適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復習第2章相互作用共點力的平衡第1節(jié)重力彈力摩擦力課件

第1節(jié)重力彈力摩擦力第二章【課程標準】

1.認識重力、彈力與摩擦力。通過實驗,了解胡克定律。知道滑動摩擦和靜摩擦現(xiàn)象,能用動摩擦因數計算滑動摩擦力的大小。2.通過實驗,了解力的合成與分解,知道矢量和標量。能用共點力的平衡條件分析生產生活中的問題【核心素養(yǎng)】

【試題情境】

【考向預測】

本章是高考經常考查的熱點,多以選擇題形式呈現(xiàn)。近幾年高考考查內容表現(xiàn)在:①與實際生產生活緊密相關的平衡問題;②涉及實際生產生活的立體空間問題;③動態(tài)平衡問題;④涉及平衡的臨界極值問題等生活實踐類交通運輸,橋梁建設,體育運動,生活中物體的懸掛等學習探索類探究彈簧彈力與形變量的關系、探究摩擦力變化規(guī)律、探究作用力與反作用力間的關系、探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律等強基礎增分策略一、重力1.產生:由于地球的吸引而使物體受到的力。2.大小:與物體的質量成正比,即G=mg。可用彈簧測力計測量重力。3.方向:總是

的。

4.重心:其位置與物體的質量分布和形狀有關。易錯辨析

(1)在地面某處,物體重力大小與其質量成正比。(

)(2)重力的方向總是垂直向下的。(

)(3)重心是物體上最重的部分。(

)(4)重力是由于地球對物體的吸引而產生的,重力的施力物體是地球。(

)豎直向下√××√應用提升1.航天員在月球表面測得月球的重力加速度為地球表面的,地球表面的重力加速度取9.8m/s2。一個質量為600kg的飛行器在月球表面時,下列判斷正確的是(

)A.質量是100kg,重力是5880NB.質量是100kg,重力是980NC.質量是600kg,重力是980ND.質量是600kg,重力是5880N答案

C

2.觀察圖片,思考以下問題:重心是物體上最重的一點嗎?重心位置與什么有關?物體的重心一定在物體上嗎?請舉例說明。答案

不是,重心是物體各部分所受重力的等效作用點。重心位置與物體的質量分布及物體的形狀有關。物體的重心可以不在物體上,如木匠用的拐尺的重心和圓環(huán)的重心都不在物體上。二、彈力1.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生的作用力。

施力物體是發(fā)生形變的物體(2)產生的條件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2.胡克定律(1)內容:在彈性限度內,彈簧發(fā)生彈性形變時,彈力的大小跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成

。

(2)表達式:F=kx。k是彈簧的

,由彈簧自身的性質決定,單位是N/m,x是彈簧長度的改變量,不是彈簧形變以后的長度。

正比勁度系數易錯辨析(5)接觸的物體間一定有彈力。(

)(6)彈力可以發(fā)生在沒有接觸的物體之間。(

)(7)有些物體的形變是明顯的,有些物體的形變是微小的。(

)(8)支持力的方向一定指向被支持的物體。(

)(9)在彈性限度內,兩根彈簧被拉伸到相同的長度,彈力的大小一定相等。(

)(10)在彈性限度內,同一根彈簧被拉伸長度x和被壓縮長度x,彈力的大小相等。(

)××√√×√應用提升3.(2023廣東東莞期末)如圖所示,足球運動員用力踩在足球上,足球保持靜止,下列說法正確的是(

)A.足球只受到兩個力的作用B.人對足球施加了壓力,足球對人沒有施加作用力C.足球對地面的壓力是由于足球發(fā)生形變產生的D.足球對地面的壓力是由于地面發(fā)生形變產生的C解析

足球受重力、運動員腳施加的壓力、地面的支持力三個力的作用,選項A錯誤。人對足球施加了壓力,力的作用是相互的,足球對人施加反作用力,選項B錯誤。足球對地面的壓力是由于足球發(fā)生形變產生的,足球由于要恢復原狀,對地面產生壓力,選項C正確,D錯誤。三、摩擦力

有摩擦力時一定有彈力1.靜摩擦力(1)定義:相互接觸的兩個物體之間只有相對運動趨勢,而沒有相對運動時的摩擦力。

相對地面不一定靜止

(2)產生條件:①接觸面

;②接觸處有

;③兩物體間有

。

(3)方向:沿兩物體的

,與相對運動趨勢的方向

。

最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力

(4)大小:0<F≤Fmax。粗糙彈力相對運動趨勢接觸面相反2.滑動摩擦力(1)定義:兩個相互接觸的物體,當它們相對滑動時,在接觸面上產生的阻礙相對運動的力。(2)產生條件:①接觸面粗糙;②接觸處有彈力;③兩物體間有相對運動。(3)方向:沿兩物體的接觸面,與

的方向相反。

(4)大小:Ff=μFN,μ為動摩擦因數,其值與接觸面的材料和粗糙程度有關。

FN的大小不一定等于物體的重力易錯辨析

(11)滑動摩擦力的方向不可能與物體的運動方向相同。(

)(12)物體受到的摩擦力的大小一定滿足Ff=μFN。(

)相對運動××應用提升4.(2023廣東深圳模擬)下圖為大熊貓抓住樹干靜止時的圖片。下列關于大熊貓受力說法正確的是(

)A.大熊貓只受重力、摩擦力B.大熊貓的手越干、越粗糙,摩擦力越大C.大熊貓把樹枝抓得越緊,越不容易掉下來D.隨著大熊貓抓樹枝的力增加,摩擦力方向可能由向下變成向上C解析

大熊貓受重力、摩擦力和樹干的彈力作用,選項A錯誤。大熊貓?zhí)幱陟o止狀態(tài),豎直方向,大熊貓的重力和摩擦力平衡,則所受摩擦力方向總是豎直向上,且大小不變,選項B、D錯誤。大熊貓把樹枝抓得越緊,最大靜摩擦力越大,越不容易產生滑動,即越不容易掉下來,選項C正確。旁欄邊角閱讀“問題”,完成下面題目。某同學利用圖甲所示裝置研究摩擦力的變化情況。實驗臺上固定一個力傳感器,傳感器用棉線拉住物塊,物塊放置在粗糙的長木板上。水平向左拉長木板,傳感器記錄的F-t圖像如圖乙所示。下列說法正確的是(

)甲

乙A.實驗中必須讓長木板保持勻速運動B.圖乙中曲線就是摩擦力隨時間的變化曲線C.最大靜摩擦力與滑動摩擦力之比約為10∶7D.只用圖乙中數據可得出物塊與長木板間的動摩擦因數答案

C解析

物塊一直處于靜止狀態(tài),則向左的摩擦力一直與向右的輕繩的拉力平衡,所以不需要讓木板保持勻速運動,故A錯誤;圖乙是輕繩拉力隨時間的變化曲線,也可以反映摩擦力隨時間變化的關系,故B錯誤;由圖乙可知輕繩的拉力先增大后減小,最后趨于不變,故物塊先受靜摩擦力作用后受滑動摩擦力作用,最大靜摩擦力約為10

N,滑動摩擦力約為7

N,故最大靜摩擦力與滑動摩擦力之比約為10∶7,C正確;根據Ff=μFN和FN=mg可知,由于不知道物塊的重力,故無法求物塊與長木板間的動摩擦因數,D錯誤。增素能精準突破考點一重力和重心關于重力和重心的理解需注意的幾個方面(1)重力不是萬有引力,而是萬有引力在豎直方向的一個分力。(2)同一物體的重力G的變化是由在地球上不同位置處g的變化引起的。在地球表面,從赤道向兩極,g越來越大;同一經緯度,從低海拔向高海拔,g越來越小。(3)重心是物體所受重力的等效作用點。重心的位置不一定在物體上。可以用懸線法確定不規(guī)則薄板形物體重心的位置。【典例突破】典例1.(2022浙江1月選考)如圖所示,公園里有一仿制我國古代欹器的U形水桶,桶可繞水平軸轉動,水管口持續(xù)有水流出,過一段時間桶會翻轉一次,決定桶能否翻轉的主要因素是(

)A.水桶自身重力的大小B.水管每秒出水量的大小C.水流對桶沖擊力的大小D.水桶與水整體的重心高低D解析

水管口持續(xù)有水流出,而過一段時間桶會翻轉一次,主要原因是流入的水導致水桶與水整體的重心往上移動,桶中的水到一定量之后水桶不能保持平衡,發(fā)生翻轉,選項D正確。【對點演練】1.(2023廣東惠州考前沖刺)2022年春晚舞蹈《只此青綠》表演中,需要舞者兩腳前后分開,以胯部為軸,上半身后躺,與地面近乎平行。在舞者緩慢后躺的過程中,下列說法不正確的是(

)A.人對地面的壓力和地面對人的支持力是一對平衡力B.舞者所受的支持力始終等于舞者的重力C.舞者越向下躺,重心越低D.舞者兩腳間距越大,下彎時越穩(wěn)定A解析

人對地面的壓力和地面對人的支持力是一對作用力與反作用力,選項A錯誤。舞者緩慢后躺,始終處于平衡狀態(tài),則舞者所受的支持力始終等于舞者的重力,選項B正確。舞者越向下躺,整個身體的重心越低,選項C正確。舞者兩腳間距越大,重心越向下,下彎時越穩(wěn)定,選項D正確。2.(2023廣西桂林十八中期中)如圖所示,“馬踏飛燕”是漢代藝術家高度智慧、豐富想象、浪漫主義精神和高超的藝術技巧的結晶,是我國古代雕塑藝術的稀世之寶。飛奔的駿馬之所以能用一只蹄穩(wěn)穩(wěn)地踏在飛燕上,是因為馬的重心位置和飛燕(視為質點)在一條豎直線上。下列關于重力和重心的說法正確的是(

)A.只有靜止的物體才受到重力作用B.這件藝術品的重力大小總是恒定的C.物體掛在彈簧測力計下,彈簧測力計的示數一定等于物體的重力D.質量分布均勻、形狀規(guī)則的物體的重心一定在其幾何中心,但不一定在物體上D解析

物體是否受到重力與運動狀態(tài)無關,地面附近一切物體無論處于何種運動狀態(tài),都受到重力的作用,選項A錯誤。在地球上不同位置重力加速度不同,故重力G=mg不同,選項B錯誤。物體掛在彈簧測力計下,處于平衡狀態(tài)時,彈簧測力計的示數等于物體的重力;當豎直方向彈簧測力計和物體有加速度時,示數不等于物體的重力,選項C錯誤。質量分布均勻、形狀規(guī)則的物體的重心一定在其幾何中心,但不一定在物體上,如質量分布均勻的圓環(huán),選項D正確?？键c二彈力的分析與計算[師生共研]1.判斷彈力有無的三種方法

假設法思路將與研究對象接觸的物體解除接觸,判斷研究對象的運動狀態(tài)是否發(fā)生改變例證

去掉斜面體,小球的狀態(tài)不變,故小球不受斜面的支持力替換法思路用細繩替換裝置中的輕桿,看能不能維持原來的力學狀態(tài)例證

用細繩替換桿AB,狀態(tài)不變,說明桿AB對A施加的是拉力;用細繩替換桿AC,原狀態(tài)不能維持,說明桿AC對A施加的是支持力狀態(tài)法思路依據物體的運動狀態(tài),由二力平衡(或牛頓第二定律)列方程,求解彈力例證

升降機以a=g的加速度加速下降時物體不受底板的彈力作用2.彈力方向的確定

3.計算彈力大小的三種方法(1)根據胡克定律求解。(2)根據力的平衡條件求解。(3)根據牛頓第二定律求解。【典例突破】典例2.如圖所示,小車內沿豎直方向的一根輕質彈簧和一條與豎直方向成α角的輕質細繩連接一小球,此時小車與小球保持相對靜止,一起在水平面上運動,下列說法正確的是(

)A.細繩一定對小球有拉力B.輕彈簧一定對小球有彈力C.細繩不一定對小球有拉力,但是輕彈簧一定對小球有彈力D.細繩不一定對小球有拉力,輕彈簧也不一定對小球有彈力D解析

當小車勻速運動時,彈簧彈力大小等于小球重力大小,此時細繩的拉力FT=0;當小車和小球向右做勻加速直線運動時,繩的拉力不可能為零,彈簧彈力有可能為零,選項D正確。典例3.如圖所示,一小車位于水平面上,固定在小車上的支架的斜桿與豎直桿的夾角為θ,在斜桿下端固定有質量為m的小球,重力加速度為g。現(xiàn)使小車以加速度a(a≠0)向右做勻加速直線運動,下列說法正確的是(

)A.桿對小球的彈力一定豎直向上B.桿對小球的彈力一定沿桿斜向上C.桿對小球的彈力大小為mgD解析

對小球受力分析如圖,由圖可知,當a大小不同時,桿上的彈力與豎直方向的夾角也不同,方向不一定沿桿,但一定是斜向上,且F>mg,選項A、B、C錯誤;【對點演練】3.如圖所示,一輕桿固定于墻壁,質量為m的物體A連接輕桿并處于靜止狀態(tài),則輕桿對物體A施加的彈力(

)A.大小為mg,方向沿桿指向左上方B.大小為mg,方向豎直向上B解析

物體A處于靜止狀態(tài),說明物體A受力平衡,物體受到重力和輕桿的彈力作用,這兩個力是一對平衡力,重力的方向豎直向下,所以物體受到輕桿彈力的方向豎直向上,大小為mg,選項A、C、D錯誤,B正確。4.(2023云南玉溪師范期末)如圖所示,兩木塊的質量分別為m1和m2,兩輕質彈簧的勁度系數分別為k1和k2,上面木塊壓在上面的輕質彈簧上(但不固定連接),整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),重力加速度為g?，F(xiàn)緩慢向上提上面的木塊,直到它剛離開上面的輕質彈簧,在此過程中,上面木塊移動的距離為(

)C考點三摩擦力的有無及方向的判斷突變問題[師生共研]1.對摩擦力的理解(1)摩擦力的方向總是與物體間相對運動(或相對運動趨勢)的方向相反,但不一定與物體的運動方向相反。(2)摩擦力總是阻礙物體間的相對運動(或相對運動趨勢),但不一定阻礙物體的運動。(3)摩擦力不一定是阻力,也可以是動力。(4)受靜摩擦力作用的物體不一定靜止,但一定保持相對靜止。2.明晰“三個方向”名

稱釋

義運動方向一般指物體相對地面(以地面為參考系)的運動方向相對運動方向以其中一個物體為參考系,另一個物體相對參考系的運動方向相對運動趨勢方向由于靜摩擦力的存在導致能發(fā)生卻沒有發(fā)生的相對運動的方向3.靜摩擦力的有無及方向的判斷方法(1)假設法(2)狀態(tài)法根據平衡條件、牛頓第二定律,判斷靜摩擦力的方向。(3)牛頓第三定律法先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向,再根據“力的相互性”確定另一物體受到的靜摩擦力方向。4.摩擦力的突變方式

靜→靜突變當作用在物體上的其他力的合力發(fā)生突變時,兩物體仍保持相對靜止,則物體所受靜摩擦力可能發(fā)生突變動→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,則滑動摩擦力方向也發(fā)生突變,突變點常常為兩物體相對速度為零時靜→動突變物體相對靜止,當其他力變化時,如果不能保持相對靜止狀態(tài),則物體受到的靜摩擦力將突變?yōu)榛瑒幽Σ亮?突變點常常為靜摩擦力達到最大值時動→靜突變兩物體相對滑動的過程中,若相對速度變?yōu)榱?則滑動摩擦力突變?yōu)殪o摩擦力,突變點常常為兩物體相對速度剛好為零時5.摩擦力的突變問題摩擦力的突變問題是靜摩擦力和滑動摩擦力大小或方向的變化分析問題,解題時應注意以下三點:(1)題目中出現(xiàn)“最大”“最小”和“剛好”等關鍵詞時,一般隱藏著臨界問題,有時,有些臨界問題中并不含上述常見的“臨界術語”,但審題時發(fā)現(xiàn)某個物理量在變化過程中會發(fā)生突變,則該物理量突變時物體所處的狀態(tài)即為臨界狀態(tài)。(2)靜摩擦力是被動力,其存在及大小、方向取決于物體間相對運動的趨勢,且靜摩擦力存在最大值。存在靜摩擦力的連接系統(tǒng),相對靜止與相對滑動的臨界狀態(tài)是靜摩擦力達到最大值。(3)研究傳送帶問題時,物體和傳送帶的速度相等的時刻往往是摩擦力的大小、方向和運動性質的分界點?！镜淅黄啤康淅?.(多選)(2023山東新泰一中月考)激光打印機是自動進紙的,其進紙原理如圖所示,進紙槽里疊放一疊白紙,每一張紙的質量均為m,進紙時滾輪以豎直向下的力壓在第1張白紙上,并沿逆時針方向轉動,確保第1張紙與第2張紙相對滑動。設最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等,滾輪與白紙之間的動摩擦因數為μ1,白紙與白紙之間、白紙與紙槽底座之間的動摩擦因數均為μ2,則(

)A.第1張白紙受到滾輪的摩擦力向左B.最后一張白紙受到紙槽底座的摩擦力向右C.下一張白紙受到上一張白紙的摩擦力一定向右D.正常情況下單張紙打印必須滿足μ1>μ2CD解析

第1張白紙相對于滾輪的運動趨勢與滾輪的運動方向相反,則受到滾輪的靜摩擦力方向與滾輪的運動方向相同,即受到滾輪的摩擦力向右,選項A錯誤。對除第1張白紙外的所有白紙進行研究,處于靜止狀態(tài),水平方向受到第1張白紙的滑動摩擦力,方向與滾輪的運動方向相同,則根據平衡條件知,最后1張白紙受到紙槽底座的摩擦力方向與滾輪的運動方向相反,即水平向左,選項B錯誤。根據題意,因上一張白紙相對下一張白紙向右滑動或有向右滑動的趨勢,則上一張白紙受到下一張白紙的摩擦力一定向左,那么下一張白紙受到上一張白紙的摩擦力一定向右,選項C正確。正常情況下單張紙打印必須滿足滾輪與白紙之間的最大靜摩擦力大于紙與紙之間的滑動摩擦力,設滾輪對白紙的壓力為FN,則μ1FN>μ2(FN+mg)>μ2FN,即μ1>μ2,選項D正確。典例5.(2023福建三明質檢)如圖所示,質量為10kg的物體A拴在一個被水平拉伸的彈簧一端,彈簧的拉力為5N時,物體A與小車均處于靜止狀態(tài)。若小車以1m/s2的加速度向右運動,則(

)A.物體A相對小車向右運動B.物體A受到的摩擦力減小C.物體A受到的摩擦力大小不變D.物體A受到的彈簧的拉力增大C解析

由題意得,物體A與小車的上表面間的最大靜摩擦力Ffm≥5

N,當小車以1

m/s2的加速度向右運動時,假設物體A與小車仍然相對靜止,則物體A所受合力大小F合=ma=10

N,可知此時小車對物體A的摩擦力大小為5

N,方向向右,且為靜摩擦力,所以假設成立,物體A受到的摩擦力大小不變,選項A、B錯誤,C正確。彈簧長度不變,物體A受到的彈簧的拉力大小不變,選項D錯誤。【對點演練】5.(多選)(2023廣東廣州模擬)圖甲為小張站在階梯電梯上隨電梯勻速上行,圖乙為小李站在斜面電梯上隨電梯勻速下行,下列說法正確的是(

)A.階梯電梯對小張沒有摩擦力作用B.斜面電梯對小李沒有摩擦力作用C.階梯電梯對小張的作用力方向豎直向上D.斜面電梯對小李的作用力方向豎直向上ACD解析

甲為階梯電梯,對小張進行受力分析,他受重力與支持力,兩者相平衡,不受摩擦力作用,選項A正確。而題圖乙為斜面電梯,小李受到重力、垂直于斜面的支持力與沿斜面向上的靜摩擦力,選項B錯誤。由選項A的解析可知,階梯電梯對小張的作用力方向豎直向上,選項C正確。支持力與摩擦力的合力與重力相平衡,方向豎直向上,即斜面電梯對小李的作用力方向豎直向上,選項D正確。6.(2023山東日照高三月考)長木板上表面的一端放有一個木塊,木塊與木板接觸面上裝有摩擦力傳感器,木板由水平位置緩慢向上轉動(即木板與地面的夾角θ變大),另一端不動,如圖甲所示。摩擦力傳感器記錄了木塊受到的摩擦力Ff隨角度θ的變化圖像如圖乙所示。重力加速度為g。下列判斷正確的是(

)A.木塊與木板間的動摩擦因數μ=tanθ1C.木板與地面的夾角為θ2時,木塊做自由落體運動D.木板由θ1轉到θ2的過程中,木塊的速度變化越來越快D解析

由題圖可知,當木板與地面的夾角為θ1時,木塊剛剛開始滑動,木塊重力沿木板向下的分力等于Ff2,則Ff2=mgsin

θ1,剛滑動時有Ff1=μmgcos

θ1,則μ=,由題圖知Ff1<Ff2,即μmgcos

θ1<mgsin

θ1,解得μ<tan

θ1,選項A、B錯誤。當木板與地面的夾角為θ2時,木塊受到的摩擦力為零,則木塊只受重力作用,但此時速度不為零,木塊不做自由落體運動,做初速度不為零、加速度為g的勻加速運動,選項C錯誤。對木塊,根據牛頓第二定律有mgsin

θ-μmgcos

θ=ma,則a=gsin

θ-μgcos

θ,則木板由θ1轉到θ2的過程中,隨著θ的增大,木塊的加速度a增大,即速度變化越來越快,選項D正確?？键c四摩擦力大小的計算[名師破題]摩擦力大小的計算方法

【典例突破】典例6.打印機在正常工作的情況下,進紙系統(tǒng)能做到每次只進一張紙。進紙系統(tǒng)的結構示意圖如圖所示,設圖中剛好有20張相同的紙,每張紙的質量均為m,搓紙輪按圖示方向轉動并帶動最上面的第1張紙向右運動,搓紙輪與紙張之間的動摩擦因數為μ1,紙張與紙張之間、紙張與底部摩擦片之間的動摩擦因數均為μ2,工作時搓紙輪給第1張紙壓力大小為F。打印機正常工作時,下列說法錯誤的是(

)A.第2張紙受到第3張紙的摩擦力方向向左B.第10張紙與第11張紙之間的摩擦力大小可能為μ2(F+10mg)C.第20張紙與摩擦片之間的摩擦力為μ2(F+mg)D.若μ1=μ2,則進紙系統(tǒng)不能進紙思路突破

1.由圖可知第2張紙相對第3張紙向右運動,由此可判斷摩擦力方向。

2.明確進第1張紙時,其他紙沒有動,第2張及以下的紙之間以及第20張紙與摩擦片之間的摩擦力均為靜摩擦力,根據平衡條件可求其大小。3.若μ1=μ2,搓紙輪與第1張紙之間的摩擦力為μ1F,小于第1張紙和第2張紙之間的滑動摩擦力,不能進紙。答案

B解析

第2張紙相對第3張紙向右運動,所以第2張紙受到第3張紙的摩擦力方向向左,故A正確;工作時搓紙輪給第1張紙的壓力大小為F,第1張紙對第2張紙的壓力為F+mg,因為第2張以下的紙沒有運動,只有運動趨勢,所以第2張以下的紙之間以及第20張紙與摩擦片之間的摩擦力均為靜摩擦力,大小均為μ2(F+mg),故B錯誤,C正確;若μ1=μ2,搓紙輪與第1張