高三物理一轮复习第二章相互作用第1讲重力弹力摩擦力课件.ppt

第二章相互作用第1讲重力弹力摩擦力 知识梳理 知识点1形变 弹性 胡克定律1 形变 物体在力的作用下 的变化 2 弹性形变 撤去外力作用后能够 的形变 形状和体积 恢复原状 3 弹力 1 定义 发生 的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力 2 产生条件 3 方向 总是与施力物体形变的方向 弹性形变 物体间直接接触 接触处发生弹性形变 相反 4 胡克定律 1 内容 在 内 弹力和弹簧形变大小 伸长或缩短的量 成 2 表达式 F kx k是 国际单位是牛顿每米 用符号N m表示 k的大小由弹簧 决定 x是 不是弹簧形变以后的长度 弹性限度 正比 弹簧的劲度系数 自身性质 弹簧长度的变化量 知识点2滑动摩擦力 动摩擦因数 静摩擦力1 静摩擦力 滑动摩擦力 相对静止 相对运动 接触面粗糙 接触处有压力 相对运动趋势 接触面粗糙 接触处有压力 相对运动 0 Ffm FN 相反 相反 相对运动趋势 相对运动 直观解读 如图所示 物体A B沿水平面向右运动 A B接触面粗糙 则 1 vA vB 物体B不受摩擦力 2 vA vB 物体B所受摩擦力方向 3 vA vB 物体B所受摩擦力方向 水平向右 水平向左 2 动摩擦因数 1 定义 彼此接触的物体发生 时 摩擦力和正压力的比值 2 决定因素 接触面的材料和 相对运动 粗糙程度 易错辨析 1 只要物体发生形变就会产生弹力作用 2 物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反 3 轻绳 轻杆的弹力方向一定沿绳 杆的方向 4 滑动摩擦力的方向不可能与物体运动方向相同 5 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 6 运动的物体也可能受到静摩擦力的作用 提示 1 只有物体发生弹性形变才会产生弹力作用 物体发生形变 但不一定是弹性形变 2 物体所受弹力的方向与施力物体形变的方向相反 与自身形变的方向相同 3 轻绳的弹力方向沿绳指向绳收缩的方向 轻杆如果能够自由转动 平衡时杆的弹力方向一定沿杆 如果轻杆不能自由转动 杆的弹力方向可能沿杆 也可能不沿杆 这要根据运动状态分析判断 4 滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反 与物体运动的方向可能相同 也可能相反 5 滑动摩擦力的大小可由Ff FN计算 与物体的运动速度和接触面的面积大小都无关 6 静摩擦力是两个相对静止的物体之间 由于有相对运动趋势而产生的阻碍物体相对运动趋势的力 两个相对静止的物体可能是运动的 也可能是静止的 考点1弹力的分析与计算 核心要素精讲 1 弹力有无的判断 四法 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 若发生形变 则此处一定有弹力 2 弹力方向的判断 1 五种常见模型中弹力的方向 2 根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律判断 3 计算弹力大小的三种方法 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 高考命题探究 典例1 如图所示 小车内一根轻质弹簧沿竖直方向和一条与竖直方向成 角的细绳拴接一小球 当小车和小球相对静止 一起在水平面上运动时 下列说法正确的是 世纪金榜导学号42722023 A 细绳一定对小球有拉力的作用B 轻弹簧一定对小球有弹力的作用C 细绳不一定对小球有拉力的作用 但是轻弹簧对小球一定有弹力D 细绳不一定对小球有拉力的作用 轻弹簧对小球也不一定有弹力 解析 选D 若小球与小车一起匀速运动 则细绳对小球无拉力 若小球与小车有向右的加速度a gtan 则轻弹簧对小球无弹力 故选项D正确 感悟提高 1 特点 本题属于弹力有无的分析 2 方法 解答本题应用了状态法 若小球与小车做 运动 则细线对小球无拉力 若小球与小车有向右的加速度a 则轻弹簧对小球无弹力 匀速直线 gtan 3 拓展 如图所示 若将轻质弹簧更换为一条细线b 其他条件不变 则细线a 选填 有 或 无 拉力的作用 细线b 选填 一定有 或 可能有 拉力的作用 有 可能有 规律总结 状态法 分析弹力的步骤 1 选取合适的研究对象 2 分析物体的受力情况 假设物体受弹力作用或不受弹力作用 3 根据平衡条件或牛顿第二定律列方程 4 求解弹力 若有解 则弹力存在 若无解 则弹力不存在 强化训练 1 多选 如图所示 小球A的重力为G 20N 上端被竖直悬线挂于O点 下端与水平桌面相接触 悬线对球A 水平桌面对球A的弹力大小可能是 解析 选A B C 球A处于静止状态 球A所受的力为平衡力 即线对球的拉力FT及桌面对球的支持力FN的合力与重力G平衡 即FT FN G D错误 若绳恰好伸直 则FT 0 FN G A正确 若球刚好离开桌面 则FN 0 FT G B正确 也可能FN FT C正确 2 2017 潍坊模拟 弹簧拉力器是一种适合于大众健身的器械 如图所示 它由几根规格相同的弹簧并联而成 弹簧根数可以调整 甲同学使用挂有3根弹簧的拉力器训练 乙同学使用挂有2根弹簧的拉力器训练 乙同学将弹簧拉开的最大伸长量是甲同学的2倍 则乙同学对拉力器施加的最大拉力是甲同学的 解析 选B 设一根弹簧的劲度系数为k 甲拉开的最大伸长量为x 乙拉开的最大伸长量为2x 甲的力为F 3kx 乙的力为F 2k 2x 故乙同学对拉力器施加的最大拉力是甲同学的n倍 n 选项B正确 加固训练 如图所示 轻质弹簧上端固定 下端悬挂一个重球 在重球下放着一光滑斜面 球与斜面接触且处于静止状态 弹簧保持竖直 则重球受到的力有 A 重力和弹簧的拉力B 重力 弹簧的拉力和斜面的支持力C 重力 斜面的弹力和斜面的静摩擦力D 重力 弹簧的拉力 斜面的支持力 下滑力 解析 选A 斜面光滑 故重球不受静摩擦力 所谓下滑力是重力沿斜面的分力 当谈到受重力作用后不应再提下滑力 故C D错误 重球处于静止状态 且弹簧保持竖直 重球不受斜面的支持力 否则在支持力的作用下重球水平方向受到的合力不为零 弹簧不能保持竖直状态 A正确 B错误 考点2摩擦力的分析与计算 核心要素精讲 1 静摩擦力有无及方向的判断 三法 1 假设法 利用假设法判断的思维程序如下 2 状态法 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 3 牛顿第三定律法 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 静摩擦力大小的计算 1 物体处于平衡状态 静止或匀速运动 利用力的平衡条件来计算其大小 2 物体有加速度时 若只有静摩擦力 则Ff ma 若除静摩擦力外 物体还受其他力 则F合 ma 先求合力再求静摩擦力 3 滑动摩擦力大小的计算 1 用公式Ff FN计算 2 结合研究对象运动状态 匀速运动或匀变速运动 利用平衡条件或牛顿运动定律求解 高考命题探究 典例2 2016 海南高考 如图 在水平桌面上放置一斜面体P 两长方体物块a和b叠放在P的斜面上 整个系统处于静止状态 若将a与b b与P P与桌面之间摩擦力的大小分别用f1 f2和f3表示 则 世纪金榜导学号42722024 A f1 0 f2 0 f3 0B f1 0 f2 0 f3 0C f1 0 f2 0 f3 0D f1 0 f2 0 f3 0 解析 选C 物块a相对于b 物块b相对于P 都有沿斜面下滑的趋势 所以a与b b与P之间的摩擦力f1 f2不为零 把物块a和b及斜面P看成一个整体 P与桌面之间没有相对运动的趋势 P与桌面之间摩擦力f3为零 所以选项C正确 A B D错误 感悟提高 1 特点 本题属于静摩擦力的分析 2 方法 解答本题应用了整体法和隔离法 判断a与b b与P P与桌面间有无摩擦力 应分别选取 为研究对象 a a和b a b P整体 3 拓展 若斜面P上表面光滑 a b一起沿斜面加速下滑 斜面P保持静止 则a b间 选填 有 或 无 摩擦力 P与桌面间的摩擦力方向向 P与桌面间的压力 a b P的总重力 无 左 小于 强化训练 1 2017 冀州模拟 如图所示 质量为m的木块放在质量为M的木板上 一起减速向右滑行 木板与地面间动摩擦因数为 1 木块与木板间动摩擦因数为 2 木块与木板相对静止 木板受到地面的摩擦力为Ff1 木板受到木块的摩擦力为Ff2 则 A Ff1 1MgFf2 1mgB Ff1 1 M m gFf2 1mgC Ff1 1MgFf2 2mgD Ff1 1 M m gFf2 2mg 解析 选B 木板与木块向右减速滑动 加速度相等 对整体 由牛顿第二定律得Ff1 1 M m g M m a 解得a 1g 对m 由牛顿第二定律得Ff2 ma 1mg 故B正确 A C D错误 2 如图所示 物体A B在力F作用下一起以相同速度沿F方向匀速运动 关于物体A所受的摩擦力 下列说法正确的是 A 甲 乙两图中物体A均受摩擦力 且方向均与F相同B 甲 乙两图中物体A均受摩擦力 且方向均与F相反C 甲 乙两图中物体A均不受摩擦力D 甲图中物体A不受摩擦力 乙图中物体A受摩擦力 方向和F相同 解析 选D 用假设法分析 甲图中 假设A受摩擦力 与A做匀速运动在水平方向合力为零不符 所以A不受摩擦力 乙图中 假设A不受摩擦力 A将相对B沿斜面向下运动 所以A受沿F方向的摩擦力 故选D 考点3摩擦力的突变问题 核心要素精讲 1 静摩擦力的突变问题 静摩擦力是被动力 其存在及大小 方向取决于物体间的相对运动趋势 而且静摩擦力存在最大值 静摩擦力为零的状态是方向变化的临界状态 静摩擦力达到最大值是物体恰好保持相对静止的临界状态 2 滑动摩擦力的突变问题 滑动摩擦力的大小与接触面的动摩擦因数和接触面受到的压力均成正比 发生相对运动的物体 如果接触面发生变化或接触面受到的压力发生变化 则滑动摩擦力就会发生变化 高考命题探究 典例3 2017 玉林模拟 如图所示 物体A静止在粗糙水平面上 左边用一轻质弹簧和竖直墙相连 弹簧的长度大于原长 现用从零开始逐渐增大的水平力F向右拉A 直到A被拉动 在A被拉动之前的过程中 弹簧对A的弹力F1的大小和地面对A的摩擦力Ff大小的变化情况是 世纪金榜导学号42722025 A F1减小B F1增大C Ff先减小后增大D Ff始终减小 思考探究 1 施加水平拉力F前 物体受到的摩擦力的方向如何 提示 施加水平拉力F前 由于弹簧的长度大于原长 故弹簧对物体有向左的拉力作用 因此物体将受到水平向右的静摩擦力作用 2 把A拉动前过程中 水平拉力逐渐增大 弹簧的弹力如何变化 静摩擦力如何变化 提示 把A拉动前 弹簧的状态保持不变 弹簧的弹力不变 水平拉力增大 向右的静摩擦力逐渐减小 减小到零后 静摩擦力改变方向 向左的静摩擦力又随拉力的增大而增大 解析 选C 在A被拉动之前的过程中 弹簧仍处于原状 因此弹力F1不变 静止时弹簧的长度大于原长 则弹簧对A的拉力向左 由于水平面粗糙 因此物体受到水平向右的静摩擦力Ff 当再用一个从零开始逐渐增大的水平力F向右拉A 直到把A拉动前过程中 物体A受到的静摩擦力Ff从向右变为水平向左 所以Ff大小先减小后增大 故C正确 A B D错误 迁移训练 迁移1 静 动 突变 多选 如图 物体A叠放在物体B上 B置于光滑水平面上 A B质量分别为mA 6kg mB 2kg A B之间的动摩擦因数 0 2 开始时F 10N 此后逐渐增加 在增大到48N的过程中 则 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 g取10m s2 A 当拉力F 12N时 两物体均保持相对静止状态B 两物体开始没有相对运动 当拉力大于48N时 开始相对滑动C 两物体间从受力开始就有相对运动D 两物体间始终没有相对运动 解析 选A B D 隔离对B分析 当A B间摩擦力达到最大静摩擦力时 A B发生相对滑动 则aB 6m s2 再对整体分析则有F mA mB a 48N 由此可知当拉力达到48N时 A B才发生相对滑动 在F 48N时 两者是保持相对静止的 相对于地面是运动的 故选项A B D正确 C错误 迁移2 动 静 突变某物体的质量为1kg 置于水平地面上 物体与地面的动摩擦因数为 0 2 从t 0开始物体以一定初速度v0向右滑行的同时 受到一个水平向左的恒力F 1N的作用 则能反映物体受到的摩擦力Ff随时间变化的图象是 取向右为正方向 g取10m s2 解析 选A 开始时 滑动摩擦力方向与速度方向相反 即水平向左 大小为Ff mg 2N 当物体的速度减到零时 由于物体受到向左的恒力F 1N的作用 所以物体将受到向右的静摩擦力 大小等于1N 选项A正确 迁移3 动 动 突变 多选 如图所示 足够长的传送带与水平面夹角为 以速度v0逆时针匀速转动 在传送带的上端轻轻放置一个质量为m的小木块 小木块与传送带间的动摩擦因数 tan 则图中能客观地反映小木块的运动情况的是 解析 选B D 小木块刚放上之后的一段时间内所受摩擦力沿斜面向下 由牛顿第二定律可得 mgsin mgcos ma1 小木块与传送带同速后 因 a2 故B D正确 A C错误 轻绳与轻杆模型1 轻绳与轻杆模型对比 2 解决两种模型问题时应注意的两点事项 1 轻杆 轻绳都是理想化模型 2 分析轻杆上的弹力时可结合物体的运动状态分析弹力方向 示例 2017 孝感模拟 如图所示 滑轮本身的质量可忽略不计 滑轮轴O安在一根轻杆B上 一根轻绳AC绕过滑轮 A端固定在墙上 且绳保持水平 C端挂一重物 BO与竖直方向夹角 45 系统保持平衡 若保持滑轮的位置不变 改变夹角 的大小 则滑轮受到轻杆作用力大小变化情况是 世纪金榜导学号42722026 A 只有角 变小 作用力才变大B 只有角 变大 作用力才变大C 不论角 变大或变小 作用力都是变大D 不论角 变大或变小 作用力都不变 解析 选D 由于两侧轻绳中拉力不变 若保持滑轮的位置不变 改变夹角 的大小 则滑轮受到轻杆作用力大小等于两侧轻绳中拉力的合力 始终保持不变 故选项D正确 A B C错误 对点训练 1 多选 如图所示 用细线将A物体悬挂在天花板上 B物体放在水平地面上 A B间有一劲度系数为100N m的轻弹簧 此时弹簧的形变量为2cm 已知A B两物体的重力分别是3N和5N 则细线的拉力及B对地面的压力可能是 A 1N和0NB 5N和7NC 5N和3ND 1N和7N 解析 选C D 弹力大小F kx 2N 若弹簧伸长了2cm 分别研究A B的受力情况 由力的平衡 可推出选项C正确 若弹簧被压缩了2cm 同理可推出选项D正确 2 如图所示 固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆间的夹角为 在斜杆的下端固定有质量为m的小球 下列关于杆对球的作用力F的判断正确的是 A 小车静止时 F mgsin 方向沿杆向上B 小车静止时 F mgcos 方向垂直于杆向上C 小车以向右的加速度a运动时 一定有F D 小车以向左的加速度a运动时 F 方向斜向左上方 与竖直方向的夹角满足tan 1 解析 选D 小车静止时 由物体的平衡条件知此时杆对球的作用力方向竖直向上 大小等于球的重力mg A B错误 小车以向右的加速度a运动 设小球受杆的作用力的方向与竖直方向的夹角为 如图所示 根据牛顿第二定律 由Fsin ma Fcos mg 两式相除可得tan 只有当球的加速度a gtan 时 杆对球的作用力才沿杆的方向 此时才有F C错误 小车以加速度a向左加速运动时 由牛顿第二定律 可知小球所受到的重力mg与杆对球的作用力的合力大小 为ma 方向水平向左 如图所示 所以杆对球的作用力的大小F 方向斜向左上方 tan 1 D正确