重力、弹力、摩擦力

主题内容要求说明相互作用滑动摩擦力、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实验(一)：探究弹力和弹簧伸长的关系实验(二)：验证力的平行四边形定则第二章 相互作用 1.对弹力、摩擦力的分析与计算一直是近几年高考考查的热点，预计在今后的高考中，弹力、摩擦力将仍是重点考查的对象。2.由于本章内容是高中物理的基础，所以对本章的考查贯穿于高考试卷中的大部分题目中，但对本章的单独考查较少，一般是选择题。3.对重力、弹力、摩擦力的考查，往往涉及物体的平衡问题，常常结合生活实例，电场力、磁场力的平衡，还会涉及连接体的平衡。 本章内容是基础性的，复习时要加深对力的概念、产生条件的理解，熟悉力的分析方法、力的合成与分解的方法。侧重点是摩擦力、受力分析、力的合成与分解。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，培养学生的创新精神和实践能力。 1.重力与万有引力的关系(1)地球对物体的吸引力是万有引力，重力是万有引力的一个分力。另一个分力是物体随地球自转所需的向心力，如图2-1-1。(2)物体在地球上不同的纬度处随地球自转所需的向心力大小不同，重力大小也不同。两极处，物体所受重力最大，大小等于万有引力。赤道上，物体所受重力最小，G+F向=F引。(3)一般情况下，可不考虑地球的自转效应，近似地认为mg=F引。图2-1-1学案1重力、弹力、摩擦力要点一重力与重心2.重心位置及确定谈及“重心”是基于这样的两个事实：物体视为由许许多多部分组成，而每一部分均受到重力；各部分重力的效果可等效于一个力对物体的作用效果，这个力即是物体的重力G，物体重力的作用点称为“重心”。因此，重心是各部分重力之合力的作用点。各部分的重力均竖直向下，所以求各部分的重力之合力，实际上是“同向平行力的合成”。正是因为“重力”是合力作用点的思想，才涉及到“重心”的位置与物体质量的分布有关，当物体各部分彼此的相对位置发生变化时，重心的位置也将发生变化，重心可在物体内部，亦可在物体之外，此时物体的总重力G的大小、方向均不变。如背越式过杆跳高时，运动员的重心可在杆的下方，人则在杆的上方通过。如果运动员克服重力做功相同时，这种背越式较其他姿势跳的高。 ＊体验应用＊1.一个圆球形薄壳容器所受重力为G，用一细线悬挂起来，如图2-1-2所示。现在容器里装满水，若在容器底部有一个小阀门，当小阀门打开让水慢慢流出，在此过程中，系统(包括容器和水)的重心位置()A.慢慢下降B.慢慢上升C.先下降后上升D.先上升后下降图2-1-2C 1.弹力方向的几种情况(1)轻绳、轻杆、轻弹簧轻绳：只能产生拉力，方向沿绳子且指向绳子收缩的方向。轻杆：方向具有多向性，即杆产生的弹力方向不一定沿杆，此时需运用平衡条件或牛顿定律分析。轻弹簧：有压缩和拉伸形变，既能产生拉力，又能产生压力，方向沿弹簧的轴线方向。(2)面与面、点与面接触物体在面与面、点与面接触时，弹力方向垂直于面(若是曲面则垂直于切面)，且指向受力物体。2.弹力方向的判断方法(1)根据物体产生形变的方向判断弹力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。(2)根据物体的运动情况，利用平衡条件或牛顿第二定律判断。此法关键是先判明物体的运动状态(即加速度的方向)，再根据牛顿第二定律确定合力的方向，然后根据受力分析确定弹力的方向。要点二弹力方向的判断 ＊体验应用＊2.下图中各静止物体所受的弹力正确的是(各接触面均光滑)()A 要点三摩擦力的理解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。 3.关于摩擦力，下列说法正确的是()A.摩擦力的方向可能与物体的运动方向相同B.摩擦力的方向可能与物体的运动方向相反C.运动的物体可以受静摩擦力作用，静止的物体也可以受滑动摩擦力作用D.静摩擦力可以是动力，也可以是阻力，滑动摩擦力一定是阻力＊体验应用＊ABC 【例1】如图2-1-3所示的固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定有质量为m的小球，下列关于杆对球的作用力F的判断中，正确的是()A.小车静止时，F=mgcosθ，方向沿杆向上B.小车静止时，F=mgcosθ，方向垂直杆向上C.小车向右以加速度a运动时，一定有F=ma/sinθD.小车向左以加速度a运动时，，方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为arctan(a/g)图2-1-3热点一弹力的大小和方向的分析D【名师支招】杆产生的弹力方向可能沿杆，也可能不沿杆，需结合物体的其他受力情况、运动情况，由平衡条件或F合=ma确定。【解析】小车静止时，由物体的平衡条件可知，此时杆对球的作用力方向竖直向上，且大小等于球的重力mg。小车向右以加速度a运动时，设小球受杆的作用力方向与竖直方向的夹角为α，如图2-1-4所示，根据牛顿第二定律有：Fcosα=mg①Fsinα=ma②①②联立解得tanα=a/g.可见,只有当球的加速度a=gtanθ时，杆对球的作用力才沿杆的方向，此时才有F=masinθ。小车向左以加速度a运动时，根据牛顿第二定律知小球受重力mg和杆对球的作用力F的合力大小为ma，方向水平向左。根据力的合成，这三力构成图2-1-5所示矢量三角形，由图得，方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为α′=arctan(a/g)。图2-1-4图2-1-5 1如图2-1-6所示，小球B放在真空容器A内，球B的直径恰好等于正方体A的边长，将它们以初速度v0竖直向上抛出，下列说法中正确的是()A.若不计空气阻力，上升过程中，A对B有向上的支持力B.若考虑空气阻力，上升过程中，A对B的压力向下C.若考虑空气阻力，下落过程中，B对A的压力向上D.若不计空气阻力，下落过程中，B对A没有压力图2-1-6BD 【例2】如图2-1-7所示，两木块的质量分别为m1和m2，两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2，上面的木块压在上面的弹簧上(但不拴接)，整个系统处于平衡状态。现缓慢地向上提上面的木块，直到它刚离开上面的弹簧，求这个过程中下面木块移动的距离。图2-1-7【名师支招】解决此类问题的关键是明确初、末状态弹簧的弹力大小、伸长还是压缩、端点和物体移动距离与形变量的关系，必要时辅以作图明示。【解析】根据题意，向上提上面木块前，有k2x2=(m1+m2)g①向上提上面木块后，有k2x2′=m2g②下面木块向上移动的距离为：Δx2=x2-x2′③①②③联立，得Δx2=m1g/k2。【答案】m1g/k2热点二胡克定律的应用 一根大弹簧内套一根小弹簧，大弹簧比小弹簧长0.2m，它们的一端平齐并固定，另一端自由，如图2-1-8(甲)所示，当压缩此组合弹簧时，测得力与压缩距离之间的关系图线如图2-1-8(乙)所示，求这两根弹簧的劲度系数k1和k2。2【答案】k1=10N/m，k2=20N/m(甲)(乙)图2-1-8 【例3】［2009年高考浙江理综卷］如图2-1-9所示，质量为m的等边三棱柱静止在水平放置的斜面上。已知三棱柱与斜面之间的动摩擦因数为μ，斜面的倾角为30°，则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为()A.mg和1/2mgB.1/2mg和mgC.1/2mg和1/2μmgD.mg和μmg图2-1-9【名师支招】本题考查受力分析、物体的平衡和摩擦力的计算，正确进行受力分析，明确是滑动摩擦力还是静摩擦力、应用平衡条件即可作题。【解析】对三棱柱进行受力分析，受重力mg、支持力FN和静摩擦力Ff作用处于平衡，由平衡条件可知，FN=mgcos30°=mg，Ff=mgsin30°=1/2mg，故选A。A热点三静摩擦力的大小及方向 3如图2-1-10所示，物体A、B和C叠放在水平桌面上，水平力为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=0C.F1=0,F2=5N,F3=5ND.F1=0,F2=10N,F3=5NC图2-1-10 【例4】一根质量为m、长为L的均匀长方形木条放在水平桌面上，木条与桌面间的动摩擦因数为μ,现用水平力F推木条，当木条经过图2-1-11中位置时，桌面对它的摩擦力为()A.μmgB.2/3μmgC.1/3μmgD.以上选项均不对图2-1-11【名师支招】滑动摩擦力只跟正压力和动摩擦因数有关，与物体的运动状态及接触面积无关。【解析】据二力平衡得木条对桌面的压力为mg，由f＝μFN得，桌面对木条的摩擦力f＝μmg。A热点四滑动摩擦力的大小及方向 4如图2-1-12所示，位于水平桌面上的物块P，由跨过定滑轮的轻绳与物块Q相连，从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的。已知Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦因数都是μ，两物块的质量都是m，滑轮的质量、滑轮轴上的摩擦都不计，若用一水平向右的力F拉P使它做匀速运动，则F的大小为()A.4μmgB.3μmgC.2μmgD.μmg图2-1-12A