高中物理2.1重力彈力摩擦力課件教科版

高中物理2.1重力彈力摩擦力課件教科版考點(diǎn)1重力和彈力1.重力(1)產(chǎn)生：由于______的吸引而使物體受到的力.(2)大小：與物體的質(zhì)量成______，即G=______.可用____________測(cè)量重力.(3)方向：總是____________.(4)重心：其位置與其______分布和形狀有關(guān).質(zhì)量豎直向下的地球mg彈簧測(cè)力計(jì)2.彈力(1)定義：發(fā)生__________的物體由于要恢復(fù)原狀,對(duì)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_____.接觸彈性形變彈性形變相反(4)大小——胡克定律.①內(nèi)容：彈簧發(fā)生__________時(shí)，彈力的大小跟彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度x成_____.②表達(dá)式：F=_____.k是彈簧的__________，由彈簧自身的性質(zhì)決定，單位是__________，用符號(hào)_____表示.x是彈簧長(zhǎng)度的______，不是彈簧形變以后的長(zhǎng)度.彈性形變正比kx勁度系數(shù)牛頓每米N/m變化量1.彈力有無(wú)的四種判斷方法(1)條件法：根據(jù)物體是否直接接觸并發(fā)生彈性形變來(lái)判斷是否存在彈力.此方法多用來(lái)判斷形變較明顯的情況.(2)假設(shè)法：對(duì)形變不明顯的情況，可假設(shè)兩個(gè)物體間彈力不存在，看物體能否保持原有的狀態(tài)，若運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，則此處不存在彈力，若運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，則此處一定有彈力.(3)狀態(tài)法：根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，利用牛頓第二定律或共點(diǎn)力平衡條件判斷彈力是否存在.(4)替換法：可以將硬的、形變不明顯的施力物體用軟的、易產(chǎn)生明顯形變的物體來(lái)替換，看能否維持原來(lái)的力學(xué)狀態(tài).2.彈力方向的判斷方法(1)根據(jù)物體所受彈力方向與施力物體形變的方向相反判斷.(2)根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件或牛頓第二定律確定彈力的方向.3.計(jì)算彈力大小常見(jiàn)的三種方法(1)根據(jù)胡克定律進(jìn)行求解.(2)根據(jù)力的平衡條件進(jìn)行求解.(3)根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行求解.一根輕質(zhì)彈簧一端固定，用大小為F1的力壓彈簧的另一端，平衡時(shí)長(zhǎng)度為l1；改用大小為F2的力拉彈簧，平衡時(shí)長(zhǎng)度為l2.彈簧的拉伸或壓縮均在彈性限度內(nèi)，該彈簧的勁度系數(shù)為()【解析】選C.根據(jù)胡克定律有:F1=k(l0-l1),F2=k(l2-l0),解得C正確.考點(diǎn)2摩擦力1.定義：兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生阻礙__________或_______________的力.2.產(chǎn)生條件(1)接觸面_____；(2)接觸處有_____；(3)兩物體間有__________或____________.3.方向：與受力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向_____.相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)趨勢(shì)粗糙彈力相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反相對(duì)運(yùn)4.大小(1)滑動(dòng)摩擦力：f=_____；(2)靜摩擦力：__<f≤_____.μN(yùn)0f靜max1.靜摩擦力有無(wú)及方向的常用判斷方法(1)假設(shè)法:利用假設(shè)法判斷的思維程序如下:不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)無(wú)靜摩擦力有靜摩擦力有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反假設(shè)物體間接觸面光滑(2)反推法：從研究物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反推它必須具有的條件，分析組成條件的相關(guān)因素中摩擦力所起的作用，從而判斷靜摩擦力的有無(wú)及方向.(3)狀態(tài)法：此法關(guān)鍵是先判明物體的運(yùn)動(dòng)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(guò)受力分析確定靜摩擦力的大小及方向.(4)牛頓第三定律法:此法的關(guān)鍵是抓住“力是成對(duì)出現(xiàn)的”，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.摩擦力大小的計(jì)算(1)滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算.滑動(dòng)摩擦力的大小用公式f=μN(yùn)計(jì)算，應(yīng)用此公式時(shí)要注意以下兩點(diǎn)：①μ為動(dòng)摩擦因數(shù)，其大小與接觸面的材料、表面的粗糙程度有關(guān)；N為兩接觸面間的正壓力，其大小不一定等于物體的重力.②滑動(dòng)摩擦力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，與接觸面積的大小無(wú)關(guān).(2)靜摩擦力的計(jì)算.①其大小、方向都跟產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力密切相關(guān)，但跟接觸面相互擠壓力N無(wú)直接關(guān)系，因而靜摩擦力具有大小、方向的可變性，其大小只能依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，若為平衡狀態(tài)，靜摩擦力可由平衡條件建立方程求解；若為非平衡狀態(tài)，可由動(dòng)力學(xué)規(guī)律建立方程求解.②最大靜摩擦力f靜max是物體將要發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)這一臨界狀態(tài)時(shí)的摩擦力，它的數(shù)值與N成正比，在N不變的情況下，滑動(dòng)摩擦力略小于f靜max，而靜摩擦力可在0～f靜max間變化.關(guān)于摩擦力，以下說(shuō)法中正確的是()A.運(yùn)動(dòng)物體可能受到靜摩擦力作用，但靜止物體不可能受到滑動(dòng)摩擦力作用B.靜止物體可能受到滑動(dòng)摩擦力作用，但運(yùn)動(dòng)物體不可能受到靜摩擦力作用C.正壓力越大，摩擦力可能越大，也可能不變D.摩擦力方向可能與速度方向在同一直線上，也可能與速度方向不在同一直線上【解析】選C、D.靜摩擦力產(chǎn)生在兩個(gè)相對(duì)靜止的物體之間，與物體是否運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體之間，與物體是否運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，A、B錯(cuò)誤；靜摩擦力的大小與正壓力的大小無(wú)關(guān)，一般由平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)求，滑動(dòng)摩擦力f=μN(yùn)，隨著正壓力的增大而增大，C正確；摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，與速度方向無(wú)關(guān)，D正確.彈力的分析與計(jì)算【例證1】(10分)如圖所示，輕繩AD跨過(guò)固定在水平橫梁BC右端的定滑輪掛住一個(gè)質(zhì)量為10kg的物體，∠ACB=30°,g取10m/s2，求：(1)輕繩AC段的張力FAC的大??；(2)橫梁BC對(duì)C端的支持力大小及方向.【解題指南】解答本題時(shí)可按以下思路分析：明確兩繩中拉力的特點(diǎn)明確橫梁對(duì)繩支持力的方向由平衡條件求出作用力【規(guī)范解答】物體M處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡條件可判斷，與物體相連的細(xì)繩拉力大小等于物體的重力，取C點(diǎn)為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析，如圖所示.(1)圖中輕繩AD跨過(guò)定滑輪拉住質(zhì)量為M的物體，物體處于平衡狀態(tài)，繩AC段的拉力為：FAC=FCD=Mg=10×10N=100N(4分)(2)由幾何關(guān)系得：FC=FAC=Mg=100N(4分)方向和水平方向成30°角斜向右上方(2分)答案：(1)100N(2)100N方向與水平方向成30°角斜向右上方【互動(dòng)探究】若圖中橫梁BC換為水平輕桿，且B端用鉸鏈固定在豎直墻上，如圖所示，輕繩AD拴接在C端,求：(1)輕繩AC段的張力FAC的大小；(2)輕桿BC對(duì)C端的支持力.【解析】物體M處于平衡狀態(tài)，與物體相連的細(xì)繩拉力大小等于物體的重力，取C點(diǎn)為研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析，如圖所示.(1)由FACsin30°=FCD=Mg得：FAC=2Mg=2×10×10N=200N(2)由平衡方程得：FACcos30°-FC=0解得：FC=Mgcot30°=≈173N方向水平向右答案：(1)200N(2)173N，方向水平向右【總結(jié)提升】分析繩或桿上的彈力時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題(1)中間沒(méi)有打結(jié)的輕繩上各處的張力大小都是一樣的，如果繩子打結(jié)，則以結(jié)點(diǎn)為界，不同位置上的張力大小可能是不一樣的.(2)輕桿可分為固定輕桿和有固定轉(zhuǎn)軸(或鉸鏈)的輕桿，固定輕桿的彈力方向不一定沿桿，彈力方向應(yīng)根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由平衡條件或牛頓第二定律分析判斷；有固定轉(zhuǎn)軸的輕桿只能起到“拉”和“推”的作用.用“狀態(tài)法”判斷靜摩擦力【例證2】(2011·天津高考)如圖所示，A、B兩物體疊放在一起，在粗糙的水平面上保持相對(duì)靜止地向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中B受到的摩擦力()A.方向向左，大小不變B.方向向左，逐漸減小C.方向向右，大小不變D.方向向右，逐漸減小【解題指南】解答本題時(shí)可按以下思路分析：A、B運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判斷B加速度方向確定合外力方向確定B的摩擦力【自主解答】選A.物體B具有水平向左的恒定加速度，由牛頓第二定律知，物體B受到的合外力水平向左且恒定，對(duì)物體B受力分析可知，物體B在水平方向的合外力就是物體A施加的靜摩擦力，因此，物體B受到的摩擦力方向向左，且大小不變，故A正確.【總結(jié)提升】應(yīng)用“狀態(tài)法”解題時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題狀態(tài)法是分析判斷靜摩擦力有無(wú)及方向、大小的常用方法，用該方法可以不必分析物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，使模糊不清的問(wèn)題明朗化，復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化.在使用狀態(tài)法處理問(wèn)題時(shí)，需注意以下兩點(diǎn)：(1)明確物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分析物體的受力情況，根據(jù)平衡方程或牛頓第二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(yùn)動(dòng)方向沒(méi)有必然關(guān)系，可能相同，也可能相反，還可能成一定的夾角.【變式訓(xùn)練】(2012·啟東模擬)如圖所示，兩個(gè)等大的水平力F分別作用在B和C上，A、B、C均處于靜止?fàn)顟B(tài).各接觸面與水平地面平行，A、C間摩擦力大小為F1，B、C間摩擦力大小為F2,C與地面間的摩擦力大小為F3，則()A.F1=0,F2=0，F(xiàn)3=0B.F1=0,F2=F，F(xiàn)3=0C.F1=F,F2=0，F(xiàn)3=0D.F1=0,F2=F，F(xiàn)3=F【解析】選B.以A為研究對(duì)象，A處于平衡狀態(tài)，又無(wú)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以A、C間無(wú)摩擦力的作用，F(xiàn)1=0;以B為研究對(duì)象，B處于平衡狀態(tài)，在F的作用下有向右的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，由平衡條件可知F2=F;以A、B、C整體為研究對(duì)象，水平方向的兩個(gè)拉力平衡，故無(wú)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以F3=0,故B正確.【變式備選】如圖甲所示，A、B兩物體疊放在光滑水平面上，對(duì)B物體施加一水平變力F，F(xiàn)-t關(guān)系圖像如圖乙所示．兩物體在變力F作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，且始終相對(duì)靜止，則()A.t時(shí)刻，兩物體之間的摩擦力最大B.t時(shí)刻，兩物體的速度方向開(kāi)始改變C.t～2t時(shí)間內(nèi)，兩物體之間的摩擦力逐漸增大D.0～2t時(shí)間內(nèi)，物體A所受的摩擦力方向始終與變力F的方向相反【解析】選C.t時(shí)刻，F(xiàn)＝0，故A、B的加速度為零，兩物體速度方向不變，且A、B間的摩擦力為零，A、B錯(cuò)誤；t～2t時(shí)間內(nèi)，A、B系統(tǒng)的加速度逐漸增大，以A為研究對(duì)象，A受到的摩擦力應(yīng)逐漸增大；A的加速度由其受到的摩擦力產(chǎn)生，因此A受到的摩擦力與A、B加速度同向，即與F同向，C正確，D錯(cuò)誤.摩擦力的分析與計(jì)算【例證3】如圖所示，質(zhì)量為m=20kg的物體，在粗糙水平面上向左運(yùn)動(dòng)，物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.1，物體同時(shí)還受到大小為10N，方向向右的水平拉力F的作用，則水平面對(duì)物體的摩擦力(g取10m/s2)()A.大小是10N，方向水平向左B.大小是20N，方向水平向左C.大小是20N，方向水平向右D.大小是30N，方向水平向右【解題指南】滑動(dòng)摩擦力的大小由f=μN(yùn)決定，其方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反.【自主解答】選C.物體相對(duì)地面向左運(yùn)動(dòng)，受到的滑動(dòng)摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，故方向水平向右，大小為f=μN(yùn)

=μmg=0.1×20×10N=20N，與外力F無(wú)關(guān)，故C正確.【總結(jié)提升】解答本題關(guān)鍵在于明確滑動(dòng)摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度和正壓力有關(guān)，方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反.對(duì)易錯(cuò)選項(xiàng)及錯(cuò)誤原因具體分析如下：易錯(cuò)角度錯(cuò)誤原因易錯(cuò)選A、B誤認(rèn)為滑動(dòng)摩擦力大小和方向與外力F有關(guān),實(shí)際上滑動(dòng)摩擦力的大小f=μN(yùn)，其方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，與外力無(wú)關(guān).【變式訓(xùn)練】(2012·鄭州模擬)如圖所示，物塊A放在傾斜的木板上，木板的傾角α分別為30°和45°時(shí)物塊所受摩擦力的大小恰好相同，則物塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為()【解析】選C.木板的傾角α為30°時(shí)物塊靜止，所受摩擦力為靜摩擦力，大小為mgsin30°,木板的傾角α為45°時(shí)物塊滑動(dòng)，所受摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，大小為μmgcos45°，由二者相等可得物塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為選項(xiàng)C正確.考查內(nèi)容摩擦力的實(shí)際應(yīng)用【例證】加工面條時(shí)，需要先把和好的面團(tuán)軋成面片，然后再用刀切割成面條.如圖所示，在軋面片的過(guò)程中，斜槽中的面片經(jīng)過(guò)下面兩個(gè)沿圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)的滾軸時(shí)被軋薄.請(qǐng)你根據(jù)所學(xué)知識(shí)判斷下列說(shuō)法正確的是()A.斜槽上的面片受到的摩擦力方向沿斜槽向上B.滾軸之間的面片受到的摩擦力方向豎直向上C.滾軸之間的面片受到的摩擦力方向豎直向下D.滾軸之間的面片對(duì)滾軸的摩擦力方向豎直向下【規(guī)范解答】選A、C.在斜槽上的面片相對(duì)于斜槽向下滑動(dòng)，所以斜槽上的面片受到的摩擦力方向沿斜槽向上，A正確；滾軸之間的面片在摩擦力作用下向下運(yùn)動(dòng)，所以滾軸之間的面片受到的摩擦力方向豎直向下，B錯(cuò)誤，C正確；由牛頓第三定律可知，滾軸之間的面片對(duì)滾軸的摩擦力方向豎直向上，D錯(cuò)誤.靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的相互轉(zhuǎn)化問(wèn)題當(dāng)物體的受力情況發(fā)生變化時(shí)，摩擦力的大小和方向往往會(huì)發(fā)生變化，有可能會(huì)導(dǎo)致靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力之間的相互轉(zhuǎn)化.該類問(wèn)題常涉及摩擦力的突變問(wèn)題，在分析中很容易發(fā)生失誤.在解決此類問(wèn)題時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)如題干中無(wú)特殊說(shuō)明，一般認(rèn)為最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力.(2)由于此類問(wèn)題涉及的過(guò)程較為復(fù)雜，采用特殊位置法解題往往比采用過(guò)程分析法解題更為簡(jiǎn)單.【典題例證】長(zhǎng)直木板的上表面的一端放有一個(gè)木塊，如圖所示，木板由水平位置緩慢向上轉(zhuǎn)動(dòng)(即木板與地面的夾角α變大)，另一端不動(dòng)，則木塊受到的摩擦力f隨角度α的變化圖像是下列圖中的()【命題探究】解決本題的關(guān)鍵在于理清物理過(guò)程，分析物體所受摩擦力的類型，然后分階段或選用恰當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行分析.【深度剖析】選C.下面通過(guò)“過(guò)程分析法”和“特殊位置法”分別求解：解法一：過(guò)程分析法(1)木板由水平位置剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)：α=0，f靜=0.(2)從木板開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)到木板與木塊發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)前：木塊所受的是靜摩擦力.由于木板緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，可認(rèn)為木塊處于平衡狀態(tài)，受力分析如圖：由平衡關(guān)系可知，靜摩擦力大小等于木塊重力沿斜面向下的分力：f靜=mgsinα.因此，靜摩擦力隨α的增大而增大，它們滿足正弦規(guī)律變化.(3)木塊相對(duì)于木板剛好要滑動(dòng)而沒(méi)滑動(dòng)時(shí)，木塊此時(shí)所受的靜摩擦力為最大靜摩擦力f靜max.α繼續(xù)增大，木塊將開(kāi)始滑動(dòng)，靜摩擦力變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力.且滿足：f靜max＞f滑.(4)木塊相對(duì)于木板開(kāi)始滑動(dòng)后，f滑=μmgcosα，此時(shí)，滑動(dòng)摩擦力隨α的增大而減小，滿足余弦規(guī)律變化.(5)最后，f滑=0綜上分析可知選項(xiàng)C正確.解法二：特殊位置法本題選兩個(gè)特殊位置也可方便地求解，具體分析見(jiàn)表：由以上分析知，選項(xiàng)C正確.特殊位置分析過(guò)程木板剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)此時(shí)木塊與木板無(wú)摩擦，即f靜=0，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤.木塊相對(duì)于木板剛好要滑動(dòng)而沒(méi)滑動(dòng)時(shí)木塊此時(shí)所受的靜摩擦力為最大靜摩擦力，且大于剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的滑動(dòng)摩擦力，即f靜max＞f滑，故B、D選項(xiàng)錯(cuò)誤.1.如圖所示，一根彈性桿的一端固定一個(gè)重量是2N的小球，小球處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，彈性桿對(duì)小球的彈力()A.大小為2N，方向平行于斜面向上B.大小為1N，方向平行于斜面向上C.大小為2N，方向垂直于斜面向上D.大小為2N，方向豎直向上【解析】選D.小球處于平衡狀態(tài)，只受彈力和重力作用，彈性桿對(duì)小球的彈力與小球受到的重力等大反向，大小為2N，方向豎直向上,故D正確.2.如圖所示，A、B兩物體疊放在一起，用手托住，讓它們靜止靠在墻邊，然后釋放，使它們同時(shí)沿豎直墻面下滑，已知mA>mB，則物體B()A.只受一個(gè)重力B.受到重力、摩擦力各一個(gè)C.受到重力、彈力、摩擦力各一個(gè)D.受到重力、摩擦力各一個(gè)，彈力兩個(gè)【解析】選A.物體A、B將一起做自由落體運(yùn)動(dòng)，所以A、B之間無(wú)相互作用力，物體B與墻面有接觸而無(wú)擠壓，所以與墻面無(wú)彈力，也就沒(méi)有摩擦力，故物體B只受重力，A正確.3.(2012·東城模擬)如圖所示，靜止的彈簧測(cè)力計(jì)受到大小都為40N的F1、F2的作用，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為()A.0NB.