2022年高中物理必修第一册3.1 重力与弹力 课件PPT

考点点击1.2.3.4.滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力形变、弹性、胡克定律矢量和标量力的合成和分解ⅠⅠⅠⅡ 考点点击5.6.7.共点力的平衡实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系实验三：探究求合力的方法Ⅱ 考情播报1.三种常见的力，特别是弹力和摩擦力的有无、方向判定及大小计算．2.胡克定律及其应用．3.力的合成与分解，合力与分力的关系，共点力的平衡． 考情播报4.物体的受力分析，共点力平衡中的动态问题、极值与临界问题．5.与牛顿运动定律、能量及电磁学等知识相结合出题. 1．在复习本章内容时，要弄清弹力、摩擦力产生的条件，弹力、摩擦力方向的判断，以及滑动摩擦力、静摩擦力大小的计算方法，弄清滑动摩擦、静摩擦及最大静摩擦的区别和联系．对共点力的平衡问题要重点复习好受力分析，灵活运用平衡条件解决物理问题． 2．在复习本章知识时，应注重与实际相结合，掌握建立物理模型的方法、受力分析的方法(整体法、隔离法)、力的合成与分解的方法(力的图示法、正交分解法)．通过训练规范解题习惯，提高理解能力、推理能力、综合能力及运用数学知识解决物理问题的能力. 3．力的三要素：、和作用点．2．力的作用效果：改变物体的或使物体发生．一、力1．定义：物体与物体之间的作用．相互运动状态形变大小方向 4．力的性质(1)物质性：力不能脱离而独立存在．(2)相互性：物体间力的作用是的，只要有作用力，就一定有对应的．(3)独立性：一个力作用于某个物体上产生的效果，与这个物体是否受到其他力的作用．(4)矢量性：力既有大小，又有方向，力的运算遵循定则．(5)同时性：物体间的相互作用总是产生，变化，消失的．物体相互反作用力无关平行四边形同时同时同时 5．力的图示及示意图(1)力的图示：从力的作用点沿力的方向按一定标度画出的(包括力的三要素)．(2)力的示意图：受力分析时，作出的表示物体受到某一力的．有向线段有向线段 力的图示与力的示意图是有区别的．力的图示要求严格画出力的大小和方向，在相同标度下用线段的长短表示力的大小，箭头表示力的方向；力的示意图着重于力的方向的画法，不要求作出标度． 二、重力重力的产生由于的吸引而使物体受到的力注意：在地球表面附近可近似认为等于重力的大小G＝可用测量注意：(1)物体的质量不会变(2)G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的重力的方向总是的注意：竖直向下是和垂直，不一定和接触面垂直地球mg弹簧秤万有引力水平面竖直向下 重心因为物体各部分都受重力作用，可认为重力作用集中于，即为物体的重心(1)影响重心位置的因素：①物体的；②物体的(2)确定方法：法．注意：重心的位置不一定在物体上某一点形状质量分布悬挂 三、弹力1．定义：发生弹性形变的物体，由于要，会对与它接触的物体产生的力．2．产生条件(1)物体相互；(2)物体发生．恢复原状接触弹性形变 3．方向：弹力的方向总是与施力物体形变的方向．4．大小(1)弹簧类弹力：在弹性限度内遵守胡克定律F＝.(2)非弹簧类弹力的大小应由平衡条件或动力学规律求解．相反kx 四、摩擦力1．定义：相互接触且发生形变的粗糙物体间有或时，在接触面上所受的阻碍或的力．2．产生条件：接触面；接触面间有弹力；物体间有或．3．大小：滑动摩擦力F＝，静摩擦力：0≤F≤Fmax.4．方向：与相对运动或相对运动趋势方向．5．作用效果：物体间的相对运动或运动趋势．相对运动相对运动相对运动趋势相对运动趋势粗糙相对运动相对运动趋势相反阻碍相对μFN 1．摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势，但不一定阻碍物体的运动．摩擦力可能是动力，也可能是阻力．2．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．3．接触面处有摩擦力时一定有弹力，且弹力与摩擦力方向总垂直． 1．弹力有无的判断方法(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，可假设两个物体间不存在弹力，即把与我们所研究的物体相接触的其他物体去掉，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”分析由状态分析弹力，使物体的受力必须与物体的运动状态符合，依据物体的运动状态，由物体受力平衡(或牛顿第二定律)列方程来判断物体间的弹力是否存在． 2．弹力的方向的判断方法(1)弹力的方向与物体形变的方向相反，作用在迫使物体发生形变的那个物体上．具体情况有以下几种： 弹力弹力的方向弹簧两端的弹力与弹簧测力计中心轴线相重合，指向弹簧恢复原状的方向轻绳的弹力沿绳指向绳收缩的方向面与面接触的弹力垂直于接触面指向受力物体点与面接触的弹力过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)而指向受力物体杆的弹力可能沿杆，也可能不沿杆，应具体情况具体分析 (2)由物体的运动状态判断弹力的方向物体的受力必须与物体的运动状态相符合．可根据物体的运动状态，先假设一个弹力的方向，由共点力的平衡条件或牛顿第二定律列方程，求出弹力．若所得结果为正值，其方向与假设方向相同，如果为负值，其方向与假设方向相反． 1．绳对物体只能产生拉力，不能产生推力，且绳子的弹力的方向一定沿着绳子并指向绳子收缩的方向，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，弹力的方向可以沿杆，也可以不沿杆，这是杆和绳两种模型的最大区别． 1.如图2－1－1所示，小球A在内壁光滑的车厢内随车厢一起向右运动，试分析车厢后壁对球A的弹力情况． 解析：(1)若车厢和小球做匀速直线运动，则小球A受力平衡，所以车厢后壁对小球无弹力．(2)若车厢和小球向右做加速运动，由牛顿第二定律可知，车厢后壁对小球的弹力水平向右．答案：见解析 1．假设法 2．用牛顿第二定律判断：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，然后受力分析判定静摩擦力的有无和方向．3．用牛顿第三定律判断：“摩擦力总是成对出现的”，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． 摩擦力的方向与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反，不一定与运动的方向相反． 2．卡车上装着一只始终与它相对静止的集装箱，在水平路面上运动，不计空气阻力，下列说法正确的是()A．当卡车开始运动时，卡车对集装箱的静摩擦力使集装箱随卡车一起运动B．当卡车匀速运动时，卡车对集装箱的静摩擦力使集装箱随卡车一起运动C．当卡车匀速运动时，卡车对集装箱的静摩擦力等于零D．当卡车制动时，卡车对集装箱的静摩擦力等于零 解析：因为集装箱始终相对于卡车静止，所以二者运动状态相同，具有相同的加速度．当卡车开始运动时，有加速度，所以卡车对集装箱有静摩擦力，A正确；当卡车匀速运动时，加速度为零，卡车对集装箱的静摩擦力也为零，B错误，C正确；当卡车制动时，有加速度，静摩擦力不为零，D错误．答案：AC 计算摩擦力的大小，首先要判断摩擦力是属于静摩擦力还是滑动摩擦力，然后根据静摩擦力和滑动摩擦力的特点计算其大小． 1．静摩擦力大小的计算根据物体所受外力及所处的状态(平衡或加速)可分为两种情况：(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． 2．滑动摩擦力的计算滑动摩擦力的大小用公式Ff＝μFN来计算，应用此公式时要注意以下几点：(1)μ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，与接触面的大小也无关． 3．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． 1．在确定摩擦力的大小之前，首先分析物体所处的状态，分清摩擦力的性质：静摩擦力或滑动摩擦力．2．在分析静摩擦力时要注意静摩擦力方向的“可变性”，而对滑动摩擦力要注意滑动摩擦力的“相对性”．3．在计算摩擦力的大小时，滑动摩擦力有具体的计算公式，而静摩擦力要借助其他公式，如：利用平衡条件列方程或牛顿第二定律列方程等． 3．如图2－1－2所示，质量为2kg的物体静止在水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.5，最大静摩擦力与滑动摩擦力视为相等，给物体一水平拉力F.(g取10m/s2) (1)当拉力大小为5N时，地面对物体的摩擦力是多大？(2)当拉力大小为12N时，地面对物体的摩擦力是多大？(3)此后若将拉力减小为5N(物体仍在滑动)，地面对物体的摩擦力是多大？(4)若撤去拉力，在物体继续滑动的过程中，地面对物体的摩擦力多大？ 解析：滑动摩擦力(最大静摩擦力Fmax)大小为μmg＝0.5×2×10N＝10N.(1)当拉力F＝5N时，F＜Fmax，物体静止．则由二力平衡知：F静＝F＝5N.(2)当拉力F＝12N时，F＞Fmax，物体滑动．则F滑＝μFN＝μmg＝10N.(3)当拉力减小为5N时，物体仍滑动，故F滑＝10N.(4)当拉力撤去后，由于物体继续滑动，故F滑＝10N.答案：(1)5N(2)10N(3)10N(4)10N (2010·苏州模拟)如图2－1－3所示，小车上固定着一根弯成α角的曲杆，杆的另一端固定着一个质量为m的球．试分析下列情况下杆对球的弹力的大小和方向： (1)小车静止；(2)小车以加速度a水平向右加速运动. [思路点拨]解答本题时应注意以下三点：(1)杆对小球的弹力方向不一定沿杆；(2)小车静止时，由平衡条件可以求解弹力的大小和方向；(3)小车加速运动时，可由牛顿第二定律求解弹力的大小和方向． [课堂笔记](1)小车静止时，球处于平衡状态，由平衡条件可知：F1＝mg，方向竖直向上．(2)当小车以加速度a向右匀加速运动时，小球的加速度也为a，设杆对球的弹力为F2，与竖直方向的夹角为θ，如图所示，则有：F2cosθ＝mgF2sinθ＝ma 可解得：F2＝tanθ＝[答案](1)mg竖直向上(2)见课堂笔记 (1)细绳对物体的弹力一定沿绳，而杆对物体的弹力不一定沿杆．(2)除弹簧的弹力可用胡克定律直接计算外，一般情况下，弹力的大小和方向要由物体的平衡条件或牛顿运动定律来求. (2010·宁波模拟)如图2－1－4所示，在车厢内悬线下悬挂一小球m，当汽车做匀变速直线运动时，悬线将与竖直方向成某一角度．若在汽车底板上还有一个跟其相对静止的物体m1，则关于汽车的运动情况和物体m1的受力情况正确的说法是() A．汽车一定向右做加速运动B．汽车也可能向左运动C．m1除受到重力、底板的支持力作用外，还一定受到向右的摩擦力作用D．m1除受到重力、底板的支持力作用外，还可能受到向左的摩擦力作用 [思路点拨]根据m的受力情况得出汽车的加速度方向，但不能得出运动方向；m1受到底板的摩擦力的方向可用“假设法”或“牛顿第二定律”分析得出． [课堂笔记]因小球受到竖直向下的重力和斜向右上的绳的拉力作用，因此，合力一定向右，故汽车的加速度水平向右，但有可能是向左做匀减速运动，故A错误，B正确；分析m1的受力可知，只有受到的摩擦力水平向右，m1才能产生向右的加速度，故C正确，D错误．[答案]BC 本题中m1受到的静摩擦力的方向也可以用假设法分析，汽车向右匀加速运动时，若底板光滑，m1将相对底板向左滑，即m1有相对底板向左滑动的趋势，因此m1受到的静摩擦力方向一定向右. (10分)如图2－1－5所示，斜面为长方形的斜面体倾角为37°，其长为0.8m，宽为0.6m．一重为20N的木块原先在斜面体上部，当对它施加平行于AB边的恒力F时，刚好使木块沿对角线AC匀速下滑，求木块与斜面间的动摩擦因数μ和恒力F的大小． [思路点拨]解答本题时应注意以下几点：(1)木块受到的摩擦力的方向；(2)滑动摩擦力Ff＝μFN中FN的大小；(3)斜面方向上木块所受合力为零． [解题样板]画出木块在斜面内的受力图，如图2－1－6所示，由于木块沿斜面向下做匀速直线运动，由平衡条件可知，重力沿斜面向下的分力mgsin37°与水平推力F的合力与木块受到的滑动摩擦力为一对平衡力，由几何关系可得F＝mgsin37°·tanα ＝20×0.6×N＝9N┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(3分)物体受到的滑动摩擦力为Ff＝＝15N┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(4分)由滑动摩擦公式得μ＝┄┄┄┄(3分)[答案]9N 滑动摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反．本题容易造成的错解就是认为摩擦力的方向沿斜面向上． 1．(2010·温洲模拟)下列关于物体重力的说法中正确的是()A．地球上的物体只有运动时才受到重力B．同一物体在某处向上抛出后所受重力较小，向下抛出后所受重力较大C．某物体在同一位置时，所受重力与静止还是运动无关，重力大小是相同的D．物体所受重力大小与其质量有关 解析：地球上的物体运动或静止时都受地球的吸引作用，故运动或静止的物体均受重力，A错误；某物体在地球某点处所受地球吸引而产生的重力一定，与此物体的运动状态无关，B错误，C正确；物体所受重力G＝mg，在g一定时，G由m决定，D正确．答案：CD 2．一个圆球形薄壳容器所受重力为G，用一细线悬挂起来，如图2－1－7所示．现在容器里装满水，若在容器底部有一个小阀门，将小阀门打开让水慢慢流出，在此过程中，对容器和容器内的水组成的系统，下列说法正确的是()A．系统的重心慢慢下降B．系统的重心先下降后上升C．系统对地球的引力减小D．有可能绳的方向不竖直 解析：当水流出时，水的重心不断下降，当水全流尽时，系统的重心位置又回到了容器的中心，故B正确，A错；由于水流出过程，系统的重力减小，故系统对地球的引力减小，C正确；重力和绳的拉力平衡，故绳的方向始终过重心且竖直，D错．答案：BC 3．如图2－1－8所示，轻质弹簧的劲度系数为k，小球重G，平衡时小球在A处，今用力F压小球至B处，使弹簧缩短x，则此时弹簧的弹力为() A．kxB．kx＋GC．G－kxD．以上都不对 解析：设球在A处时弹簧已压缩了Δx，球平衡时弹力FA＝G＝kΔx，球在B处时，弹簧又压缩x，球再达平衡时弹力FB＝k(Δx＋x)＝G＋kx，故选项B是正确的．注意：此题易选错为A项，原因是x并非球在B处时弹簧的变化量，即不是弹簧压缩后与原长的差值．答案：B 4．如图2－1－9所示，物体m静止于倾角为θ的斜面上，现用垂直于斜面的压力F＝kt(k为比例常量，t为时间)作用在物体上．从t＝0开始，物体所受摩擦力Ff随时间t的变化关系是图2－1－10中的() 解析：未加压力F之前，物体处于静止状态，由平衡条件可得：Ff＝Gsinθ，当加上压力F后，物体仍处于静止状态，因此Ff仍为Gsinθ，故D正确．答案：D 5．如图2－1－11所示，质量为m的物体A放在地面上的竖直轻弹簧B上，现用细绳跨过定滑轮将物体A与另一轻弹簧C连接，当弹簧C处在水平位置且右端位于a点时它没有发生形变．已知弹簧B和弹簧C的劲度系数分别为k1和k2，不计定滑轮、细绳的质量和摩擦．将弹簧C的右端由a点沿水平方向拉到b点时，弹簧B刚好没有形变，求a、b两点间的距离． 解析：开始时，弹簧B的压缩长度为x1＝；当弹簧B无形变时，弹簧C伸长x2＝，所以a、b间距离为x1＋x2＝mg()．答案：mg()