人教版课标高中物理必修一常见几种性质的力部分.ppt

1 掌握重力 弹力 摩擦力的产生 大小和方向 以及力的合成与分解的含义和应用 2 能够灵活应用平行四边形法 正交分解法 三角形法 假设法 整体法和隔离法等多种方法解决有关受力分析和共点力平衡的问题 3 掌握受力分析的步骤 能对复杂的受力问题作出准确的分析 本章内容也是基础性的 复习时要加深对力的概念 产生条件的理解 熟练力的分析方法 力的合成与分解方法 复习时侧重点是摩擦力 受力分析 力的合成与分解 共点力的平衡 多选与社会生产 生活和现代科技相联系的新颖题目加强训练 培养学生创新精神和实践能力 注意加强物理思维方法的运用 加强运用数学知识解决物理问题的训练 第一单元常见几种性质的力 1 力的定义 力是物体与物体之间的作用 2 力的作用效果 1 改变物体的 2 使物体发生 3 力的作用效果取决于力的三要素 即 相互 运动状态 形变 大小 方向 作用点 4 力的分类 1 按命名 有重力 弹力 摩擦力等 2 按命名 有拉力 压力 支持力 动力 阻力等 5 形象表示力的方法 和 性质 效果 力的图示 力的示意图 1 重力 由于的吸引而使物体受到的力叫重力 2 重力的大小 G mg g为重力加速度 重力的大小可用测量 1 随高度而变化 物体距地面越高 重力越小 2 随纬度而变化 随纬度增大而增大 地球 弹簧秤 3 重力的方向 向下 或者垂直于向下 4 重力的作用点 作用在物体的重心上 即物体各部分所受重力的作用可集中于一点 这点叫做物体的重心 竖直 水平面 等效 1 弹力 发生的物体 由于要恢复原状 对跟它的物体产生力的作用 这种力叫弹力 2 弹力产生的条件 1 两个物体 2 接触 3 两物体发生形变 3 弹力的方向 与作用在物体上使物体发生形变的外力的方向 与受力物体形变的方向 与施力物体形变的方向 形变 接触 直接 弹性 相反 相同 相反 4 弹力的大小 与物体的形变程度有关 形变量 产生的弹力越大 弹簧的弹力 在弹性限度内遵循胡克定律 x表示形变量 k表示劲度系数 k的大小与弹簧的 弹簧的 弹簧丝的 弹簧的有关 F kx 材料 粗细 粗细 长短 越大 1 概念 两个相互接触的物体发生时产生的摩擦力 2 作用效果 总是起着阻碍物体间的作用 3 产生条件 相互接触且 有 相对运动 相对运动 挤压 相对运动 接触面粗糙 4 大小 滑动摩擦力大小与成正比 即 Ff FN 5 方向 跟接触面相切 并跟物体相反 压力 相对运动方向 1 概念 两个相互接触的物体 有时产生的摩擦力 2 作用效果 总是起着阻碍物体间的作用 3 产生条件 相互接触且 有 4 大小 随引起相对运动趋势的外力的变化而变化 即只与外力有关 而与正压力无关 相对运动趋势 相对运动趋势 挤压 相对运 动趋势 接触面粗糙 5 方向 总是与物体的方向相反 6 最大静摩擦力 静摩擦力的最大值 与接触面的压力成 还与接触面有关系 相对运动趋势 正比 严格地讲 重力是万有引力的一个分力 另一分力是提供物体随地球自转做匀速圆周运动的向心力 如图1所示 但在地球表面可以近似地认为重力等于万有引力 同一物体的重力在地球上不同位置不等 在赤道上时 重力最小 有F引 G F向 在地球两极时重力最大 有F引 G 图1 2 重心 1 特点 重心的位置与物体的形状及质量分布有关 重心不一定在物体上 更不一定在物体的几何中心 2 确定方法 质量分布均匀的形状规则的物体 重心在其几何中心 对于形状不规则或者质量分布不均匀的物体 重心可用悬挂法确定 1 根据弹力产生的条件直接判断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 利用假设法判断对形变不明显的情况 可假设两个物体间弹力不存在 看物体还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 则此处一定存在弹力 3 根据 物体的运动状态 分析弹力由运动状态分析弹力 即物体的受力必须与物体的运动状态相符合 依据物体的运动状态 由二力平衡 或牛顿第二定律 列方程 求解物体间的弹力 1 绳对物体只能产生拉力 不能产生推力 且绳子弹力的方向一定沿着绳子收缩的方向 这是由绳子本身的特点决定的 2 杆既可以产生拉力 也可以产生推力 弹力的方向可以沿着杆 也可以不沿杆 这是杆和绳两种模型的最大区别 3 若轻杆与铰链连接 其弹力一定沿杆方向 如图2所示 图2 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物体所受弹力方向必须与运动状态符合 根据物体的运动状态 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 弹力的方向 1 区分两种摩擦力 静止的物体也可能受滑动摩擦力作用 运动的物体也可能受静摩擦力作用 这里的静摩擦力的 静 和滑动摩擦力的 动 是针对接触面之间的相对运动而言的 区分 运动 和 相对运动 相对运动趋势 是不同的 2 摩擦力的方向可能和运动方向相同 充当动力 做正功 可能和运动方向相反 充当阻力 做负功 也可能和运动方向成某一夹角 3 静摩擦力的方向判断 1 假设法 即假设接触面光滑 若两物体发生相对运动 则说明它们原来有相对运动趋势 并且原来相对运动趋势的方向跟假设接触面光滑时的相对运动的方向相同 然后根据静摩擦力方向跟物体相对运动趋势方向相反 便可以确定静摩擦力的方向 2 结合物体的运动状态判断 由运动情况确定受力情况 1 静摩擦力大小的计算 1 物体处于平衡状态时 静止或匀速 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Ff 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 2 滑动摩擦力的计算 1 滑动摩擦力的大小用公式Ff FN来计算 但应注意 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 FN为两接触面间正压力 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 与接触面的面积大小也无关 2 根据物体的运动状态求解 若物体处于平衡状态 利用平衡条件求解 若物体有加速度 利用牛顿第二定律和受力分析结合起来求解 1 产生条件 a 接触面粗糙 b 有弹力 c 有相对运动趋势 2 静摩擦力的方向与接触面相切 并与物体的相对运动趋势方向相反 说明 1 静摩擦力与物体的运动方向可相同 相反 垂直 成一般角度 2 对运动趋势方向的判断 一般是采用化 静 为 动 的方法 假设研究对象与被接触物体之间光滑 若它们之间发生相对滑动 则其相对滑动方向便是原先的相对运动趋势方向 若它们之间不发生相对滑动 则说明它们之间原先并无相对运动趋势 3 静摩擦力的大小 1 静摩擦力的大小随着运动趋势强弱变化而在0与最大静摩擦力Fmax之间变化 跟相对运动趋势强弱程度有关 但跟接触面相互挤压力FN无直接关系 2 最大静摩擦力Fm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FN成正比 在FN不变的情况下 滑动摩擦力略小于Fm 而静摩擦力可在0 Fm间变化 1 最大静摩擦力并不一定是物体实际受到的力 物体实际受到的静摩擦力小于或等于最大静摩擦力 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 2 要正确理解摩擦力产生条件中 相对 的含义 相对 既不是对 地 也不是对 观察者 相对 的是跟它接触的物体 即把其中一个物体作参考系 分析另一个物体相对于参考系的运动 例1 2008年宁夏卷 一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动 小球通过细绳与车顶相连 小球某时刻正处于如图3所示的状态 设斜面对小球的支持力为FN 细绳对小球的拉力为FT 关于此时刻小球的受力情况 下列说法正确的是 图3A 若小车向左运动 FN可能为零B 若小车向左运动 FT可能为零C 若小车向右运动 FN不可能为零D 若小车向右运动 FT不可能为零 解析 解答本题时要注意假设法 隔离法的应用 可先假设FN或FT为零 然后对小球进行受力分析 并根据牛顿第二定律判断加速度的方向 最后分析它们的运动情况 并对假设的正误进行分析 对小球受力分析 当FN为零时 小球的合外力水平向右 加速度向右 故小车可能向右加速运动或向左减速运动 A对C错 当FT为零时 小球的合外力水平向左 加速度向左 故小车可能向右减速运动或向左加速运动 B对D错 答案 AB 高分通道 1 在本题中 支持力或拉力的有无必须根据物体的运动状态 并结合牛顿第二定律进行判断 2 在分析绳子的弹力时 易出现的思维误区是认为只要绳子处于伸直状态 就一定有弹力 变式1 如图4所示 一根弹性杆的一端固定在倾角为30 的斜面上 杆的另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 图4 解析 根据小球平衡 弹力和重力大小相等 方向相反 所以弹力大小为2N 方向竖直向上 D正确 答案 D 例2 如图5所示 两木块A B的质量分别为m1和m2 两轻质弹簧K1 K2的劲度系数分别为k1和k2 A压在弹簧K1上 但不拴接 整个系统处于平衡状态 现缓慢上提A木块 直到它刚离开K1 在这过程中B木块移动的距离为多少 图5 高分通道通过分析物体的运动过程 明确弹簧的形变量x和形变量的改变量 x 从而灵活应用F k x和 F k x进行计算 变式2 如图6所示 弹簧的劲度系数为k 小球重力为G 平衡时球在A位置 今用力F将小球向下拉长x至B位置 则此时弹簧的弹力为 A kxB kx GC G kxD 以上都不对 图6 解析 对此题 同学易选A项 但是错了 其原因是 x不是弹簧变化后的长度与原长的差值 球在A位置时弹簧已经伸长了 令它为 x 这样FB k x x kx k x 球在A位置平衡 即G k x 所以FB kx G 故选项B是正确的 答案 B 例3 2009年天津卷 物块静止在固定的斜面上 分别按下图所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增大的是 解析 对物块受力分析 由平衡条件知A B两种情况不会改变摩擦力的大小 C中F竖直向上 静摩擦力减小 D中F竖直向下 静摩擦力由mgsin 变为 mg F sin 增大 故D对 答案 D 高分通道本题考查受力分析和物体的平衡 解题的关键是正确作出受力分析并利用平衡条件列方程 考查学生的理解能力和推理能力 静摩擦力的有无与物体的运动状态有关 变式3 如图7所示 甲 乙 丙三个物体质量相同 与地面间的动摩擦因数相同 受到三个大小相同的作用力F 它们受到的摩擦力的大小关系是 A 三者相同B 乙最大C 丙最大D 已知条件不够 无法判断 图7 解析 因为三个物体的运动情况不知 从而无法判断它们的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力 也就无法判断摩擦力的大小 若为滑动摩擦力则乙最大 若为静摩擦力则丙最大 答案 D 1 关于力的叙述正确的是 A 只有互相接触的物体间才有力的作用B 物体受到力的作用 运动状态一定改变C 施力物体一定受到力的作用D 竖直向上抛出的物体 物体竖直上升 是因为竖直方向受到升力的作用 解析 力是物体间的相互作用 施力物体同时一定是受力物体 一定受到力的作用 所以C正确 相互作用的两个物体不一定互相接触 如电磁力 所以A错 物体受到合外力为零 运动状态不变 所以B错 对竖直上抛物体受力分析知 升力 无施力物体 所以升力不存在 所以D错 答案 C 2 跳高运动员在下图所示的四种过杆姿势中 重心最能接近甚至低于横杆的是 解析 四种过杆姿势中 前三种过杆时 重心均在杆之上 而背越式过杆时 头 躯干 腿依次过杆 身体的大部分与杆接近甚至低于杆 所以选D 答案 D 3 台球以速度v0与球桌边框成 角撞击O点 反弹后速度为v1 方向与球桌边框夹角仍为 如图8所示 OB垂直于桌边 则下列关于桌边对小球的弹力方向的判断中正确的是 A 可能沿OA方向B 一定沿OB方向C 可能沿OC方向D 可能沿OD方向 图8 解析 台球与球桌边框碰撞时 受到边框的弹力作用 弹力的方向应与边框垂直 即沿OB方向 故选B 答案 B 4 如图9所示 四个完全相同的弹簧都处于水平位置 它们的右端受到大小皆为F的拉力作用 而左端的情况各不相同 中弹簧的左端固定在墙上 中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用 中弹簧的左端拴一小物块 物块在光滑的桌面上滑动 中弹簧的左端拴一小物块 物块在有摩擦的桌面上滑动 若认为弹簧的质量都为零 以l1 l2 l3 l4依次表示四个弹簧的伸长量 则有 图9A l2 l1B l4 l3C l1 l3D l2 l4 解析 以弹簧为研究对象 根据牛顿第二定律F合 ma 由于弹簧的质量都为零 无论弹簧的加速度a是否为零 弹簧的合外力均为零 所以 中弹簧的弹力均为F 而四根完全相同的弹簧的劲度系数k都相同 由胡克定律F kx可知四根弹簧的伸长量均相等 即L1 L2 L3 L4 故D正确 答案 D 解析 物块在木板上两次所受摩擦力的大小相等 说明当 30 时是静摩擦力 在 45 时是滑动摩擦力 根据滑动摩擦力的计算公式f FN得 mgsin30 mgcos45 解得 2 B正确 答案 B 6 用一根长18cm的弹簧把一木块竖直吊起来 木块静止时 弹簧长23cm 把木块放在水平桌面上还用这根弹簧水平拉木块 当弹簧长度为19 6cm时 木块在桌面上匀速前进 求木块与桌面间的动摩擦因数 图11 解析 设弹簧劲度系数为k 其原长为l0 木块质量为m 则用弹簧竖直吊起木块 木块静止时 木块受重力mg和弹簧弹力F1作用 这二力大小相等 方向相反 有F1 mg F1 k l1 l0 可以得k mg l1 l0 用弹簧水平拉木块 木块在水平桌面上匀速运动时 木块处于平衡状态 这时木块在水平方向受到弹簧弹力F2和滑动摩擦力Ff作用 受力如图11 竖直方向受到重力mg和桌面支持力FN的作用 依据平衡条件 有F2 Ff FN mg Ff FN FN k l2 l0 解得木块与桌面间的动摩擦因数 0 32 答案 0 32