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2019-2020年高考物理一輪復習講義 第二章 相互作用 第1講 重力 彈力 摩擦力 教科版
高考目標
復習指導
形變、彈性、胡克定律 Ⅰ
高考試題的考查形式主要有兩種,①一種是以生活中的靜力學材料為背景,考查力的合成與分解和共點力的平衡的綜合應用;②另一種是以現(xiàn)實中可能出現(xiàn)的各種情況,考查重力、彈力、摩擦力的理解和計算.
xx年高考對本專題內容的考查仍將以力的合成與分解和共點力的平衡的綜合應用為主.
滑動摩擦力、動摩擦因數(shù)、靜摩擦力
Ⅰ
矢量和標量 Ⅰ
力的合成和分解
Ⅱ
共點力的平衡Ⅱ
實驗二:探究彈力和彈簧伸長的關系
實驗三:驗證力的平行四邊形定則
一、對力的認識
1.定義:物體與物體之間的相互作用.
2.三要素:力的大小、方向和作用點.
3.力的作用效果
(1)改變物體的運動狀態(tài).
(2)使物體發(fā)生形變.
4.力的性質
(1)物質性 (2)相互性 (3)矢量性 (4)獨立性
二、重力
三、彈力
1.定義:發(fā)生彈性形變的物體,由于要恢復原狀,會對與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用.
2.產(chǎn)生條件
(1)物體相互接觸.
(2)物體發(fā)生彈性形變.
3.方向:彈力的方向總是與產(chǎn)生彈力的物體形變的方向相反.
4.大小
(1)胡克定律:彈簧類彈力在彈性限度內遵守F=kx.
(2)非彈簧類彈力的大小應由平衡條件或牛頓第二定律求解.
四、摩擦力
名稱
項目
靜摩擦力
滑動摩擦力
定義
兩個相對靜止的物體間的摩擦力
兩個相對運動的物體間的摩擦力
產(chǎn)生
條件
(1)接觸面粗糙
(2)接觸處有壓力
(3)兩物體間有相對運動趨勢
(1)接觸面粗糙
(2)接觸處有壓力
(3)兩物體間有相對運動
大小、
方向
大?。?
F2 D.F3>F1>F2
解析:第一個圖中,以彈簧下面的小球為研究對象,第二個圖中,以懸掛的小球為研究對象,第三個圖中,以小球為研究對象.第一個圖中,小球受豎直向下的重力mg和彈簧向上的彈力,二力平衡,F(xiàn)1=mg;后面兩個圖中,小球受豎直向下的重力和細線的拉力,二力平衡,彈簧的彈力大小均等于細線拉力的大小,則F2=F3=mg,故三圖中平衡時彈簧的彈力相等.
答案: A
1.彈力有無的判斷方法
(1)直接判斷
根據(jù)物體是否直接接觸并發(fā)生彈性形變來判斷是否存在彈力.此方法多用來判斷形變較明顯的情況.
(2)利用假設法判斷
對形變不明顯的情況,可假設兩個物體間不存在彈力,即把與我們所研究的物體相接觸的其他物體去掉,看物體還能否保持原有的狀態(tài),若運動狀態(tài)不變,則此處不存在彈力,若運動狀態(tài)改變,則此處一定存在彈力.
(3)根據(jù)“物體的運動狀態(tài)”判斷
物體的受力必須與物體的運動狀態(tài)符合,依據(jù)物體的運動狀態(tài),由物體受力平衡(或牛頓第二定律)列方程來判斷物體間的彈力是否存在.
2.彈力方向的判斷方法
類型
方向的判定
舉例
接觸方式
面與面
與接觸面垂直
點與面
與接觸面垂直且過“點”
點與點
與公共切面垂直
輕繩
沿繩收縮的方向
輕桿
拉伸時沿桿收縮的方向,壓縮時沿桿伸長的方向
對于彈力不沿桿時,應具體分析
畫出圖中靜止的各球或桿受到的彈力.
解析: 平面與平面接觸,彈力方向垂直于平面;平面與曲面接觸,彈力方向垂直于平面,也垂直于曲面過接觸點的切面;曲面與曲面接觸,彈力方向垂直于公切面;點與平面接觸,彈力方向垂直于平面;點與曲面接觸,彈力方向垂直于曲面過接觸點的切面.根據(jù)不同接觸面上彈力的特點,作圖如圖所示.
(1)彈力方向的判斷
①先明確兩物體間作用的類型,②再根據(jù)各種類型的特點來判斷彈力的方向.
(2)計算彈力大小常見的三種方法
①根據(jù)力的平衡條件進行求解.
②根據(jù)胡克定律F=kx進行求解.
③根據(jù)牛頓第二定律進行求解.
1-1:(xx深圳市階段性檢測)如圖所示,一重為8 N的球固定在AB桿的上端,今用測力計水平拉球,使桿發(fā)生彎曲,此時測力計的示數(shù)為6 N,則AB桿對球作用力的大小及方向為( )
A.6 N,豎直向上
B.8 N,豎直向下
C.10 N,斜左上與豎直方向的夾角為37
D.12 N,斜右上與豎直方向的夾角為53
解析:取球受力分析如圖所示,由平衡條件知F桿= N=10 N.
設F桿與豎直方向的夾角為θ,
則tan θ==
所以θ=37.
答案: C
1.靜摩擦力的有無及其方向的判定方法
(1)假設法
利用假設法判斷摩擦力的有無及方向的思維程序如下:
(2)狀態(tài)法:從物體的運動狀態(tài)反推出必須具備的受力條件,并進一步分析組成條件中靜摩擦力所起的作用,從而判斷出靜摩擦力的有無及方向.
(3)利用牛頓第三定律來判斷:此法的關鍵是抓住“力是成對出現(xiàn)的”,先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向,再根據(jù)“反向”確定另一物體受到的靜摩擦力方向.
2.滑動摩擦力方向判斷的關鍵——對“相對運動”的理解
“相對運動”是指研究對象相對于與其接觸的物體是運動的.因此,研究對象與其接觸的物體可能一個靜止,另一個運動(如物體在地面上運動時,物體是運動的,地面是靜止的),也可能兩者都是運動的.
如圖甲、乙所示,物體A、B在力F作用下一起以相同速度沿F方向勻速運動,關于物體A所受的摩擦力,下列說法正確的是( )
A.甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力,且方向均與F相同
B.甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力,且方向均與F相反
C.甲、乙兩圖中物體A均不受摩擦力
D.甲圖中物體A不受摩擦力,乙圖中物體A受摩擦力,方向和F相同
解析:圖甲中,假設A、B之間光滑接觸,則物體A在水平方向不受任何外力作用,A仍可保持原來的勻速直線運動,故A不受摩擦力;圖乙中,假設物體A不受摩擦力或所受摩擦力沿斜面向下時,則A將會在重力沿斜面向下的分力或該分力與摩擦力的合力作用下,沿斜面向上做勻減速直線運動,與題設條件矛盾,故A所受摩擦力應沿斜面向上.
答案: D
2-1:一個斜面體上擱置一根只能沿豎直方向運動的直桿,桿與斜面接觸面粗糙.斜面體水平向右運動過程中,發(fā)現(xiàn)桿勻加速上升,如圖所示,關于斜面體對桿的作用力,下列判斷正確的是( )
A.斜面對桿的滑動摩擦力沿斜面向下
B.斜面對桿的滑動摩擦力沿斜面向上
C.斜面體對桿的作用力豎直向上
D.斜面體對桿的作用力豎直向下
解析:桿勻加速上升,斜面體水平向右運動,桿相對于斜面體向上滑動,因此桿受的摩擦力沿斜面向下,A對,B錯;桿受的支持力垂直于斜面向上,桿受斜面體的作用力斜向右上方,C、D項錯誤.
答案: A
有三個相同的物體疊放在一起,置于粗糙水平地面上,物體之間不光滑,如圖所示.現(xiàn)用一水平力F作用在乙物體上,物體仍保持靜止,下列說法正確的是( )
A.丙受到地面的摩擦力大小為F,方向水平向左
B.甲受到水平向右的摩擦力作用
C.乙對丙的摩擦力大小為F,方向水平向右
D.丙對乙的摩擦力大小為F,方向水平向右
解析:甲、乙、丙均處于靜止狀態(tài),確定丙與地面間的摩擦力可采用整體法.研究甲、乙、丙的受力情況時,需要將它們隔離開進行分析.
對于選項A,以甲、乙、丙三者整體為研究對象,此整體在水平方向上受平衡力的作用,因此丙受到地面的摩擦力大小等于拉力F,方向水平向左,選項A正確;對于選項B,以甲為研究對象,甲不受摩擦力,選項B錯誤;對于選項C,乙對丙的摩擦力
與丙對乙的摩擦力大小相等、方向相反,由此可知,乙對丙摩擦力的大小等于F,方向水平向右,故選項C正確,選項D錯誤.
答案: AC
1.靜摩擦力大小的計算
根據(jù)物體的運動狀態(tài)求解
(1)若物體處于平衡狀態(tài),利用平衡條件求解.
(2)若物體有加速度,利用牛頓第二定律和受力分析結合起來求解.
2.滑動摩擦力大小的計算
(1)滑動摩擦力的大小用公式Ff=μFN來計算,但應注意:
①μ為動摩擦因數(shù),其大小與接觸面的材料、表面的粗糙程度有關,F(xiàn)N為兩接觸面間的正壓力,其大小不一定等于物體的重力.
②滑動摩擦力的大小與物體的運動速度無關,與接觸面的面積大小也無關.
(2)根據(jù)物體的運動狀態(tài)求解
①若物體處于平衡狀態(tài),利用平衡條件求解.
②若物體有加速度,利用牛頓第二定律和受力分析結合起來求解.
3-1:(xx銀川模擬)在水平力F作用下,重為G的物體沿墻壁勻速下滑,如圖所示,若物體與墻之間的動摩擦因數(shù)為μ,則物體所受的摩擦力的大小為( )
A.μF B.μF+G
C.G D.
解析:由Ff=μFN得Ff=μF,A正確,B錯誤;由豎直方向二力平衡得F=G,C正確,D錯誤.
答案: AC
分類
說明
案例圖示
靜-靜“突變”
物體在摩擦力和其他力作用下處于平衡狀態(tài),當作用在物體上的其他力發(fā)生突變時,如果物體仍然保持靜止狀態(tài),則物體受到的靜摩擦力的大小或方向將會發(fā)生“突變”.
水平力F作用下物體靜止于斜面上,F(xiàn)突然增大時物體仍靜止,則所受靜摩擦力大小或方向將“突變”.
靜-動“突變”
物體的摩擦力和其他力作用下處于靜止狀態(tài),當其他力變化時,如果物體不能保持靜止狀態(tài),則物體受到的靜摩擦力將“突變”為滑動摩擦力.
放在粗糙水平面上的物體,作用的水平力從零逐漸增大,物體開始滑動,物體受地面摩擦力由靜摩擦力“突變”為滑動摩擦力.
動-靜“突變”
在摩擦力和其他力作用下,做減速運動的物體突然停止滑行時,物體將不受滑動摩擦力作用,或滑動摩擦力“突變”為靜摩擦力.
滑塊以v0沖上斜面做減速運動,當?shù)竭_某位置靜止時,滑動摩擦力“突變”為靜摩擦力.
動-動“突變”
某物體相對于另一物體滑動的過程中,若突然相對運動方向變了,則滑動摩擦力方向發(fā)生“突變”.
水平傳送帶的速度v1>v2,滑塊受滑動摩擦力方向向右,當傳送帶突然被卡住時滑塊受到的滑動摩擦力方向“突變”為向左.
(靜-靜“突變”)一木塊放在水平桌面上,在水平方向共受到三個力即F1、F2和摩擦力的作用,木塊處于靜止狀態(tài),如圖所示,其中F1=10 N,F(xiàn)2=2 N,若撤去F1,則木塊受到的摩擦力為( )
A.10 N,方向向左
B.6 N,方向向右
C.2 N,方向向右
D.0
解析:當物體受F1、F2及摩擦力的作用而處于平衡狀態(tài)時,由平衡條件可知物體所受的摩擦力的大小為8 N,可知最大靜摩擦力Ffmax≥8 N.當撤去力F1后,F(xiàn)2=2 NR1>,則FN1和FN2的關系正確的是( )
A.FN1=FN2
B.FN1FN2
D.以上條件不能確定FN1和FN2的大小關系
解析:對小球受力分析如圖所示,每個球受到槽兩側邊沿的彈力均為FN,有F=2FNcos =mg,因為R2>R1,所以θ2<θ1,cos>cos ,可得FN1>FN2.
答案: C
6.木塊甲、乙分別重50 N和60 N,它們與水平地面之間的動摩擦因數(shù)均為0.25.夾在甲、乙之間的輕彈簧被壓縮了2 cm,彈簧的勁度系數(shù)為400 N/m.系統(tǒng)置于水平地面上靜止不動.現(xiàn)將F=1 N的水平拉力作用在木塊乙上,如圖所示,力F作用后( )
A.木塊甲所受摩擦力大小是12.5 N
B.木塊甲所受摩擦力大小是11.5 N
C.木塊乙所受摩擦力大小是9 N
D.木塊乙所受摩擦力大小是7 N
解析:由題意可得木塊乙受到的最大靜摩擦力Fmax=μFN=0.2560 N=15 N,彈簧的彈力F彈=kx=4000.02 N=8 N,木塊乙受到向右的力F彈+F=9 N
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