高考物理大一轮复习专题二相互作用与物体平衡第1讲重力弹力摩擦力课件.ppt

专题二相互作用与物体平衡 第1讲 重力弹力摩擦力 一 重力 吸引 mg 1 定义 由于地球的 而使物体受到的力 2 大小 G 竖直向下 水平面向下 3 方向 即垂直于 4 重心 重力的作用点 形状 质量分布 1 物体的重心与它的 以及 有关 重心不一定在物体上 2 质量分布均匀且有规则几何外形的物体 其重心在物体 的 几何中心 5 重力与万有引力的关系 重力是万有引力的 粗略计算时可认为两者大小相等 分力 基础检测 1 下列关于重力和重心的说法正确的是 A 物体所受的重力就是地球对物体产生的吸引力B 重力的方向总是指向地心C 用细线将重物悬挂起来 静止时物体的重心一定在悬线所在的直线上D 重心就是物体所受重力的等效作用点 故重心一定在物体上答案 C 二 形变和弹力 完全恢复原状 弹性形变 1 弹性形变 撤去外力后物体能够 的形变 2 弹力 物体由于发生 而对跟它接触的物体产生力的作用 3 弹力产生的条件 直接接触 弹性形变 1 两物体 2 接触处发生 4 弹力方向的判断 绳收缩 受力 受力 1 细绳的拉力方向一定沿绳指向 的方向 2 接触平面上的弹力 其方向垂直于接触平面指向 物体 3 两球面接触处的弹力 其方向垂直于两球面的公切面指向 物体 4 杆的弹力可沿杆 也可不沿杆 应具体问题具体分析 5 弹簧的弹力 在弹性限度内 弹簧弹力的大小遵循胡克定律 公式为F 式中的k为弹簧的劲度系数 x为弹簧的形变量 并非原长或总长 kx 基础检测 2 多选 如图2 1 1所示 一倾角为45 的斜面固定于墙角 为使一光滑的铁球静止于图示位置 需加一水平力F 且F通 过球心 下列说法正确的是 A 铁球一定受墙水平向左的弹力B 铁球可能受墙水平向左的弹力C 铁球一定受垂直斜面向上的弹力 图2 1 1 D 铁球可能受垂直斜面向上的弹力答案 BC 三 滑动摩擦力和静摩擦力 1 滑动摩擦力 相对滑动 相对滑动 1 定义 两个相互接触的物体有 时 在物体之间产生的阻碍相对滑动的作用力 2 产生条件 缺一不可 两物体相互接触并挤压 有弹力 接触面粗糙 两物体间有 3 大小 与正压力成正比 即f 叫动摩擦因数 与接触面的 和 有关 4 方向 与物体 的方向相反 与物体运动的 方向无关 FN 材料 粗糙程度 相对滑动 2 静摩擦力 相对滑动趋势 相对滑动趋势 1 定义 两个相互接触的物体间有 时 在接触面上产生的阻碍相对滑动趋势的力 2 产生条件 缺一不可 两物体相互接触并挤压 有弹力 接触面粗糙 两物体间有 3 大小 物体间的静摩擦力大小可以改变 两物体间接触面的粗糙程度和弹力不变的情况下 随着其他外力的变化而变化 4 方向 跟物体 的方向相反 并且摩 擦力的方向总跟接触面平行 或相切 相对滑动趋势 5 最大静摩擦力fmax 静摩擦力有一个 在数值上等于物体刚要滑动时所需要的沿相对滑动趋势方向的外力 静摩擦力的大小取值范围为 实际中 最大静摩擦力略大于滑动摩擦力 一般情况下 可近似认为最大静摩擦力等 于滑动摩擦力 最大值 0 f fmax 基础检测 3 2016年北京朝阳区二模 如图2 1 2所示 质量为10kg的物体A拴在一个被水平拉伸的弹簧一端 弹簧的拉力为5N时 物体A处于静止状态 若小车以1m s2的加速度向右运动后 则 g 10m s2 A 物体A相对小车向右运动B 物体A受到的摩擦力减小 图2 1 2 C 物体A受到的摩擦力大小不变D 物体A受到的弹簧拉力增大 解析 由题意得物体A与平板车的上表面间的最大静摩擦力Fm 5N F合 ma 10N 可知此时平板车对物体A的摩擦力为5N 方向向右 且为静摩擦力 所以物体A相对于车仍然静止 故A错误 F合 ma 10N 此时平板车对物体A的摩擦力为5N 方向向右 所以物体A受到的摩擦力大小不变 故B错误 C正确 物体A相对于车仍然静止 所以受到的弹簧的拉力大小不变 故D错误 答案 C 考点1对重力的理解 重点归纳 同一物体在两极处 所受重力最大 大小等于万有引力 在赤道上 所受的重力最小 考点练透 1 下列关于重力的说法中正确的是 A 物体只有静止时才受重力作用B 重力的方向总是指向地心C 地面上的物体在赤道上受的重力最小D 物体挂在弹簧秤下 弹簧秤的示数一定等于物体的重力解析 任何物体均受重力作用 重力的方向竖直向下 不一定指向地心 A B均错误 地面上的物体在赤道上受到的重力最小 C正确 当物体处于静止状态时 弹簧秤的示数才等于悬挂的物体的重力大小 D错误 答案 C 考点2弹力的分析与计算 重点归纳 1 弹力有无的判断 1 根据物体是否直接接触并且发生明显弹性形变来判断 是否存在弹力 2 假设法 当对一些微小形变难以直接判断时 可假设有 弹力存在 看是否能改变物体的运动状态 3 撤物法 将与研究对象接触的某一物体撤离 看物体的 运动状态是否能保持原来的状态 4 状态法 依据物体的运动状态 由平衡条件或牛顿运动定律列方程求解 如由此方法计算出以加速度a g下降的升降机对底板上的物体无弹力作用 2 弹力方向的确定 典例剖析例1 如图2 1 3所示 在甲图中悬挂小球的细线处于竖直状态 在乙图中悬线与竖直方向成 角 在丙图和丁图中都是一支持面水平 另一面倾斜 且各面都光滑 各图中小球均处于静 止状态 则小球与斜面之间存在弹力的是 图2 1 3 A 甲 B 乙 C 丙 D 丁 思维点拨 判断斜面对小球是否存在弹力 可用 撤物法 若去掉斜面后物体仍能保持原来的状态 则斜面对小球无弹力作用 否则小球受斜面的弹力作用 解析 在图甲中 若小球与斜面间有弹力 则其必沿垂直斜面方向 而小球所受重力竖直向下 悬线中拉力必竖直向上 此时小球所受3个力的合力不为零 与小球处于静止状态相悖 故此时球与斜面间无弹力作用 图乙中 若球与斜面间无弹力作用 则小球仅受竖直向下的重力和沿线方向的拉力 而此两力不在一条直线上 小球不能处于静止状态 故小球与斜面间有 弹力 在图丙 丁中 小球受力如图2 1 4戊 己中的实线所示 若小球与斜面之间有弹力的作用 如戊 己中的虚线所示 则小球无法保持平衡 故小球与斜面间无弹力作用 图2 1 4答案 B 备考策略 判断有无弹力 主要看有没有发生弹性形变 但很多弹性形变是微小形变 无法直接观察到 所以很多情况要间接判断 如 假设法 撤离法 平衡法 等 在物理学习中 常常用间接的方法处理物理问题 考点练透 2 如图2 1 5所示 图中所有的球都是相同的 且形状规则 质量分布均匀 甲球放在光滑斜面和光滑水平面之间 乙球与其右侧的球相互接触并放在光滑的水平面上 丙球与其右侧的球放在另一个大的光滑球壳内部并相互接触 丁球是一足球 一学生将足球踢向斜台的示意图如图所示 关于这四个球的受力 情况 下列说法正确的是 A 甲球受到两个弹力的作用B 乙球受到两个弹力的作用C 丙球受到两个弹力的作用D 丁球 足球 与斜台作用时斜台给足 球的弹力方向先沿v1的方向后沿v2的方向 图2 1 5 解析 对甲 乙 丙三球运用假设法和平衡法 假设甲球受斜面的弹力 则甲球就不能平衡了 假设乙球受右面球的弹力 乙球将向左运动 假设丙球不受右侧球的弹力则丙球将向右下方滚动 故A B均错误 C正确 弹力的方向垂直于接触面故D错误 答案 C 考点3弹力的分析与计算 重点归纳 分析物体的运动情况 然后根据物体的运动状态 利用共 点力的平衡条件或牛顿第二定律求弹力 例2 如图2 1 6所示 两个弹簧的质量不计 劲度系数分别为k1 k2 它们一端固定在质量为m的物体上 另一端分别固定在Q P上 当物体平衡时上面的弹簧处于原长 若把固定的物体换为质量为2m的物体 弹簧的长度不变 且弹簧均在弹性限度内 当物体再次平衡时 物体比第一次平衡时的位置 下降了x 则x为 图2 1 6 拉伸x 平衡时有k1 x1 x k2x 2mg 0 联立解得x 解析 物体质量为m时 上面的弹簧处于原长 由于物体处于平衡状态 下面的弹簧一定对物体有向上的支持力 因此下面的弹簧被压缩x1 由平衡条件得k1x1 mg 0 换成质量为2m的物体后 下面的弹簧将进一步压缩x 同时上面的弹簧被 mgk1 k2 答案 A 备考策略 弹簧类弹力的计算要点是弹簧形变量的确定 思维程序为 1 恢复弹簧的原长确定弹簧处于原长时端点的位置 2 判断弹簧的形变形式和形变量 从弹簧端点的实际位置与弹簧处于原长时端点的位置对比判断弹簧的形变形式和形变量x 并由形变形式判断弹力的方向 3 由胡克定律计算弹力的大小 考点练透 3 一轻弹簧两端分别连接物体甲 乙 在水平力作用下共同向右做匀加速运动 如图2 1 7所示 在水平面上时 力为F1 弹簧长为L1 在斜面上时 力为F2 弹簧长为L2 已知甲 乙两物体与接触面间的动摩擦因数相同 则轻弹簧的原长为 图2 1 7 k L1 L0 解析 设物体甲 乙的质量分别为m1 m2 与接触面间的动摩擦因数为 弹簧原长为L0 在水平面上时 以整体为研究对象有 F1 m1 m2 g m1 m2 a隔离甲物体有 k L1 L0 m1g m1a联立 解得 m1m1 m2 F1 k L2 L0 同理可得 m1m1 m2 F2 联立 可得轻弹簧的原长为L0 F2L1 F1L2F2 F1 C正确 答案 C 考点4摩擦力的分析和计算 重点归纳 1 判断静摩擦力的有无及方向的三种方法 1 假设法 利用假设法判断的思维程序如下 2 运动状态法 此法关键是先确定物体的运动状态 如平衡或求出加速度 再利用平衡条件或牛顿第二定律 F ma 确定静摩擦力的方向 3 牛顿第三定律法 力是物体间的相互作用 先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向 再根据牛顿第三定律确定另一物体受到的静摩擦力的方向 2 摩擦力大小的计算 1 物体处于平衡状态 静止或匀速直线运动 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 3 滑动摩擦力的大小用公式f FN来计算 典例剖析例3 2014年广东广州执信 广雅 六中三校联考 如图2 1 8所示 物体a b和c叠放在水平桌面上 水平力Fb 5N Fc 10N分别作用于物体b c上 a b和c仍保持静止 以f1 f2 f3分别表示a与b b与c c与桌面间的静摩擦力的大 小 则 A f1 5N f2 0 f3 5NB f1 5N f2 5N f3 0N 图2 1 8 C f1 0N f2 5N f3 5ND f1 0N f2 10N f3 5N 思维点拨 判断摩擦力方向和有无的方法 首先将物体进行隔离 然后判断是否有相对滑动或相对滑动的趋势 从而得到所求的摩擦力 必要时也可用假设法求解 解析 将a进行隔离分析可知 物体a相对物体b没有相对滑动趋势 故a b间的摩擦力为零 隔离b进行受力分析 可得b c间的摩擦力大小等于Fb的大小 将三个物体看作整体进行受力分析可知 物体所受合力为零 相对地面有相对运动的趋势 物体c与地面间的摩擦力大小f3 Fc Fb 5N 故C正确 答案 C 备考策略 计算摩擦力时的三点注意 1 首先分清摩擦力的性质 因为只有滑动摩擦力才有公式 静摩擦力通常只能用平衡条件或牛顿定律来求解 2 公式Ff FN中FN为两接触面间的正压力 与物体的重 力没有必然联系 不一定等于物体的重力 3 滑动摩擦力的大小与物体速度的大小无关 与接触面积 的大小也无关 考点练透 4 如图2 1 9所示 质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数为 0 2 从t 0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行 同时受到一个水平向左的恒力F 1N的作用 g取10m s2 向右为正方向 该物体受到的摩擦力f随时间变化的图象是 最大 静摩擦力等于滑动摩擦力 图2 1 9 AC BD 解析 从t 0开始以初速度v0沿水平地面向右做匀减速运动 受到的滑动摩擦力大小为f mg 0 2 1 10N 2N 方向向左 为负值 当物体的速度减到零时 物体所受的最大静摩擦力为fm mg 2N 因为F fm 所以物体不能被拉动而处于静止状态 受到静摩擦力作用 其大小为f F 1N 方向向右 为正值 根据数学知识得知 A正确 答案 A 易错点1摩擦力方向的判断例4 2015年广东仲元中学等七校联考 如图2 1 10所示 激情爬竿 在春晚受到观众的好评 当杂技演员用双手握住固定在竖直方向的竿匀速攀上和匀速攀下时 他所受的摩擦力分 别是f1和f2 那么 A f1向下 f2向上 且f1 f2B f1向下 f2向上 且f1 f2C f1向上 f2向上 且f1 f2 D f1向上 f2向下 且f1 f2 图2 1 10 错解分析 认为摩擦力的方向与速度方向相反 选择A 正解分析 杂技演员在爬上与爬下的过程中 手与竿保持相对静止 故受到的是静摩擦力的作用 根据重力与摩擦力平衡 可得匀速攀上和匀速攀下时 摩擦力方向均沿竿向上 大小与重力相等 故C正确 答案 C 指点迷津 静摩擦力的方向与物体的运动方向无关 与物体相对运动的趋势相反 可用平衡条件或牛顿第二定律求解 触类旁通 1 多选 2016年福建福州格致中学期中 如图2 1 11所示 质量为m的物体在与斜面平行向上的拉力F作用下 沿着水平地面上质量为M的粗糙斜面匀速上滑 在此过程中斜面保持静 止 则地面对斜面 A 无摩擦力B 支持力等于 m M g 图2 1 11 C 支持力为 M m g Fsin D 有水平向左的摩擦力 大小为Fcos 答案 CD 易错点2摩擦力的 突变 问题1 静 静 突变 物体在摩擦力和其他力的作用下处于静止状态 当作用在物体上的其他力的合力发生变化时 如果物体仍然保持静止状态 则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变 2 静 动 突变 物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态 当其他力变化时 如果物体不能保持静止状态 则物体受到的静摩擦力将 突变 成滑动摩擦力 3 动 动 突变 某物体相对于另一物体滑动的过程中 若突然相对运动方 向变了 则滑动摩擦力方向发生 突变 例5 2013年新课标全国卷 如图2 1 12所示 在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用 F平行于斜面向上 若要物块在斜面上保持静止 F的取值应有一定范围 已知其最大 值和最小值分别为F1和F2 F2 0 由此可求出 A 物块的质量B 斜面的倾角C 物块与斜面间的最大静摩擦力D 物块对斜面的正压力 图2 1 12 解析 物块受与斜面平行的外力F作用 而在斜面上静止 此时摩擦力的大小和方向将随F的变化而变化 设斜面倾角为 由平衡条件F1 mgsin Ffmax 0 F2 mgsin Ffmax 0 解 得Ffmax F1 F22 故选项C正确 答案 C 触类旁通 2 多选 将力传感器A固定在光滑水平桌面上 测力端通过轻质水平细绳与滑块相连 滑块放在较长的小车上 如图2 1 13甲所示 传感器与计算机相连接 可获得力随时间变化的规律 一水平轻质细绳跨过光滑的定滑轮 一端连接小车 另一端系沙桶 整个装置开始处于静止状态 在滑块与小车分离前缓慢向 沙桶里倒入细沙 力传感器采集的F t图象如图乙所示 则 乙 甲图2 1 13A 2 5s前小车做变加速直线运动B 2 5s后小车做变加速直线运动C 2 5s前小车所受摩擦力不变D 2 5s后小车所受摩擦力不变 解析 由题图乙可知 在F的变化阶段 沙桶质量在由小变大 滑块与小车之间没有相对滑动 属于静摩擦力 所以2 5s前 小车 滑块均静止 A错误 2 5s后小车受恒定摩擦力 但是外力增加 因此做变加速直线运动 B正确 根据上述分析 2 5s前滑块受静摩擦力 且静摩擦力在变化 2 5s后受滑动摩擦力 且大小不变 故D正确 答案 BD