2018-2019高中物理 第三章 研究物體間的相互作用 微型專題 兩種性質的力及物體的受力分析學案 粵教版必修1.doc

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微型專題　兩種性質的力及物體的受力分析 [學習目標] 1.進一步熟練判定彈力的方向，能根據平衡法、假設法確定彈力的有無和方向. 2.進一步熟練掌握靜摩擦力、滑動摩擦力方向的判定和大小的計算方法.3.學會對物體進行受力分析的方法. 一、彈力有無及方向的判斷 1.條件法：根據物體是否直接接觸并發(fā)生形變來判斷，常用于形變明顯的情況. 2.對于形變不明顯的情況通常有以下三種方法 (1)假設法：可以假設將與所研究物體接觸的其他物體撤去.看所研究物體還能否保持原來的狀態(tài)，若能則無彈力，若不能，則存在彈力. (2)狀態(tài)法：因為物體的受力必須與物體的運動狀態(tài)相吻合，所以可以依據物體的運動狀態(tài)由相應的規(guī)律(如二力平衡等)來判斷物體間的彈力. (3)替換法：可以將硬的、形變不明顯的施力物體用軟的易產生明顯形變的物體來替換，若替換后能發(fā)生形變，則表示原接觸處有彈力存在；若替換后不能發(fā)生形變，則表示原接觸處無彈力存在. 例1　在圖1中畫出物體A所受彈力的示意圖. 圖1 答案　如圖 解析　用假設法判斷.甲圖中，若拿走B球，A球將向右運動，說明A、B間有彈力；乙圖中，若拿走A球，B球將向下運動，說明A、B間有彈力；將容器左壁或底拿走，A球會運動，說明容器左壁和底部對A也會有彈力作用；丙圖中桿給重物的彈力F為支持力，方向沿桿向上；丁圖中桿給重物的彈力F并不沿著桿的方向，根據假設法判斷F的方向應豎直向上.  在分析乙圖中A、B間是否有彈力時，先將A移走，判斷出A對B有彈力，根據力的作用是相互的，可知B對A有彈力. 二、靜摩擦力有無及方向的判斷 1.靜摩擦力產生的條件：接觸面間有壓力、接觸面粗糙且有相對運動趨勢. 2.平衡條件法 當相互接觸的兩物體處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)時，可根據二力平衡條件判斷靜摩擦力的存在與否及其方向. 3.假設法 利用假設法進行判斷時，可按以下思路進行分析： 例2　(多選)如圖2所示，有三個相同的物體疊放在一起，置于粗糙的水平地面上，現用水平力F作用在B上，三個物體仍然靜止，下列說法中正確的是(　　) 圖2 A.B對A有摩擦力作用 B.B受到A、C的摩擦力作用 C.B只受到C的摩擦力作用 D.地面對C有摩擦力作用，大小等于F 答案　CD 解析　假設B對A有摩擦力作用，則A受力不能平衡，與題目所給條件不符，所以B對A無摩擦力作用，A錯誤；根據力的相互性可知，A對B也無摩擦力作用，B錯誤；假設C對B無摩擦力作用，則B在水平方向上只受力F作用，不可能保持靜止，與題目所給條件不符，故B受到C的摩擦力作用.由于A、B、C是保持靜止的，那么地面給C的摩擦力大小為F，方向向左，所以選項C、D正確. 在分析C對B的摩擦力時，也可以將A、B看成一個整體，因A、B整體保持靜止，說明C對B的摩擦力與F大小相等、方向相反. 針對訓練1　(多選)如圖3所示，物體A、B疊放在水平面上，水平力F作用在A上，使二者一起向右做勻速直線運動，下列說法正確的是(　　) 圖3 A.A、B之間無摩擦力 B.A受到的摩擦力水平向右 C.B受到A的摩擦力水平向右 D.地面對B的摩擦力為滑動摩擦力，水平向左 答案　CD 【考點】靜摩擦力 【題點】靜摩擦力的方向及有無判斷 三、摩擦力的計算 1.計算摩擦力時，應先判斷是靜摩擦力還是滑動摩擦力. 2.靜摩擦力用平衡條件計算，其大小只與平行于接觸面方向的力有關，與垂直接觸面方向的力無關.靜摩擦力在0＜f≤fmax內隨外力的變化而變化. 3.滑動摩擦力用f＝μFN計算，其中FN為接觸面受到的正壓力.或用平衡條件計算，其大小只與垂直接觸面方向的力有關，與平行接觸面方向的力無關.也可用平衡條件計算. 例3　如圖4所示，用水平力F將木塊壓在豎直墻壁上，已知木塊的重力G＝6 N，木塊與墻壁間的動摩擦因數μ＝0.25，求： 圖4 (1)當F＝25 N時，木塊靜止，木塊受到的摩擦力為多大？ (2)當F增大為30 N時，木塊仍靜止，木塊受到的摩擦力為多大？ (3)當F＝10 N時，木塊沿墻面下滑，此時木塊受到的摩擦力為多大？ 答案　(1)6 N　(2)6 N　(3)2.5 N 解析　分析木塊的受力情況，如圖所示. (1)(2)木塊靜止，根據二力平衡，豎直方向上的靜摩擦力等于重力，f1＝f2＝G＝6 N，與壓力大小無關. (3)木塊沿墻面下滑時，木塊與墻壁間的摩擦力為滑動摩擦力， f3＝μFN FN＝F＝10 N 所以f3＝μF＝0.2510 N＝2.5 N. 摩擦力的變化過程比較復雜，有些問題會涉及圖象問題，分析解答此類問題關鍵要分析清楚摩擦力的變化情況，涉及靜摩擦力的大小變化、方向變化，靜摩擦力與滑動摩擦力之間的轉化，需要根據題意作出正確判斷. 四、物體的受力分析 受力分析的一般步驟： 1.明確研究對象，即首先確定我們要分析哪個物體的受力情況，研究對象可以是單個物體(質點、結點)，也可以是兩個(或多個)物體組成的整體. 2.隔離分析：將研究對象從周圍物體中隔離出來，分析周圍有哪些物體對它施加了力的作用. 3.按重力、彈力、摩擦力、其他力的順序，依據各力的方向，畫出各力的示意圖. 例4　畫出圖5中物體A所受力的示意圖，并寫出力的名稱和施力物體：(1)物體A靜止，接觸面光滑；(2)A沿粗糙的固定斜面上滑；(3)A沿粗糙水平面滑行；(4)接觸面光滑，A靜止. 圖5 答案　見解析 解析　(1)物體A受重力G、推力F、支持力FN、墻壁對A向左的彈力FN′，施力物體分別是地球、推A的物體、地面、墻壁；(2)物體A受豎直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力FN、沿斜面向下的滑動摩擦力f，施力物體分別是地球、斜面、斜面；(3)物體A受重力G、支持力FN、滑動摩擦力f，施力物體分別是地球、水平面、水平面；(4)物體A受重力G、拉力FT、彈力FN，施力物體分別是地球、繩子、墻壁. 【考點】受力分析 【題點】簡單的受力分析問題 針對訓練2　(多選)如圖6所示，A物體沿豎直墻自由下滑，B、C、D物體均靜止，各接觸面均粗糙.下列說法正確的是(　　) 圖6 A.A物體受到三個力作用 B.B物體受到三個力作用 C.C物體受到三個力作用 D.D物體受到三個力作用 答案　BC 解析　A物體沿豎直墻自由下滑，“自由”說明物體A與豎直墻之間沒有彈力和摩擦力，因此A只受重力作用，故A選項錯誤；B物體處于靜止狀態(tài)，受到重力、彈力、摩擦力三個力的作用，故B正確；C物體受到重力和兩個繩子的拉力，故C正確；D物體處于靜止狀態(tài)，受到重力、支持力、繩子的拉力和摩擦力四個力的作用，故D錯誤. 【考點】受力分析 【題點】簡單的受力分析問題 1.(彈力方向的判斷)分別畫出圖7中小球的受力示意圖.(圖甲中小球在彈簧和細繩的作用下處于靜止狀態(tài)，乙中小球用細繩掛著靜止在桌角上，丙中小球固定在桿上) 圖7 答案　如圖所示 2.(摩擦力的理解及計算)如圖8所示，在研究摩擦力的實驗中，用彈簧測力計拉一個放在水平板上的木塊，部分實驗記錄如表所示.則實驗中木塊受到的(　　) 圖8 實驗次序 木塊狀態(tài) 彈簧測力計讀數/N 第1次 靜止 0.60 … … … 第5次 勻速 0.50 … … … 第10次 加速 0.90 A.靜摩擦力恒為0.60 N B.靜摩擦力可能大于0.60 N C.滑動摩擦力為0.90 N D.滑動摩擦力一定小于靜摩擦力 答案　B 解析　當木塊保持靜止時，靜摩擦力的大小隨著拉力的變化而變化，選項A錯誤；當拉力為0.60 N時，木塊處于靜止狀態(tài)，靜摩擦力大小為0.60 N，隨著拉力的增大，靜摩擦力可能大于0.60 N，選項B正確；當彈簧拉力為0.50 N時，木塊做勻速直線運動，因此滑動摩擦力等于0.50 N，選項C錯誤；靜摩擦力隨著拉力的變化而變化，因此可能大于滑動摩擦力，可能小于滑動摩擦力，也可能等于滑動摩擦力，選項D錯誤. 3.(物體的受力分析)如圖9所示，在水平桌面上疊放著木塊P和Q，水平力F推動兩個木塊一起做勻速直線運動，下列說法正確的是(　　) 圖9 A.P受3個力，Q受3個力 B.P受3個力，Q受4個力 C.P受2個力，Q受5個力 D.P受4個力，Q受6個力 答案　C 解析　兩木塊一起做勻速直線運動，P不受摩擦力，只受到重力和Q的支持力；以P、Q整體為研究對象，由平衡條件可知Q必定受到地面的摩擦力作用，Q共受到5個力(重力、壓力、支持力、摩擦力、推力). 【考點】受力分析 【題點】簡單的受力分析問題 4.(摩擦力大小的計算)如圖10所示，一個質量為M＝2 kg的物體放在粗糙水平面上，物體與水平面間的動摩擦因數μ＝0.2，用一條質量不計的細繩繞過定滑輪和一個質量為m0＝0.1 kg的小桶相連，已知：M受到的最大靜摩擦力fmax＝4.5 N，物體與定滑輪間的細繩水平，滑輪上的摩擦不計，g取10 N/kg，求在以下情況中，M受到的摩擦力的大小. 圖10 (1)只掛m0處于靜止狀態(tài)時； (2)只掛m0但在M上再放一個M′＝3 kg的物體時； (3)只在桶內加入m1＝0.33 kg的砂子時； (4)只在桶內加入m2＝0.5 kg的砂子時. 答案　(1)1 N　(2)1 N　(3)4.3 N　(4)4 N 解析　(1)因為m0g＝1 Nfmax，故物體運動，受到滑動摩擦力作用，所以f4＝μFN＝μMg＝4 N. 【考點】摩擦力的綜合應用 【題點】摩擦力的大小計算  一、選擇題 考點一　彈力的方向及彈力有無的判斷 1.在立起一根木棍的過程中要經過如圖1所示的位置，此時地面對木棍的彈力方向是圖中的(　　) 圖1 A.F1的方向 B.F2的方向 C.F3的方向 D.F4的方向 答案　B 解析　點、面接觸的彈力方向垂直于接觸面指向被支持的物體，所以地面對木棍的彈力方向正確的是F2. 【考點】彈力的方向及彈力有無的判斷 【題點】彈力方向的判斷 2.靜止的車廂頂部用細線豎直懸掛一小球，如圖2所示，小球下方與一光滑斜面接觸.關于小球的受力，下列說法正確的是(　　) 圖2 A.細線對它一定有拉力作用 B.細線對它可能沒有拉力作用 C.斜面對它可能有支持力作用 D.斜面對它一定有支持力作用 答案　A 解析　小球和光滑斜面接觸，斜面對小球沒有彈力(假設有彈力，小球將受到三個力作用，重力和細線的拉力在豎直方向上，彈力垂直于斜面向上，三個力的合力不可能為零，小球將向右上方運動，與題設條件矛盾，故斜面對小球沒有彈力)，故小球只受到重力和細線對它的拉力兩個力，故選項A正確，B、C、D錯誤. 【考點】彈力方向和彈力有無的判斷 【題點】彈力有無的判斷 3.如圖3所示，固定在小車上的支架的斜桿與豎直桿的夾角為θ，在斜桿下端固定著質量為m的小球，小車靜止，下列關于桿對球的彈力的判斷正確的是(　　) 圖3 A.大小為mg，方向沿桿向上 B.大小為mg，方向垂直于桿向上 C.大小為mg，方向豎直向上 D.以上說法都不對 答案　C 解析　小車靜止時，根據平衡條件可知，桿對小球的彈力F＝mg，方向豎直向上，C正確，A、B、D錯誤. 【考點】彈力方向和彈力有無的判斷 【題點】彈力方向的判斷 考點二　物體的受力分析 4.如圖4所示，一人站在自動扶梯的水平踏板上，隨扶梯斜向上勻速運動，以下說法正確的是(　　) 圖4 A.人受到重力和支持力的作用 B.人受到重力、支持力和向右的摩擦力的作用 C.人受到重力、支持力和向左的摩擦力的作用 D.人受到重力、支持力和與速度方向相同的摩擦力的作用 答案　A 解析　人做勻速直線運動，則人處于平衡狀態(tài)，受重力和支持力，若受摩擦力，一定沿水平方向，但沒有力與摩擦力平衡，故A正確，B、C、D錯誤. 【考點】受力分析 【題點】簡單的受力分析問題 5.如圖5所示，質量為m的木塊，在斜向左上方的力F的作用下，沿天花板向左做勻速直線運動，則該物體受到的作用力的個數為(　　) 圖5 A.2個 B.3個 C.4個 D.5個 答案　C 解析　由題意可知，木塊在斜向左上方的力F的作用下，沿天花板向左做勻速直線運動，因此除受到重力外，還受到天花板對木塊的水平向右的滑動摩擦力，根據摩擦力產生的條件，則木塊受天花板豎直向下的支持力，對木塊受力分析如圖所示，木塊受重力、支持力、摩擦力與推力共4個力，故C正確. 【考點】受力分析 【題點】簡單的受力分析問題 考點三　摩擦力的分析和計算 6.如圖6所示，A、B兩物體重力都等于10 N，各接觸面間的動摩擦因數都等于0.3, F1＝1 N 和 F2＝2 N的兩個水平力分別作用在A和B上，A、B均靜止，則A受的摩擦力和地面對B的摩擦力大小分別為(　　) 圖6 A.3 N,6 N B.1 N,2 N C.1 N,1 N D.0 N,1 N 答案　C 解析　因兩個物體都處于靜止狀態(tài)，故所受的摩擦力均為靜摩擦力；對物體A受力分析可知：F1＝fA＝1 N；對A、B整體受力分析，由平衡條件可知：F2＝F1＋fB，解得fB＝1 N，故選項C正確. 7.如圖7所示，在粗糙水平面上有兩個質量分別為m1和m2的木塊1和2，它們用一根原長為l、勁度系數為k的水平輕彈簧連接，木塊與地面之間的動摩擦因數均為μ，重力加速度為g.現用一水平力向右拉木塊1，當兩木塊一起勻速運動時，兩木塊之間的距離為(　　) 圖7 A.l＋ B.l＋ C.l＋ D.l＋ 答案　C 解析　對木塊2受力分析，有kx＝μm2g，彈簧伸長量x＝，木塊之間的距離為l＋x＝l＋，選項C正確. 【考點】滑動摩擦力 【題點】滑動摩擦力的計算 8.(多選)如圖8所示，物體A放在水平桌面上，通過水平細繩繞過光滑定滑輪懸掛一個重為10 N的物體B，且已知物體A與桌面間的最大靜摩擦力為4 N.要使A靜止，需加一水平向左的力F1，則力F1的取值可以為(　　) 圖8 A.6 N B.8 N C.10 N D.16 N 答案　ABC 解析　當F1＝6 N時，靜摩擦力為f＝F2－F1＝4 N，即達到最大值且方向向左，故選項A正確. 當F1＝8 N時，靜摩擦力為f＝F2－F1＝2 N<4 N， 物體仍能靜止，且f的方向向左，故選項B正確. 當F1＝10 N時，靜摩擦力為f＝F2－F1＝0，故選項C正確. 當F1＝16 N時，物體A將向左運動，故選項D錯誤. 【考點】摩擦力的綜合應用 【題點】摩擦力的大小計算 9.(多選)如圖9是某小組同學為研究動摩擦因數所設計的實驗裝置.其中A為一質量為M的長直木板，B為木板上放置的質量為m的木塊，Q為木塊右端連接的一輕質水平彈簧測力計.實驗時用水平力將A從B的下方抽出，通過Q的讀數即可測出動摩擦因數.若實驗條件較為理想，則(　　) 圖9 A.只有將木板A勻速抽出才能從Q上讀取穩(wěn)定讀數 B.將木板A加速、減速或勻速抽出均能從Q上讀取穩(wěn)定讀數 C.通過該方法可測得A與B之間的動摩擦因數 D.通過該方法可測得A與地面之間的動摩擦因數 答案　BC 解析　用力將A從B的下方抽出達到穩(wěn)定狀態(tài)時，在水平方向上B所受的滑動摩擦力與彈簧測力計的拉力平衡，根據滑動摩擦力公式f＝μFN可知，滑動摩擦力的大小跟壓力大小和接觸面的粗糙程度有關，與A的速度無關，無論木板A是做勻速直線運動還是變速直線運動，都不會改變木塊受到摩擦力的大小，木塊相對地面總是靜止的，均能從Q上讀取穩(wěn)定讀數，選項A錯誤，B正確；當B達到穩(wěn)定狀態(tài)時，彈簧測力計的讀數F與B所受的滑動摩擦力f大小相等，B對木塊A的壓力大小等于B的重力mg，由f＝μFN，得μ＝，從Q上讀取F，則可求得μ，選項C正確，D錯誤. 【考點】摩擦力的綜合應用 【題點】摩擦力的大小計算 二、非選擇題 10.(受力分析)畫出圖10(1)～(3)中靜止物體A的受力示意圖. 圖10 答案 11.(摩擦力的計算)如圖11甲所示，將完全相同、質量均為4 kg的木塊A和B疊放在水平桌面上，在16 N的水平拉力F1作用下，A、B一起做勻速直線運動.(g取10 N/kg) 圖11 (1)此時木塊B上表面受到的摩擦力f1是多大？B的下表面所受的摩擦力f2又是多大？ (2)桌面與木塊之間的動摩擦因數是多少？ (3)若將A、B緊靠著放在水平桌面上(如圖乙所示)，用水平推力F2推A使它們一起勻速運動，這時A對B的彈力有多大？ 答案　(1)0　16 N　(2)0.2　(3)8 N 解析　(1)A做勻速運動，水平方向不受力，所以B上表面f1＝0 下表面f2＝F1＝16 N. (2)由FN＝(mA＋mB)g，f2＝μFN，解得μ＝0.2. (3)FNB＝mBg B受的摩擦力fB＝μFNB＝8 N FB＝fB＝8 N. 12.(摩擦力的計算)如圖12所示，A物體所受重力為20 N，B物體所受重力為10 N，力F豎直向下，A與水平面間的動摩擦因數μ＝0.4，其余摩擦不計，A與定滑輪間的細線水平，求 (1)(2)兩種情況下物體A受什么摩擦力？大小如何？(假設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力) 圖12 (1)F＝0時由靜止釋放B物體； (2)F＝10 N時由靜止釋放B物體； (3)若要使A勻速運動，所加力F的大小是多少？ 答案　(1)滑動摩擦力　8 N　(2)靜摩擦力　10 N (3)5 N 解析　(1)F＝0時，A所受最大靜摩擦力為fmax＝μmAg＝8 N，此時mBg＞fmax，故A將運動，A所受摩擦力為滑動摩擦力，大小為Ff＝μmAg＝8 N； (2)當F＝10 N時，A所受最大靜摩擦力為fmax′＝μ(F＋mAg)＝12 N，此時mBg＜fmax′，故A靜止，A所受摩擦力為靜摩擦力，大小為f＝mBg＝10 N. (3)若A勻速運動，此時滑動摩擦力大小等于B的重力大小，故此時有：μ(mAg＋F)＝mBg，代入數據得：F＝5 N，故所加力F的大小是5 N. 【考點】摩擦力的綜合應用 【題點】摩擦力的大小計算