【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】2020-2021學(xué)年高中物理學(xué)案：3章-相互作用-章末整合(人教版必修1)

章末整合一、對(duì)摩擦力的理解1．對(duì)摩擦力的生疏圖1(1)摩擦力不肯定是阻力，也可以是動(dòng)力．(2)靜摩擦力的方向不肯定與運(yùn)動(dòng)方向共線，但肯定沿接觸面的切線方向．如圖1所示，A、B一起向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，則A所受摩擦力方向與運(yùn)動(dòng)方向不全都．2．求解摩擦力的方法(1)靜摩擦力用二力平衡來(lái)求解．(2)滑動(dòng)摩擦力用公式F＝μFN來(lái)求解，其中FN是物體所受的正壓力，不肯定是物體所受的重力，而且要留意滑動(dòng)摩擦力的大小與運(yùn)動(dòng)速度和接觸面積無(wú)關(guān)．圖2例1如圖2所示，木塊放在水平地面上，在F＝8N的水平拉力作用下向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度為1m/s，則下列說(shuō)法中正確的是()A．以1m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，木塊受到的摩擦力為8NB．當(dāng)木塊以2m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，木塊受到的摩擦力小于8NC．當(dāng)水平拉力F＝20N時(shí)，木塊受到的摩擦力為20ND．將水平拉力F撤去，木塊速度越來(lái)越小，是由于木塊受到的摩擦力越來(lái)越大解析木塊在F＝8N的水平拉力作用下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明物體受到的滑動(dòng)摩擦力也為8N．A、B、C、D四種狀況下，木塊與地面間的摩擦力均為滑動(dòng)摩擦力，故都為8N．A正確，B、C、D錯(cuò)誤．答案A圖3例2如圖3所示，位于斜面上的物塊M在沿斜面對(duì)上的力F作用下，處于靜止?fàn)顟B(tài)，則斜面作用于物塊的靜摩擦力()A．方向肯定沿斜面對(duì)下B．方向可能沿斜面對(duì)下C．大小可能等于零D．大小可能等于F解析以物塊M為爭(zhēng)辯對(duì)象進(jìn)行受力分析可知，物塊M受豎直向下的重力、垂直斜面對(duì)上的彈力FN、平行斜面對(duì)上的力F以及平行于斜面方向的靜摩擦力，如圖所示(靜摩擦力未畫(huà)出)．靜摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反，但這里無(wú)法直接確定，則可假設(shè)斜面光滑，此時(shí)物塊向上還是向下運(yùn)動(dòng)取決于沿斜面方向向上的力F及沿斜面對(duì)下的重力的分力Gsinθ的大?。?dāng)F>Gsinθ時(shí)，物塊有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，此時(shí)靜摩擦力應(yīng)沿斜面對(duì)下，B正確．當(dāng)F＝Gsinθ時(shí)，無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，此時(shí)靜摩擦力為零，C正確．當(dāng)F<Gsinθ時(shí)，物塊有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，此時(shí)靜摩擦力沿斜面對(duì)上，A錯(cuò)誤．當(dāng)F＝eq\f(1,2)Gsinθ時(shí)，靜摩擦力等于eq\f(1,2)Gsinθ且方向沿斜面對(duì)上，D正確．答案BCD二、物體的受力分析對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)要特殊留意以下幾個(gè)重要環(huán)節(jié)：1．按肯定的挨次去分析力依據(jù)各種力產(chǎn)生的條件、力的方向，依據(jù)先重力，再接觸力(彈力、摩擦力)，后其他力的挨次分析．2．明確爭(zhēng)辯對(duì)象，分清物體與“外界”就是要把進(jìn)行受力分析的物體從四周物體中隔離出來(lái)，分清物體與“外界”．受力分析時(shí)，只考慮外界對(duì)物體的作用力，而不考慮物體對(duì)外界其他物體的作用力；同時(shí)也不要錯(cuò)誤地認(rèn)為：作用在其他物體上的力通過(guò)“力的傳遞”作用在爭(zhēng)辯對(duì)象上．3．抓住力的本質(zhì)，不盲目“添力”力是物體對(duì)物體的作用，力不能離開(kāi)物體單獨(dú)存在，所以物體所受的每個(gè)力都應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的施力物體，找不出施力物體的力是不存在的，是憑感覺(jué)分析的．有些人經(jīng)常會(huì)錯(cuò)誤地把物體的慣性表現(xiàn)認(rèn)為是物體在運(yùn)動(dòng)方向上的受力．圖4例3如圖4所示，一木塊在垂直于傾斜天花板平面方向的推力F作用下，處于靜止?fàn)顟B(tài)，則下列推斷正確的是()A．木塊肯定受到4個(gè)力的作用B．木塊可能受到2個(gè)力的作用C．漸漸增大推力F，木塊將連續(xù)保持靜止?fàn)顟B(tài)D．木塊受天花板的滑動(dòng)摩擦力隨推力F的增大而增大解析木塊在重力作用下，有沿天花板下滑的趨勢(shì)，肯定受到靜摩擦力，則天花板對(duì)木塊肯定有彈力．木塊受力如圖：故A正確，B錯(cuò)誤．依據(jù)平衡條件得：F＝N＋Gcosα，f＝Gsinα；漸漸增大F的過(guò)程，N增大，最大靜摩擦力增大，而木塊受到的靜摩擦力f不變，木塊將始終保持靜止，故C正確，D錯(cuò)誤．故選A、C.答案AC圖5針對(duì)訓(xùn)練如圖5所示，豎直放置的輕彈簧一端固定在地面上，另一端與斜面體P連接，P與斜放上的固定擋板MN接觸且處于靜止?fàn)顟B(tài)，則斜面體P此刻所受到的外力個(gè)數(shù)可能為()A．2個(gè)B．3個(gè)C．4個(gè)D．5個(gè)解析MN與P接觸時(shí)有兩種狀況，若接觸時(shí)無(wú)彈力，此時(shí)P受重力和彈簧的支持力，A正確；若接觸時(shí)有彈力，則P平衡時(shí)必定還受到沿斜面對(duì)下的靜摩擦力，因此P應(yīng)受四個(gè)力作用，故C正確．答案AC三、力的合成法、分解法解平衡問(wèn)題在力的合成與分解中求解問(wèn)題的基本方法是平行四邊形定則，也要依據(jù)實(shí)際狀況接受不同的分析方法：1．若消滅直角三角形，常用三角函數(shù)表示合力與分力的關(guān)系．2．若給定條件中有長(zhǎng)度條件，常用力組成的三角形(矢量三角形)與長(zhǎng)度組成的三角形(幾何三角形)的相像比求解．3．多個(gè)力的合成往往用正交分解法，把作用在物體上的全部力分解到兩個(gè)相互垂直的坐標(biāo)軸上．圖6例4如圖6所示，質(zhì)量為m1的物體甲通過(guò)三段輕繩懸掛，三段輕繩的結(jié)點(diǎn)為O，輕繩OB水平且B端與站在水平面上的質(zhì)量為m2的人相連，輕繩OA與豎直方向的夾角θ＝37°，物體甲及人均處于靜止?fàn)顟B(tài)(已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8g取10m/s2.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)．求：(1)輕繩OA、OB中的張力分別是多大？(2)人受到的摩擦力是多大？方向如何？(3)若人的質(zhì)量m2＝60kg，人與水平面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.3，欲使人在水平面上不滑動(dòng)，則物體甲的質(zhì)量m1最大不能超過(guò)多少？解析(1)以結(jié)點(diǎn)O為爭(zhēng)辯對(duì)象，受三段輕繩的拉力作用，且豎直繩上的拉力大小等于m1g，如圖，依據(jù)共點(diǎn)力平衡條件有：FOB－FOAsinθ＝0，F(xiàn)OAcosθ－m1g＝0聯(lián)立以上兩式解得：FOA＝eq\f(m1g,cosθ)＝eq\f(5,4)m1g，F(xiàn)OB＝m1gtanθ＝eq\f(3,4)m1g(2)人在水平方向僅受繩OB的拉力FOB和地面的摩擦力f作用，依據(jù)平衡條件有：f＝FOB＝eq\f(3,4)m1g，方向水平向左(3)人在豎直方向上受重力m2g和地面的支持力FN作用，因此有：FN＝m2g要使人不滑動(dòng)，需滿足：f≤fm＝μFN聯(lián)立以上各式解得：m1≤eq\f(4,3)μm2＝24kg.答案(1)eq\f(5,4)m1geq\f(3,4)m1g(2)f＝eq\f(3,4)m1g方向水平向左(3)物體甲的質(zhì)量m1最大不能超過(guò)24kg.四、力的動(dòng)態(tài)問(wèn)題分析——圖解法圖解法的一般步驟1．首先畫(huà)出力的分解圖．在合力與兩分力構(gòu)成的三角形中，一個(gè)是恒力，大小方向均不變；另兩個(gè)是變力，其中一個(gè)是方向不變的力，另一個(gè)是大小、方向均轉(zhuǎn)變的力．2．分析方向變化的力在哪個(gè)空間內(nèi)變化，借助力的矢量三角形，利用圖解法推斷兩個(gè)變力大小、方向的變化．圖73．留意：由圖解可知，當(dāng)大小、方向都可變的分力(設(shè)為F1)與方向不變、大小可變的分力垂直時(shí)，F(xiàn)1有最小值．例5如圖7所示，用豎直檔板將小球夾在擋板和光滑斜面之間，若緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)擋板，使其由豎直轉(zhuǎn)至水平的過(guò)程中，則以下說(shuō)法正確的是()A．擋板對(duì)小球的壓力是先增大后減小B．擋板對(duì)小球的壓力是先減小后增大C．斜面對(duì)小球的支持力是減小后增大D．斜面對(duì)小球的支持力是始終漸漸減小解析取小球?yàn)闋?zhēng)辯對(duì)象，小球受到重力G、擋板給小球的支持力N1和斜面給小球的支持力N2三個(gè)力作用，如圖所示，N1和N2的合力與重力大小相等，方向相反，N2總垂直接觸面(斜面)，方向不變，依據(jù)圖解可以看出，在N1方向轉(zhuǎn)變時(shí)，其大小(箭頭)只能沿PQ線變動(dòng)．明顯在擋板移動(dòng)過(guò)程中，N1先變小后變大，N2始終減小. 答案BD章末檢測(cè)(時(shí)間：90分鐘滿分：100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共6小題，每小題4分，共24分)1．下列說(shuō)法正確的是()A．木塊放在桌面上受到一個(gè)向上的彈力，這是由于木塊發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的B．質(zhì)量均勻分布、外形規(guī)章的物體的重心可能在物體上，也可能在物體外C．重力的方向總是垂直接觸面對(duì)下的D．由磁鐵間存在相互作用可知：力可以離開(kāi)物體而單獨(dú)存在答案B2．如圖1所示，甲、乙兩人做“拔河”玩耍．兩人分別用伸平的手掌托起長(zhǎng)凳的一端，保持凳子水平，然后各自向兩側(cè)拖拉．若凳子下表面各處的粗糙程度相同，兩人手掌粗糙程度也相同，在甲端的凳面上放四塊磚，對(duì)“拔河”過(guò)程，下列推斷正確的是()圖1A．甲的手和凳子間的摩擦力較大B．乙的手和凳子間的摩擦力較小C．甲的手和凳子間不會(huì)有相對(duì)滑動(dòng)D．乙的手和凳子間肯定有相對(duì)滑動(dòng)解析本題考查摩擦力大小的打算因素．依據(jù)題意平托長(zhǎng)凳，長(zhǎng)凳下表面各處的粗糙程度相同，在靠甲側(cè)的凳面上放四塊磚造成甲的手與凳子間的彈力增大，最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力都要比乙的大，因此甲、乙各自向兩側(cè)拖拉時(shí)，凳子向甲方移動(dòng)，甲的手和凳子間不會(huì)有相對(duì)滑動(dòng)，C正確．答案C圖23．如圖2所示，物體A和B一起沿斜面勻速下滑，則物體A受到的力是()A．重力、B對(duì)A的支持力B．重力、B對(duì)A的支持力、下滑力C．重力、B對(duì)A的支持力、摩擦力D．重力、B對(duì)A的支持力、摩擦力、下滑力答案A圖34．如圖3所示為一攀巖運(yùn)動(dòng)員正沿豎直巖壁緩慢攀登，由于身背較重的行囊，重心上移至肩部的O點(diǎn)，總質(zhì)量為60kg.此時(shí)手臂與身體垂直，手臂與巖壁夾角為53°.則手受到的拉力和腳受到的作用力分別為(設(shè)手、腳受到的作用力均通過(guò)重心O，g取10N/kg，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6)()A．360N，480NB．480N，360NC．450N，800ND．800N，450N解析如圖所示，對(duì)人受重力沿手臂和腿方向分解得：F1＝Gcos53°＝600×0.6N＝360N，F(xiàn)2＝Gsin53°＝480N.答案A5．如圖4所示，一只半球形碗倒扣在水平桌面上處于靜止?fàn)顟B(tài)，球的半徑為R，質(zhì)量為m的螞蟻只有在離桌面的高度大于或等于eq\f(4,5)R時(shí)，才能停在碗上，若最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，那么螞蟻和碗面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為()圖4A.eq\f(3,5)B.eq\f(4,5)C.eq\f(3,4)D.eq\f(12,25)解析螞蟻在離桌面高度等于eq\f(4,5)R時(shí)，螞蟻受重力、支持力和摩擦力處于平衡，依據(jù)平衡有：f＝mgsinθ，N＝mgcosθ，而cosθ＝eq\f(\f(4,5)R,R)＝eq\f(4,5).所以μ＝eq\f(f,N)＝tanθ＝eq\f(3,4)，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．答案C圖56．如圖5，電燈懸掛于兩墻之間，更換水平繩OA使連結(jié)點(diǎn)A向上移動(dòng)而保持O點(diǎn)的位置不變，則A點(diǎn)向上移動(dòng)時(shí)()A．繩OA的拉力漸漸增大B．繩OA的拉力漸漸減小C．繩OA的拉力先增大后減小D．繩OA的拉力先減小后增大解析對(duì)點(diǎn)O受力分析，如圖通過(guò)作圖，可以看出繩OA的張力先變小后變大，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確．答案D二、多項(xiàng)選擇題(本題共4個(gè)小題，每小題6分，選不全得3分，錯(cuò)選得0分)圖67．一滑雪者沿一傾角為α的山坡滑下，然后又滑上另一傾角為β的山坡(α>β)，如圖6所示，則下列說(shuō)法正確的是()A．在A、B兩山坡上，滑雪者都受到重力、支持力、下滑力和摩擦力作用B．在A、B兩山坡上，滑雪者都受到重力、支持力和摩擦力作用C．在A山坡上摩擦力是動(dòng)力，在B山坡上摩擦力是阻力D．在A、B兩山坡上，摩擦力都是阻力，且滑雪者在A山坡上所受摩擦力小于在B山坡上所受摩擦力解析在山坡上滑雪的人受到重力、支持力和摩擦力，其中重力可以分解為兩個(gè)力，一是使人有沿山坡下滑趨勢(shì)的分力，二是使人壓緊坡面的分力．分析人體受力時(shí)，考慮了mg就不能再同時(shí)考慮它的分力，故A錯(cuò)誤，B正確．不論在A山坡還是在B山坡，滑雪者所受的滑動(dòng)摩擦力總是阻礙他相對(duì)山坡的滑動(dòng)，所以都是阻力；由于摩擦力F＝μFN＝μmgcosθ，μ相同時(shí)，傾角越大，cosθ越小，滑動(dòng)摩擦力也越?。蔆錯(cuò)誤，D正確．答案BD圖78．如圖7所示容器內(nèi)盛有水，器壁AB呈傾斜狀，有一個(gè)小物塊P處于圖示狀態(tài)，并保持靜止，則該物體受力狀況正確的是()A．P可能只受一個(gè)力B．P不行能只受兩個(gè)力C．P不行能只受三個(gè)力D．P不是受到二個(gè)力就是四個(gè)力解析物體肯定受到重力，同時(shí)肯定受浮力，即可能受2個(gè)力；若浮力大于重力，則物體肯定會(huì)受AB對(duì)它的彈力，由于彈力垂直于接觸面對(duì)下，如圖所示，物體只有受到向下的摩擦力才能受力平衡，故肯定受四個(gè)力．故C、D正確．答案CD圖89．如圖8所示，質(zhì)量分別為mA、mB的A、B兩個(gè)楔形物體疊放在一起，B靠在豎直墻壁上，在力F的作用下，A、B都始終靜止不動(dòng)，則()A．墻壁對(duì)B的摩擦力大小為(mA＋mB)gB．A、B之間肯定有摩擦力作用C．力F增大，墻壁對(duì)B的摩擦力也增大D．力F增大，B所受的合外力肯定不變解析由整體法可知，墻壁對(duì)B的摩擦力大小為fB＝(mA＋mB)g與力F無(wú)關(guān)，則A正確，C錯(cuò)誤；對(duì)A物體進(jìn)行受力分析，可知A、B之間不肯定有摩擦力作用，則B錯(cuò)誤；因A、B始終靜止，則B所受到的合外力為0，故D正確．答案AD圖910．如圖9所示，摩擦及繩子、滑輪的質(zhì)量均不計(jì)，物體A重4N，物體B重1N，以下說(shuō)法正確的是()A．地面對(duì)A的支持力是3NB．測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為2NC．物體A受到地面的支持力為2ND．測(cè)力計(jì)示數(shù)為3N解析向上拉A的力大小應(yīng)等于B的重力1N，這樣A受三個(gè)力的作用：向下的重力為4N，向上的繩子的拉力為1N，地面對(duì)A的支持力應(yīng)豎直向上為3N，故A正確，C錯(cuò)誤；而測(cè)力計(jì)的示數(shù)應(yīng)為兩繩子向下的拉力之和，都等于B的重力，故應(yīng)為2N，所以B正確，D錯(cuò)誤．答案AB三、試驗(yàn)、填空題(本題共2小題，共12分)11．(4分)(2021綿陽(yáng)南山中學(xué)期中)在“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”的試驗(yàn)中，試驗(yàn)裝置如圖10，試驗(yàn)時(shí)先測(cè)出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長(zhǎng)度，再將5個(gè)鉤碼逐個(gè)掛在繩子的下端每次測(cè)出相應(yīng)的彈簧總長(zhǎng)度．(1)有一個(gè)同學(xué)通過(guò)以上試驗(yàn)測(cè)量后把6組數(shù)據(jù)描點(diǎn)在坐標(biāo)圖中．(2)由此圖線可得出該彈簧的原長(zhǎng)為L(zhǎng)0＝________cm，勁度系數(shù)k＝________N/m.圖10解析F＝0時(shí)，即圖線和橫軸的交點(diǎn)為彈簧的原長(zhǎng)10cm，圖線的斜率為勁度系數(shù)的大小，為25N/m.答案102512．(8分)在“探究求合力的方法”試驗(yàn)中，現(xiàn)有木板、白紙、圖釘、橡皮筋、細(xì)繩套和一把彈簧測(cè)力計(jì)．(1)為完成試驗(yàn)，某同學(xué)另找來(lái)一根彈簧，先測(cè)量其勁度系數(shù)，得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出Fx圖象并求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m；(2)某次試驗(yàn)中，彈簧測(cè)力計(jì)的指針位置如圖11所示，其讀數(shù)為_(kāi)_______N；同時(shí)利用(1)中結(jié)果獲得彈簧上的彈力值為2.50N，請(qǐng)畫(huà)出這兩個(gè)共點(diǎn)力的合力F合；圖11(3)由圖得到F合＝________N.解析(1)以水平方向?yàn)閤軸，豎直方向?yàn)镕軸，建立直角坐標(biāo)系，然后找點(diǎn)，選盡可能多的點(diǎn)連成一條線，其圖線的斜率即為彈簧的勁度系數(shù)k，在直線上任取一點(diǎn)，如(6×10－2，3.2)，則k＝eq\f(3.2,6×10－2)N/m≈53N/m.(2)彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為2.10N，選標(biāo)度合力F合的圖示如圖所示．(3)經(jīng)測(cè)量，合力F合＝3.30N.答案(1)見(jiàn)解析圖53(說(shuō)明：±2范圍內(nèi)都可)(2)2.10(說(shuō)明：有效數(shù)字位數(shù)正確，±0.02范圍內(nèi)都可)見(jiàn)解析圖(3)3.30(說(shuō)明：±0.02范圍內(nèi)都可)四、計(jì)算題(本題共4小題，共40分)圖1213．(10分)木塊A、B分別重50N和60N，它們與水平地面之間的動(dòng)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(dòng)．現(xiàn)用F＝1N的水平拉力作用在木塊B上，如圖12所示，求力F作用后木塊A、B所受摩擦力的大小．(最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)解析沒(méi)有施加力F時(shí)，木塊A、B受力平衡，所受靜摩擦力等于彈簧的彈力，即F1＝F乙＝F甲＝kx＝400×0.02N＝8N木塊B受到地面的最大靜摩擦力為：F＝μF＝0.25×60N＝15N施加F后，對(duì)木塊B有：F－F＜F則B所摩擦力仍為靜摩擦力，其大小為：F＝F＋F＝9N施加F后，木塊A所受靜摩擦力仍為靜摩擦力，大小為F＝8N.答案8N14．(8分)如圖13所示，與水平面夾角為30°的固定斜面上有一質(zhì)量m＝1.0kg的物體．細(xì)繩的一端通過(guò)摩擦不計(jì)的定滑輪與固定的彈簧秤相連．物體靜止在斜面上，彈簧秤的示數(shù)為6.0N．求物體受到的摩擦力和支持力．(取g＝10m/s2)圖13解析物體受力狀況如圖所示．物體重力沿斜面方向向下的重量Gx＝mgsin30°＝5.0N＜彈簧的拉力T故摩擦力沿斜面對(duì)下．依據(jù)共點(diǎn)力平衡：T＝mgsin30°＋Ff，F(xiàn)N＝mgcos30°.解得：Ff＝1N，F(xiàn)N＝5eq\r(3)N，方向垂直于斜面對(duì)上．答案摩擦力大小為1N，方向沿斜面對(duì)下；支持力大小為5eq\r(3)N，方向垂直