高中物理2.1《重力弹力摩擦力》课件（教科版必修1）

欢迎进入物理课堂 第1讲重力弹力摩擦力 考点1重力和弹力 1 重力 1 产生 由于 的吸引而使物体受到的力 2 大小 与物体的质量成 即G 可用 测量重力 3 方向 总是 4 重心 其位置与其 分布和形状有关 质量 竖直向下的 地球 正比 mg 弹簧测力计 2 弹力 1 定义 发生 的物体由于要恢复原状 对与它接触的物体产生的作用力 2 产生的条件 物体间直接 接触处发生 3 方向 总是与物体形变的方向 接触 弹性形变 弹性形变 相反 4 大小 胡克定律 内容 弹簧发生 时 弹力的大小跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成 表达式 F k是弹簧的 由弹簧自身的性质决定 单位是 用符号 表示 x是弹簧长度的 不是弹簧形变以后的长度 弹性形变 正比 kx 劲度系数 牛顿每米 N m 变化量 1 弹力有无的四种判断方法 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 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 看能否维持原来的力学状态 2 弹力方向的判断方法 1 根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断 2 根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向 3 计算弹力大小常见的三种方法 1 根据胡克定律进行求解 2 根据力的平衡条件进行求解 3 根据牛顿第二定律进行求解 一根轻质弹簧一端固定 用大小为F1的力压弹簧的另一端 平衡时长度为l1 改用大小为F2的力拉弹簧 平衡时长度为l2 弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内 该弹簧的劲度系数为 解析 选C 根据胡克定律有 F1 k l0 l1 F2 k l2 l0 解得C正确 考点2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的趋势时 在接触面上产生阻碍 或 的力 2 产生条件 1 接触面 2 接触处有 3 两物体间有 或 3 方向 与受力物体相对运动或相对运动趋势的方向 相对运动 动趋势 粗糙 弹力 相对运动 相对运动趋势 相反 相对运 4 大小 1 滑动摩擦力 f 2 静摩擦力 f N 0 f静max 1 静摩擦力有无及方向的常用判断方法 1 假设法 利用假设法判断的思维程序如下 不发生相对滑动 无相对运动趋势 无静摩擦力 有静摩擦力 有相对运动趋势 发生相对滑动 方向与相对运动趋势的方向相反 2 反推法 从研究物体的运动状态反推它必须具有的条件 分析组成条件的相关因素中摩擦力所起的作用 从而判断静摩擦力的有无及方向 3 状态法 此法关键是先判明物体的运动状态 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 4 牛顿第三定律法 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 力的相互性 确定另一物体受到的静摩擦力方向 2 摩擦力大小的计算 1 滑动摩擦力的计算 滑动摩擦力的大小用公式f N计算 应用此公式时要注意以下两点 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 N为两接触面间的正压力 其大小不一定等于物体的重力 滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关 与接触面积的大小无关 2 静摩擦力的计算 其大小 方向都跟产生相对运动趋势的外力密切相关 但跟接触面相互挤压力N无直接关系 因而静摩擦力具有大小 方向的可变性 其大小只能依据物体的运动状态进行计算 若为平衡状态 静摩擦力可由平衡条件建立方程求解 若为非平衡状态 可由动力学规律建立方程求解 最大静摩擦力f静max是物体将要发生相对滑动这一临界状态时的摩擦力 它的数值与N成正比 在N不变的情况下 滑动摩擦力略小于f静max 而静摩擦力可在0 f静max间变化 关于摩擦力 以下说法中正确的是 A 运动物体可能受到静摩擦力作用 但静止物体不可能受到滑动摩擦力作用B 静止物体可能受到滑动摩擦力作用 但运动物体不可能受到静摩擦力作用C 正压力越大 摩擦力可能越大 也可能不变D 摩擦力方向可能与速度方向在同一直线上 也可能与速度方向不在同一直线上 解析 选C D 静摩擦力产生在两个相对静止的物体之间 与物体是否运动无关 滑动摩擦力产生于两个相对运动的物体之间 与物体是否运动无关 A B错误 静摩擦力的大小与正压力的大小无关 一般由平衡条件或牛顿运动定律来求 滑动摩擦力f N 随着正压力的增大而增大 C正确 摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势方向相反 与速度方向无关 D正确 弹力的分析与计算 例证1 10分 如图所示 轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为10kg的物体 ACB 30 g取10m s2 求 1 轻绳AC段的张力FAC的大小 2 横梁BC对C端的支持力大小及方向 解题指南 解答本题时可按以下思路分析 明确两绳中拉力的特点 明确横梁对绳支持力的方向 由平衡条件求出作用力 规范解答 物体M处于平衡状态 根据平衡条件可判断 与物体相连的细绳拉力大小等于物体的重力 取C点为研究对象 进行受力分析 如图所示 1 图中轻绳AD跨过定滑轮拉住质量为M的物体 物体处于平衡状态 绳AC段的拉力为 FAC FCD Mg 10 10N 100N 4分 2 由几何关系得 FC FAC Mg 100N 4分 方向和水平方向成30 角斜向右上方 2分 答案 1 100N 2 100N方向与水平方向成30 角斜向右上方 互动探究 若图中横梁BC换为水平轻杆 且B端用铰链固定在竖直墙上 如图所示 轻绳AD拴接在C端 求 1 轻绳AC段的张力FAC的大小 2 轻杆BC对C端的支持力 解析 物体M处于平衡状态 与物体相连的细绳拉力大小等于物体的重力 取C点为研究对象 进行受力分析 如图所示 1 由FACsin30 FCD Mg得 FAC 2Mg 2 10 10N 200N 2 由平衡方程得 FACcos30 FC 0解得 FC Mgcot30 173N方向水平向右答案 1 200N 2 173N 方向水平向右 总结提升 分析绳或杆上的弹力时应注意的问题 1 中间没有打结的轻绳上各处的张力大小都是一样的 如果绳子打结 则以结点为界 不同位置上的张力大小可能是不一样的 2 轻杆可分为固定轻杆和有固定转轴 或铰链 的轻杆 固定轻杆的弹力方向不一定沿杆 弹力方向应根据物体的运动状态 由平衡条件或牛顿第二定律分析判断 有固定转轴的轻杆只能起到 拉 和 推 的作用 用 状态法 判断静摩擦力 例证2 2011 天津高考 如图所示 A B两物体叠放在一起 在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动 运动过程中B受到的摩擦力 A 方向向左 大小不变B 方向向左 逐渐减小C 方向向右 大小不变D 方向向右 逐渐减小 解题指南 解答本题时可按以下思路分析 A B运动状态 判断B加速度方向 确定合外力方向 确定B的摩擦力 自主解答 选A 物体B具有水平向左的恒定加速度 由牛顿第二定律知 物体B受到的合外力水平向左且恒定 对物体B受力分析可知 物体B在水平方向的合外力就是物体A施加的静摩擦力 因此 物体B受到的摩擦力方向向左 且大小不变 故A正确 总结提升 应用 状态法 解题时应注意的问题状态法是分析判断静摩擦力有无及方向 大小的常用方法 用该方法可以不必分析物体相对运动的趋势 使模糊不清的问题明朗化 复杂的问题简单化 在使用状态法处理问题时 需注意以下两点 1 明确物体的运动状态 分析物体的受力情况 根据平衡方程或牛顿第二定律求解静摩擦力的大小和方向 2 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 变式训练 2012 启东模拟 如图所示 两个等大的水平力F分别作用在B和C上 A B C均处于静止状态 各接触面与水平地面平行 A C间摩擦力大小为F1 B C间摩擦力大小为F2 C与地面间的摩擦力大小为F3 则 A F1 0 F2 0 F3 0B F1 0 F2 F F3 0C F1 F F2 0 F3 0D F1 0 F2 F F3 F 解析 选B 以A为研究对象 A处于平衡状态 又无运动趋势 所以A C间无摩擦力的作用 F1 0 以B为研究对象 B处于平衡状态 在F的作用下有向右的运动趋势 由平衡条件可知F2 F 以A B C整体为研究对象 水平方向的两个拉力平衡 故无运动趋势 所以F3 0 故B正确 变式备选 如图甲所示 A B两物体叠放在光滑水平面上 对B物体施加一水平变力F F t关系图像如图乙所示 两物体在变力F作用下由静止开始运动 且始终相对静止 则 A t时刻 两物体之间的摩擦力最大B t时刻 两物体的速度方向开始改变C t 2t时间内 两物体之间的摩擦力逐渐增大D 0 2t时间内 物体A所受的摩擦力方向始终与变力F的方向相反 解析 选C t时刻 F 0 故A B的加速度为零 两物体速度方向不变 且A B间的摩擦力为零 A B错误 t 2t时间内 A B系统的加速度逐渐增大 以A为研究对象 A受到的摩擦力应逐渐增大 A的加速度由其受到的摩擦力产生 因此A受到的摩擦力与A B加速度同向 即与F同向 C正确 D错误 摩擦力的分析与计算 例证3 如图所示 质量为m 20kg的物体 在粗糙水平面上向左运动 物体与水平面间的动摩擦因数 0 1 物体同时还受到大小为10N 方向向右的水平拉力F的作用 则水平面对物体的摩擦力 g取10m s2 A 大小是10N 方向水平向左B 大小是20N 方向水平向左C 大小是20N 方向水平向右D 大小是30N 方向水平向右 解题指南 滑动摩擦力的大小由f N决定 其方向与物体相对运动的方向相反 自主解答 选C 物体相对地面向左运动 受到的滑动摩擦力方向与相对运动方向相反 故方向水平向右 大小为f N mg 0 1 20 10N 20N 与外力F无关 故C正确 总结提升 解答本题关键在于明确滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度和正压力有关 方向与相对运动方向相反 对易错选项及错误原因具体分析如下 变式训练 2012 郑州模拟 如图所示 物块A放在倾斜的木板上 木板的倾角 分别为30 和45 时物块所受摩擦力的大小恰好相同 则物块和木板间的动摩擦因数为 解析 选C 木板的倾角 为30 时物块静止 所受摩擦力为静摩擦力 大小为mgsin30 木板的倾角 为45 时物块滑动 所受摩擦力为滑动摩擦力 大小为 mgcos45 由二者相等可得物块和木板间的动摩擦因数为选项C正确 例证 加工面条时 需要先把和好的面团轧成面片 然后再用刀切割成面条 如图所示 在轧面片的过程中 斜槽中的面片经过下面两个沿图示方向转动的滚轴时被轧薄 请你根据所学知识判断下列说法正确的是 A 斜槽上的面片受到的摩擦力方向沿斜槽向上B 滚轴之间的面片受到的摩擦力方向竖直向上C 滚轴之间的面片受到的摩擦力方向竖直向下D 滚轴之间的面片对滚轴的摩擦力方向竖直向下 规范解答 选A C 在斜槽上的面片相对于斜槽向下滑动 所以斜槽上的面片受到的摩擦力方向沿斜槽向上 A正确 滚轴之间的面片在摩擦力作用下向下运动 所以滚轴之间的面片受到的摩擦力方向竖直向下 B错误 C正确 由牛顿第三定律可知 滚轴之间的面片对滚轴的摩擦力方向竖直向上 D错误 静摩擦力和滑动摩擦力的相互转化问题当物体的受力情况发生变化时 摩擦力的大小和方向往往会发生变化 有可能会导致静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化 该类问题常涉及摩擦力的突变问题 在分析中很容易发生失误 在解决此类问题时应注意以下两点 1 如题干中无特殊说明 一般认为最大静摩擦力略大于滑动摩擦力 2 由于此类问题涉及的过程较为复杂 采用特殊位置法解题往往比采用过程分析法解题更为简单 典题例证 长直木板的上表面的一端放有一个木块 如图所示 木板由水平位置缓慢向上转动 即木板与地面的夹角 变大 另一端不动 则木块受到的摩擦力f随角度 的变化图像是下列图中的 命题探究 解决本题的关键在于理清物理过程 分析物体所受摩擦力的类型 然后分阶段或选用恰当的位置进行分析 深度剖析 选C 下面通过 过程分析法 和 特殊位置法 分别求解 解法一 过程分析法 1 木板由水平位置刚开始运动时 0 f静 0 2 从木板开始转动到木板与木块发生相对滑动前 木块所受的是静摩擦力 由于木板缓慢转动 可认为木块处于平衡状态 受力分析如图 由平衡关系可知 静摩擦力大小等于木块重力沿斜面向下的分力 f静 mgsin 因此 静摩擦力随 的增大而增大 它们满足正弦规律变化 3 木块相对于木板刚好要滑动而没滑动时 木块此时所受的静摩擦力为最大静摩擦力f静max 继续增大 木块将开始滑动 静摩擦力变为滑动摩擦力 且满足 f静max f滑 4 木块相对于木板开始滑动后 f滑 mgcos 此时 滑动摩擦力随 的增大而减小 满足余弦规律变化 5 最后 f滑 0综上分析可知选项C正确 解法二 特殊位置法本题选两个特殊位置也可方便地求解 具体分析见表 由以上分析知 选项C正确 1 如图所示 一根弹性杆的一端固定一个重量是2N的小球 小球处于静止状态时 弹性杆对小球的弹力 A 大小为2N 方向平行于斜面向上B 大小为1N 方向平行于斜面向上C 大小为2N 方向垂直于斜面向上D 大小为2N 方向竖直向上 解析 选D 小球处于平衡状态 只受弹力和重力作用 弹性杆对小球的弹力与小球受到的重力等大反向 大小为2N 方向竖直向上 故D正确 2 如图所示 A B两物体叠放在一起 用手托住 让它们静止靠在墙边 然后释放 使它们同时沿竖直墙面下滑 已知mA mB 则物体B A 只受一个重力B 受到重力 摩擦力各一个C 受到重力 弹力 摩擦力各一个D 受到重力 摩擦力各一个 弹力两个 解析 选A 物体A B将一起做自由落体运动 所以A B之间无相互作用力 物体B与墙面有接触而无挤压 所以与墙面无弹力 也就没有摩擦力 故物体B只受重力 A正确 3 2012 东城模拟 如图所示 静止的弹簧测力计受到大小都为40N的F1 F2的作用 弹簧测力计的示数为 A 0NB 40NC 80ND 无法确定 解析 选B 对于弹簧测力计来说 两端都有力的作用 所以读数不可能为0 A错误 弹簧测力计两端都受力的作用 容易让人理解为它的读数为80N 本题可以这样理解 弹簧测力计相当于一端固定在墙上 另一端受到一个40N的拉力 所以最终读数为40N B正确 C D错误 4 质量为m的物体在水平面上 在大小相等 互相垂直的水平力F1和F2的作用下 从静止开始沿水平面运动 如图所示 若物体与水平面间的动摩擦因数为 则物体 A 在F1的反方向上受到f1 mg的摩擦力B 在F2的反方向上受到f2 mg的摩擦力C 在F1 F2合力的反方向上受到的摩擦力为D 在F1 F2合力的反方向上受到的摩擦力为f mg 解析 选D 由于F1和F2的合力是恒力 物体由静止开始运动 必沿F1和F2的合力方向做直线运动 滑动摩擦力的方向必沿F1和F2的合力的反方向 滑动摩擦力的大小为f N 又因为N mg 故f mg D正确 5 重500N的物体放在水平地面上 物体与地面间的动摩擦因数为0 3 当用180N的水平力推物体时 物体所受的摩擦力大小为多少 当用100N的水平力推物体时 物体所受的摩擦力大小为多少 物体与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 解析 物体在水平方向上受推力F和摩擦力f两力作用 当F f静max时为滑动摩擦力 当F f静max时为静摩擦力 f静max N 0 3 500N 150N当F 180N时 物体受到滑动摩擦力 则 f N 150N当F 100N时 物体受到静摩擦力 则 f F 100N答案 150N100N 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全