高考物理一輪復(fù)習(xí)課件第二章第1講重力彈力摩擦力

第1講重力彈力摩擦力一、重力、彈力基礎(chǔ)過關(guān)(1)產(chǎn)生:由于地球的吸引而使物體受到的力。(2)大小:G=mg。(3)方向:總是①

豎直向下

。(4)重心:因?yàn)槲矬w的各部分都受到重力的作用,從效果上看,可以認(rèn)為各部分

受到的重力作用集中于一點(diǎn),這一點(diǎn)叫做物體的重心。(1)定義:發(fā)生彈性形變的物體,由于要②

恢復(fù)原狀,對與它接觸的物體會產(chǎn)生

力的作用,這種力叫做彈力。(2)產(chǎn)生的條件:a.兩物體③

相互接觸;b.發(fā)生④

彈性形變

。(3)方向:與物體形變方向⑤

相反

。(1)內(nèi)容:彈簧發(fā)生彈性形變時,彈力的大小F跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成⑥

正比

。(2)表達(dá)式:F=kx。式中的k是彈簧的⑦

勁度系數(shù)

,單位符號為N/m;k的大小由彈簧⑧

自身性質(zhì)

決定。x是彈簧長度的⑨

變化量

,不是彈簧形變以后的長度。二、摩擦力

靜摩擦力滑動摩擦力定義兩個具有⑩

相對運(yùn)動趨勢

的物體間在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對運(yùn)動趨勢的力兩個具有

相對運(yùn)動

的物體間在接觸面上產(chǎn)生的阻礙

相對運(yùn)動

的力產(chǎn)生條件(必要條件)(1)接觸面粗糙;(2)接觸處有彈力;(3)兩物體間有

相對運(yùn)動趨勢

(仍保持相對靜止)(1)接觸面粗糙;(2)接觸處有彈力;(3)兩物體間有

相對運(yùn)動

大小(1)靜摩擦力的大小,與正壓力無關(guān),滿足

0<Ff≤Ffmax

;(2)最大靜摩擦力Ffmax的大小與正壓力大小

有關(guān)

滑動摩擦力的大小與正壓力成正比,即Ff=μFN(μ為動摩擦因數(shù),取決于接觸面的

材料

及粗糙程度,FN為正壓力)方向沿著接觸面,并且跟物體相對運(yùn)動趨勢的方向

相反

沿著接觸面,并且跟物體的相對運(yùn)動的方向

相反

定義:彼此接觸的物體發(fā)生

相對運(yùn)動

時,摩擦力和正壓力的比值,即μ=

。

1.判斷下列說法對錯。(1)只要物體發(fā)生形變就會產(chǎn)生彈力作用。

(?)(2)物體所受彈力方向與施力物體形變的方向相反。

(√)(3)輕繩、輕桿的彈力方向一定沿繩、桿的方向。

(?)(4)滑動摩擦力的方向不可能與物體運(yùn)動方向相同。

(?)(5)滑動摩擦力的大小與物體運(yùn)動的速度無關(guān),與接觸面的面積大小也無關(guān)。

(√)(6)運(yùn)動的物體也可能受到靜摩擦力的作用。

(√)

2.如圖所示,在一個正方體的盒子中放有一個質(zhì)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)A.無論盒子沿斜面自由上滑還是下滑,球都僅對盒子的下底面有壓力B.盒子沿斜面自由下滑時,球?qū)凶拥南碌酌婧陀覀?cè)面有壓力C.盒子沿斜面自由下滑時,球?qū)凶拥南碌酌婧妥髠?cè)面有壓力D.盒子沿斜面自由上滑時,球?qū)凶拥南碌酌婧妥髠?cè)面有壓力

3.如圖,兩個彈簧的質(zhì)量不計,勁度系數(shù)分別為k1、k2,它們一端固定在質(zhì)量為m

的物體上,另一端分別固定在Q、P處,當(dāng)物體平衡時上面的彈簧處于原長。

若把固定的物體換為質(zhì)量為2m的物體(彈簧的長度不變,且均在彈性限度內(nèi)),

當(dāng)物體再次平衡時,物體比第一次平衡時的位置下降了x,重力加速度為g,則x

為(A)

A.

B.

C.

D.

考點(diǎn)一彈力的判斷和計算考點(diǎn)突破條件法根據(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假設(shè)法對于形變不明顯的情況,可假設(shè)兩個物體間彈力不存在,看物體能否保持原有的狀態(tài),若物體的運(yùn)動狀態(tài)不變,則此處不存在彈力,若物體的運(yùn)動狀態(tài)改變,則此處一定有彈力狀態(tài)法根據(jù)物體的運(yùn)動狀態(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(1)五種常見模型中彈力的方向

(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。(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。例1

(多選)如圖所示,質(zhì)量m=1.8kg的小球以圖中O點(diǎn)為圓心在豎直平面內(nèi)

做圓周運(yùn)動,當(dāng)小球運(yùn)動至最高點(diǎn)A點(diǎn)時速度vA=2m/s,已知桿長L=0.9m,B點(diǎn)為運(yùn)動軌跡的最低點(diǎn),不計空氣阻力,取g=10m/s2,則

(BC)A點(diǎn),桿對小球的作用力為拉力A點(diǎn),桿對小球的作用力為支持力B點(diǎn),桿的拉力T=98NB點(diǎn),桿的拉力T=62N

解析

在A點(diǎn),若只有重力提供向心力,即mg=

,可求得v=3m/s,由于小球的實(shí)際速度為2m/s,所以桿對小球的作用力為支持力,方向向上,A錯,B對;

從A到B,由動能定理可得2mgL=

-

,在B點(diǎn),由牛頓第二定律有T-mg=

,聯(lián)立解得T=98N,C對,D錯。

C.細(xì)繩不一定對小球有拉力的作用,但是輕彈簧對小球一定有彈力的作用D.細(xì)繩不一定對小球有拉力的作用,輕彈簧對小球也不一定有彈力的作用

解析

若小球與小車一起勻速運(yùn)動,則細(xì)繩對小球無拉力;若小球與小車

有向右的加速度a=gtanα,則輕彈簧對小球無彈力。D正確?？枷?輕繩模型中的“死結(jié)”和“活結(jié)”問題2.(多選)如圖所示,用滑輪將質(zhì)量為m1、m2的兩物體懸掛起來,忽略滑輪和繩

的重力及一切摩擦,使得0<θ<180°,整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),關(guān)于m1、m2的大

小關(guān)系應(yīng)為

(BCD)A.m1必大于m2

B.m1必大于

C.m1可能等于m2

D.m1可能大于m2

解析

結(jié)點(diǎn)O受三個力的作用,如圖所示,系統(tǒng)平衡時F1=F2=m1g,F3=m2g,所以2m1gcos

=m2g,m1=

,所以m1必大于

。當(dāng)θ=120°時,m1=m2;當(dāng)θ>120°時,m1>m2;當(dāng)θ<120°時,m1<m2。故選B、C、D。

考向3輕彈簧模型中胡克定律的應(yīng)用3.(2018課標(biāo)Ⅰ,15,6分)如圖,輕彈簧的下端固定在水平桌面上,上端放有物塊P,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上,使其向上做勻加速直線運(yùn)動。以x表示P離開靜止位置的位移,在彈簧恢復(fù)原長前,下列表示F和x之間關(guān)系的圖像可能正確的是

(A)

解析

設(shè)物塊靜止時彈簧的壓縮量為x0,則由力的平衡條件可知kx0=mg,

在彈簧恢復(fù)原長前,當(dāng)物塊向上做勻加速直線運(yùn)動時,由牛頓第二定律得F+k(x0-x)-mg=ma,由以上兩式解得F=kx+ma,顯然F和x為一次函數(shù)關(guān)系,且在F軸上有截距,則A正確,B、C、D錯誤?？枷?輕桿模型中的鉸鏈問題4.(2019山東濰坊模擬)如圖甲所示,輕桿OB可繞B點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動,另一端O點(diǎn)用細(xì)

繩OA拉住,固定在左側(cè)墻壁上,質(zhì)量為m的重物用細(xì)繩OC懸掛在輕桿的O點(diǎn),

OA與輕桿的夾角∠BOA=30°。乙圖中水平輕桿OB一端固定在豎直墻壁上,

另一端O裝有小滑輪,用一根繩跨過滑輪后懸掛一質(zhì)量為m的重物,圖中∠BOA=30°。重力加速度為g。求:

(1)甲、乙兩圖中細(xì)繩OA的拉力各是多大?(2)甲圖中輕桿受到的彈力是多大?(3)乙圖中輕桿對滑輪的作用力是多大?答案(1)2mg

mg(2)

mg(3)mg解析(1)由于甲圖中的桿可繞B轉(zhuǎn)動,是轉(zhuǎn)軸桿(“活桿”),故其受力方向沿

桿方向,O點(diǎn)的受力情況如圖1所示,則O點(diǎn)所受繩子OA的拉力FT1、桿的彈力

FN1的合力與重物的重力是大小相等、方向相反的,可得FT1=

=2mg;乙圖中是用一細(xì)繩跨過滑輪懸掛重物的,由于O點(diǎn)處是滑輪,它只是改變繩中力的

方向,并未改變力的大小,且AOC是同一段繩子,而同一段繩上的力處處相等,

故乙圖中繩子拉力為FT1'=FT2'=mg。

圖1(2)由圖1可知,甲圖中輕桿受到的彈力為FN1'=FN1=

=

mg。(3)對乙圖中的滑輪受力分析,如圖2所示,由于桿OB不可轉(zhuǎn)動,所以桿所受彈

力的方向不一定沿OB方向。即桿對滑輪的作用力一定與兩段繩的合力大小相等,方向相反,由圖2可得,F2=2mgcos60°=mg,則所求力FN2'=F2=mg。

圖2名師點(diǎn)撥彈力常見模型分析考點(diǎn)二摩擦力的理解與應(yīng)用假設(shè)法

運(yùn)動狀態(tài)法此法關(guān)鍵是先確定物體的運(yùn)動狀態(tài)(如平衡或求出加速度),再利用平衡條件或牛頓第二定律(F=ma)確定靜摩擦力的方向牛頓第三定律法“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)牛頓第三定律確定另一物體受到的靜摩擦力的方向靜摩擦力①物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速直線運(yùn)動),利用力的平衡條件來判斷靜摩擦力的大小②物體有加速度時,若只有靜摩擦力,則Ff=ma。若除靜摩擦力外,物體還受其他力,則F合=ma,先求合力再求靜摩擦力滑動摩擦力滑動摩擦力的大小用公式Ff=μFN來計算,應(yīng)用此公式時要注意以下兩點(diǎn):①μ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(guān);FN為兩接觸面間的正壓力,其大小不一定等于物體的重力②滑動摩擦力的大小與物體的運(yùn)動速度和接觸面的大小均無關(guān)例2

(多選)(2019課標(biāo)Ⅰ,19,6分)如圖,一粗糙斜面固定在地面上,斜面頂端裝

有一光滑定滑輪。一細(xì)繩跨過滑輪,其一端懸掛物塊N,另一端與斜面上的物

塊M相連,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用水平向左的拉力緩慢拉動N,直至懸掛N的細(xì)繩與豎直方向成45°。已知M始終保持靜止,則在此過程中

(BD)B.M所受細(xì)繩的拉力大小一定一直增加C.M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加D.M所受斜面的摩擦力大小可能先減小后增加

解析

用水平拉力向左緩慢拉動N,如圖所示,水平拉力F逐漸增大,細(xì)繩

的拉力T逐漸增大,則細(xì)繩對M的拉力逐漸增大,故A錯誤,B正確。當(dāng)物塊M的質(zhì)量滿足mMgsinθ>mNg時,初始時M受到的摩擦力方向沿斜面向

上,這時隨著對物塊N的緩慢拉動,細(xì)繩的拉力T逐漸增大,物塊M所受的摩擦

力先向上逐漸減小,然后可能再向下逐漸增大,故C錯誤,D正確?？枷?摩擦力有無判斷1.如圖所示,水平推力F作用在木塊B上使得木塊A、B保持相對靜止一起向前

做勻加速直線運(yùn)動,地面粗糙,則下列說法正確的是

(C

)A不受摩擦力A對B的摩擦力方向向右A、B一起向前做勻速直線運(yùn)動,則A、B間不存在摩擦力A、B一起向前做勻速直線運(yùn)動,則木塊A受到三個力的作用

解析

由題意,A、B的運(yùn)動狀態(tài)為勻加速直線運(yùn)動,A受力情況較簡單,對

于A,假設(shè)A、B間無摩擦力,則A只受重力和支持力,合力為0,與運(yùn)動狀態(tài)不對

應(yīng),所以假設(shè)不正確,即A、B間存在摩擦力,且B對A的摩擦力方向向右,則A對

B的摩擦力方向向左,故A、B錯;若A、B做勻速直線運(yùn)動,則假設(shè)正確,C對,D

錯?？枷?滑動摩擦力分析與計算2.(2017課標(biāo)Ⅱ,16,6分)如圖,一物塊在水平拉力F的作用下沿水平桌面做勻速直線運(yùn)動。若保持F的大小不變,而方向與水平面成60°角,物塊也恰好做勻速直線運(yùn)動。物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)為

(C)

B.

C.

D.

解析

物塊在水平力F作用下做勻速直線運(yùn)動,其受力如圖甲所示由平衡條件得F=f、FN=mg而f=μFN=μmg則F=μmg當(dāng)F的方向與水平面成60°角時,其受力如圖乙由平衡條件得Fcos60°=f1f1=μFN1=μ(mg-Fsin60°)聯(lián)立解得μ=

,選項C正確。甲乙考向3靜摩擦力分析與計算3.一橫截面為直角三角形的木塊按如圖所示方式放置,質(zhì)量均為m的A、B兩

物體用輕質(zhì)彈簧相連放在傾角為30°的直角邊上,物體C放在傾角為60°的直

角邊上,B與C之間用跨過定滑輪的輕質(zhì)細(xì)線連接,A、C的質(zhì)量比為

,整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知物體A、B與斜面間的動摩擦因數(shù)相同(μ<1)且最大

靜摩擦力等于滑動摩擦力,彈簧彈力大小為mg,C與斜面間無摩擦,則

()A、B均受到摩擦力作用且受到的摩擦力等大反向A所受摩擦力大小為

mg,物體B不受摩擦力作用C.彈簧處于拉伸狀態(tài),A、B兩物體所受摩擦力大小均為

mg,方向均沿斜面向下D.剪斷彈簧瞬間,物體A一定加速下滑解析

C對A分析:重力沿斜面向下的分力為

mg,靜摩擦力FfA≤μmgcos30°<

mg,F彈=mg,因此彈簧彈力方向沿斜面向上,摩擦力方向沿斜面向下,如圖甲所示,則FfA=F彈-mgsin30°=

mg。

對B分析:細(xì)線對B的拉力F=mCgsin60°=2mg>F彈+mgsin30°。所以B所受摩擦力沿斜面向下,如圖乙所示,FfB=F-F彈-mgsin30°=

mg,故A、B錯誤,C正確;剪斷彈簧,A受摩擦力向上,且滿足FfA'=

mg,故A仍處于靜止?fàn)顟B(tài),D錯誤。方法技巧1.判斷摩擦力方向時應(yīng)注意的兩個問題(1)靜摩擦力的方向與物體的運(yùn)動方向沒有必然關(guān)系,可能相同,也可能相反,還可能成一定的夾角。(2)分析摩擦力方向時,要注意靜摩擦力方向的“可變性”和滑動摩擦力方向的“相對性”,考慮不同方向時的兩種情況。2.計算摩擦力大小的三點(diǎn)注意(1)分清摩擦力的性質(zhì):靜摩擦力或滑動摩擦力。(2)只有滑動摩擦力才能用計算公式Ff=μFN計算大小,注意動摩擦因數(shù)μ,其大小與接觸面的材料及其粗糙程度有關(guān),FN為兩接觸面間的正壓力,不

一定等于物體的重力。靜摩擦力通常只能用平衡條件或牛頓運(yùn)動定律來求解。(3)滑動摩擦力的大小與物體的運(yùn)動速度無關(guān),與接觸面積的大小無關(guān)?？键c(diǎn)三摩擦力的“突變”問題

當(dāng)物體的受力情況發(fā)生變化時,摩擦力的大小和方向往往會發(fā)生變化,有可能

導(dǎo)致靜摩擦力和滑動摩擦力之間的相互轉(zhuǎn)化。常見的摩擦力突變模型如下:分類“靜—靜”突變“靜—動”突變“動—靜”突變“動—動”突變案例圖示

在水平力F作用下物體靜止于斜面上,F突然增大時物體仍靜止,則物體所受靜摩擦力的大小或方向?qū)ⅰ巴蛔儭?/p>

物體放在粗糙水平面上,作用在物體上的水平力F從零逐漸增大,當(dāng)物體開始滑動時,物體受水平面的摩擦力由靜摩擦力“突變”為滑動摩擦力

滑塊以v0沖上斜面做減速運(yùn)動,當(dāng)?shù)竭_(dá)某位置時速度減為零而后靜止在斜面上,滑動摩擦力“突變”為靜摩擦力

水平傳送帶的速度v1>滑塊的速度v2,滑塊受滑動摩擦力方向水平向右,當(dāng)傳送帶突然被卡住時,滑塊受到的滑動摩擦力方向“突變”為向左例3長直木板上表面的一端放有一鐵塊,木板由水平位置緩慢向上轉(zhuǎn)動(即

木板與水平面的夾角α變大),另一端不動,如圖所示,則鐵塊受到的摩擦力Ff隨

角度α的變化圖像可能正確的是(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)

(C)

【審題指導(dǎo)】找到鐵塊摩擦力的突變“臨界點(diǎn)”是解答此題的關(guān)鍵。解析

設(shè)木板與水平面間的夾角增大到θ時,鐵塊開始滑動,顯然當(dāng)α<θ時,

鐵塊與木板相對靜止,由力的平衡條件可知,鐵塊受到的靜摩擦力的大小為Ff=mgsinα;當(dāng)α≥θ時鐵塊與木板間的摩擦力為滑動摩擦力,設(shè)動摩擦因數(shù)為μ,

由滑動摩擦力公式得鐵塊受到的摩擦力為Ff=μmgcosα。通過上述分析可知

C正確?？枷?“靜—靜”突變1.(多選)如圖所示,有一傾角θ=30°的斜面B,質(zhì)量為M,一質(zhì)量為m的物體A靜止在B上,現(xiàn)用水平力F推物體A,F的大小為

mg,A和B始終保持靜止,則

(

AC)A有沿斜面向上運(yùn)動的趨勢A有沿斜面向下運(yùn)動的趨勢A所受摩擦力的方向沿斜面向下F至0,此過程中物體A所受摩擦力的方向不變

解析

作出物體A除摩擦力以外的力的受力示意圖,建立如圖所示的直

角坐標(biāo)系,重力與推力F在x軸上的合力F合=Fcosθ-mgsinθ=

,方向沿斜面向上,所以物體A有沿斜面上滑的趨勢,A對,B錯;物體A所受摩擦力的方向沿

斜面向下,C對;減小推力F,重力與F在x軸上的合力先減小為0,此過程中合力

方向向上,繼續(xù)減小F,合力方向?qū)⒆優(yōu)橄蛳?摩擦力的方向?qū)l(fā)生突變,由之

前的向下變成向上,D錯?？枷?“靜—動”突變或“動—靜”突變2.如圖所示,斜面固定在地面上,傾角為37°(sin37°=0.6,cos37°=0.8)。質(zhì)量為1kg的滑塊以初速度v0從斜面底端沿斜面向上自由滑行(斜面足夠長,該滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.8),則該滑塊所受摩擦力F隨時間變化的圖像是下圖中的(取初速度v0的方向?yàn)檎较?g=10m/s2)

(B)

解析

滑塊上滑過程中受到滑動摩擦力作用,由F=μFN和FN=mgcosθ聯(lián)

立得F=6.4N,方向沿斜面向下。當(dāng)滑塊的速度減為零后,由于重力的分力mgsinθ<μmgcosθ,滑塊不動,滑塊受的摩擦力為靜摩擦力,由平衡條件得F=mgsinθ,代入數(shù)據(jù)可得F=6N,方向沿斜面向上,故選項B正確?？枷?“動—動”突變3.傳送帶以恒定的速率v=10m/s運(yùn)動,已知它與水平面成α=37°,如圖所示,PQ

的長度L=16m,將一個小物體無初速度地放在P點(diǎn),小物體與傳送帶間的動摩

擦因數(shù)為μ=0.5。已知g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。當(dāng)傳送帶逆時針轉(zhuǎn)

動時,小物體運(yùn)動到Q點(diǎn)的時間為多少?

答案見解析解析當(dāng)傳送帶逆時針轉(zhuǎn)動時,對物體受力分析,物體受重力mg、支持力N和

摩擦力f(方向沿傳送帶向下)則由牛頓第二定律有:mgsinα+μmgcosα=ma1代入數(shù)據(jù)解得a1=10m/s2(方向沿傳送帶向下)故當(dāng)經(jīng)過時間t1=

=1s后,物體的速度與傳送帶相同。此時物體運(yùn)動了s=

a1

=5m,則在此后的過程中摩擦力f的方向沿傳送帶向上則由牛頓第二定律有mgsinα-μmgcosα=ma2代入數(shù)據(jù)解得a2=2m/s2(方向沿傳送帶向下)由運(yùn)動學(xué)公式得L-s=vt2+

a2

解得t2=1s(另一個解舍去)綜上所述用時為t總=t1+t2=2s摩擦力方向的判定——摩擦力方向與運(yùn)動方向的三類關(guān)系摩擦力的方向與物體間的相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢方向相反,但與物體

的實(shí)際運(yùn)動方向可能相同、可能相反、也可能不共線。學(xué)科素養(yǎng)直通車1.(多選)如圖所示,皮帶運(yùn)輸機(jī)將物體勻速送往高處,下列結(jié)論正確的是

(

A