高中物理人教版必修第一册3.1 重力与弹力 导学案

2019-2020年高中物理一轮复习第2章第1讲力重力弹力摩擦力学案新人教版必修1一、力的概念：1.力是物体对物体的_______。2.力的基本特征（1）力的物质性：力不能____________而独立存在。（2）力的相互性：力的作用是______的。（3）力的矢量性：力是矢量，既有________，又有________。（4）力的独立性：力具有独立作用性，用牛顿第二定律表示时，则有合力产生的加速度等于几个分力产生的加速度的________。3.力的分类：（1）按力的______分类：如重力、电场力、磁场力、弹力、摩擦力、分子力、核力等（2）按力的______分类：如拉力、推力、支持力、压力、动力、阻力等．二、常见的三类力。1.重力：重力是由于____________而使物体受到的力。（1）重力的大小：重力大小等于________，g是常数，通常等于9.8N/kg．（2）重力的方向：____________的．（3）重力的作用点—重心：重力总是作用在物体的各个点上，但为了研究问题简单，我们认为一个物体的重力集中作用在___________，这一点称为物体的重心．①质量分布均匀的规则物体的重心在物体的___________．②不规则物体的重心可用__________求出重心位置．2.弹力：发生弹性形变的物体，由于要___________，对跟它__________会产生力的作用，这种力叫做弹力．(1)弹力产生的条件：①______________；②_______________________．（2）弹力的方向：跟物体__________的方向相同．一般情况：凡是支持物对物体的支持力，都是支持物因_______而对物体产生的弹力；支持力的方向总是_________________________．一般情况：凡是一根线(或绳)对物体的拉力，都是这根线(或绳)因为__________而对物体产生的弹力；拉力的方向总是__________．弹力方向的特点：由于弹力的方向跟接触面垂直，面面接触、点面接触时弹力的方向都是__________（3）弹力的大小：①与形变大小有关,弹簧的弹力_____②可由力的________求得．3．滑动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上存在_______的时候，要受到另一个物体________________的力，这种力叫做滑动摩擦力．（1）产生条件：①接触面是_____；②两物体接触面上有________；③两物体间有___________．（2）方向：总是沿着____________________________．（3）大小：与正压力成正比，即__________4．静摩擦力：当一个物体在另一个物体表面上有____________时，所受到的另一个物体对它的力，叫做静摩擦力． （1）产生条件：①接触面是________的；②两物体有__________；③两物体接触面上有______．（2）方向：沿着接触面的_________________________．（3）大小：由受力物体所处的运动状态根据_________或___________来计算考点一．关于重力的理解1．重力与万有引力的关系oFGF向图2-1-1（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．（2）万有引力的另一个分力是物体随地球自转所需的向心力．如图2-1-1所示．（3）物体在地球上不同的纬度处随地球自转所需的向心力的大小不同，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（4）一般情况下，可不考虑地球的自转效应，近似的认为mg=F引.2．重心位置的理解和确定（1）重心是一个物体各部分所受重力作用的等效作用点．（2）质量分布均匀的物体，重心的位置只跟物体的形状有关，几何形状规则的物体，它的重心位置在它的几何中心，如实心铅球的重心就在球心．（3）质量分布不均匀的物体，重心的位置不仅与物体的形状有关，还跟物体质量的分布有关．（4）物体重心的位置可以在物体上，也可以在物体外，例如一个平板的重心在板上，而一个铁环的重心就不在铁环上．（5）重心的位置与物体的位置、放置状态及运动状态无关，但一个物体的质量分布发生变化时，其重心的位置也发生变化．例如一个充气的篮球，其重心在几何中心处，若将篮球内充入一定量的水（未满），则充水的球相对于原球重心将下移【例题1】关于重心的说法正确的是（）A．重心就是物体的中心B．重心的位置随物体的形状的变化而变化C．重心的位置随物体的位置的变化而变化D．均匀的木球重心在球心，挖去球心部分，木球就没有重心解析：此题考查重心的概念.重心即物体所受重力的作用点，并不一定在物体上．故B选项正确.答案：B【变式训练1】关于重力的大小，下列说法正确的是（）A.物体的重力的大小总是恒定的B.同一地点，物体的重力与物体的质量成正比C.物体落向地面时，它受到的重力大于它静止时所受到的重力D.物体的重力总等于它对竖直测力计的拉力考点二、弹力有无的判断和弹力的方向1．直接判定对于形变较明显的情况，由形变情况直接判断．如弹簧、弯曲杆等2．利用“假设法”判断ACB图2-1-2对于形变不明显的情况，可假设与研究对象接触的物体间没有弹力，判断研究对象的运动状态是否发生改变，若运动状态不变，则此处不存在弹力，若运动状态改变，则此处存在弹力．例如，如图2-1-2所示，有一球放在光滑的水平面上，并和光滑斜面AB接触，球静止．分析球所受的弹力．可用“假设法”，即假设去掉AB面，因球仍然能够保持原来的静止状态，则可以判断出在球与AB面的接触处没有弹力；假设去掉AC面，则球将向下运动，故在与AC面的接触处受到弹力，其方向垂直于AC面向上．3．根据物体运动所处的状态判断vA图2-1-3 物体的受力必须和物体的运动状态符合，依据物体的运动状态，由二力平衡（或牛顿第二定律）列方程求解．这可以作为判断某个接触面上弹力是否存在的依据．例如：如图2-1-3所示，小球A在车厢内随车厢一起向右运动，可根据小球的运动状态分析车厢后壁对小球A的弹力的情况．（1）若车厢和小球做匀速直线运动，则小球A受力平衡，那么后车厢对小球无弹力．（2）若车厢和小球向右做加速运动，则由牛顿第二定律可知，后车厢对小球的弹力水平向右．4．弹力方向的确定（1）接触面型：必定与面垂直。（2）线或绳：必定沿线或绳的收缩方向。（3）杆：不一定沿杆的方向。具体情况如下表所示：面面接触点面接触绳产生的弹力杆产生的弹力压力支持力点与平面点与曲面示例说明垂直接触面指向受力物体垂直接触面或过切点的切面沿绳收缩的方向杆产生的弹力方向不一定沿杆F2APOF1BP图2-1-4O【例题2】如图2-1-4所示，光滑但质量分布不均的小球的球心在O，重心在P，静止在竖直墙和桌边之间．试画出小球所受弹力．解析：此题考查弹力的方向.由于弹力的方向总是垂直于接触面，在A点，弹力F1应该垂直于球面，所以沿半径方向指向球心O；在B点弹力F2垂直于墙面，因此也沿半径指向球心O．注意：弹力必须指向球心，而不一定指向重心．又由于F1、F2、G为共点力，重力的作用线必须经过O点，因此P和O必在同一竖直线上．θ图2-1-5答案：如图2-1-8所示．【变式训练2】如图2-1-5所示，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，,方向沿杆向上B．小车静止时，,方向垂直杆向上C．小车向右以加速度a运动时，一定有D．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考点三、摩擦力的有无、方向、大小的判断方法一、摩擦力的有无、方向的判断方法1．假设法，即假设接触面光滑，看物体是否会发生相对运动；（1）若发生相对运动，则说明物体原来虽相对静止却有相对运动的趋势，且假设接触面光滑后物体发生相对运动的方向即为原来相对运动趋势的方向，从而确定静摩擦力的方向．（2）若没有发生相对运动，则说明没有摩擦力．2．根据摩擦力的效果来判断其方向：如平衡其他力、作动力、作阻力、提供向心力等；再根据平衡条件和牛顿定律来计算大小．用牛顿第二定律判断，关键是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确定合力的方向，然后受力分析判定静摩擦力的方向． AB图2-1-6例如，如图2-1-6中物块A和B在外力F作用下一起沿水平面向右以加速度a做匀加速直线运动时，摩擦力提供A物体的加速度，大小为ma，方向水平向右．3．利用牛顿第三定律来判断这种方法的关键是抓住“摩擦力是成对出现的”，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的方向．特别提醒：（1）受静摩擦力的物体不一定是静止的，受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的．（2）摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势，但摩擦力不一定阻碍物体的运动，摩擦力的方向与物体运动的方向可能相同也可能相反，还可能成一夹角，即摩擦力可能是动力也可能是阻力．（3）弹力产生的条件是摩擦力产生条件中的一部分，故物体间存在弹力是存在摩擦力的前提条件，当物体间存在摩擦力时一定同时存在弹力，反之不一定成立．二、摩擦力大小的计算方法1．静摩擦力大小的计算根据物体所受外力及所处的状态（平衡或变速）可分为两种情况：（1）物体处于平衡状态时（静止或匀速），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f=ma，例如匀速转动的圆盘上的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，这种与运动状态有关的特点区别于滑动摩擦力．2．滑动摩擦力大小的计算滑动摩擦力的大小用公式f=μN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、接触面的粗糙程度有关；N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．ACBFα图2-1-73．最大静摩擦力的理解最大静摩擦力并不是物体实际受到的静摩擦力，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的正压力成正比；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．【例题3】如图图2-1-7所示，质量为m，横截面为直角三角形的物块ABC，，AB边靠在竖直墙面上，F是垂直于斜面BC的推力，现物块静止不动，则摩擦力的大小为_________。图2-1-8θQP解析：物块ABC受到重力、墙的支持力、摩擦力及推力四个力作用而平衡，由平衡条件不难得出静摩擦力大小为答案：【变式训练3】如图图2-1-8所示，质量分别为m和M的两物体P和Q叠放在倾角为θ的斜面上，P、Q之间的动摩擦因数为μ1，Q与斜面间的动摩擦因数为μ2。当它们从静止开始沿斜面滑下时，两物体始终保持相对静止，则物体P受到的摩擦力大小为：A．0；B.μ1mgcosθC.μ2mgcosθD.(μ1+μ2)mgcosθ考能训练A基础达标图2-1-9A1.如图2-1-9所示，质量为m的物体A以一定初速度v沿粗糙斜面上滑，物体A在上滑过程中受到的力有（）A．向上的冲力、重力、斜面的支持力和沿斜面向下的摩擦力B．重力、斜面的支持力和下滑力C．重力、对斜面的正压力和沿斜面向下的摩擦力D．重力、斜面的支持力和沿斜面向下的摩擦力图2-1-10ba2．如图2-1-10所示，在粗糙的水平面上放一块三角形木板a，若物体b在a的斜面上匀速下滑，则（） A．a保持静止，而且没有相对于水平面运动的趋势B．a保持静止，但有相对水平面向右运动的趋势C．a保持静止，但有相对于水平面向左运动的趋势D．因未给出所需数据，无法对a是否运动或有无运动趋势作出判断3．如图2-1-11，人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动。以下说法正确的是（）A．人受到重力和支持力的作用B．人受到重力、支持力和摩擦力的作用图2-1-11C．人受到的合外力不为零D．人受到的合外力方向与速度方向相同4．关于地球上的物体，下列说法中正确的是（）A．物体只有静止时才受到重力作用B．物体只有落向地面时才受到重力作用C．物体落向地面时比物体上抛时所受的重力大D．物体所受重力的大小与物体的质量有关，与物体是否运动及怎样运动无关5．关于相互接触的两个物体之间的弹力和摩擦力，以下说法中正确的是（）A．有弹力必有摩擦力B．有摩擦力必有弹力C．摩擦力的大小一定与弹力大小成正比D．以上说法都不正确图2-1-126．关于物体的重心，以下说法中正确的是（）A．物体的重心不一定在物体上B．用线悬挂的物体静止时，细线方向一定通过重心C．一块砖平放、侧放或立放时，其重心在砖内的位置不变D．舞蹈演员在做各种优美动作时，其重心的位置不变7．一个物体所受重力在下列哪些情况下要发生变化（）A．把它从赤道拿到南极B．把它送到月球上去C．把它放到水里D．改变它的运动状态ABF图2-1-138．如图2-1-12所示,重35N的物体沿倾角为370的斜面恰好能匀速下滑,物体与斜面间的动动摩擦因数μ=．如果要使物体能沿斜面匀速向上滑动,则作用于物体上的水平恒力F的大小是．9．如图2-1-13所示，物体A、B的质量mA=6kg,mB=4kg,A与B、B与地面之间的动摩擦因数都等于0．3在外力F的作用下，A和B一起做匀速运动，求A对B和地面对B的摩擦力的大小和方向．（g取10m/s2）10．运动员双手握着竹杆匀速上爬或匀速下滑时，他受到的摩擦力分别为F1、F2．则（）A．F1、F2均向上，F1=F2B．F1、F2均向下，F1=F2C．F1向下、F2向上，F1＞F2D．F1向下、F2向上，F1＜F2B能力提升图2-1-1411.物块静止在固定的斜面上，分别按图示的方向对物块施加大小相等的力F，A中F垂直于斜面向上。B中F垂直于斜面向下，C中F竖直向上，D中F竖直向下，施力后物块仍然静止，则物块所受的静摩擦力增大的是w.w.w.k.s.5.u.c.o.m（）图2-1-1512.如图所示，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，斜面的倾角为，则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为A．mg和mgB．mg和mg图2-1-16C．mg和mgD．mg和mg13.一质量为M的探空气球在匀速下降，若气球所受浮力F 始终保持不变，气球在运动过程中所受阻力仅与速率有关，重力加速度为g.现欲使该气球以同样速率匀速上升，则需从气球篮中减少的质量为()图2-1-17A．2(M)B.MC.2MD.0图2-1-1814.如图2-1-17所示，位于斜面上的物块M，在沿斜面向上的力F作用下，处于静止状态，则斜面作用于物块的静摩擦力（  ）A．方向可能沿斜面向上    B．方向可能沿斜面向下C．大小可能等于零     D．大小可能等于F15．如图2-1-18所示，物体A靠在竖直墙面上，在力F作用下，A、B保持静止。物体B的受力个数为（)A．2B．3C．4D．5图2-1-1916.如图2-1-19所示，质量均为m的两木块a与b叠放在水平面上，a受到斜向上与水平面成θ角的力作用，b受到斜向下与水平成θ角的力作用，两力大小均为F，两木块保持静止状态，则（ ）A．a、b之间一定存在静摩擦力  B．b与地面之间一定存在静摩擦力C．b对a的支持力一定小于mg   D．地面对b的支持力一定大于2mg图2-1-2017．如图2-1-20所示有黑白两条毛巾交替折叠放在地面上，白毛巾的中间用绳与墙壁连结着，黑毛巾的中部用手将它拉住，欲将其分离开来，若两条毛巾的质量均为m，毛巾之间及其与地面之间的动摩擦因数为μ，问：将黑毛巾匀速拉出需加多大的水平力？如果有n条白、黑毛巾交替折叠放置着，要将n条黑毛巾一起匀速拉出，要多大的力？图2-1-2118．如图2-1-21所示，一劲度系数为k1的弹簧，竖直地放在桌面上，上面压一质量为m的物体，另一劲度系数为k2的弹簧竖直放在物体上面，其下端与物体的上表面连接在一起，两个弹簧的质量都不计．要使下面弹簧的弹力减为原来的时，应将上面弹簧的上端A竖直向上提高多少？