高中物理必修《重力彈力摩擦力》教學課件15

重力彈力摩擦力1．重力(1)產(chǎn)生：由于__________的吸引而使物體受到的力．(2)大?。号c物體的質量成________，即G＝________.可用______________測量重力．(3)方向：總是__________的．(4)重心：其位置與物體的__________分布和__________有關．地球正比mg彈簧測力計豎直向下質量形狀2．彈力(1)定義：發(fā)生____________的物體由于要恢復原狀而對與它接觸的物體產(chǎn)生的作用力．(2)產(chǎn)生的條件①物體間直接__________；②接觸處發(fā)生__________.(3)方向：總是與物體形變的方向__________.彈性形變接觸彈性形變相反3．胡克定律(1)內(nèi)容：在_____________內(nèi)，彈力的大小跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成__________.(2)表達式：F＝__________.k是彈簧的____________，由彈簧自身的性質決定，單位是___________，用符號__________表示．x是彈簧長度的__________，不是彈簧形變以后的長度．彈性限度正比kx勁度系數(shù)牛頓每米N/m變化量4．滑動摩擦力和靜摩擦力的對比相對靜止相對運動粗糙壓力相對運動趨勢粗糙壓力相對運動0相反相反相對運動趨勢相對運動1．請判斷下列表述是否正確．(1)重力就是地球對物體的吸引力．(

)(2)物體的重心一定在物體上．(

)(3)物體所受彈力的方向與其形變方向相同．(

)(4)繩對物體的拉力方向總是豎直向上．(

)(5)桿的彈力方向不一定沿桿的方向．(

)××√×√(6)摩擦力的方向一定與物體運動方向相反．(

)(7)靜摩擦力一定是阻力，滑動摩擦力不一定是阻力．(

)(8)運動的物體不可能受到靜摩擦力的作用．(

)(9)正壓力越大，摩擦力可能越大，也可能不變．(

)(10)動摩擦因數(shù)與接觸面積有關，相同材料的兩物體接觸面積越大，動摩擦因數(shù)越大．(

)×××√×2．如圖所示，小木塊與小球通過輕桿連接，在小木塊勻速滑上斜面和勻速滑下斜面過程中，輕桿對小球作用力(

)A．上滑時大 B．下滑時大C．一樣大 D．無法判斷3．下列關于重力和重心的說法正確的是(

)A．物體所受的重力就是地球對物體產(chǎn)生的吸引力B．物體靜止時，對水平支持物的壓力就是物體的重力C．用細線將物體懸掛起來，靜止時物體的重心一定在懸線所在的直線上D．重心就是物體所受重力的等效作用點，故重心一定在物體上CC一彈力有無的判斷[例1](2017·陜西西安調(diào)研)如圖所示，在一個正方體的盒子中放有一個質量分布均勻的小球，小球的直徑恰好和盒子內(nèi)表面正方體的棱長相等，盒子沿傾角為α的固定斜面滑動，不計一切摩擦，下列說法中正確的是(

)A．無論盒子沿斜面上滑還是下滑，球都僅對盒子的下底面有壓力B．盒子沿斜面下滑時，球對盒子的下底面和右側面有壓力C．盒子沿斜面下滑時，球對盒子的下底面和左側面有壓力D．盒子沿斜面上滑時，球對盒子的下底面和左側面有壓力[思維導引]采用假設法，可假設小球僅對盒子的下底有壓力，判斷兩者運動是否相同．A解析

先以盒子和小球組成的系統(tǒng)為研究對象，無論上滑還是下滑，用牛頓第二定律均可求得系統(tǒng)的加速度大小為a＝gsinα，方向沿斜面向下，由于盒子和小球始終保持相對靜止，所以小球的加速度大小也是a＝gsinα，方向沿斜面向下，小球沿斜面向下的重力分力大小恰好等于所需的合外力，因此不需要盒子的左、右側面提供彈力．故選項A正確．對于形變明顯的物體，由形變情況直接判斷彈力情況，對于形變不明顯的物體通常用“假設法”和“替換法”，有時要根據(jù)物體的運動狀態(tài)判定彈力情況．1．彈力方向的確定2．計算彈力大小的三種方法(1)根據(jù)胡克定律進行求解．(2)根據(jù)力的平衡條件進行求解．(3)根據(jù)牛頓第二定律進行求解．二彈力方向的確定和大小的計算D[思維導引]①小車靜止時，分析小球受力，利用平衡條件確定桿對小球的彈力的大小和方向．②小車加速運動時，分析小球受力，利用牛頓第二定律確定桿對球的彈力的大小和方向．[例3]緩沖裝置可抽象成如圖所示的簡單模型，圖中A、B為原長相等、勁度系數(shù)分別為k1、k2(k1≠k2)的兩個不同的輕質彈簧．下列表述正確的是(

)A．裝置的緩沖效果與兩彈簧的勁度系數(shù)無關B．墊片向右移動穩(wěn)定后，兩彈簧產(chǎn)生的彈力之比F1∶F2＝k1∶k2

D[思維導引]①分析穩(wěn)定后，兩彈簧之間相互彈力作用的關系．②利用胡克定律計算兩個彈簧的形變量和長度．解析

裝置的緩沖效果與彈簧的勁度系數(shù)有關；根據(jù)力的作用是相互的可知：輕質彈簧A、B中的彈力是相等的，即k1x1＝k2x2，所以兩彈簧的壓縮量之比x1∶x2＝k2∶k1，故選項D正確．1．靜摩擦力有無的判斷(1)假設法靜摩擦力的方向一定與物體相對運動趨勢的方向相反，利用“假設法”可以判斷出物體相對運動趨勢的方向．假設法(如圖所示)三靜摩擦力的大小和方向(2)狀態(tài)法此法關鍵是先判明物體的運動狀態(tài)(即加速度的方向)，再利用牛頓第二定律(F＝ma)確定合力，然后通過受力分析確定靜摩擦力的大小及方向．(3)牛頓第三定律法此法的關鍵是抓住“力是物體間的相互作用”，先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向，再根據(jù)“力的相互性”確定另一物體受到的靜摩擦力方向．2．靜摩擦力的計算方法(1)最大靜摩擦力Ffmax的計算最大靜摩擦力Ffmax只在剛好要發(fā)生相對滑動這一特定狀態(tài)下才表現(xiàn)出來．比滑動摩擦力稍大些，通常認為二者相等，即Ffmax＝μFN.

(2)一般靜摩擦力的計算一般靜摩擦力F的大小和方向都與產(chǎn)生相對運動趨勢的力密切相關，跟接觸面間相互擠壓的彈力FN無直接關系，因此具有大小、方向的可變性．對具體問題要結合研究對象的運動狀態(tài)(靜止、勻速運動或加速運動)，利用平衡條件或牛頓運動定律列方程求解．[例4](2018·寧夏銀川檢測)指明物體A在以下四種情況下所受的靜摩擦力的方向．(1)物體A靜止于斜面上，如圖甲所示；(2)物體A受到水平拉力F作用而仍靜止在水平面上，如圖乙所示；(3)物體A放在車上，在剎車過程中A相對于車廂靜止，如圖丙所示；(4)物體A在水平轉臺上，隨轉臺一起勻速運動，如圖丁所示．解析

運用假設法不難判斷出題圖甲斜面上的物體有沿斜面向下滑動的趨勢，所受的靜摩擦力沿斜面向上；題圖乙中的物體A有向右滑動的趨勢，所受靜摩擦力沿水平面向左．對乙圖中的A物體也可以根據(jù)共點力作用下物體的平衡條件判定所受靜摩擦力的方向水平向左．題圖丙中，A物體隨車一起向右減速運動，其加速度方向水平向左，由A物體的受力情況及牛頓第二定律可知，A物體所受靜摩擦力水平向左(與加速度同向)；題圖丁中，A物體隨轉臺勻速轉動，做勻速圓周運動，其加速度方向總指向圓心，由A物體的受力情況及牛頓第二定律可知，A受到的靜摩擦力也總指向圓心．答案

見解析應用“狀態(tài)法”解題時應注意的問題狀態(tài)法是分析判斷靜摩擦力有無及方向、大小的常用方法，在使用狀態(tài)法處理問題時，需注意以下兩點：(1)明確物體的運動狀態(tài)，分析物體的受力情況，根據(jù)平衡方程或牛頓定律求解靜摩擦力的大小和方向．(2)靜摩擦力的方向與物體的運動方向沒有必然關系，可能相同，也可能相反，還可能成一定的夾角．1．產(chǎn)生的條件(1)兩物體相互接觸且擠壓，發(fā)生形變，產(chǎn)生彈力．(2)兩接觸面粗糙．(3)兩物體沿接觸面發(fā)生相對運動．以上三個條件必須同時具備，才會有滑動摩擦力存在．四滑動摩擦力的大小和方向2．在計算滑動摩擦力的公式Ff＝μFN中，μ為動摩擦因數(shù)，其大小與接觸面的材料、表面的粗糙程度有關；FN為兩接觸面間的正壓力，其大小不一定等于物體的重力．3．滑動摩擦力的大小與物體的運動速度無關，與接觸面積也無關．4．滑動摩擦力的方向總是與物體間相對運動的方向相反，但不一定與物體運動方向相反．[例5](2017·吉林長春檢測)如圖所示，質量為m的工件置于水平放置的鋼板C上，二者間動摩擦因數(shù)為μ，由于固定的光滑導槽A、B的控制，工件只能沿水平導槽運動，現(xiàn)使鋼板以速度v1向右運動，同時用F拉動工件(F方向與導槽平行)使其以速度v2沿導槽運動，則F的大小為(

)A．等于μmg B．大于μmgC．小于μmg D．不能確定C解析

鋼板以速度v1向右運動，則工件以等大速度相對鋼板向左移動，設為v1′，同時工件被拉動也具有另一速度v2，故工件相對于鋼板的運動速度應是v1′與v2的合成，即如上圖中的速度v.滑動摩擦力阻礙二者的相對運動，故工件所受摩擦力Ff與v方向相反，要使工件沿導槽勻速運動，所施加的拉力只需與Ff一個分力平衡，故F<Ff＝μmg.解決摩擦力突變問題的關鍵點物體受到的外力發(fā)生變化時，物體受到的摩擦力的種類就有可能發(fā)生突變．解決這類問題的關鍵是：正確對物體受力分析和運動狀態(tài)分析，從而找到物體摩擦力的突變“臨界點”．常見類型如下：(1)靜—靜“突變”當作用在物體上的其他力的合力發(fā)生變化時，物體仍保持靜止，而所受靜摩擦力方向發(fā)生180°“突變”，則“突變”點是靜摩擦力為零時．五摩擦力突變問題(2)動—動“突變”某物體相對于另一物體滑動的過程中，若相對運動方向變了，則滑動摩擦力方向發(fā)生“突變”，“突變”點為兩物體相對速度為零時．(3)靜—動“突變”物體在摩擦力和其他力作用下處于靜止狀態(tài)，當其他力變化時，如果物體不能保持靜止狀態(tài)，則物體受到的靜摩擦力將“突變”成滑動摩擦力，“突變”點為靜摩擦力達到最大值時．(4)動—靜“突變”兩物體相對減速滑動的過程中，若相對速度變?yōu)榱悖瑒t滑動摩擦力“突變”為靜摩擦力，“突變”點為兩物體相對速度剛好為零時．[例6](多選)如圖所示，將兩相同的木塊a、b置于粗糙的水平地面上，中間用一輕彈簧連接，兩側用細繩系于墻壁．開始時a、b均靜止，彈簧處于伸長狀態(tài)，兩細繩均有拉力，a所受摩擦力Ffa≠0，b所受摩擦力Ffb＝0.現(xiàn)將右側細繩剪斷，則剪斷瞬間(

)A．Ffa大小不變 B．Ffa方向改變C．Ffb仍然為零 D．Ffb方向向右解析

剪斷右側繩的瞬間，右側繩上拉力突變?yōu)榱?，而彈簧對兩木塊的拉力沒有發(fā)生突變，與原來一樣，所以b相對地面有向左的運動趨勢，受到靜摩擦力Ffb方向向右，選項C錯誤，D正確，剪斷右側繩的瞬間，木塊a受到的各力都沒有發(fā)生變化，選項A正確、B錯誤．AD[例7]傳送帶以恒定的速率v＝10m/s運動，已知它與水平面成α＝37°，如圖所示，PQ＝16m，將一個小物體無初速度地放在P點，小物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.5，問當傳送帶逆時針轉動時，小物體運動到Q點的時間為多少？(cos37°＝0.8，sin37°＝0.6，g取10m/s2)解析

當傳送帶逆時針轉動時，對物體受力分析：重力mg、支持力N和摩擦力Ff(方向向下)則由牛頓第二定律有mgsinα＋μmgcosα＝ma1代入數(shù)據(jù)解得a1＝10m/s2(方向沿斜面向下)，故當經(jīng)過時間t＝1s后，物體的速度與傳送帶相同，此時物體運動了5m，則在此后的過程中摩擦力Ff的方向沿斜面向上．1．如圖所示，A為長木板，在水平地面上以速度v1向右運動，物塊B在木板A的上面以速度v2向右運動，下列判斷正確的是(A、B間不光滑)(

)A．若是v1＝v2，A、B之間無滑動摩擦力B．若是v1>v2，A受到了B所施加向右的滑動摩擦力C．若是v1<v2，B受到了A所施加向右的滑動摩擦力D．若是v1>v2，B受到了A所施加向左的滑動摩擦力A解析

當v1＝v2時，A、B之間無相對運動，它們之間沒有滑動摩擦力；當v1>v2時，以B為參考系，A向右運動，它受到B施加向左的滑動摩擦力，B則受到A施加向右的滑動摩擦力；當v1<v2時，以A為參考系，B向右運動，B受到A施加向左的滑動摩擦力，A受到B施加向右的滑動摩擦力．選項A正確，B、C、D錯誤．2．如圖所示，四個完全相同的彈簧都處于水平位置，它們的右端受到大小皆為F的拉力作用，而左端的情況各不相同：①中彈簧的左端固定在墻上；②中彈簧的左端受大小也為F的拉力作用；③中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在光滑的桌面上滑動；④中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在有摩擦的桌面上滑動．若認為彈簧的質量都為零，以l1、l2、l3、l4依次表示四個彈簧的伸長量，則有(

)A．l2>l1 B．l4>l3C．l1>l3 D．l2＝l4D解析

由于彈簧質量不考慮，所以四種情況下彈簧的伸長量只由力F決定，力F相同，則彈簧伸長量相同，故選項D正確．3．一木塊放在是水平桌面上，在水平方向共受到三個力即F1、F2和摩擦力的作用，木塊處于靜止狀態(tài)，如圖所示，其中F1＝10N，F(xiàn)2＝2N，若撤去F1，則木塊受到的摩擦力為(

)A．10N，方向向左 B．6N，方向向右C．2N，方向向右 D．0解析

當物體受F1、F2及摩擦力的作用而處于平衡狀態(tài)時，由平衡條件可知物體所受的摩擦力的大小為8N，方向向左，可知最大靜摩擦力Ffmax≥8N．當撤去力F1后，F(xiàn)2＝2N<Ffmax，物體仍處于靜止狀態(tài)，由平衡條件可知物體的受的靜摩擦力大小和方向發(fā)生突變，且與作用在物體上的F2等大反向，選項C正確．C5．木塊A、B分別重50N和60N，它們與水平地面之間的動摩擦因數(shù)均為0.25；夾在A、B之間的輕彈簧被壓縮了2cm，彈簧的勁度系數(shù)為400N/m.系統(tǒng)置于水平地面上靜止不動．現(xiàn)用F＝1N的水平拉力作用在木塊B上，如圖所示，求力F作用后木塊A、B所受摩擦力的大?。?．(1)一重為G的三角形物塊靜止在傾角為α的光滑斜面上且用豎直光滑擋板擋住，如圖甲所示，求斜面與擋板對物塊的彈力大?。?2)一重為G的物體放在光滑斜面上且與斜面一起向左以加速度a做勻加運動，物體與斜面間沒有相對滑動，如圖乙所示，求斜面對物體的彈力大?。甗例1](2017·湖南岳陽質檢·6分)(多選)如圖所示為表面粗糙的傾斜皮帶傳輸裝置，皮帶的傳動速度保持不變．物體被無初速度地放在皮帶的底端A處，開始時物體在皮帶上滑動，當它到達位置B后就不再相對皮帶滑動，而是隨皮帶一起勻速運動，直至傳送到頂端C，在傳送過程中，物體受到的摩擦力(

)A．在AB段為沿皮帶向上的滑動摩擦力B．在AB段為沿皮帶向下的滑動摩擦力C．在BC段不受靜摩擦力D．在BC段受沿皮帶向上的靜摩擦力錯誤致錯原因扣分B當物體被無初速度地放在皮帶底端A處，在皮帶上向上滑動的過程中(即AB段)，容易誤判摩擦力方向沿皮帶向下，是因為沒有理解滑動摩擦力的方向是與物體相對運動方向