高考物理鲁科版必修1 2.1《重力 弹力 摩擦力》课件

欢迎进入物理课堂 1 知道力的概念及重力 2 知道常见的形变 通过实验了解物体的弹性 知道胡克定律 3 弹力产生的条件 方向的判断 大小的计算及胡克定律的应用 4 通过实验认识滑动摩擦 静摩擦的规律 能用动摩擦因数计算摩擦力 5 通过实验 理解力的合成与分解 知道共点力的平衡条件 区分矢量与标量 用力的合成与分解分析日常生活中的问题 纵观近几年的高考题 这部分知识必定出现 大部分是和其他的知识综合出题 主要涉及摩擦力和弹簧的弹力 单独出题时往往以摩擦力为主 所以 弹力中的胡克定律的应用和摩擦力的各类问题是这部分的重点和难点 在复习中应弄清摩擦力产生的条件 动 静摩擦力方向的判断 动 静摩擦力和最大静摩擦力大小的计算方法 弄清动 静摩擦力和最大静摩擦力的区别和联系 力的合成与分解和共点力的平衡 是整个高中物理学习的基础 在复习时应引起足够的重视 应熟练掌握矢量合成法则 平行四边形定则和三角形定则 受力分析时 要灵活运用整体法和隔离法 明确力的各种分解方法 1 力的概念 1 力是对的作用 物体之间的力是的 2 力是改变物体或使物体发生的原因 3 力的三要素 物体 物体 相互 运动状态 形变 力的大小 力的方向 力的作用点 2 力的基本特征 3 重力与重心 1 由于而使物体受到的力叫重力 地球上的一切物体 不管是静止的还是运动的 都将受到地球的 因此都受重力的作用 重力的方向 建筑工人利用重垂线检查墙角砌得是否竖直 就是利用的这一原理 2 物体各部分 这个点就是物体的重心 对于质量分布均匀且有规则几何形状的物体 其重心在 同时 物体的重心 填 一定 不一定 或 一定不 在物体上 例如 地球的吸引 吸引 竖直向下 受到的重力视为集中作用在一点 物体的几何中心 不一定 用铁丝弯成的圆环 篮球等 4 弹力 1 定义 物体发生弹性形变时 由于要 会对与它接触的物体产生力的作用 这种力叫做弹力 2 产生条件 两个物体必须直接 两个物体的接触处发生弹性 3 弹力的方向 总是与物体形变的趋向 压力 支持力的方向都与物体的接触面 绳子拉力的方向总是沿着绳子指向绳子的方向 4 弹簧的弹力 在弹性限度内 弹簧的弹力和弹簧伸长 或缩短 的长度 其表达式为F kx 称为 式中k称为弹簧的 其大小与弹簧的材料有关 单位是 恢复原状 接触 形变 相反 垂直 收缩 成正比 定律 胡克 劲度系数 N m 5 静摩擦力 1 产生 两个相互接触且有挤压的物体 有时产生的摩擦力 2 产生条件 相互接触且 有 接触面粗糙 3 大小 随外力的变化而变化 即只与外力有关而与正压力无关 计算时只能根据物体所处的状态 平衡或加速 由平衡条件或牛顿运动定律求解 4 方向 总是与物体的方向相反 相对 相对运动趋势 相对 运动趋势 相互挤压 运动趋势 6 滑动摩擦力 1 产生 两个相互接触且有挤压的物体发生时产生的摩擦力 2 产生条件 相互接触且 有运动 接触面粗糙 3 大小 滑动摩擦力大小与成正比 即 f N N指接触面的压力 并不总是等于物体的重力 是动摩擦因数 与相互接触的两个物体的材料有关 还跟接触面的情况 如粗糙程度 有关 4 方向 跟接触面相切 并跟物体相反 相对 相互挤压 相对 压力 相对滑动方向 滑动 1 直接判断对于形变较明显的情况 由形变情况直接判断 2 利用 假设法 判断对形变不明显的情况 可假设与研究对象接触的物体解除接触 判断研究对象的运动状态是否发生改变 若运动状态不变 则此处不存在弹力 若运动状态改变 则此处一定存在弹力 例如 如图所示 有一球放在光滑水平面AC上 并和光滑斜面AB接触 球静止 分析球所受的弹力 可用 假设法 即假设去掉AB面 球仍然能够保持原来的静止状态 则可以判断出球与AB面的接触处没有弹力 假设去掉AC面 则球将向下运动 故在与AC面的接触处球受到弹力 其方向垂直于AC面向上 3 根据物体所处的状态判断静止 或匀速直线运动 的物体都处于受力平衡状态 这可以作为判断某个接触面上弹力是否存在的依据 例如 如图所示 小球A在车厢内随车厢一块向右运动 可根据小球的运动状态分析车厢后壁对球A的弹力的情况 1 若车厢和小球做匀速直线运动 则小球A受力平衡 所以后车厢壁对小球无弹力 2 若车厢和小球向右做加速运动 则由牛顿第二定律可知 后车厢壁对小球的弹力水平向右 案例1 如图所示 小球B放在真空容器A内 球B的直径恰好等于正方体A的边长 将它们以速度v0竖直向上抛出 下列说法中正确的是 A 若不计空气阻力 上升过程中 A对B的压力向下B 若考虑空气阻力 上升过程中 A对B的压力向下C 若考虑空气阻力 下落过程中 B对A的压力向上D 若不计空气阻力 下落过程中 B对A的压力向上 解析 若不计空气阻力 则A B整体的加速度等于重力加速度 物体B的加速度也等于重力加速度 因此A对B没有作用力 同理 B对A也没有作用力 故选项A D错 若考虑空气阻力 则上升过程中 A B整体的加速度大于重力加速度 则B的加速度大于重力加速度 故A对B有向下的压力 选项B对 在下降过程中 A B整体的加速度小于重力加速度 则B的加速度小于重力加速度 故A对B有向上的压力 根据力的相互性 B对A有向下的压力 故选项C错 答案 B 误区警示 本题易误选A C 原因是没有正确判断物体的加速度与重力加速度的大小关系 从而导致不能正确判断A B间相互作用力的情况 即时巩固1 如图所示 细绳竖直拉球 小球和光滑斜面接触 并处于平衡状态 则小球受到的力有 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 解析 假设绳没有拉力 则小球不会平衡 所以小球受绳的拉力 假设斜面对小球有弹力 则小球不会平衡 故斜面对小球无弹力 答案 A 1 条件物体之间存在挤压 或拉伸 要恢复原状 产生弹力 由此知产生弹力的条件 一是物体间相接触 二是产生能够恢复原状的形变 2 机理当甲 乙两物体之间存在挤压 或拉伸 时 甲物体产生了形变 它由于具有恢复原状的趋势而对与它接触的乙物体产生一个弹力 这个弹力的方向指向甲物体恢复原状的方向 且垂直于接触面 同理 乙物体要恢复原状 对和它接触的甲物体也有弹力作用 4 弹力的大小弹力的大小与物体形变量有关 形变量越大 弹力越大 1 对于难以观察的微小形变 可以根据物体的受力情况和运动情况 运用物体平衡条件来确定弹力大小 2 对有明显形变的弹簧 橡皮条等物体 弹力的大小可以由胡克定律计算 胡克定律 在弹性限度内 弹簧弹力F的大小跟弹簧伸长 或缩短 的长度x成正比 数学表达式是 F kx 还可以表示成 F k x 其中k叫做弹簧的劲度系数 其数值等于弹簧发生单位长度形变时产生的弹力大小 是用来描述弹簧的基本性质的物理量 劲度系数跟弹簧的长度 弹簧的材料 弹簧的粗细都有关系 对于一个确定的弹簧来说 它的劲度系数是一定的 在国际单位制中 劲度系数k的单位是N m 案例2 如图所示 各图中A是否受弹力作用 若有 指明弹力方向 并作弹力的示意图 图中各物体静止 图中各接触面均光滑 解析 首先要明确有哪些物体与A物体接触 各接触处是否有相互挤压 由此可判断在接触处是否产生弹力及弹力的方向 图中A与B之间无挤压 A B之间无弹力作用 但A与地面之间有弹力作用 A受地面弹力方向垂直于地面向上 图中A与碗上边缘有挤压 A在此点受弹力作用 属于 点与线 接触 弹力方向与A杆垂直 指向左上方 A下端与碗底挤压产生形变 A在此点受弹力作用 属于 点与弧 接触 弹力垂直于切面方向指向球心 图中A与B及A与墙之间有挤压 都产生弹力 竖直墙给A的弹力与墙垂直指向左方 B给A的弹力沿两球球心连线指向A 图中在接触的面间发生形变 属于 面与面 接触 B对A的弹力垂直于斜面斜向右下 地面对A的弹力垂直于地面向上 它们的受力示意图如下图所示 答案 如图所示 误区警示 该题易出现的问题是 中认为B对A有弹力的作用 中不能正确判定两个弹力的方向 其原因是不能确定 中A B两球是否有相互的挤压及不能确定 中物体的接触面 即时巩固2 如图所示 重力不可忽略的均匀杆被细绳拉住而静止 试画出杆所受的弹力 答案 受力如图所示 即时巩固3 如图所示 两木块的质量分别为m1和m2 两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2 上面的木块压在上面的弹簧上 但不拴接 整个系统处于平衡状态 现缓慢地向上提上面的木块 直到它刚离开上面的弹簧 求这个过程中下面木块移动的距离 1 静摩擦力的有无及方向的确定方法 1 假设法 即假设接触面光滑 看物体是否会发生相对运动 若发生相对运动 则说明物体原来虽相对静止却有相对运动的趋势 假设接触面光滑 则此时物体发生相对运动的方向即为原来相对运动趋势的方向 从而可确定静摩擦力的方向 若没有发生相对运动 则说明没有静摩擦力 2 根据摩擦力产生的效果来判断其方向 如可以平衡其他力 可以做动力 可以做阻力 可以提供向心力等 再根据平衡条件和牛顿定律来计算其大小 用牛顿第二定律判断 关键是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 F ma 确定合力的方向 然后进行受力分析 判定静摩擦力的方向 右图中 物块A和B在外力F作用下一起沿水平面向右以加速度a做匀加速直线运动时 摩擦力提供A物体的加速度为a 摩擦力的大小为ma 方向水平向右 3 利用牛顿第三定律来判断此法关键是抓住 摩擦力是成对出现的 先确定受力较少的物体受到的摩擦力方向 再确定另一物体受到的摩擦力方向 案例4 如图所示 小车A上放着一木块B 在下列情况下 A B均相对静止 请分析以下几种情况木块B所受的摩擦力 1 小车在水平路面上做匀速直线运动 2 小车突然向右起动 3 向右运动的小车突然刹车 解析 1 由于木块随着小车一起匀速直线运动 木块与车相对静止 但木块相对车没有运动趋势 故木块不受静摩擦力作用 2 采用 假设法 分析 当车向右起动时 如果A B接触面光滑 A将相对于B向右运动 所以B相对于A有向左运动的趋势 故B受静摩擦力方向向右 3 因为刹车时B相对车有向右运动的趋势 故B受的静摩擦力方向向左 答案 1 不受摩擦力 2 受向右的静摩擦力 3 受向左的静摩擦力 即时巩固4 如图所示 地面上静止叠放着A B两个物体 力F分别作用于A B两物体上时 A B相对地面静止 试分别分析A B受到的摩擦力的情况 解析 1 F作用于A物体 A相对B有向右的运动趋势 B相对A有向左的运动趋势 故A受到向左的静摩擦力 其大小等于F B受到A给它的向右的静摩擦力 其大小也等于F 由于A B相对地而静止 B有向右运动的趋势 因此B受到地面给它的向左的静摩擦力 大小也等于F 2 F作用于B物体上 B相对地面有向右的运动趋势 故B受到地面给它的向左的静摩擦力 大小等于F 而A物体若受到B物体给它的摩擦力 则A B不可能相对地面静止 故A B之间没有摩擦力的作用 答案 见解析 1 静摩擦力大小的计算根据物体所受外力及所处的状态 平衡或变速 可分为两种情况 1 物体处于平衡状态 静止或匀速 时 利用力的平衡条件来判断其大小 2 物体有加速度时 若只有摩擦力 则f ma 例如匀速转动的圆盘上物块靠摩擦力提供向心力产生向心加速度 若除摩擦力外 物体还受其他力 则F合 ma 先求合力再求摩擦力 这种与运动状态有关的特点 区别于滑动摩擦力 2 滑动摩擦力的计算滑动摩擦力的大小用公式f N来计算 应用此公式时要注意以下几点 1 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 2 滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关 与接触面积的大小也无关 3 摩擦力的效果摩擦力可以是动力 也可以是阻力 受静摩擦力作用的物体不一定静止 受滑动摩擦力作用的物体不一定运动 4 最大摩擦力最大静摩擦力并不是物体实际受到的力 物体实际受到的静摩擦力小于最大静摩擦力 最大静摩擦力与接触面间的压力成正比 一般情况下 为了处理问题的方便 最大静摩擦力可按近似等于滑动摩擦力处理 案例5 2011 山东理综 如图所示 将两相同的木块a b置于粗糙的水平地面上 中间用一轻弹簧连接 两侧用细绳系于墙壁 开始时a b均静止 弹簧处于伸长状态 两细绳均有拉力 a所受摩擦力fa 0 b所受摩擦力fb 0 现将右侧细绳剪断 则剪断瞬间 A fa大小不变B fa方向改变C fb仍然为零D fb方向向右 解析 剪断右侧细绳的瞬间 右端细绳上拉力突变为零 而弹簧对两木块的拉力没有发生突变 与原来一样 所以b对地面有向左的运动趋势 受到静摩擦力fb方向向右 C错误 D正确 剪断右侧细绳的瞬间 木块a受到的各力都没有发生变化 A正确 B错误 答案 A D 即时巩固5 2011 天津理综 如图所示 A B两物块叠放在一起 在粗糙的水平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 解析 B向右做匀速减速直线运动 加速度大小不变 方向向左 故所受摩擦力的方向向左 大小不变 即A正确 B C D均错误 答案 A 答案 B 解析 由题意可以判断出 当倾角 30 时 物块受到的摩擦力是静摩擦力 大小为f1 mgsin30 当 45 时 物块受到的摩擦力为滑动摩擦力 大小为f2 N mgcos45 由f1 f得 答案 C 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