高中物理（2019必修第一冊）舊教材同步講義第3章 專題強(qiáng)化　三種性質(zhì)的力及物體的受力分析同步講義

[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．進(jìn)一步熟練判定彈力的方向，能根據(jù)平衡法、假設(shè)法確定彈力的有無和方向.2.進(jìn)一步熟練掌握靜摩擦力、滑動摩擦力方向的判定方法和大小的計算方法.3.學(xué)會對物體進(jìn)行受力分析的方法．一、彈力的判斷和計算1．彈力的判斷(1)彈力有無的判斷“三法”．①條件法：根據(jù)物體是否直接接觸并發(fā)生彈性形變來判斷是否存在彈力．此方法多用來判斷形變較明顯的情況．②假設(shè)法：的狀態(tài)．③狀態(tài)法：根據(jù)物體的運(yùn)動狀態(tài)，利用牛頓第二定律(第四章學(xué)習(xí))或共點力平衡條件判斷彈力是否存在．(2)彈力方向的確定．2．彈力的計算(1)對有明顯形變的彈簧、橡皮條等物體，彈力的大小可以由胡克定律F＝kx計算．(2)對于難以觀察的微小形變，可以根據(jù)物體的受力情況和運(yùn)動情況，運(yùn)用物體平衡條件來確定彈力大小．例1在圖1中畫出物體A所受彈力的示意圖(已知圖中物體A均處于靜止?fàn)顟B(tài)，各接觸面都是光滑的)．圖1答案如圖所示解析用假設(shè)法判斷．題圖甲中，若拿走B球，A球?qū)⑾蛴蚁逻\(yùn)動，說明A、B間有彈力．題圖乙中，若拿走A球，B球?qū)⑾蛳逻\(yùn)動，說明A、B間有彈力；將容器左壁或底拿走，A球會運(yùn)動，說明容器左壁和底對A也有彈力作用．題圖丙中，球受到地面的支持力，斜面對球A沒有彈力的作用．題圖丁中桿給重物的彈力F并不沿著桿的方向，根據(jù)假設(shè)法判斷F的方向應(yīng)豎直向上．例2(2019·泰安一中期中)如圖2所示，物體A和B均處于靜止?fàn)顟B(tài)，重力分別為13N和7N，不計彈簧測力計和細(xì)線的重力，不考慮一切摩擦，則彈簧測力計的讀數(shù)是()圖2A．6NB．7NC．13ND．20N答案B解析以物體B為研究對象進(jìn)行受力分析，由二力平衡得，細(xì)線上的拉力為：FT＝GB＝7N．細(xì)線拉力的大小即為彈簧測力計的讀數(shù)，A、C、D錯誤，B正確．二、摩擦力的分析與計算1．靜摩擦力有無的判斷方法(1)條件法：根據(jù)摩擦力產(chǎn)生的條件判斷．(2)假設(shè)法：假設(shè)接觸面光滑，若物體原來的運(yùn)動狀態(tài)改變，說明存在摩擦力；否則，不存在摩擦力．(3)狀態(tài)法：由物體所處的狀態(tài)分析，若物體靜止或做勻速運(yùn)動，根據(jù)初中學(xué)過的二力平衡的知識判斷是否存在摩擦力．(4)力的相互作用法：當(dāng)一物體所受摩擦力方向不易判斷時，可根據(jù)與之相互作用的另一物體所受摩擦力情況和相互作用力等大反向的特點進(jìn)行判定．2．摩擦力大小的計算(1)靜摩擦力的大小①靜摩擦力的大小通常要通過受力情況和平衡條件進(jìn)行計算，隨著產(chǎn)生運(yùn)動趨勢的外力的變化而變化．②最大靜摩擦力Ffmax的值略大于滑動摩擦力，高中階段為了計算方便，往往認(rèn)為最大靜摩擦力大小等于滑動摩擦力．(2)滑動摩擦力的大小計算公式：F＝μFN公式中FN為接觸面受到的正壓力，與物體的重力G是兩種性質(zhì)的力，大小和方向不一定與重力相同．F與物體是否勻速運(yùn)動、運(yùn)動速度的大小、接觸面積的大小無關(guān)，只與μ和FN有關(guān)．例3如圖3所示，一輛汽車在平直公路上向右運(yùn)動，車上有一木箱，試判斷下列情況中木箱所受的摩擦力及摩擦力的方向．圖3(1)汽車由靜止加速運(yùn)動時(木箱和車無相對滑動)；(2)汽車剎車時(木箱和車無相對滑動)；(3)汽車勻速運(yùn)動時(木箱和車無相對滑動)；(4)汽車剎車，木箱在車上向前滑動時；(5)汽車在勻速運(yùn)動過程中突然加速，木箱在車上滑動時．答案(1)靜摩擦力，向右(2)靜摩擦力，向左(3)無摩擦力(4)滑動摩擦力，向左(5)滑動摩擦力，向右解析(1)木箱隨汽車一起由靜止加速運(yùn)動，假設(shè)二者的接觸面是光滑的，則木箱由于慣性要保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)，因此它將相對于汽車向左滑動，而實際上木箱沒有滑動，說明木箱相對汽車有向左滑動的趨勢，所以木箱受到向右的靜摩擦力，此時靜摩擦力方向與木箱運(yùn)動方向相同，為動力．(2)汽車剎車時，速度減小，假設(shè)木箱與汽車的接觸面是光滑的，則木箱將相對汽車向右滑動，而實際上木箱沒有滑動，說明木箱有相對汽車向右滑動的趨勢，所以木箱受到向左的靜摩擦力，此時靜摩擦力方向與木箱運(yùn)動方向相反，為阻力．(3)木箱隨汽車一起勻速運(yùn)動時，二者無相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢，因而木箱不受摩擦力．(4)汽車剎車，木箱相對于汽車向右滑動，可知木箱受到向左的滑動摩擦力，摩擦力方向與木箱運(yùn)動方向相反，為阻力．(5)汽車在勻速運(yùn)動過程中突然加速，木箱相對于汽車向左滑動，可知木箱受到向右的滑動摩擦力，摩擦力方向與木箱運(yùn)動方向相同，為動力．例4(2019·河北師大附中期中)把一個重為G的物體，用一個水平力F＝kt(k為恒量，t為時間)壓在豎直的足夠高的平整的墻上，如圖4所示，從t＝0開始物體所受的摩擦力Ff隨t的變化關(guān)系是()圖4答案B解析由于物體受到的水平推力為F＝kt，由二力平衡得，墻與物體間的彈力FN＝kt.當(dāng)F比較小時，物體所受的摩擦力Ff小于物體的重力G，物體將沿墻壁下滑，此時物體與墻壁間的摩擦力為滑動摩擦力，由公式可得，滑動摩擦力大小Ff＝μkt，隨時間先均勻增大，當(dāng)摩擦力Ff大小等于重力G時，物體有速度，不能立即停止運(yùn)動，物體受到的摩擦力仍然是滑動摩擦力；隨著摩擦力的增大，摩擦力將大于重力，物體做減速運(yùn)動直至靜止，此后摩擦力將變?yōu)殪o摩擦力，靜摩擦力與正壓力無關(guān)，跟重力始終平衡，故B正確，A、C、D錯誤．三、物體的受力分析受力分析的一般步驟：1．明確研究對象，即首先確定我們要分析哪個物體的受力情況，研究對象可以是單個物體(質(zhì)點、結(jié)點)，也可以是兩個(或多個)物體組成的整體．2．隔離分析：將研究對象從周圍物體中隔離出來，分析周圍有哪些物體對它施加了力的作用．3．按重力、彈力、摩擦力、其他力的順序，依據(jù)各力的方向，畫出各力的示意圖．例5(多選)如圖5所示，有三個物體疊放在一起，置于粗糙的水平地面上，現(xiàn)用水平力F作用在B上，三個物體仍然靜止，下列說法中正確的是()圖5A．B對A有摩擦力作用B．B受到A、C的摩擦力作用C．B受到C的摩擦力作用D．地面對C有摩擦力作用，大小等于F答案CD解析假設(shè)B對A有摩擦力作用，則A受力不平衡，不能保持靜止，所以B對A無摩擦力作用，A錯誤．根據(jù)力的相互性可知，A對B也無摩擦力作用，B錯誤．假設(shè)C對B無摩擦力作用，則B在水平方向上只受力F作用，不能保持靜止，故B受到C的摩擦力作用，由力的相互性可知，B對C的摩擦力大小為F，方向向右，因C保持靜止，故地面給C的摩擦力大小為F，方向向左，所以選項C、D正確．針對訓(xùn)練1(2019·上杭一中期中)對以下小球或木塊受力分析正確的是()A．兩小球靠在一起靜止于光滑水平面上B．木塊靜止于斜面上C．小球用繩拴掛于豎直光滑墻壁上靜止D．小球在光滑水平面上向右勻速運(yùn)動答案C針對訓(xùn)練2(2019·濟(jì)南一中期中)我國的高鐵技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位，高鐵(如圖6甲所示)在行駛過程中非常平穩(wěn)，放在桌上的水杯幾乎感覺不到晃動．圖乙為高鐵車廂示意圖，A、B兩物塊相互接觸地放在車廂里的水平桌面上，兩物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)相同，A的質(zhì)量比B的質(zhì)量大，車廂在平直的鐵軌上向右做勻速直線運(yùn)動，A、B相對于桌面始終保持靜止，下列說法正確的是()圖6A．A受到2個力的作用B．B受到3個力的作用C．A受到桌面對它向右的摩擦力D．B受到A對它向右的彈力答案A解析車在平直的鐵軌上向右做勻速直線運(yùn)動，此時A、B均在向右做勻速直線運(yùn)動，故A、B均只受重力和支持力作用，水平方向沒有外力，故水平方向均不受摩擦力，同時A、B間也沒有彈力作用，故A正確，B、C、D錯誤．1．(彈力的分析)(2019·湖南師大附中高一上學(xué)期期末)下列各圖中P、Q兩球均處于靜止?fàn)顟B(tài)，兩球之間不存在彈力的是(所有接觸面都是光滑的)()答案A2．(摩擦力的分析)(2019·濟(jì)南一中期中)如圖7所示，A、B、C三個物體質(zhì)量相等，它們與傳送帶間的動摩擦因數(shù)也相同．三個物體隨傳送帶一起勻速運(yùn)動，運(yùn)動方向如圖中箭頭所示．則下列說法正確的是()圖7A．A物體受到的摩擦力方向向右B．三個物體中只有A物體受到的摩擦力是零C．B受到的摩擦力沿斜面向下D．B、C受到的摩擦力方向相反答案B解析A物體在水平方向上做勻速直線運(yùn)動，水平方向上不受摩擦力，故A錯誤；B、C物體相對傳送帶均有向下滑動的趨勢，故均受到沿斜面向上的靜摩擦力，B正確，C、D錯誤．3．(摩擦力的分析與計算)如圖8所示，物體A的質(zhì)量為1kg，置于水平地面上，物體與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，從t＝0開始，物體以一定的初速度v0向右滑行的同時，受到一個水平向左、大小恒為F0＝1N的作用力，則反映物體受到的摩擦力Ff隨時間變化的圖象正確的是(取向右為正方向，g取10m/s2)()圖8答案C解析物體向右滑動時，受到地面向左的滑動摩擦力，由Ff1＝μmg，得Ff1＝2N；物體靜止后，因受到向左的拉力F0＝1N<Ff1，故物體A不再運(yùn)動．由二力平衡可知，物體受到向右的靜摩擦力，F(xiàn)f2＝F0＝1N，故C正確．4.(物體的受力分析)(2019·泰安一中期中)如圖9所示，物體A、B、C疊放在水平桌面上，力F作用在物體C上后，各物體仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，那么以下說法正確的是()圖9A．A受的各個摩擦力的合力不為零B．A、B、C三個物體組成的整體所受摩擦力為零C．C不受摩擦力作用D．B不受摩擦力作用答案D解析物體A保持靜止，所受的各個摩擦力的合力為零，故A錯誤．對A、B、C三個物體組成的整體受力分析，水平方向受到F和水平向左的摩擦力，則整體所受摩擦力不為零，故B錯誤．C水平方向受到F作用，因C處于靜止?fàn)顟B(tài)，由平衡條件知，C所受摩擦力應(yīng)水平向左，故C錯誤．B不受摩擦力，否則其受力將不平衡，不能保持靜止，故D正確．一、選擇題1．靜止的車廂頂部用細(xì)線豎直懸掛一小球，如圖1所示，小球下方與一光滑斜面接觸．關(guān)于小球的受力，下列說法正確的是()圖1A．細(xì)線對它一定有拉力作用B．細(xì)線對它可能沒有拉力作用C．斜面對它可能有支持力作用D．斜面對它一定有支持力作用答案A解析小球和光滑斜面接觸，斜面對小球沒有彈力(假設(shè)有彈力，小球?qū)⑹艿饺齻€力作用，重力和細(xì)線的拉力在豎直方向上，彈力垂直于斜面向上，三個力的合力不可能為零，小球?qū)⑾蛴疑戏竭\(yùn)動，與題設(shè)條件矛盾，故斜面對小球沒有彈力)，故小球只受到重力和細(xì)線對它的拉力兩個力，故選項A正確，B、C、D錯誤．2.(2019·黑龍江省實驗中學(xué)期中)如圖2所示，物體A分別與水平面、豎直墻面以及物體B緊密接觸，所有接觸面均光滑，A、B均靜止，則()圖2A．物體A受三個彈力作用B．物體A受兩個彈力作用C．物體B受兩個彈力作用D．物體A和物體B均只受一個彈力作用答案D解析A、B兩物體沒有相互擠壓，它們之間無彈力，A受到的彈力只有地面的支持力，B受到的彈力也只有地面的支持力．3．(2019·湖南師范大學(xué)附屬中學(xué)高一上期末)如圖3所示，物體A、B在力F的作用下一起以相同速度沿F方向勻速運(yùn)動，關(guān)于物體A所受的摩擦力，下列說法正確的是()圖3A．甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力，且方向均與F相同B．甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力，且方向均與F相反C．甲、乙兩圖中物體A均不受摩擦力D．甲圖中物體A不受摩擦力，乙圖中物體A受摩擦力，方向和F方向相同答案D解析題圖甲中，假設(shè)A、B接觸面光滑，A保持勻速運(yùn)動，A、B仍相對靜止，說明A、B間沒有相對運(yùn)動趨勢，則A、B間沒有靜摩擦力；假設(shè)A、B接觸面光滑，題圖乙中A物體有向下滑動的趨勢，說明A受靜摩擦力，方向和F方向相同，故D正確．4.(2019·哈爾濱六中高一上期中)如圖4所示，將鉛筆一端放在水平桌面上，另一端用細(xì)線懸吊，則鉛筆受到力的個數(shù)為()圖4A．5個 B．4個C．3個 D．2個答案B解析如圖所示，鉛筆受重力、支持力、細(xì)線的拉力，拉力方向沿線的方向，故鉛筆還受一個向右的摩擦力，共4個力，選項B正確．5.(2019·山東師大附中高一期中)如圖5所示，傾角為30°、重為80N的斜面體靜止在水平面上，一根彈性輕桿的一端垂直固定在斜面體上，桿的另一端固定一個重為2N的小球，小球處于靜止?fàn)顟B(tài)時，下列說法正確的是()圖5A．斜面體有向左運(yùn)動的趨勢B．地面對斜面體的支持力為80NC．小球?qū)椥暂p桿的作用力大小為2N，方向豎直向下D．彈性輕桿對小球的作用力大小為2N，方向垂直斜面向上答案C解析斜面體、小球和桿組成的整體受到重力和地面的支持力作用而處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)二力平衡，可得地面對斜面體的支持力為82N，斜面體沒有運(yùn)動趨勢，選項A、B錯誤；小球受到重力和桿的作用力，因為小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以桿對小球的作用力豎直向上，大小為2N，故小球?qū)U的作用力大小為2N，方向豎直向下，選項C正確，D錯誤．6.如圖6所示，一人站在自動扶梯的水平踏板上，隨扶梯斜向上勻速運(yùn)動，以下說法正確的是()圖6A．人受到重力和支持力的作用B．人受到重力、支持力和向右的摩擦力的作用C．人受到重力、支持力和向左的摩擦力的作用D．人受到重力、支持力和與速度方向相同的摩擦力的作用答案A解析人做勻速直線運(yùn)動，則人處于平衡狀態(tài)，受重力和支持力，若受摩擦力，一定沿水平方向，但沒有力與摩擦力平衡，故A正確，B、C、D錯誤．7．如圖7所示，在粗糙水平面上有兩個質(zhì)量分別為m1和m2的木塊1和2，它們用一根原長為l、勁度系數(shù)為k的水平輕彈簧連接，兩木塊與地面之間的動摩擦因數(shù)均為μ，重力加速度為g.現(xiàn)用一水平力F向右拉木塊1，當(dāng)兩木塊一起勻速運(yùn)動時，兩木塊之間的距離為()圖7A．l＋eq\f(μm1g,k) B．l＋eq\f(μm1＋m2g,k)C．l＋eq\f(μm2g,k) D．l＋eq\f(μm1m2g,km1＋m2)答案C解析對木塊2受力分析，有kx＝μm2g，彈簧伸長量x＝eq\f(μm2g,k)，木塊之間的距離為l＋x＝l＋eq\f(μm2g,k)，選項C正確．8.(多選)(2019·黑龍江省實驗中學(xué)期中)放在水平地面上的物體M上表面有一物體m，m與M之間有一處于拉長狀態(tài)的彈簧，整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖8所示，則關(guān)于M和m受力情況的判斷，正確的是()圖8A．m受到向左的摩擦力B．M受到m對它向左的摩擦力C．地面對M的摩擦力方向向右D．地面對M不存在摩擦力作用答案AD解析拉長的彈簧對m產(chǎn)生向右的彈力，由于m處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以M對m有向左的摩擦力，m對M有向右的摩擦力，A對，B錯；選整體分析，整體無運(yùn)動趨勢，地面對M無摩擦力，D對，C錯．9．(2019·華中師大一附中期中)如圖9所示，質(zhì)量為m的木塊在質(zhì)量為M的長木板上，受到向右的拉力F的作用而向右滑行，長木板處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知木塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ1，木板與地面間的動摩擦因數(shù)為μ2.下列說法正確的是()圖9A．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2mgB．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2(m＋M)gC．木板受到地面的摩擦力的大小一定等于FD．木板受到木塊的摩擦力大小一定是μ1mg答案D解析木塊所受木板的滑動摩擦力大小Ff1＝μ1mg，方向水平向左，木板受到木塊的摩擦力方向水平向右，大小等于μ1mg；木板處于靜止?fàn)顟B(tài)，水平方向受到木塊的滑動摩擦力和地面的靜摩擦力，根據(jù)平衡條件，木板受到地面的摩擦力的大小是μ1mg，A、B、C錯誤，D正確．10．(多選)如圖10是某小組同學(xué)為研究動摩擦因數(shù)所設(shè)計的實驗裝置．其中A為一質(zhì)量為M的長直木板，B為木板上放置的質(zhì)量為m的木塊，Q為木塊右端連接的一水平彈簧測力計．實驗時用水平力將A從B的下方抽出，通過Q的讀數(shù)即可測出動摩擦因數(shù)．若實驗條件較為理想，則()圖10A．只有將木板A勻速抽出才能從Q上讀取穩(wěn)定讀數(shù)B．將木板A加速、減速或勻速抽出均能從Q上讀取穩(wěn)定讀數(shù)C．通過該方法可測得A與B之間的動摩擦因數(shù)D．通過該方法可測得A與地面之間的動摩擦因數(shù)答案BC解析用力將A從B的下方抽出，B達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，在水平方向上B所受的滑動摩擦力與彈簧測力計的拉力平衡，根據(jù)滑動摩擦力Ff＝μFN可知，滑動摩擦力的大小與A的速度無關(guān)，無論木板A是加速、減速還是勻速抽出，都不會改變木塊受到摩擦力的大小，均能從Q上讀取穩(wěn)定讀數(shù)，選項A錯誤，B正確；當(dāng)B達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，彈簧測力計的讀數(shù)FT與B受到A的滑動摩擦力Ff大小相等，B對木塊A的壓力大小等于B的重力mg，又Ff＝μFN，得μ＝eq\f(Ff,mg)＝eq\f(FT,mg)，從Q上讀取FT，則可求得A與B之間的動摩擦因數(shù)μ，選項C正確，D錯誤．二、非選擇題11．畫出圖11(1)～(5)中靜止物體A的受力示意圖．圖11答案如圖所示12.(2019·長郡中學(xué)高一上學(xué)期期末)如圖12所示，用水平力F將木塊壓在豎直墻壁上，已知木塊重力G＝6N，木塊與墻壁間的動摩擦因數(shù)μ＝0.25，假設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，求：圖12(1)當(dāng)F＝25N時，木塊受到的摩擦力大小；(2)當(dāng)F＝10N時，木塊受到的摩擦力大小．答案(1)6N(2)2.5N解析(1)水平方向上，木塊受到的水平推力和墻壁的彈力平衡，當(dāng)F＝25N時，最大靜摩擦力為Ffm＝0.25×25N＝6.25N．重力小于最大靜摩擦力，故木塊沒有動，則木塊在豎直方向上受到的重力和靜摩擦力平衡，即Ff＝G＝6N.(2)當(dāng)F＝10N時，F(xiàn)N＝F＝10N，則Ff＝μFN＝0.25×10N＝2.5N