高中物理第二章第1讲重力弹力摩擦力.ppt

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1、第二章 相互作用 第1讲 重力 弹力 摩擦力,知识点 1 重力、弹力(弹性形变、弹性限度)和胡克定律 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_的。 (4)重心:其位置与物体的_分布和_有关。,地球,正比,mg,弹簧测力计,竖直向下,质量,形状,2.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_。,弹性形变,接触,弹性形变,相反,(4)弹性形变: 物体在形变后能够_的形变。 (5)弹

2、性限度: 形变过大,超过一定限度,撤去作用力之后,物体也_的形状,这个限度叫弹性限度。,恢复原状,不能恢复原来,3.胡克定律 (1)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_。 (2)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,知识点 2 摩擦力(滑动摩擦力、静摩擦力、动摩擦因数) 滑动摩擦力和静摩擦力的对比:,相对静止,相对运动,粗糙,压力,相对运动趋势,粗糙,压力,相对运动,名称 项目,滑动摩擦力大小的计算公式Ff=FN中为比例

3、常数,称为动摩擦因数,其大小与两个物体的材料和接触面的粗糙程度有关。,0,Ffm,相反,FN,相反,相对运动趋势,相对运动,名称 项目,【思考辨析】 (1)重力就是地球对物体的吸引力。( ) (2)物体的重心一定在物体上。( ) (3)物体所受弹力的方向与受力物体的形变方向相同。( ) (4)绳对物体的拉力方向总是竖直向上。( ) (5)杆的弹力不一定沿杆。( ) (6)摩擦力的方向一定与物体运动方向相反。( ),(7)静摩擦力一定是阻力,滑动摩擦力不一定是阻力。( ) (8)运动的物体不可能受到静摩擦力的作用。( ) (9)正压力越大,摩擦力可能越大,也可能不变。( ) (10)动摩擦因数与

4、接触面积有关,相同材料的两物体接触面积越大,动摩擦因数越大。( ),分析：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力,不是地球对 物体的吸引力,重力是万有引力的一个分力,(1)错;物体的重心 与物体的形状和质量分布有关,质量分布均匀且有规则几何形 状的物体,其重心就在其几何中心,但不一定在物体上,比如质 量分布均匀的圆环,其重心在其圆心,(2)错;弹力的方向总是与 施力物体形变的方向相反,与受力物体形变的方向相同,(3)对; 绳对物体的拉力方向总是沿着绳指向绳收缩的方向,(4)错;杆 既可以产生拉力,也可以产生支持力,弹力的方向可能沿杆,也,可能不沿杆,应结合具体情况分析,(5)对;摩擦力的方向与物

5、体相对运动方向或相对运动趋势的方向相反,与物体运动方向无关,故摩擦力既可以是阻力,也可以是动力,(6)、(7)错;静摩擦力发生在相对静止的物体之间,相对静止的物体也可以是运动的,(8)错;静摩擦力的大小与正压力的大小无关,滑动摩擦力随正压力的增大而增大,(9)对;动摩擦因数仅与接触物体的材料和接触面的粗糙程度有关,与接触面积无关,(10)错。,考点 1 弹力的分析与计算(三年5考) 思想方法 【考点解读】 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

6、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,看能否发生形态的变化,若发生形变,则此处一定有弹力。,2.五种常见模型中弹力的方向,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。,【典例透析 1】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M=10kg的物体,ACB=30,g取1

7、0m/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。,【解题探究】(1)分析结点C的受力情况,明确绳中拉力和横梁 支持力的特点: 绳AC和绳CD中拉力大小_。 横梁对绳支持力的方向与绳AC和绳CD的拉力的合力方向 _。 (2)请画出结点C的受力分析图。 提示：,相等,相反,【解析】物体处于平衡状态,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=1010N=100N (2)由几何关系得:F

8、C=FAC=Mg=100N 方向和水平方向成30角斜向右上方 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,轻绳AD拴接在C端,如图所示,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=21010N=200N。 (2)由平衡方程得:FACcos30-FC=0 解得:FC=Mgcot30= Mg173N 方向

9、水平向右。 答案：(1)200N (2)173N,方向水平向右,【总结提升】轻绳和轻杆弹力的分析技巧 分析轻绳或轻杆上的弹力时应注意以下两点: (1)轻绳中间没有打结时,轻绳上各处的张力大小都是一样的;如果轻绳打结,则以结点为界分成不同轻绳,不同轻绳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(或铰链连接)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”或“推”的作用,杆上弹力方向一定沿杆。,考点 2 静摩擦力的分析与判断(三年11考) 思想方法 【考点解读】静摩擦力有无及方向的四种判断方

10、法 1.假设法 利用假设法判断的思维程序如下:,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“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向。,【典例透析 2】(2013唐山模拟)如图 所示,A是一质量为M的盒子,B的质量为 用细绳相连,跨过光滑的定滑轮,A置 于

11、倾角为=30的斜面上,B悬于斜面之外,处于静止状态。现在向A中缓慢地加入沙子,整个系统始终保持静止,则在加入沙子的过程中( ) A.绳子拉力大小不变,恒等于 Mg B.A对斜面的压力逐渐增大 C.A所受的摩擦力逐渐增大 D.A所受的摩擦力先增大后减小,【解题探究】(1)未加沙子时,试分析A物体的受力情况,并说明其所受摩擦力的性质及方向。 受力情况:_、_、_。 摩擦力的性质及方向:_,_。 (2)满足什么条件时,A与斜面间无摩擦力作用? 提示：盒子A与沙的总重力沿斜面向下的分力等于B的重力时,A与斜面间无摩擦力。,重力,绳子的拉力,摩擦力,静摩擦力,方向沿斜面向下,(3)若所加沙量继续增多,A

12、所受摩擦力将怎样变化? 提示：加入沙量继续增大时,A相对斜面有向下运动的趋势,摩擦力沿斜面向上,摩擦力随所加沙量的增大而增大。,【解析】选B。对加入沙子前和加入沙子后两种情况,分别隔 离A和B进行受力分析知:绳子拉力FT总等于B的重力的 ,A错误; A对斜面压力FNA=FNA=Mgcos。加入沙子后A和沙子的总 质量M增大,故FNA增大,B正确;由于未加沙子时,重力的下 滑分力Mgsin30= MgFT= Mg,所以A有相对斜面向上运动的趋 势,A所受摩擦力沿斜面向下,随着加入沙量的增大,重力的下滑 分力也增大,摩擦力减小。当Mgsin30= Mg时,摩擦力Ff=0; 若继续增大沙量,A有相对

13、斜面向下的运动趋势,其所受摩擦力 方向沿斜面向上并且逐渐增大,故C、D均错。,【变式训练】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=0 B.F1=0,F2=F,F3=0 C.F1=F,F2=0,F3=0 D.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

14、=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】如图所示,有一个重力不计的方形容器,被水平力F压在竖直的墙面上处于静止状态,现缓慢地向容器内注水,直到将容器刚好盛满为止,在此过程中容器始终保持静止,则下列说法中正确的是( ) A.容器受到的摩擦力不变 B.容器受到的摩擦力逐渐增大 C.水平力F一定不变 D.水平力F必须逐渐增大,【解析】选B。由于容器静止不动,容器和墙壁之间的摩擦力应和水的重力等大,故逐渐增大,A错误,B正确;如果力F比较大,当水充满容器时,水的重力仍未达到墙和容器间的最大静摩擦力,就不用改变力F的大小,即C、D错误

15、。,考点 3 摩擦力的分析与计算(三年5考) 解题技巧,【考点解读】摩擦力大小的计算方法 1.滑动摩擦力的计算方法 可用公式Ff=FN计算,注意对物体间相互挤压的弹力FN的分析,并不总是等于物体的重力,它与研究对象受到的垂直接触面方向的力密切相关,也与研究对象在该方向上的运动状态有关。,2.静摩擦力的计算方法 (1)最大静摩擦力Fmax的计算: 最大静摩擦力Fmax只在刚好要发生相对滑动这一特定状态下才表现出来。比滑动摩擦力稍大些,通常认为二者相等,即Fmax=FN。 (2)一般静摩擦力的计算: 一般静摩擦力F的大小和方向都与产生相对运动趋势的力密切相关,跟接触面间相互挤压的弹力FN无直接关系

16、,因此F具有大小、方向的可变性。对具体问题要结合研究对象的运动状态(静止、匀速运动或加速运动),利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解。,【典例透析 3】(2013德州模拟)如 图所示,一质量不计的弹簧原长为10cm, 一端固定于质量m=2kg的物体上,另一端施一水平拉力F。(设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,g=10m/s2) (1)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.2,当弹簧拉长至12cm时,物体恰好匀速运动,弹簧的劲度系数多大? (2)若将弹簧拉长至11cm,物体受到的摩擦力大小为多少? (3)若将弹簧拉长至13cm,物体受到的摩擦力大小为多少?,【解题探究】(1)请对物体进行受力分析,试分

17、析物体受到哪些力,如何计算弹簧弹力。 受到的力:_。 求弹簧弹力的方法:_。 (2)弹簧伸长量变大,物体受到的摩擦力一定变大吗? 提示：弹簧伸长量变大,弹簧拉力变大,需要判断弹簧拉力与最大静摩擦力的大小关系,确定物体的运动状态。若物体运动,则物体所受滑动摩擦力不变;若物体不相对滑动,所受的摩擦力随弹簧弹力增大而增大。,重力、支持力、弹簧拉力、摩擦力,胡克定律,【解析】(1)物体匀速运动时,k(x-x0)=mg 则k= N/m=200N/m。 (2)F1=k(x1-x0)=200(0.11-0.10)N=2N 最大静摩擦力可看作等于滑动摩擦力 Ffm=0.2210N=4N 物体没动,故所受静摩擦

18、力 Ff1=F1=2N,(3)弹簧弹力 F2=k(x2-x0)=200(0.13-0.10)N=6N 物体将运动,此时所受到的滑动摩擦力为 Ff2=FN=mg=0.2210N=4N 答案：(1)200N/m (2)2N (3)4N,【总结提升】关于计算摩擦力大小的三点注意 (1)分清摩擦力的性质:静摩擦力或滑动摩擦力。 (2)应用滑动摩擦力的计算公式Ff=FN时,注意动摩擦因数,其大小与接触面的材料及其粗糙程度有关,FN为两接触面间的正压力,不一定等于物体的重力。 (3)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。,【变式训练】如图所示,质量为m=20kg 的物体,在粗糙水平面

19、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,【解析】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Ff=FN =mg=0.12010N=20N,与外力F无关,故C正确。,【典例透析】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

20、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( ),【备选例题】,A.斜槽上的面片受到的摩擦力方向沿斜槽向下 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 【解析】选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错误;滚轴之间的面片在摩擦力作用下向下运动,故滚轴间面片对两滚轴的摩擦力方向竖直向上,选项D错误;根据牛顿第三定律可知,滚轴间面片受到滚轴的摩擦力方向竖直向下,选项B错误,C正确。,临界条件在摩擦力突变问题中的应用 1.方法概述 (1)临界状态是指一种物

21、理过程转变为另一种物理过程,或一种物理状态转变为另一种物理状态时,处于两种过程或两种状态的分界处的状态。处于临界状态的物理量的值叫临界值。临界分析法在解决摩擦力的突变问题时,有很重要的作用。 (2)当物体受力或运动发生变化时,摩擦力常发生突变。摩擦力的突变,又会导致物体的受力情况和运动性质的突变,其突变点(时刻或位置)往往具有很深的隐蔽性。对其突变点的分析与判断是物理问题的切入点。,2.常见类型 (1)静摩擦力突变为滑动摩擦力。静摩擦力是被动力,其大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势。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

22、力突变为静摩擦力。滑动摩擦力存在于发生相对运动的物体之间,因此两物体的速度达到相同时,滑动摩擦力要发生突变(摩擦力变为零或变为静摩擦力)。,3.解题思路 解决摩擦力的突变问题的关键是找出摩擦力发生突变的临界条件,这也就是突变前后摩擦力的分界点,再利用相应规律分别对突变前后进行分析求解。求解方法一般有两种: (1)以定理、定律(平衡条件或牛顿运动定律)为依据,首先求出所研究问题的一般规律和一般解,然后分析、讨论其特殊规律和特殊解。 (2)直接分析、讨论临界状态和相应的临界值,求解出研究问题的规律和解。,【典例】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

23、的夹角变大),另一端不动,则木块受到的摩擦力Ff随角度的变化图像是下列图中的( ),【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,Ff静=0。 (2)从木板开始转动到木块与木板发生相对滑动前: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:Ff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Ffm。继续增大,木块将开始滑动,

24、静摩擦力变为滑动摩擦力,且满足:FfmFf滑。,(4)木块相对于木板开始滑动后,Ff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,= ,Ff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。,【名师指津】用临界法解决摩擦力突变问题的三点注意 (1)题目中出现“最大”“最小”“刚好”等关键词时,一般隐藏着临界问题。有时,有些临界问题中并不含上述常见的“临界术语”,但审题时发现某个物理量在变化过程中会发生突变,则该物理量突变时物体所处的状态即为临界状态。,(2)静摩擦力是被动力,其存在

25、及大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势,而且静摩擦力存在最大值。存在静摩擦的连接系统,相对滑动与相对静止的临界条件是静摩擦力达到最大值,即Ff静=Ffm。 (3)研究传送带问题时,物体和传送带的等速时刻往往是摩擦力的大小、方向、运动性质的分界点。,【变式训练】如图所示,质量M=8kg的小车B放在光滑的水平面上,在小车右端加一个水平向右的恒力F=8N。当小车向右运动的速度达到v0=1.5m/s时,在小车右端轻轻地放上一个大小不计、质量m=2kg的小物块A,物块与小车间的动摩擦因数为=0.2,小车足够长,g=10m/s2。求从A放上小车经过t=1.5s后A的位移大小。,【解析】分别以A、B为研究

26、对象,则 aA= =2m/s2,aB= =0.5m/s2 设A、B速度相同时所经过的时间为t1,则 v0+aBt1=aAt1,t1=1st, 此时A的速度大小为v1=aAt1=2m/s 位移为x1= aAt1=1m 此后假设A、B以相同的加速度a一起运动, 则a= =0.8m/s2aA,所以A、B不发生相对运动,它们之间的摩擦力由滑动摩擦力变为静摩擦力。 再经过t2=t-t1=0.5s,A的位移为 x2=v1t2+ =1.1m 所以从A放上小车经过1.5s后A的位移大小为 x=x1+x2=2.1m 答案：2.1m,【双基题组】 1.下列关于重力、弹力和摩擦力的说法,正确的是( ) A.物体所受

27、重力的重心一定在物体的几何中心上 B.劲度系数越大的弹簧,产生的弹力越大 C.动摩擦因数与物体之间的压力成反比,与滑动摩擦力成正比 D.静摩擦力的大小在零和最大静摩擦力之间变化 【解析】选D。由重心的概念可知A项错误;弹簧弹力的大小还与其形变量有关,B项错;动摩擦因数与压力和滑动摩擦力无关,C项错;静摩擦力的大小范围为0FfFfmax,D项正确。,2.把两本书一页一页地交叉对插,然后各抓住一本书的书脊用力对拉,平时随手很容易移动的两本书竟会变得像强力胶粘在一起似的,难舍难分。关于其中的原因,下列说法正确的是( ) A.增大了摩擦力的接触面积 B.增大了动摩擦因数 C.增加了摩擦力的个数 D.以

28、上说法都不对,【解析】选C。摩擦力与接触面积无关,选项A错误。由于接触面的性质不变,所以动摩擦因数不会改变,选项B错误。对插后,每个接触面都会产生摩擦力,实际上增加了摩擦力的个数,选项C正确。,3.(2013长沙模拟)如图所示,斜面固 定在地面上,倾角为37(sin37=0.6, cos37=0.8),质量为1kg的滑块,以一 定的初速度沿斜面向下滑,斜面足够长,滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8。该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图像是图中的(取初速度方向为正方向,取g=10m/s2)( ),【解析】选A。由于mgsin37mgcos37,滑块减速下滑, 因斜面足够长,故滑块最终一定静止在斜面上

29、。开始阶段 Ff滑=mgcos37=6.4N,方向沿斜面向上;静止在斜面上时, Ff静=mgsin37=6N,方向沿斜面向上,由于取初速度方向为 正方向,故图像A正确,B、C、D均错误。,【高考题组】 4.(2011山东高考改编)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,两侧用细绳固定于墙壁上。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Ffa0,b所受摩擦力Ffb=0。现将右侧细绳剪断,则剪断瞬间( ) A.Ffa大小改变 B.Ffa方向改变 C.Ffb仍然为零 D.Ffb方向向右,【解析】选D。弹簧处于伸长状态,弹簧对木块施加的是拉力。先

30、对木块b进行受力分析：在轻绳未剪断时,b在水平方向上受到两个力的作用,向左的弹簧的拉力和向右的绳的拉力,在突然剪断细绳时,弹簧的拉力还没有发生变化,即弹簧的长度没有变化,但木块b具有向左运动的趋势,所以要受到一个与弹簧拉力方向相反的摩擦力,故选项C错误,D正确。对木块a受力分析：在剪断细绳前后,木块a的位置没有发生变化,受到的弹簧拉力和细绳拉力没有发生变化,故它所受到的摩擦力没有发生变化,故选项A、B错误。,5.(2010新课标全国卷)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( ) A. B. C. D. 【解析】选C。根据胡克定律得:F1=k(l0-l1),F2=k(l2-l0), 联立解得:k= ,故C正确。,