重力弹力摩擦力导学案介绍PPT

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第二章　相互作用 考纲导航考纲展示 1.滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力 Ⅰ 2．形变、弹力、胡克定律 Ⅰ 3．矢量和标量 Ⅰ 4．力的合成和分解 Ⅱ 5．共点力的平衡 Ⅱ 实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系实验三：验证力的平行四边形定则 权威解读 1.力的概念是物理学的一个基本概念，按性质分为重力、弹力、摩擦力等，力的分析与计算一直是高考考查的热点，常常以斜面或不同运动为背景，结合其他物理知识进行考查． 2．力的合成与分解是分析受力的基本方法，平行四边形定则不仅适用于力的运算，也是矢量运算的普遍法则．由于其基础性，所以对这部分的考查贯穿于高考试卷中的大部分题目中． 3．本章的重点是力与平衡，要掌握多种解决平衡问题的方法，如整体法与隔离法，正交分解法，相似三角形法，图解法等． 4．本章常与牛顿运动定律、动能定理、能量守恒定律等重要考点相结合，综合性较强，能力要求高. 一、力 1．力的三要素： 、 、 ． 2．力的基本性质 3.力的作用效果 (1)改变物体的 ． (2)使物体发生 ． 4．力的表示方法 (1)力的图示：包含力的三要素，用一条带箭头的 表示，线段的 表示力的大小， 表示力的方向． (2)力的示意图：受力分析时，作出物体受到某一力作用的 线段． 二、重力 1．大小：G＝ . 2．方向：总是 ． 3．作用点：重力的作用点是物体的 ，它的位置既与物体的 有关，又与物体的 分布情况有关． 且 分布均匀的物体的重心在物体的几何中心上． 三、弹力 1．弹力 (1)定义：发生 的物体由于 ，对与它接触的物体产生力的作用． (2)产生条件：物体相互 ，并且发生 形变． (3)几种常见的弹力：有 、 、 ． 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． 四、摩擦力 1．定义：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动趋势时，就会在接触面上产生阻碍 或 的力． 2．静摩擦力与滑动摩擦力的比较 1．下列说法正确的是(　　) A．用手压弹簧，手给弹簧一个作用力，弹簧对手没有作用力 B．运动员将垒球抛出后，垒球的运动状态仍在变化，垒球仍为受力物体，但施力物体不是运动员 C．施力物体对受力物体施加了力，施力物体本身可能不受力的作用 D．某物体作为一个施力物体，也一定是受力物体 解析　BD　根据作用力与反作用力的相互性可知A错误，D正确；抛出的垒球与运动员不再有关系，故运动员不再是施力物体，B正确． 2．下面关于重力、重心的说法中正确的是(　　) A．风筝升空后，越升越高，其重心也升高 B．质量分布均匀、形状规则的物体的重心一定在物体上 C．舞蹈演员在做各种优美动作时，其重心位置不变化 D．重力的方向总是垂直于地面 解析　A　实际上，一个物体的各个部分都受到重力，重心的说法是从宏观上研究重力对物体的作用效果时而引入的一个概念，重心是指一个点(重力的作用点)．由此可知，重心的具体位置应该由物体的形状和质量分布情况决定，也就是说只要物体的形状和质量分布情况不变，重心与物体的空间位置关系就保持不变．重心可能在物体外，也可能在物体内，对具有规则几何形状、质量均匀分布的物体，重心在物体的几何中心上． 物体位置升高，其重心也跟着升高，根据以上分析可以判断选项A是正确的，选项B、C是错误的．重力的方向是“竖直向下”的，要注意“竖直向下”与“垂直于地面”并不完全相同，所以选项D的说法是错误的． 3．关于摩擦力的产生及特点，以下说法正确的是(　　) A．物体间有相对运动时，一定有摩擦力 B．静摩擦力可以是阻力也可以是动力，但滑动摩擦力一定是阻力 C．物体间有摩擦力时一定有弹力，而且二者的方向一定垂直 D．物体所受的正压力增大时它所受的摩擦力一定增大 4．(2011·兴化模拟)实验室常用的弹簧测力计如图甲所示，弹簧的一端与连接有挂钩的拉杆相连，另一端固定在外壳上的O点，外壳上固定一个圆环，整个外壳重为G，弹簧和拉杆的质量忽略不计．现将该弹簧测力计以如图乙和丙的两种方式固定在地面上，并分别用同样的力F0(F0>G)竖直向上拉弹簧测力计，则稳定后弹簧测力计的读数分别为(　　) A．乙图读数为F0－G，丙图读数为F0＋G B．乙图读数为F0＋G，丙图读数为F0－G C．乙图读数为F0，丙图读数为F0－G D．乙图读数为F0－G，丙图读数为F0 解析　D　弹簧测力计的读数与弹簧的形变成正比，按图乙方式外壳受力F0＝F＋G，则弹簧测力计的读数F＝F0－G，按图丙方式弹簧测力计的读数直接由F0引起，弹簧测力计的读数为F0，D正确． 解析　物体A、B的受力如图甲、乙所示，由受力平衡知： 【答案】　850 N 要点一 弹力的分析和计算 1.弹力有无的判断方法 (1)根据弹力产生的条件直接判断弹力的产生要求物体要直接接触并且发生弹性形变，据此可以判断物体是否受到弹力作用，这个方法常用于判断形变比较明显的情况． (2)利用假设法判断对于形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体是否还能保持原有的运动状态，若物体的运动状态保持不变，则说明此处不存在弹力，若物体的运动状态发生改变，则此处一定存在弹力作用． (3)根据物体的运动状态判断由运动状态分析弹力，即物体的受力情况必须与物体的运动状态符合，依据物体的运动状态，由物体共点力的平衡条件或者牛顿第二定律列方程来判断物体间是否存在弹力作用． 2．弹力方向的判断方法 (1)根据物体产生形变的方向判断物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反，与自身(受力物体)形变方向相同． (2)根据物体的运动状态判断由状态分析弹力，即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列方程，确定弹力方向． (3)几种常见模型中弹力方向的确定 3.弹力大小的计算方法 (1)对于弹簧的弹力，由胡克定律F＝kx计算． (2)对于一般物体之间的弹力，要利用平衡条件或牛顿第二定律来计算． 小车向左以加速度a运动时，根据牛顿第二定律可知小球受重力mg和杆对小球的弹力F的合力提供加速度，由牛顿第二定律有F合＝ma，方向水平向左． 【规律方法】　杆既可以产生拉力，也可以产生推力；其弹力方向可能沿杆，也可能不沿杆，需结合物体的其他受力情况、运动情况，由物体的平衡条件或牛顿第二定律F合＝ma 确定． (2011·白银模拟)如图所示，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F1和F2，则以下结果正确的是(　　) 要点二 静摩擦力的分析与判定 1.对摩擦力产生条件的理解两物体间有弹力是这两个物体间有摩擦力的必要条件，有弹力不一定有摩擦力，但有摩擦力一定有弹力．条件强调的是“有相对运动或相对运动的趋势”，而不是“运动”，所以受静摩擦力的物体不一定静止，受滑动摩擦力的物体不一定运动． 2．判定静摩擦力的有无及方向 (1)假设法利用假设法判断摩擦力的有无及方向的思维程序如下： (2)状态法从物体的运动状态反推出必须具备的受力条件，并进一步分析组成条件中静摩擦力所起的作用，从而判断出静摩擦力的有无及方向． (3)利用牛顿第三定律来判断此法的关键是抓住“力是成对出现的”，先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据“反向”确定另一物体受到的静摩擦力方向． (4)用牛顿第二定律判断先判断物体的运动状态(即加速度方向)，再利用牛顿第二定律确定合力的方向，然后受力分析判定静摩擦力的有无和方向． 【例2】　(2011·昌平模拟)如图所示，物体A置于倾斜的传送带上，它能随传送带一起向上或向下做匀速运动，下列关于物体A的受力描述中，正确的是(　　) A．物体A随传送带一起向上匀速运动时，A所受的摩擦力沿斜面向下 B．物体A随传送带一起向下匀速运动时，A所受的摩擦力沿斜面向下 C．物体A随传送带一起向下匀加速运动时，A可能不受摩擦力作用 D．无论物体A随传送带一起匀速向上还是匀速向下运动，传送带对物体A的作用力均相同 解析　CD　物体A受到重力和传送带对物体的支持力和摩擦力三个力的作用，支持力和摩擦力的合力即为传送带对物体的作用力，当物体匀速运动时，传送带对物体的作用力总是与重力平衡，所以无论物体A随传送带一起向上匀速运动还是向下匀速运动，传送带对物体A的作用力均相同都是沿斜面向上，选项D正确．当向下加速度a＝gsin θ时，A与传送带间无摩擦力作用，C对． 【规律方法】　(1)静摩擦力是一种“被动力”，当物体的其他力变化时，静摩擦力可能会随之变化，分析时应结合物体的运动状态和受力情况来分析． (2)摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势，但摩擦力不一定阻碍物体的运动，即摩擦力不一定是阻力． 如图所示，物体A、B在力F作用下一起以相同的速度沿F方向匀速直线运动，关于物体A所受的摩擦力，下列说法正确的是(　　) A．甲、乙两图中A均受摩擦力，且方向均与F方向相同 B．甲、乙两图中A均受摩擦力，且方向均与F方向相反 C．甲、乙两图中A物体均不受摩擦力 D．甲图中A不受摩擦力，乙图中A受摩擦力， 方向和F方向相同 解析　D　甲图中A物体仅受重力及B物体对A的支持力的作用，且二力平衡，A物体做匀速直线运动；乙图中A物体受重力、B物体对A的支持力和静摩擦力三个力的作用而处于平衡状态，由A相对B有沿斜面下滑的趋势，所以静摩擦力的方向沿斜面向上与力F方向相同，选项D正确. 要点三 摩擦力大小的计算计算摩擦力的大小，首先要判断是静摩擦力还是滑动摩擦力，然后根据两种摩擦力的特点计算其大小． 1．静摩擦力大小的计算根据物体所受外力及所处的状态(平衡或加速)可分为两种情况： (1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)时，利用力的平衡条件来判断其大小． (2)物体处于变速运动状态(有加速度)时，若只有摩擦力作用，则F＝ma，若除了摩擦力外，物体还受其他力作用，则F合＝ma，可先求合力再求摩擦力，这种与运动状态有关的特点，有别于滑动摩擦力的计算． 2．滑动摩擦力大小的计算滑动摩擦力的大小通常用公式Ff＝μFN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，与接触面积及运动速度无关；FN为两接触面间的正压力，其大小不一定等于物体的重力． (2)滑动摩擦力的大小有时也可以借助平衡条件或牛顿第二定律进行计算． 3．最大静摩擦力并不一定是物体实际受到的力，通常情况下物体实际受到的静摩擦力由使物体产生相对运动趋势的外力决定，其大小为0≤Ff≤Fmax，一般情况下，为了处理问题的方便，最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力． 【例3】　如图所示，斜面固定在地面上，倾角为37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)，质量为1 kg的滑块，以一定的初速度沿斜面向下滑，斜面足够长，滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8.该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图象是图中的(取初速度方向为正方向，取g＝10 m/s2)(　　) 解析　A　由于mgsin 37°<μmgcos 37°，滑块减速下滑，因斜面足够长，故滑块最终一定静止在斜面上，开始阶段Ff滑＝μmgcos 37°＝6.4 N，方向沿斜面向上；静止在斜面上时，Ff静＝mgsin 37°＝6 N，方向沿斜面向上，由于取初速度方向为正方向，故图象A正确，B、C、D均错误． 【规律方法】　(1)解题时首先判定物体之间的摩擦是静摩擦还是滑动摩擦，静摩擦力不能用滑动摩擦力的公式计算． (2)分析摩擦力的方向时要注意静摩擦力的方向的“可变性”和滑动摩擦力方向的“相对性”． 物块静止在固定的斜面上，分别按图示的方向对物块施加大小相等的力F，A中F垂直于斜面向上，B中F垂直于斜面向下，C中F竖直向上，D中F竖直向下，施力后物块仍然静止，则物块所受的静摩擦力最大的是(　　) 解析　D　四个图中都是分析静摩擦力的作用．设物体所受重力为G，斜面倾斜角为θ，分别对物块进行受力分析，将重力G和力F分别沿斜面的方向和垂直斜面的方向进行正交分解后，根据物块的平衡条件，可得四个图中静摩擦力的大小分别为：A图中FfA＝Gsin θ；B图中FfB＝Gsin θ；C图中FfC＝(G－F)sin θ；D图中FfD＝(G＋F)sin θ，则FfC＜FfA＝FfB＜FfD，显然D图中的静摩擦力最大． 易错点 　对静摩擦力、下滑趋势认识模糊导致错误　【例】　物体M位于斜面上，受到平行于斜面的水平力F的作用处于静止状态，如图所示，如果将外力F撤去，则(　　) A．物体会沿斜面下滑 B．摩擦力方向由水平向左变为沿斜面向上 C．摩擦力变大 D．摩擦力变小 【错因剖析】　在解答本题时易犯错误具体分析如下： 【正确解答】　无论是否存在水平推力F，物体M都有沿斜面下滑的趋势，有F作用时，静摩擦力与F和Mgsin θ的合力方向相反，其大小等于F和Mgsin θ的合力；如果撤去F时，静摩擦力与Mgsin θ的方向相反沿斜面向上，大小等于Mgsin θ.由于Mgsin θ要小于Mgsin θ与F的合力，所以物体仍静止在斜面上，其摩擦力变小，故A、B、C均错，D正确．【答案】　D 1．(2011·朝阳模拟)如图所示，有一个重力不计的方形容器，被水平力F压在竖直的墙面上处于静止状态，现缓慢地向容器内注水，直到将容器刚好盛满为止，在此过程中容器始终保持静止，则下列说法中正确的是(　　) A．容器受到的摩擦力不变 B．容器受到的摩擦力逐渐增大 C．水平力F可能不变 D．水平力F必须逐渐增大解析　BC　分析方形容器的受力可知，容器受到的静摩擦力与重力平衡，水平力F与墙面对容器的弹力平衡．逐渐注水时重力增大，因此静摩擦力逐渐增大，容器自始至终受静摩擦力作用，由于水平力F与竖直方向各力垂直，故不影响竖直方向合力的大小．选项B、C正确． 2．(2011·徐州模拟)水平桌面上一个重200 N的物体，与桌面间的滑动摩擦系数为0.2(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，当依次用15 N，30 N，80 N的水平拉力拉此物体时，物体受到的摩擦力依次为(　　) A．15 N，30 N，40 N B．0，15 N，15 N C．0，20 N，40 N D．15 N，40 N，40 N 解析　A　根据Ff＝μFN，物体与桌面间滑动摩擦力和最大静摩擦力为40 N，故当用15 N、30 N、80 N的水平拉力拉物体时，物体受到的摩擦力依次为15 N、30 N、40 N，故A正确． 3.一个质量可以不计的弹簧，其弹力F的大小与长度l的关系如图中的直线a、b所示，这根弹簧的劲度系数为(　　) A．1 250 N/m B．625 N/m C．2 500 N/m D．833 N/m 4．(2011·安庆模拟)如图所示，物块质量为M，与甲、乙两弹簧相连接，乙弹簧下端与地面连接，甲、乙两弹簧质量不计，其劲度系数分别为k1和k2，起初甲处于自由伸长状态．现用手将弹簧甲上端A缓缓上提，使乙产生的弹力的大小变为原来的1/3，则手提甲的上端A应向上移动(　　) A．(k1＋k2)Mg/3k1k2 B．2(k1＋k2)Mg/3k1k2 C．4(k1＋k2)Mg/3k1k2 D．5(k1＋k2)Mg/3k1k2 解析　BC　问题中强调的是“大小”变为原来的1/3，没有强调乙是处于压缩状态还是拉伸状态．若乙处于压缩状态，ΔF＝2F0/3；若乙处于拉伸状态，ΔF′＝4F0/3，F0＝Mg.两弹簧串接，受力的变化相等，由胡克定律得，ΔF＝kΔx、Δx甲＝ΔF/k1、Δx乙＝ΔF/k2、两弹簧长度总变化Δx＝Δx甲＋Δx乙，所以B、C正确． 5．(2011·苏州模拟)如图所示，质量为m的木块P在质量为M的长木板ab上滑行，长木板放在水平地面上一直处于静止状态．若长木板ab与地面间的动摩擦因数为μ1，木块P与长木板ab间的动摩擦因数为μ2，则长木板ab受到地面的摩擦力大小为(　　) A．μ1Mg B．μ1(m＋M)g C．μ2mg D．μ1Mg＋μ2mg 解析　C　若长木板ab未动即地面对长木板ab的摩擦力为静摩擦力，由于P在长木板ab上滑动，即P对长木板ab的摩擦力大小为μ2mg.由平衡条件可知地面对ab的静摩擦力大小为μ2mg.即只有C正确．AKm红软基地