.磁铁对剪纸的摩擦力与黑板对剪纸的摩擦力大小不相等[解析]磁铁对剪纸的摩擦力与剪纸对磁铁的摩擦力是一对相互作用力,故A 错误;由弹力产生的条件可知:磁铁对剪纸的压力是由于磁铁发生形变引起的,故B错误;由图可知,三块磁铁对剪纸的压力与黑板对剪纸的支持力相等,黑板对剪纸的摩擦力大小等于剪纸与磁铁的重力之和,而磁铁对剪纸的摩擦力大小等于磁铁的重力,可得磁铁对剪纸的摩擦力与黑板对剪纸的摩擦力大小不相等,由力的合成知:黑板对剪纸的作用力与磁铁对剪纸的作用力大小不相等,故D 正确,C错误。
【步步高】2020年高考物理大一轮第二章第1课时力、重力、弹力新人教版必修1考点内容要求考纲解读形变、弹力、胡克定律Ⅰ高考着重考查的知识点有:力的合成与分解、弹力、摩擦力概念及其在各种形态下的表现形式.对受力分析的考查涵盖了高中物理的所有考试热点问题.此外,基础概念与实际联系也是当前高考命题的一个趋势.考试命题特点:这部分知识单独考查一个知识点的试题非常少,大多数情况都是同时涉及到几个知识点,而且都是牛顿定律、功和能、电磁学的内容结合起来考查,考查时注重物理思维与物理能力的考核.滑动摩擦力、静摩擦力、动摩擦因数Ⅰ矢量和标量Ⅰ力的合成与分解Ⅱ共点力的平衡Ⅱ实验:探究弹力与弹簧伸长量的关系实验:验证力的平行四边形定则第1课时力、重力、弹力导学目标 1.掌握力的基本概念.2.掌握重力的大小、方向及重心的概念.3.掌握弹力方向判断及大小计算的基本方法.一、力的认识[基础导引]1.举出具体的实例来说明:(1)力能够改变物体的运动状态或使物体产生形变;(2)每一个力,都有一个施力物体和一个受力物体.2.请你用一个点代表受力物体,作出以下几个力的图示,并指明施力物体和受力物体.(1)水平桌面对放在桌面上的书产生5 N竖直向上的支持力.(2)某人用800 N的力沿与水平线成30°角斜向右上方拉一辆小车.(3)静止于倾角为30°斜面上的物体对斜面产生1 000 N的压力.[知识梳理]1.力的作用效果(1)改变物体的____________.(2)使物体发生________.2.力的性质(1)物质性:力不能脱离________而存在,没有“施力物体”或“受力物体”的力是____________的.(2)相互性:力的作用是________的.施力(受力)物体同时也是受力(施力)物体.(3)矢量性:力是矢量,既有________,又有________,力的运算遵循________________定则或__________定则.3.力的图示及示意图(1)力的图示:从力的作用点沿力的方向画出的____________________(包括力的三要素).(2)力的示意图:受力分析时作出的表示物体受到某一力的____________.思考:力的图示与受力示意图有什么区别?二、重力[基础导引]把一个放在水平地面上、长为l的匀质链条竖直向上刚好拉直时,它的重心位置升高多少?把一个放在水平地面上、棱长为a的均匀正方体,绕其一条棱翻转时,其重心位置升高的最大高度是多少?[知识梳理]1.产生:由于地球对物体的________而使物体受到的力.2.大小:G=________.3.g的特点(1)在地球上同一地点g值是一个不变的常数.(2)g值随着________的增大而增大.(3)g值随着高度的增大而减小.4.方向:________向下5.重心(1)相关因素①物体的____________.②物体的____________.(2)位置确定①质量分布均匀的规则物体,重心在其____________;②对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板,重心可用__________确定.思考:重力就是地球对物体的万有引力,这个说法对吗?为什么?三、弹力[基础导引]1.质量均匀的钢管,一端放在水平地面上,另一端被竖直绳悬吊着(如图1所示),钢管受到几个力的作用?各是什么物体对它的作用?画出钢管受力的示意图.2.如图2所示,一根筷子放在光滑的碗内,筷子与碗壁、碗边都没有摩擦.作示意图表示筷子受到的力.图1 图2[知识梳理]1.弹力发生____________的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力.(1)产生的两个必要条件①物体直接________;②发生____________.(2)弹力的方向弹力的方向总是与物体形变的方向________.2.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=________.①k是弹簧的______________,单位为N/m;k的大小由弹簧________决定.②x是弹簧长度的__________,不是弹簧形变以后的长度.思考:弹力的方向与受力物体、施力物体的形变方向存在何种关系?考点一弹力方向的判断考点解读1.根据物体产生形变的方向判断物体所受弹力的方向与施力物体形变的方向相反,与自身形变的方向相同.2.根据物体的运动状态判断物体的受力必须与物体的运动状态符合,依据物体的运动状态,由共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向.3.几种接触弹力的方向弹力弹力的方向面与面接触的弹垂直于接触面,指向受力物体力点与面接触的弹过接触点垂直于接触面(或接触面的切面),力指向受力物体球与面接触的弹在接触点与球心连线上,指向受力物体力球与球接触的弹垂直于过接触点的公切面,指向受力物体力4.(1)绳只能产生拉力,不能产生支持力,且绳子弹力的方向一定沿着绳子收缩的方向.(2)杆既可以产生拉力,也可以产生支持力,弹力的方向可能沿着杆,也可能不沿杆.典例剖析例1 画出下列物体A受力的示意图.思维突破判断弹力方向时需特别关注的是:(1)绳与杆的区别,绳的拉力一定沿绳,杆的弹力可沿任意方向.(2)有形变才有弹力,只接触无形变时不产生弹力,如上题中(3)小题.(3)利用牛顿定律,根据物体运动状态确定弹力的方向.跟踪训练1 画出下图中物体A所受弹力的示意图.(所有接触面均光滑)图3图4考点二 弹力大小的计算 考点解读1.分析判断弹力的方向是计算弹力大小的基础. 2.处于平衡状态的物体所受弹力大小根据平衡方程计算. 3.有加速度的物体所受弹力大小根据牛顿第二定律计算. 典例剖析例2 如图3所示,用轻质细杆连接的A 、B 两物体正沿着倾角为θ的斜面匀速下滑,已知斜面的粗糙程度是均匀的,A 、B 两物体与斜面的接触情况相同.试判断A 和B 之间的细杆上是否有弹力.若有 弹力,求出该弹力的大小;若无弹力,请说明理由.思维突破 本例是一道通过计算判断弹力有无的题目,涉及三种重要的物理思维方法:一种是假设法;一种是整体法和隔离法.本例中先用整体法求出动摩擦因数,再用隔离法计算弹力大小;一种是正交分解法.在垂直斜面和沿斜面两个方向上列方程,从而解出杆的拉力.跟踪训练2 两个完全相同的小球A 和B ,质量均为m ,用长度相同的两根细线悬挂在水平天花板上的同一点O ,再用长度相同的细线连接A 、B 两小球,如图4所示.然后用一水平向右的力F 拉小球A , 使三线均处于直线状态,此时OB 线恰好位于竖直方向,且两小球都静止,小球可视为质点,则拉力F的大小为( )图5图6A .0 B.3mg C.33mg D .mg 考点三 弹簧模型 考点解读中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”也是理想化模型,具有如下几个特性: (1)弹簧产生的弹力遵循胡克定律F =kx ,其中x 是弹簧的形变量.(2)轻:即弹簧(或橡皮绳)的重力可视为零.由此特点可知,同一弹簧的两端及其中间各点的弹力大小相等.(3)弹簧既能受拉力,也能受压力(沿着弹簧的轴线),橡皮绳只能受拉力,不能受压力,分析含弹簧问题时要特别注意.(4)由于弹簧和橡皮绳受力时,其形变较大,发生形变需要一段时间,所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能突变.但是,当弹簧和橡皮绳被剪断时,它们所受的弹力立即消失. 典例剖析例3 如图5所示,斜面倾角为60°,10 kg 的物体通过弹簧与斜面上的固定板相连,已知弹簧的劲度系数k =100 N/m ,当弹簧长度为22 cm 和8 cm 时,物体分别位于A 点和B 点,且此两点是物体刚好可以平衡的点,试求斜面与物体间的动摩擦因数.思维突破 当不能确定弹簧处于拉伸状态还是压缩状态时,一般情况下可以假设其处于某种状态,列出相应的方程,因为伸长量x =L -L 0而压缩量x =L 0-L ,两者均与弹力反向,故无论假设是否正确,均不影响计算结果. 跟踪训练3 如图6所示,在动力小车上固定一直角硬杆ABC ,分别系在水平直杆AB 两端的轻弹簧和细线将小球P 悬吊起来.轻弹簧的劲度系数为k ,小球P 的质量为m ,当小车沿水平地面以 加速度a 向右运动而达到稳定状态时,轻弹簧保持竖直,而细线 与杆的竖直部分的夹角为θ,试求此时弹簧的形变量.图7图83.“假设法”判断弹力的有无 例4 如图7所示,用两根细线把A 、B 两小球悬挂在天花板上的同一点O ,并用第三根细线连接A 、B 两小球,然后用某个力F作用在小球A 上,使三根细线均处于直线状态,且OB 细线恰 好沿竖直方向,两小球均处于静止状态.则该力可能为图中的( )A .F 1B .F 2C .F 3D .F 4方法提炼 “假设法”或“撤离法”:可以先假设有弹力存在,然后判断是否与研究对象所处状态的实际情况相符合.还可以设想将与研究对象接触的物体“撤离”,看研究对象能否保持原来的状态,若能,则与接触物体间无弹力;若不能,则与接触物体间有弹力.跟踪训练4 如图8所示,小车内放有一物体,物体刚好可放入车箱中,小车在水平面上向右运动,下列说法正确的有 ( )A .若小车做匀速运动,则物体只受两个力作用B .若小车做匀加速运动,则物体受到车箱前壁的作用C .若小车做匀减速运动,则物体受到车箱前壁的作用D .若小车做匀速运动,则物体受三个力作用A 组 力的基本概念和重力 1.关于力的概念,下列说法正确的是图9( )A .一个受力物体可能受到两个施力物体的作用力B .力可以从一个物体传给另一个物体C .只有相互接触的物体之间才可能存在力的作用D .一个受力物体可以不对其他物体施力 2.下列关于力及重力的说法中正确的是( )A .相距一定距离的两磁体间有相互作用力,说明力的作用可以不需要物质传递B .物体的运动状态没有发生改变,物体也可能受到力的作用C .形状规则的物体,其重心一定在其几何中心D .物体重力的大小总是等于它对竖直弹簧秤的拉力B 组 弹力的分析与判断3. 两刚性球a 和b 的质量分别为m a 和m b 、直径分别为d a 和d b (d a >d b ).将a 、b 球依次放入一竖直放置、内直径为d(d a <d<d a +d b )的平底圆筒内,如图9所示.设a 、b 两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为F 1和F 2,筒底所 受的压力大小为F.已知重力加速度大小为g.若所有接触面都是光滑的,则( )A .F =(m a +m b )g ,F 1=F 2B .F =(m a +m b )g ,F 1≠F 2C .m a g<F<(m a +m b )g ,F 1=F 2D .m a g<F<(m a +m b )g ,F 1≠F 24. 如图10所示,质量为m 的小球置于倾角为30°的光滑斜面上,劲度系数为k 的轻弹簧一端系在小球上,另一端固定在P 点,小球静止时,弹簧与竖直方向的夹角为30°,则弹簧的伸长量为图10图11 ( ) A.mg k B.3mg 2k C.3mg 3k D.3mgk5.如图11所示,将四块相同的坚固石块垒成圆弧形的石拱,其中第3、4块固定在地基上,第1、2块间的接触面是竖直的,每块石块的两个侧面间所夹的圆心角为30°.假定石块间的摩擦力可以忽略不计,则第1、2块石块间的作用力和第1、3块石块间的作用力的大小之比为( )A.12B.32C.33D. 3图1图2 课时规范训练 (限时:30分钟) 1.下列说法错误的是( )A .力是物体对物体的作用B .只有直接接触的物体间才有力的作用C .用脚踢出去的足球,在向前飞行的过程中,始终受到向前的力来维持它向前运动D .甲用力把乙推倒,说明甲对乙的作用力在先,乙对甲的作用力在后 2.如图1所示,A 、B 两物体的重力分别是G A =3 N 、G B =4 N ,A 用悬绳挂在天花板上,B 放在水平地面上,A 、B 间的轻弹簧上的弹力F =2 N ,则绳中张力F 1和B 对地面的压力F 2的可能值分别为( )A .7 N 和10 NB .5 N 和2 NC .1 N 和6 ND .2 N 和5 N3.如图2所示,质量为m 的物体悬挂在轻质支架上,斜梁OB 与竖直方向的夹角为θ.设水平横梁OA 和斜梁OB 作用于O 点的弹力分别为F 1和F 2,以下结果正确的是 ( ) A .F 1=mgsin θ B .F 1=mgsin θC .F 2=mgcos θ图3图4图5 D .F 2=mgcos θ4.(2020·江苏·1)如图3所示,石拱桥的正中央有一质量为m 的对称楔形石块,侧面与竖直方向的夹角为α,重力加速度为g.若接触面间的摩擦力忽略不计,则石块侧面所受弹力的大小为 ( ) A.mg 2sin α B.mg2cos αC.12mgtan αD.12mgcot α 5.如图4所示,两根相距为L 的竖直固定杆上各套有质量为m 的小球,小球可以在杆上无摩擦地自由滑动,两小球用长为2L 的轻绳相连,今在轻绳中点施加一个竖直向上的拉力F ,恰能使两小球沿竖直杆向 上匀速运动.则每个小球所受的拉力大小为(重力加速度为g)( ) A.mg2B .mg C.3F/3 D .F 6.如图5所示,AC 、CD 、BD 为三根长度均为l 的轻绳,A 、B 两 端被悬挂在水平天花板上,相距2l.现在C 点上悬挂一个质量为m的重物,为使CD 轻绳保持水平,在D 点上可施加力的最小值为( )A .mg B.33mg C.12mg D.14mg 7.如图6所示,质量均为m 的小球A 、B 用两根不可伸长的轻绳图6图7连接后悬挂于O 点,在外力F 的作用下,小球A 、B 处于静止状态.若要使两小球处于静止状态且悬线OA 与竖直方向的夹角θ保持30°不变,则外力F 的大小 ( )A .可能为33mgB .可能为52mgC .可能为2mgD .可能为mg 8.如图7所示,完全相同的质量为m 的A 、B 两球,用两根等长的细线悬挂在O 点,两球之间夹着一根劲度系数为k 的轻弹簧,静止不动时,弹簧处于水平方向,两根细线之间的夹角为θ,则弹簧的长度被压缩了( )A.mgtan θkB.2mgtan θkC.mgtan θ2kD.2mgtanθ2k复习讲义基础再现一、基础导引 1.(1)玻璃杯从桌子上掉下,在重力作用下,运动得越来越快;被掷出去的铅球,在重力作用下沿曲线落回地面;蹦蹦床在人的压力作用下,向下凹;橡皮筋在拉力作用下变得细长.(2)人坐在凳子上,人对凳子有一个压力,该力的施力物体是人,受力物体是凳子.2.知识梳理 1.(1)运动状态(2)形变2.(1)物体不存在(2)相互(3)大小方向平行四边形三角形 3.(1)有刻度的有向线段(2)有向线段思考:力的图示要求精确画出力的大小、方向和作用点,在相同标度下用线段的长短表示力的大小,指向表示力的方向,箭尾(或箭头)表示力的作用点;受力示意图着重于力的方向,不要求作出标度.二、基础导引l22-12a知识梳理 1.吸引 2.mg 3.(2)纬度 4.竖直 5.(1)①几何形状②质量分布(2)①几何中心②悬挂法思考:不对.理由是:(1)重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力,但不能认为重力就是地球对物体的吸引力.(2)地球对物体的引力除产生重力外,还要提供物体随地球自转所需的向心力.三、基础导引 1.钢管受到三个力的作用:重力G、地面的支持力F1、绳的拉力F2(如图所示).重力G的施力物体是地球,地面的支持力F 1的施力物体是地面,绳的拉力F2的施力物体是绳.2.筷子受三个力作用:重力G、碗对筷子一端的支持力F1、另一端的支持力F2,如图所示.知识梳理 1.弹性形变(1)①接触②弹性形变(2)相反 2.(1)弹性形变正比(2)kx ①劲度系数自身②变化量思考:弹力的方向与施力物体的形变方向相反,与受力物体的形变方向相同.课堂探究例1跟踪训练1例2 无弹力,理由见解析跟踪训练2 B例3 0.14跟踪训练3 见解析解析FT sin θ=ma,FTcos θ+F=mg,F=kx联立解得:x=m(g-acot θ)/k讨论:(1)若a<gtan θ,则弹簧伸长x=m(g-acot θ)/k(2)若a=gtan θ,则弹簧伸长x=0(3)若a>gtan θ,则弹簧压缩x=m(acot θ-g)/k例4 BC跟踪训练4 AC分组训练1.A 2.B 3.A 4.C5.B课时规范训练1.BCD 2.BC3.D4.A5.C6.C 7.BCD 8.C。
第二节摩擦力一、静摩擦力答案:接触面粗糙接触处有弹力相对运动趋势0 F fm相反【基础练1】(2020·浙江省选考模拟)体操运动员在平衡杆上进行静态平衡训练,如图所示,则( )A.平衡杆对人的力等于人对平衡杆的力B.平衡杆对人的摩擦力方向向左C.人对平衡杆的摩擦力方向向左D.人受到的支持力是因为脚底发生了形变解析:选A。
平衡杆对人的力、人对平衡杆的力属于相互作用力,所以A正确;人受到重力、平衡杆对人的支持力,处于平衡状态,没有受到摩擦力,所以B、C错误;人受到的支持力是平衡杆形变造成的,所以D错误。
二、滑动摩擦力答案:μF N相反粗糙程度【基础练2】(多选)(2020·广东五华县期末质检)如图所示,物块M在静止的传送带上以速度v匀速下滑时,传送带突然启动,方向如图中箭头所示,若传送带的速度大小也为v,则传送带启动后( )A.M受到的摩擦力不变B.M静止在传送带上C.M可能沿斜面向上运动D.M下滑的速度不变解析:选AD。
由题意知,物块受到的摩擦力为滑动摩擦力,传送带启动后物块仍然受到的是滑动摩擦力,由F f=μmg cos θ可知,物块M受到的摩擦力不变,A正确;由于物体受力情况没有变化,所以物体运动状态不变,物体仍沿传送带匀速下滑,B、C错误,D正确。
考点一静摩擦力的有无及方向的判断假设法思维程序如下:状态法先判断物体的状态(即加速度的方向),再利用牛顿第二定律(F=ma)确定合力,然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向牛顿第三定律法先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力的方向(2020·庐巢七校联盟第三次联考)智能化电动扶梯如图所示,乘客站上扶梯,先缓慢加速,然后再匀速上升,则( )A.乘客始终处于超重状态B.加速阶段乘客受到的摩擦力方向与v相同C.电梯对乘客的作用力始终竖直向上D.电梯匀速上升时,电梯对乘客的作用力竖直向上[解析] 加速运动阶段,乘客的加速度沿电梯斜向上,有竖直向上的分加速度,根据牛顿第二定律,电梯对他的支持力大于其重力,处于超重状态;匀速运动阶段,加速度为0,所以既不超重也不失重,故A错误;加速阶段乘客加速度方向沿电梯斜向上,加速度有水平向右的分量,则受到的摩擦力方向水平向右,B错误;加速阶段,乘客受到竖直向上的支持力和水平向右的摩擦力,则电梯对乘客的作用力斜向右上方;电梯匀速上升时,电梯对乘客只有向上的支持力,即电梯对乘客的作用力竖直向上,C错误,D正确。
实验二探究弹力和弹簧伸长量的关系1.实验目的(1)探究弹力和弹簧伸长量的关系。
(2)学会利用图象法处理实验数据,探究物理规律。
2.实验原理(1)如图所示,弹簧在下端悬挂钩码时会伸长,平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等。
(2)用刻度尺测出弹簧在不同钩码拉力下的伸长量x,建立直角坐标系,以纵坐标表示弹力大小F,以横坐标表示弹簧的伸长量x,在坐标系中描出实验所测得的各组数据(x,F)对应的点,用平滑的曲线连接起来,根据实验所得的图线,就可探知弹力大小与弹簧伸长量间的关系。
3.实验器材铁架台、毫米刻度尺、弹簧、钩码(若干)、三角板、铅笔、重垂线、坐标纸等。
4.实验步骤(1)如图所示,将铁架台放在桌面上(固定好),将弹簧的一端固定于铁架台的横梁上,在靠近弹簧处将刻度尺(最小分度为1 mm)固定于铁架台上,并用重垂线检查刻度尺是否竖直。
(2)记下弹簧下端不挂钩码时所对应的刻度l0,即弹簧的原长。
(3)在弹簧下端挂上钩码,待钩码静止时测出弹簧的长度l,求出弹簧的伸长量x和所受的外力F(等于所挂钩码的重力)。
(4)改变所挂钩码的数量,重复上述实验,要尽量多测几组数据,将所测数据填写在表格中。
5.数据处理(1)以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,用描点法作图,连接各点得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线。
(2)以弹簧的伸长量为自变量,写出图线所代表的函数表达式,并解释函数表达式中常数的物理意义。
6.注意事项(1)所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度,要注意观察,适可而止。
(2)每次所挂钩码的质量差适当大一些,从而使坐标点的间距尽可能大,这样作出的图线准确度更高一些。
(3)测弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量,以免增大误差。
(4)描点画线时,所描的点不一定都落在一条直线上,但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。
(5)记录实验数据时要注意弹力、弹簧的原长l0、总长l及弹簧伸长量的对应关系及单位。
第1讲重力弹力摩擦力错误!力和重力1.力(1)定义:力是物体与物体间的相互作用。
(2)作用效果:使物体发生形变或改变物体的运动状态(即产生加速度)。
(3)性质:力具有物质性、相互性、共存性、矢量性、独立性等特征。
2.重力(1)产生:由于地球吸引而使物体受到的力.注意:重力不是万有引力,而是万有引力沿竖直向下的一个分力。
(2)大小:G=mg,可用弹簧测力计测量.注意:①物体的质量不会变;②G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的。
(3)方向:总是竖直向下。
注意:竖直向下是和水平面垂直,不一定和接触面垂直,也不一定指向地心。
(4)重心:物体的每一部分都受重力作用,可认为重力集中作用于一点即物体的重心.注意:重心的位置不一定在物体上.错误!弹力1.形变:物体在力的作用下形状和体积的变化.2.弹性形变:撤去外力作用后能够恢复原状的形变。
3.弹力(1)定义:发生弹性形变的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力.(2)产生条件:①物体间直接接触;②接触处发生弹性形变。
(3)方向:总是与施力物体形变的方向相反。
4.胡克定律(1)内容:在弹性限度内,弹力和弹簧形变大小(伸长或缩短的量)成正比。
(2)表达式:F=kx。
①k是弹簧的劲度系数,国际单位是牛顿每米,用符号N/m表示;k的大小由弹簧自身性质决定。
②x是弹簧长度的变化量,不是弹簧形变以后的长度。
错误!静摩擦力、滑动摩擦力、动摩擦因数1.静摩擦力、滑动摩擦力名称项目静摩擦力滑动摩擦力定义两相对静止的物体间的摩擦力两相对运动的物体间的摩擦力产生条件①接触面粗糙②接触处有压力③两物体间有相对运动趋势①接触面粗糙②接触处有压力③两物体间有相对运动大小0〈F f≤F fm F f=μF N方向与受力物体相对运动趋势的方向相反与受力物体相对运动的方向相反作用效果总是阻碍物体间的相对运动趋势总是阻碍物体间的相对运动2。
动摩擦因数(1)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。
一、力二、重力【例1】如图1-1甲所示,物体A对物体B的压力是10N,试画出这个力的图示,并说明施力物体和受力物体.【分析和解答】画力的图示,要严格按照以下步骤进行.①选定标度:此题选2mm长的线段表示2N的力;②从作用点向力的方向画一线段,线段长短根据选定的标度和力的大小画,线段上加刻度,如图1-1甲从O点(用O点代替B物体)竖直向下画一段五倍于标度(10mm)的线段;③在线段上加箭头表示力的方向.为了简便,也可以按1-1乙那样,不画B物体,而用O点代替B物体,做出力F的图示.力F的施力物体是A,受力物体是B.【例2】关于重力,下列说法中正确的是:A.某一物体所受的重力大小是确定的; B.重力的方向总是垂直于地面的;C.重力的作用点必然在物体上最重的一点处; D.重力的作用点可能并不在物体上.【分析和解答】重力指的是地球对物体的吸引作用,当然应该与物体和地球的相对位置有关.事实上重力大小G=mg,对确定的物体来说,其质量m是确定的,但g却随位置变化而变化,因此A是错误的.当然,如果物体只在地面上小范围内运动,则g随位置的变化可以忽略,这种情况下我们可以认为重力大致恒定.重力的方向总是竖直向下,总与水平地面垂直,但如果地面不水平,重力就与地面不垂直了,因此B也是错误的.重力的作用点就是所谓的重心,而物体的重心有时在物体上,有时并不在物体上,因此C错,而D正确.●课堂针对训练●(1)关于力的下述说法中错误的是:A.力是物体对物体的作用; B.只有直接接触的物体间才有力的作用;C.由有一定距离的磁铁间有相互作用力可知:力可以离开物体而独立存在;D.力的大小可以用天平测量.(2)下列说法正确的是:A.甲用力把乙推倒而自己不倒,说明只是甲对乙有力的作用,乙对甲没有力的作用;B.只有有生命或有动力的物体才会施力,无生命或无动力的物体只会受到力,不会施力;C.只有运动物体才会受到力的作用;D.找不到施力物体的力是不存在的.(3)有一圆形的均匀薄板,若将其中央再挖掉一个小圆板成一个圆环,如图1-2(a)、(b)所示,下面说法正确的是:A.重心向外侧偏移,重力减小; B.重力和重心都没有变;C.重力减小,重心位置没有变; D.重力减小,重心位置不存在.(4)用图示法画出力,并指出施力物体和受力物体:①水平桌面对桌面上的书产生30N的支持力;②某人用1600N的力沿跟水平方向成30°角斜向上拉车;③放在倾角为30°的斜面上的物体,被某个人用沿着斜面向上的150N的拉力拉住.(5)下列说法中正确的是:A.凡是在地球表面附近的物体,一定受到重力; B.重力的方向一定是垂直于水平面向下;C.任何有规则形状的物体,其几何中心必与其重心重合;D.物体的形状改变时,其重心的位置必定改变.(6)关于重力的说法,正确的是:A.重力就是地球对物体的吸引力; B.只有静止的物体才受到重力;C.同一物体在地球上无论向上或向下运动都受到重力; D.重力是由于物体受到地球的吸引而产生的力.(7)用弹簧秤竖直悬挂静止的小球,下面说法正确的是:A.小球对弹簧秤的拉力就是小球的重力; B.小球对弹簧秤的拉力的大小等于小球的重力;C.小球的重力的施力物体是弹簧; D.小球的重力的施力物体是地球.(8)一个重是20N的物体沿着斜面下滑,在下图1-3所示中,关于物体受到的重力的图示正确的是:(9)如果地面上一切物体受到的重力都消失了,则可能出现的现象是:A.江河的水不会流动; B.鸡毛和铁球都可悬浮在空中;C.天不会下雨; D.一切物体的质量都变为零.(10)把一条盘放在地上的长为l的匀质铁链向上刚好拉直时,它的重心位置升高了多少?,把一个边长为l的匀质立方体,绕bc棱翻倒使对角面AbcD处于竖直(如图1-4),重心位置升高了多少?三、弹力【例题】试分析图1-5中光滑小球受到弹力的情况(小球放在水平面上),并画出小球受到的重力和弹力.【分析和解答】产生弹力的必要条件是接触,充分条件是挤压产生弹性形变.在图1-5中与球接触的有两点A和B,因此小球所受到的弹力只能来自这两点,但是有接触并不一定就产生弹力,还必须要挤压才产生弹力,对B点来说,小球一定与水平面挤压,可假设没有水平面,小球在重力作用下一定掉下来,因此B点受弹力且方向垂直于B点的切面指向圆心;对A点来说,假设没有这个台阶,小球不会在水平面上自动向左运动,因此A点没有挤压(即没有弹性形变),亦即A点不受弹力,小球受力如图1-6.注意:上例中用的是“假设法”判断物体受力情况,这种方法在以后学习中经常用到.●课堂针对训练●(1)课本静止在水平桌面上,关于课本和桌面间的弹力,下列叙述正确的是:A.桌面受压而发生弹性形变,桌面受到了弹力,而课本没有发生形变,所以课本没有受到弹力;B.课本受到了弹力作用,原因是课本也发生了形变;C.课本受到弹力的原因是桌面发生了形变;D.以上说法都不正确.(2)下列说法,正确的是:A.支持力的方向总是垂直于支持面指向被支持的物体; B.压力的方向总是竖直向下;C.通常所说的压力、支持力、拉力、浮力都是弹力;D.静止在光滑平面上的物体,没有受到弹力.(3)下列说法正确的是:A.木块放在桌面上要受到一个向上的弹力,这是由于木块发生微小的形变而产生的;B.拿一根细竹杆拨动水中的木头,木头受到竹杆的弹力,这是由于木头发生形变而产生的;C.绳对物体的拉力的方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向;D.挂在电线下面的电灯受到向上的拉力,是因为电线发生微小的形变而产生的.(4)关于物体对水平支持面的压力P,下述说法中正确的是:A.P就是物体的重力;B.P是物体重力的平衡力;C.P的作用点在物体上;D.P的作用点在支持面上.(5)如图1-7所示,绳子竖直悬挂小球,球与光滑的斜面接触,则小球受到的力是:A.重力、绳的拉力; B.重力、绳的拉力、斜面的弹力;C.重力、斜面的弹力; D.绳的拉力、斜面的弹力.(6)画出图1-8各图中A物体受到的重力和弹力(图中墙壁竖直,球面和竖直面均光滑)(7)一根弹簧在弹性限度内,对其施加30N的拉力时,其长为20cm,对其施加30N的压力时,其长为14cm,则该弹簧的自然长度是多少?其劲度系数是多少?★滚动训练★(8)在绳下吊一个小球保持静止状态,在下述说法中正确的是:A.小球对绳的拉力就是小球的重力; B.小球对绳的拉力大小等于小球的重力,但拉力不是重力;C.由于小球吊在空中,所以小球的重力没有施力物体; D.小球重力的施力物体是地球.(9)磁铁吸引铁块是我们已知的现象,关于磁铁吸引铁块的下述说法中正确的是:A.只要有磁铁存在就会有力,而不必有铁;B.磁铁与铁块必须同时存在,才会有力吸引铁块;C.磁铁对铁块有力的作用,而铁块对磁铁没有力的作用;D.两个物体之间有力的作用时,这两个物体不一定相互接触.四摩擦力【例1】在图1-9中,若两物体的质量分别为m A=2kg、m B=4kg,A、B间动摩擦因数μ1=0.2,B与地面间动摩擦因数μ2=0.4.用水平拉力F作用在B上后,A、B间、B与地面间都发生了相对滑动.求各接触面间摩擦力的大小(g=10N/kg).【分析与解答】物体A受的弹力F N1=m A g=20N由F=μF N得:F1=0.2×20N=4N地面对物体B的弹力F N2=(m A+m B)g=(2+4)×10N=60N同理得地面对物体B的摩擦力:F2=0.4×60N=24N.●课堂针对训练●(1)以下关于滑动摩擦力的说法中正确的是:A.滑动摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反;B.滑动摩擦力总是阻碍物体的运动;C.滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反;D.滑动摩擦力是成对产生的,两个互相接触的物体在发生相对运动时,它们都要受到滑动摩擦力的作用.(2)物体与竖直墙壁的动摩擦因数为μ,物体的质量为m,当物体沿着墙壁自由下落时,物体受到的滑动摩擦力是多大?(3)一根质量为m,长为L的均匀长方体木料放在水平桌面上,木料与桌面间的动摩擦因数为μ,现用水平力推木料,当木料经过图1-10所示的位置时,桌面对它的摩擦力为:A .31μmg ;B .32μmg ;C .μmg ;D .0(4)物体间的动摩擦因数取决于:A .物体接触面间正压力的大小;B .物体间相对运动速度的大小;C .物体间相互接触的面积大小;D .相互摩擦的物体的材料性质及表面粗糙程度.(5)关于滑动摩擦力,下列叙述中正确的是:A .只要物体间接触面是粗糙的,则它们之间一定有滑动摩擦力的作用;B .滑动摩擦力的方向可能跟物体的运动方向相同;C .材料相同,质量大的物体在运动过程中受到的滑动摩擦力大;D .一个物体如果在水平面上滑行,接触面积大时受到的滑动摩擦力也大.(6)如图1-11,在水平面上向右运动的物体,质量为20kg .物体与水平面的动摩擦因数μ=0.1,,在运动过程中,还受到一个水平向左的大小为10N 的拉力的作用,则物体受到的滑动摩擦力为多少?(g =10N/kg):(7)用弹簧秤将一物体静止吊起时,弹簧秤的示数为10N ,将此物体放于水平桌面上,用弹簧秤沿水平方向匀速拉动时,弹簧秤的示数为1N ,求物体与桌面间的动摩擦因数.★滚动训练★(8)如图5-12所示,一个铁筒装满沙子,筒的底部留有小口,沙子可以从底端流出,在保证筒不动的情况下,在沙子开始至完全流出的过程中,筒内沙子和筒组成的重心变化情况是:A .一直降低;B .先降低再升高;C .先降低,然后保持不变;D .先升高,然后保持不变.(9)两个物体A 和B 的质量分别为M 、m ,用跨过定滑轮的轻绳相连,A 静止于水平地面上,如图1-13所示,不计摩擦,A 对绳的作用力的大小与地面对A 的作用力大小分别是:A.mg,(M-m)g;B.mg,Mg;C.(M-m)g,Mg;D.(M+m)g,(M-m)g.【例2】皮带运输机把货物由低处送到高处(货物相对于皮带静止).试分析此时货物相对于皮带的运动趋势方向和所受的静摩擦力的方向.【分析与解答】若货物与皮带的接触面是光滑的,那么当把货物放在皮带上时,货物在重力作用下将向下滑行而无法向上运动,即货物相对于皮带的运动趋势方向是向下的.由于静摩擦力的方向与物体相对运动趋势方向相反,所以货物受到的静摩擦力方向沿皮带向上.【总结提高】此题中货物受到的静摩擦力与运动方向相同,是动力(与运动方向相同),不是阻力.有些问题静摩擦力是阻力,请同学找实例分析.【例3】木块A放在水平面上,如图1-14所示,用同样大小的外力F,先自左向右推,后自右向左推,木块均保持静止.问(1)前后两次推木块,木块受到的静摩擦力是否相同?(2)若将外力F增大至10N,木块恰能滑动,则木块与水平面间的静摩擦力的取值范围是多少?【分析与解答】(1)前后两次推木块,木块未动,说明木块受到了静摩擦力的作用且大小与外力F相等,但方向与外力相反.甲图中外力F自左向右推木块,使木块有一自左向右的运动趋势,而静摩擦力的方向与运动趋势相反,故应自右向左.同理,乙图的静摩擦力大小等于外力F,方向应自左向右.可见,前后两次以同样大小的外力F推木块,木块受到的静摩擦力大小相同,但方向相反,所以说前后两次推木块,其受到的静摩擦力不相同.(2)依题意知,木块与水平面间的最大静摩擦力是10N.根据静摩擦力在最大静摩擦力范围内随外力的变化而变化的特点,静摩擦力的取值范围应该是:0<F静≤10N.【总结提高】两个力相同,必须同时满足:“大小相等、方向相同”这两个条件,缺一不可.【例4】重为400N的木箱放在水平地面上,木箱与地面间的最大静摩力是120N,动摩擦因数是0.25,如果分别用70N和150N的水平力推木箱,木箱受到的摩擦力分别是多少牛?【分析和解答】计算摩擦力时应先判出是静摩擦力还是滑动摩擦力.此题中要用水平力推动木箱,推力必须大于或等于最大静摩擦力120N,若用70N水平力推时,物体没有运动,此时静摩擦力大小可由二力平衡知大小为70N.当用150N的水平力推时,物体发生相对运动,此时滑动摩擦力为:F=μFN,根据竖直方向二力平衡得FN=mg,所以F=μmg=0.25×400=100(N).【总结提高】计算摩擦力时要先判明是静摩擦力还是滑动摩擦力,若是静摩擦,则不能用F =μFN计算.●课堂针对训练●(10)关于静摩擦力的说法,下列正确的有:A.静摩擦力的方向总是与物体的相对运动趋势的方向相反; B.静摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反;C.两个相对静止的物体之间一定有静摩擦力的作用; D.受静摩擦力作用的物体一定是静止的.(11)运动员用双手握住竖直的竹杆匀速攀上和匀速下滑,他所受的摩擦力分别是f1和f2,那么:A.f1向下,f2向上,且f1=f2; B.f1向下,f2向上,且f1>f2;C.f1向上,f2向上,且f1=f2; D.f1向上,f2向下,且f1=f2.(12)某人推着自行车前进时,地面对前轮的摩擦力为F1,对后轮的摩擦力为F2;该人骑着自行车前进时,地面对前轮的摩擦力为F3,对后轮的摩擦力为F4,下列说法中正确的是:A.F1与车前进方向相同;B.F2与车前进方向相同;C.F3与车前进方向相同;D.F4与车前进方向相同;(13)如图1-15,设A与B的表面粗糙,地面光滑,当用水平力F拉A时A、B无相对滑动,则:A相对B的运动趋势向________,B对A的静摩擦力向________,属________力(填动或阻);B相对A的运动趋势向________,A对B的静摩擦力向________,属________力.(14)卡车上放一只木箱,卡车在水平路面上运动,下列说法中正确的是:A.卡车起动时,卡车给木箱向前的摩擦力; B.卡车匀速运动时,卡车给木箱向前的摩擦力;C.卡车突然制动时,卡车给木箱向前的摩擦力; D.卡车突然制动时,卡车不给木箱摩擦力.(15)水平桌面上一重200N的物体,与桌面间的动摩擦因数为0.2,当依次用15N、30N、80N 的水平拉力拉此物体时,物体受到的摩擦力依次为多少?(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)★滚动训练★(16)关于相互接触的两物体之间的弹力和摩擦力,正确的是:A.有弹力必有摩擦力; B.有摩擦力必有弹力;C.摩擦力的大小与弹力的大小成正比; D.弹力既可是动力,也可是阻力,摩擦力只能是阻力.(17)如图1-16所示,A为长木板,在水平面以速度v1向右运动,物块B在木板A的上面以速度v2向右运动,下列判断正确的是:A.若是v1=v2,A、B之间无滑动摩擦力; B.若是v1>v2,A受到了B所施加向右的滑动摩擦力;C.若是v1<v2,B受到了A所施加向右的滑动摩擦力;D.若是v1>v2,B受到了A施加的向左的滑动摩擦力.受力分析【例1】画出图1-17甲物体A的受力示意图.已知物体A静止在斜面上,F垂直于斜面.【分析和解答】取物体为研究对象,物体受:①重力G,方向竖直向下;②压力F,方向垂直于斜面向下;③支持力F1,方向垂直于斜面向上;④静摩擦力F2,方向沿斜面向上.在判定有无摩擦力时,可用假设法,假设接触面光滑没有摩擦力,则物体将沿着斜面下滑,而现在物体静止,说明有沿斜面向上的摩擦力阻碍物体下滑.力的图示如图1-17乙.【例2】如图1-18甲所示,物体A、B叠放在水平桌面上处于静止状态,试画出物体B的受力示意图.【分析和解答】研究对象是B,应把B隔离出来,B物体受到:①重力G,方向竖直向下;②压力F1(B受到A的压力)方向竖直向下;③支持力F2(B受到桌面的支持力),方向竖直向上.受力示意图如图1-18乙所示.【总结提高】受力分析是力学的一个重点和难点,不可能在短时间内掌握好.希望同学们在以后的学习中,对有关受力分析要按以上的方法和步骤进行,不断总结,方可掌握好.●课堂针对训练●(1)图1-19中各物体的受力图哪些是正确的?(2)画出图1-20中A受力分析图,已知A静止.图③④中F的方向竖直且F<G.(3)被踢出去的足球,在空中飞行受到几个力的作用?(空气阻力不计)并作出力的示意图.(4)画出图1-21各图中A物体的受力分析图,已知A静止且各接触面光滑.(5)画出图1-22中A 、B 的受力图,A 和B 用绳子连结,在水平拉力F 的作用下物体A 和B 沿桌面匀速运动.(6)分别画出图1-23中,半径为r 的光滑球A 的受力示意图,并说明四幅图中A 球受力情况可能相同的有哪些?★滚动训练★(7)如图1-24所示,物体A 与B 相对静止,共同沿斜面匀速下滑,则:A .A 、B 间无摩擦力; B .B 对A 的静摩擦力沿斜面向上;C .斜面对B 的滑动摩擦力沿斜面向上;D .物体B 受到五个力的作用.(8)一只青蛙,蹲在置于水平地面上的长木板一端,并沿板的方向朝另一端跳,在下列情况下,青蛙一定不能跳过长木板的是:A .木板的上表面光滑而下表面粗糙;B .木板的上表面粗糙而底面光滑;C .木板上、下两表面都粗糙;D .木板上、下两表面都光滑.五、力的合成【例1】如图1-25甲,物体受到大小相等的两个拉力的作用,每个拉力都是2000N ,夹角是60°,求这两个拉力的合力.【分析和解答】按作图法取4mm 长表示500N 的力,O 点表示物体,作出平行四边形如图1-25乙所示.量得对角线长为28mm ,故合力F 的大小为428×500N =3500N ,合力的方向沿两分力F 1和F 2的夹角的平分线.本题作出的平行四边形是菱形,我们也可用计算法求合力F .如图1-25丙所示,直角三角形OAD 中,OD 表示合力F 的一半,∠AOD =30° 由直角三角形知识得:2F =F 1cos30° ∴ F =2(F 1cos30°)=2×2000×0.866N =3464N .比较这两种解法可见,在测量误差允许范围内,所得的结果是一致的.【例2】大小不变的F1、F2两个共点力的合力为F,则有:A.合力F一定大于任一个分力; B.合力的大小既可等于F1,也可等于F2;C.合力有可能小于任一个分力; D.合力F的大小随F1、F2间夹角增大而减小.【分析和解答】正确答案是BCD.分析此题时,我们可以这样考虑,题目要求判断的是在任意夹角下合力与分力的联系,不需要求解详细数值,因此我们不必画出各种夹角下的很多个平行四边形来加以判断,我们可以取一些极特殊的数值来分析:当F1和F2的夹角是0°时,合力最大F大=F1+F2,当F1和F2的夹角是180°(即反向)时,合力最小F小=|F1-F2|,因此F1和F2的合力数值的变化范围是|F1-F2|≤F≤(F1+F2),若取F1=2N,F2=3N(取些较简单的数)则1N≤F≤5N.当F1与F2夹角为180°时,合力小于分力,应排除A同时知C答案正确;对B答案,由合力的变化范围可知正确;对D答案,当F1和F2的夹角为最小值(0°)时,合力最大,当F1与F2的夹角为最大值(180°)时,合力最小,可见,随着F1与F2的夹角增大合力F反而减小.●课堂针对训练●(1)关于分力与合力的说法中,正确的是:A.分力与合力同时作用于物体上;B.分力同时作用于物体时产生的效果与合力单独作用于物体时产生的效果相同;C.合力总是大于分力;D.两个分力夹角在0°到180°之间时,夹角越大,合力越小.(2)两个共点力,大小都是50N,如果要使这两个力的合力也是50N,这两个力之间的夹角应为:A.30°;B.45°;C.90°;D.120°(3)两个共点力的大小都是F,其合力的大小:A.一定大于F; B.一定小于F;C.由F及两个力间的夹角决定;D.一定满足0≤F合≤2F.(4)一个重为20N的物体置于光滑的水平面上,当用一个F=5N的力竖直向上拉该物体时,如图1-26所示,物体受到的合力为:A.15N;B.25N;C.20N;D.0.(5)两个共点力的合力最大为15N,最小为5N,则这两个力的大小分别是多少?如果这两个力的夹角是90°,则合力的大小为多少?(6)六个共点力大小分别为F、2F、3F、4F、5F、6F,相互间夹角均为60°,如图1-27所示,则它们的合力的大小和方向.7)有三个力,一个力是12N,一个力是5N,一个力是8N,有关这三个力的合力的下列说法中正确的是:A.合力的最小值是1N;B.合力的最小值是0;C.合力不可能是20N;D.合力不可能是30N.(8)已知两个力的大小分别为3N和4N,用作图法求出图1-28所示几种情况下的合力.(9)有两个大小相等的共点力,当它们间的夹角为90°时合力为F,则当它们间的夹角为120°时,合力的大小为多少?★滚动训练★(10)如图1-29,A、B、C三个物体叠放在桌面上,在A的上面再加一个作用力F,则C物体受到竖直向下的作用力除了自身的重力之外还有:A.1个力;B.2个力;C.3个力;D.4个力.(11)如图1-30所示,物体以一定的初速度沿光滑斜面上滑过程中,受到的力有:A.向上的冲力;B.重力;C.斜面的支持力;D.向下的滑力.六、力的分解【例1】图1-31甲中,电灯的重力G=10N,AO绳与顶板间夹角为45°,BO绳水平,则AO 绳所受的拉力F1和BO绳所受的拉力F2各为多大?【分析和解答】先分析物理现象:为什么绳AO、BO受到拉力呢?原因是由于OC绳受到电灯的拉力才使AO、BO绳张紧产生拉力,因此OC绳的拉力产生了两个效果,一是沿AO向下的拉紧AO的分力F1;二是沿BO向左的拉紧BO绳的分力F2,画出平行四边形如图1一31乙所示,因为OC拉力等于电灯重力,因此由几何关系得:F1=G/sin45°=102N,F2=Gcot45°=10N.【例2】在倾角α=30°的斜面上有一块竖直放置的挡板,在挡板和斜面之间放有一个重为G=20N的光滑圆球,如图1-32甲所示,试求这个球对斜面的压力和对挡板的压力.【分析和解答】先分析物理现象,为什么挡板和斜面受压力呢?原因是球受到向下重力作用,这个重力总是欲使球向下运动,但是由于挡板和斜面的支持,球才保持静止状态,因此球的重力产生了两个作用效果,如图1-32乙所示,故产生两个分力:①使球垂直压紧挡板的力F1;②使球垂直压紧斜面的力F2.由几何知识可得,F1=Gtanα,F2=G/cosα.F1和F2分别等于球对挡板和斜面的压力.【总结提高】在进行力的分解时,要先把这个力的作用效果(即两个分力的方向)一一分清.●课堂针对训练●(1)关于力的分解,下列说法正确的是:A.力的分解其本质就是用同时作用于物体的几个力产生的效果代替某一个力的作用效果;B.分力可能大于合力;C.力的分解是力的合成的逆运算,同样遵循平行四边形定则;D.分解一个力往往根据它产生的效果来分解它.(2)在已知的一个力的分解中,下列情况具有唯一解的是:A.已知两个分力的方向,并且不在同一直线上; B.已知一个分力的大小和方向;C.已知一个分力的大小和另一个分力的方向; D.已知两个分力的大小.(3)将一个力F分解为两个不为零的力,下列哪种或哪些分解方法是不可能的?A分力之一垂直于F; B.两个分力与F都在一直线上;C.一个分力的大小与F的大小相同; D.一个分力与F相同.(4)对一个方向向东,大小为4N的力沿直线分解,若其中一个分力的大小为2N,则另一个分力(方向向东)的大小可能为:A.1N;B.2N;C.6N;D.7N.(5)如图1-33所示,绳子MO与NO所能承受的最大拉力相同,长度MO>NO,则在不断增加重物G的重力过程中(绳OG不会被拉断)A.ON先被拉断; B.OM先被拉断;C.OM与ON同时被拉断; D.无法确定哪条绳子先被拉断.(6)如图1-34所示,重10N的木块被水平绳AB系住静止在倾角为30°的光滑斜面上,求斜面对木块的支持力及AB绳对木块的拉力.(7)为了把陷在泥坑里的汽车拉出来,司机用一条结实的绳子把汽车拴在一棵大树上,开始。
第2节摩擦力1.静摩擦力(1)定义:两个物体之间只有相对运动趋势,而没有相对运动时的摩擦力。
(2)产生条件:接触面粗糙;接触处有弹力;两物体间有相对运动趋势。
①物体受静摩擦力作用时不一定处于静止状态。
②实际最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。
(3)方向:沿两物体的接触面,与相对运动趋势的方向相反。
(4)大小:0<F≤ Fmax 。
2.滑动摩擦力(1)定义:一个物体在另一个物体表面滑动时,受到另一物体阻碍它们相对滑动的力。
(2)产生条件:接触面粗糙;接触处有弹力;两物体间有相对运动。
(3)方向:沿两物体的接触面,与相对运动的方向相反。
(4)大小:F=μF N,μ为动摩擦因数,其值与两个物体的材料和接触面的粗糙程度有关。
①F N的大小不一定等于物体的重力,等于重力是特殊情况。
②μ的大小与物体间接触面积的大小、相对运动速度的大小都无关。
[深化理解]1.区分物体间存在静摩擦力还是滑动摩擦力,要看物体间是有相对运动趋势还是有相对运动。
2.滑动摩擦力的大小可由公式F=μF N计算,而静摩擦力的大小一般不能用F=μF N计算。
[基础自测]一、判断题(1)摩擦力总是阻碍物体的运动或运动趋势。
(×)(2)受静摩擦力作用的物体一定处于静止状态。
(×)(3)受滑动摩擦力作用的物体,可能处于静止状态。
(√)(4)接触处有摩擦力作用时一定有弹力作用。
(√)(5)接触处的摩擦力一定与弹力方向垂直。
(√)(6)两物体接触处的弹力越大,滑动摩擦力越大。
(×)(7)两物体接触处的弹力增大时,接触面间的静摩擦力大小可能不变。
(√)二、选择题1.[粤教版必修1 P74 T9](多选)关于滑动摩擦力,下列说法正确的是( )A.滑动摩擦力与物体的重力成正比B.滑动摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反C.滑动摩擦力总是阻碍着物体间的相对运动D.滑动摩擦力可能是动力解析:选CD 滑动摩擦力与接触面间的压力成正比,A错误;滑动摩擦力总是与物体间的相对运动方向相反,阻碍着物体间的相对运动,但滑动摩擦力可能是动力,与物体的运动方向相同,故B错误,C、D正确。
第一节重力弹力[高考导航]知识内容考试要求真题统计2017.42017.112018.42018.112019.42020.12020.71.重力、基本相互作用c7、101192.弹力c59、203.摩擦力c75、2094.力的合成c10175.力的分解c76.共点力平衡条件及应用11 1310实验:探究求合力的方法17(1)该部分知识是力学的基础,对本章知识单独考查一个知识点的高考试题非常少,大多数情况都是涉及几个知识点。
备考知识有:(1)结合物体的平衡条件考查弹力、摩擦力;(2)受力分析中整体法和隔离法的应用;(3)静态平衡问题和动态平衡问题。
第一节重力弹力一、对重力的理解【基础练1】(多选)关于地球上的物体,下列说法正确的是( )A.物体只有静止时才受重力作用B .地面上的物体受到的重力垂直于水平面C .重心是物体受到重力的等效作用点,故重心一定在物体上D .物体所受重力的大小与物体运动状态无关 答案:BD二、弹力和胡克定律答案:□1弹性形变 □2直接接触 □3弹性形变 □4相反 □5弹性限度 □6正比 【基础练2】 图中各物体均处于静止状态。
图中画出了小球A 所受弹力的情况,其中正确的是( )解析:选C 。
轻质杆对物体的弹力不一定沿着杆的方向,选项A 中小球只受重力和杆的弹力且处于静止状态,由二力平衡可得小球受到的弹力应竖直向上,A 错误;选项B 中如果左边的绳有拉力,则竖直向上的那根绳就会发生倾斜,所以左边的绳没有拉力,B 错误;对于球与面接触的弹力方向,过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上),即选项D 中大半球对小球的支持力F N2应是沿着过小球与圆弧接触点的半径,且指向圆心的弹力,D 错误;球与球相接触的弹力方向,垂直于过接触点的公切面(即在两球心的连线上),而指向受力物体,C 正确。
【基础练3】 一轻质弹簧原长为8 cm ,在4 N 的拉力作用下伸长了2 cm ,弹簧未超出弹性限度。
第1讲重力弹力摩擦力1重力(1)产生:由于地球吸引而使物体受到的力。
重力不是万有引力,而是万有引力的一个分力。
(2)大小:G=mg,可用弹簧测力计测量。
①物体的质量m不会变;②G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的。
(3)方向:竖直向下。
竖直向下是和水平面垂直,不一定和接触面垂直,也不一定指向地心。
(4)重心:物体的每一部分都受重力作用,可认为重力集中作用于一点,即物体的重心(是一种理想化模型,真实不存在)。
影响重心位置的因素:物体的几何形状,物体的质量分布。
重心的位置不一定在物体上。
不规则薄板重心的确定方法:悬挂法。
四川西昌模拟)如图所示,两辆车在以相同的速度做匀速运动,根据图中所给信息和所学知识你可以得出的结论是()。
A.物体各部分都受重力作用,但可以认为物体各部分所受重力集中于一点B.重力的方向总是垂直向下的C.物体重心的位置只与物体的质量分布有关D.力是使物体运动的原因【答案】A江苏淮安月考)下列关于物体重心的说法中正确的是()。
A.物体的重心必在物体上B.形状规则的物体的重心就在物体的几何中心C.重心是物体各部分所受重力的合力的等效作用点D.重心就是物体内最重的一点【答案】C2弹力(1)弹力:发生形变的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力。
(2)弹力方向的判断方法:①绳子只能受拉力而发生形变,即绳子只能承受拉力。
因此绳子拉物体的弹力的方向总是沿着绳子指向其收缩的方向。
②物体放在支持物上,支持物因形变而产生弹力,这种弹力的方向总是垂直于支持面指向被支持的物体。
(3)胡克定律:在弹性限度内,弹力和弹簧形变大小(伸长或缩短的量)成正比。
表达式:F=kx。
【易错警示】(1)杆的弹力方向:杆的弹力方向不能根据杆的方向来判断,只能根据实际情况进行受力分析得出。
(2)弹簧与杆、绳的弹力瞬间变化的区别:因为弹簧的形变不可能瞬间突变,所以弹簧的弹力不可能突变;而杆、绳的弹性形变可以在瞬间发生变化,所以杆、绳的弹力可以发生突变。
(4)弹力有无的判断“四法”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(将其中一个物质拿走),看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。
④替换法:可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换,看能否发生形态的变化,若发生形变,则此处一定有弹力。
山东青岛联考)探究弹力和弹簧伸长的关系时,在弹性限度内,悬挂15 N重物时,弹簧长度为0.16 m,20 N 重物时,弹簧长度为0.18 m,则弹簧的原长L0和劲度系数k分别为()。
A.L0=0.02 m、k=500 N/mB.L0=0.10 m、k=500 N/mC.L0=0.02 m、k=250 N/mD.L0=0.10 m、k=250 N/m【答案】D湖南株洲月考)(多选)如图所示,一倾角为45°的斜面固定于竖直墙上,为使一光滑的铁球静止,需加F,且F通过球心,下列说法正确的是()。
A.球一定受墙的弹力且水平向左B.球可能受墙的弹力且水平向左C.球一定受斜面的弹力且垂直斜面向上D.球可能受斜面的弹力且垂直斜面向上【答案】BC3摩擦力(1)滑动摩擦力:一个物体在另一个物体表面上发生相对滑动时,要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力。
产生条件必须同时满足:①两物体相互接触;②两物体间相互挤压;③接触面是粗糙的;④两物体间有相对运动。
(2)静摩擦力:相互接触的两个物体有相对运动的趋势,但又保持相对静止状态时所受的摩擦力。
产生条件必须同时满足:①两物体相互接触;②两物体相互挤压;③接触面粗糙;④物体有相对运动趋势而又保持相对静止。
方向:与接触面相切,与相对运动趋势的方向相反。
大小:①静摩擦力是变力,它与使它产生相对运动趋势的外力有关。
②最大静摩擦力:物体所受的静摩擦力能达到的最大值。
③静摩擦力的变化范围:0<F≤F max。
湖南邵阳调考)重100 N的物体静止在粗糙水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数为0.2,当物体受到一个大小为10 N、方向水平向右的力的作用时,水平面对物体的摩擦力大小和方向分别为()。
A.10 N,水平向左B.10 N,水平向右C.20 N,水平向左D.20 N,水平向右【答案】A江苏盐城检测)装修工人在搬运材料时施加一个水平拉力将其从水平台面上拖出,如图所示,若接触,则在工人匀加速拖出材料的过程中()。
A.材料与平台之间的接触面积逐渐减小,摩擦力逐渐减小B.材料与平台之间的相对速度逐渐增大,摩擦力逐渐增大C.平台对材料的支持力逐渐减小,摩擦力逐渐减小D.材料与平台之间的动摩擦因数不变,支持力也不变,所以工人的拉力不变【答案】D题型一摩擦力的分析与计算问题1.静摩擦力的有无和方向的判断方法(1)假设法:利用假设法判断的思维程序如下。
(2)状态法:先判断物体的状态(加速度的方向),再利用牛顿第二定律(F=ma)确定合力,然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向。
(3)牛顿第三定律法:先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力的方向。
2.静摩擦力大小的计算(1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动),利用力的平衡条件来判断静摩擦力的大小。
(2)物体有加速度时,若只有静摩擦力,则F f=ma。
若除静摩擦力外,物体还受其他力,则F合=ma,先求合力再求静摩擦力。
3.滑动摩擦力大小的计算滑动摩擦力的大小用公式F f=μF N来计算,应用此公式时要注意以下几点:(1)μ为动摩擦因数,其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关;F N为两接触面间的正压力,其大小不一定等于物体的重力。
(2)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面积的大小均无关。
【例1】如图所示,质量为M的物体P静止于固定的斜面(倾角为θ)上,且P的上表面水平。
现把另一小正方形的物体Q轻轻地叠放在P上,则()。
A.P向下加速滑动B.P静止不动C.P向下匀速滑动D.P与斜面间的静摩擦力不变【解析】对P受力分析,根据平衡条件,有斜面对P的支持力F N=Mg cosθ,摩擦力f=Mg sinθ,由题意知f≤μF N,即Mg sinθ≤μMg cosθ,故μ≥tanθ,与重力无关;由于物体Q轻轻地叠放在P上,相当于增大物体P的重力,故P静止不动,P受到的静摩擦力增大,B项正确,A、C、D三项错误。
【答案】B【变式训练1】(2019四川宜宾检测)如图甲所示,粗糙水平面上a、b、c、d四个相同小物块用四根完全相同的轻弹簧连接,正好组成一个等腰梯形,系统静止。
a、b之间,a、c之间以及b、d之间的弹簧长度相同且等于c、d之间弹簧长度的一半,a、b之间弹簧弹力大小为c、d之间弹簧弹力大小的一半。
若a受到的是()。
的摩擦力大小为f,则下列说法错误..甲A.a、b之间的弹簧一定是压缩的B.b受到的摩擦力大小为fC.d受到的摩擦力大小为2fD.c受到的摩擦力大小为 f【解析】设每根弹簧的原长为L0,a、b间弹簧的形变量为Δx1,c、d间弹簧的形变量为Δx2,则有kΔx2=2kΔx1;若a、b间和c、d间的弹簧都被拉长,则有L0+Δx2=2(L0+Δx1),解得L0=0,不符合题意,所以a、b间弹簧被压缩,A项正确。
由于a受到的摩擦力大小为f,根据对称性可得,b受到的摩擦力大小也为f,B项正确。
以a和c为研究对象进行受力分析,如图乙所示,图中的θ为ac与cd之间的夹角,则cosθ==,所以θ=60°,则∠cab=120°,由受力平衡知,a受到的摩擦力大小与a、c间(或a、b间)的弹簧弹力T大小满足f=T;对c根据力的合成可得f c=f,D项正确。
由于c受到的摩擦力大小为f,根据对称性可知,d受到的摩擦力大小为f,C项错误。
乙【答案】C【变式训练2】(2019福建龙岩检测)(多选)如图所示,放在水平地面上的质量为m的物体与轻弹簧的左端相连,物体与地面间的动摩擦因数为μ,轻弹簧的劲度系数为k,右端受到水平恒力F作用,物体沿地面做匀加速直线运动,弹簧没有超出弹性限度,则()。
A.弹簧的伸长量为B.弹簧的伸长量为C.物体对地面的压力大小等于它所受到的重力D.弹簧对物体的弹力与物体受到的摩擦力是一对平衡力【解析】弹簧弹力等于水平恒力F,结合胡克定律有F=kx>μmg,则弹簧的形变量x=>,A项正确,B 项错误;竖直方向物体受力平衡,则物体受到地面的支持力与它所受到的重力大小相等,又由地面对物体的支持力等于物体对地面的压力可知,C项正确;水平方向物体做匀加速直线运动,则弹簧对物体的弹力大于物体所受的摩擦力,不是一对平衡力,D项错误。
【答案】AC题型二摩擦力的突变问题1.静摩擦力的突变问题静摩擦力是被动力,其存在及大小、方向取决于物体间的相对运动趋势,静摩擦力存在最大值。
静摩擦力为零的状态是其方向变化的临界状态;静摩擦力达到最大值是物体恰好保持相对静止的临界状态。
2.滑动摩擦力的突变问题滑动摩擦力的大小与接触面间的动摩擦因数和接触面受到的正压力均成正比。
发生相对运动的物体,若接触面发生变化或接触面受到的正压力发生变化,则滑动摩擦力一般会发生变化。
3.摩擦力的“突变”问题(1)静—静“突变”:物体在摩擦力和其他力的作用下处于相对静止状态,当作用在物体上的其他力的合力发生变化时,若物体仍然保持相对静止状态,则物体受到的静摩擦力的大小或方向将发生突变。
(2)静—动“突变”:物体在摩擦力和其他力作用下处于相对静止状态,当其他力变化时,若物体不能保持相对静止状态,则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力;同理,当物体由相对运动到相对静止时,物体受到的滑动摩擦力将“突变”为静摩擦力。
(3)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改变了,则滑动摩擦力方向会发生“突变”。
【温馨提示】判断摩擦力方向时的两点注意:(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”和滑动摩擦力的“相对性”。
【例2】(2019湖北恩施检测)如图所示,斜面体A放在水平地面上。
物块B放在斜面上,有一水平力F 作用在B上时,A、B均保持静止。
A受到水平地面的静摩擦力为f1,B受到A的静摩擦力为f2,现使F逐渐增大,A、B仍处于静止状态,则()。
A.f1一定增大B.f1、f2都不一定增大C.f1、f2均增大D.f2一定增大【解析】对物块B受力分析,受推力、重力、支持力,可能有静摩擦力。