高考總復習物理隨堂課件與課后習題第二章相互作用共點力的平衡第1節(jié)重力彈力摩擦力

高考總復習優(yōu)化設計GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI第1節(jié)重力彈力摩擦力第二章2023內(nèi)容索引0102強基礎增分策略增素能精準突破【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(shù)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(chǎn)生活中的問題【核心素養(yǎng)】

【試題情境】

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受力分析,物體靜態(tài)平衡,動態(tài)平衡,合力和分力的關系【考向預測】

本章內(nèi)容屬于高考考查的熱點,多為選擇題?？疾榈木唧w內(nèi)容主要包括以下幾個方面:①以生活實際或力、電平衡模型為背景的靜態(tài)、動態(tài)平衡問題;②在綜合題中的滲透和體現(xiàn)強基礎增分策略一、重力1.產(chǎn)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?？捎脧椈蓽y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(chǎn)生的,重力的施力物體是地球。(

)豎直向下√××√應用提升1.宇航員在月球表面測得月球的重力加速度為地球表面的,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(chǎn)生的作用力。

施力物體是發(fā)生形變的物體(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

。

彈性形變接觸彈性形變相反2.胡克定律(1)內(nèi)容:在彈性限度內(nèi),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。

易錯辨析

(5)只要物體發(fā)生形變就會產(chǎn)生彈力作用。(

)(6)物體所受彈力的方向與施力物體形變方向相反。(

)(7)輕繩產(chǎn)生的彈力方向一定沿著繩的方向。(

)(8)輕桿產(chǎn)生的彈力方向一定沿著桿的方向。(

)正比勁度系數(shù)×√√×應用提升3.在運動場上,撐竿跳高運動員把撐竿壓彎能越過理想的高度;跳水運動員將跳板壓彎后能凌空跳起再向下落入水中;射箭運動員用力將弓拉開才能瞬間把箭射出。(1)力的作用效果是改變物體的運動狀態(tài)或使得物體發(fā)生形變,這三種情況,運動員在壓和拉的過程中產(chǎn)生了怎樣的作用效果?(2)運動員的壓力或拉力撤去后,撐竿、跳板、弓將會處于什么狀態(tài),在此過程中它們對人或者箭產(chǎn)生了什么作用?(3)若運動員的壓力或拉力過大,會發(fā)生什么現(xiàn)象?答案

(1)使撐竿、跳板、弓產(chǎn)生了形變。(2)撐竿、跳板、弓將會恢復原來的狀態(tài),在此過程中它們對人或箭產(chǎn)生彈力的作用。(3)撐竿、跳板、弓有可能斷裂。解析

(1)運動員在壓和拉的過程中使得撐竿、跳板、弓的形狀發(fā)生了變化,即產(chǎn)生了形變。(2)運動員的壓力或拉力撤去后,撐竿、跳板、弓將會恢復原來的狀態(tài),在它們恢復原來狀態(tài)的過程中,對人或箭產(chǎn)生力的作用,這個力就是彈力。(3)若運動員的壓力或拉力過大,撐竿、跳板、弓不能恢復原來的狀態(tài),有可能斷裂。4.如圖所示,輕彈簧的兩端各受大小為20N的拉力F的作用,彈簧平衡時伸長了5cm(在彈性限度內(nèi)),那么該彈簧的勁度系數(shù)是多少?答案

400N/m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(chǎn)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(chǎn)生的阻礙相對運動的力。(2)產(chǎn)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(shù),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

(9)滑動摩擦力的方向不可能與物體的運動方向相同。(

)(10)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5.(多選)(人教版教材必修第一冊P67習題改編)如圖所示,在粗糙的水平面上疊放著物體A和B,A和B間的接觸面是粗糙的,現(xiàn)將一水平拉力F作用于物體A上,A、B仍保持靜止,則下列說法正確的是(

)A.物體A與地面間的靜摩擦力的大小等于FB.物體A與地面間的靜摩擦力的大小等于零C.物體A與物體B間的靜摩擦力的大小等于FD.物體A與物體B間的靜摩擦力的大小等于零答案

AD6.重力為200N的木箱放在水平地板上,至少要用45N的水平推力,才能讓它從原地開始運動。木箱從原地移動以后,用40N的水平推力,就可以使木箱繼續(xù)做勻速直線運動。由此可知,木箱與地板之間的最大靜摩擦力Fmax=

;木箱所受的滑動摩擦力Ff=

,木箱與地板之間的動摩擦因數(shù)μ=

;如果用30N的水平推力推這個靜止的木箱,木箱所受的摩擦力大小為

。

答案

45N

40N

0.2

30N旁欄邊角

人教版教材必修第一冊P60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(shù)據(jù)可得出物塊與長木板間的動摩擦因數(shù)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(jù)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(shù),D錯誤。增素能精準突破考點一彈力的分析與計算[自主探究]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(jù)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(jù)胡克定律求解。(2)根據(jù)力的平衡條件求解。(3)根據(jù)牛頓第二定律求解?！緦c演練】1.(2021河北衡水第十四中學高三月考)如圖所示,一傾角為45°且底面光滑的斜面體緊靠豎直墻面放置,為使一光滑的球靜止,需加一水平力F,且F指向球心,下列說法正確的是(

)A.球一定受墻的彈力且水平向左B.球一定受斜面的彈力且垂直斜面向上C.球可能不受斜面的彈力D.斜面體和豎直墻之間可能沒有彈力答案

B解析

假設球與墻之間沒有彈力,撤去與球接觸的墻,球受豎直向下的重力、水平向右的力F和垂直斜面向上的支持力,仍可能靜止,所以球和墻之間可能沒有彈力,A錯誤;假設球與斜面之間無彈力,撤去斜面,球在豎直方向上只受重力作用,不能靜止,故球一定受到斜面的彈力,方向垂直斜面向上,B正確、C錯誤;以球和斜面體為整體,知斜面體和豎直墻之間一定有彈力,D錯誤。2.(2021重慶南開中學高三月考)如圖所示,一質量為m的物體與勁度系數(shù)分別為k1、k2的甲、乙兩豎直輕彈簧相連,兩彈簧的另一端連接在框架上。物體靜止時,兩彈簧長度之和等于兩彈簧原長之和,則甲彈簧形變量為(

)答案

A解析

設甲、乙兩個彈簧的形變量分別為Δx1和Δx2,兩彈簧的拉力分別為F1和F2,取向上為正方向。由于物體靜止時,兩彈簧的長度之和等于兩彈簧原長之和,所以甲彈簧被拉伸、乙彈簧被壓縮,且有Δx1=Δx2,對物體進行受力分析有F1+F2=mg,F1=k1Δx1,F2=k2Δx2,聯(lián)立解得Δx1=,故選A。3.(多選)如圖所示為一輛位于水平面上的小車,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。下列關于桿對球的作用力F的判斷正確的是(

)A.小車靜止時,F=mgsinθ,方向沿桿向上B.小車靜止時,F=mgcosθ,方向垂直于桿向上C.小車向右勻速運動時,一定有F=mg,方向豎直向上D.小車向右勻加速運動時,一定有F>mg,方向可能沿桿向上答案

CD解析

小車靜止時,由物體的平衡條件可知,此時桿對球的作用力方向豎直向上,大小等于球的重力mg,故A、B錯誤;小車向右勻速運動時,小車和小球的加速度為零,桿對小球的作用力方向豎直向上,大小為mg,C正確;考點二摩擦力的有無及方向的判斷突變問題[自主探究]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(jù)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(jù)“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),相對滑動與相對靜止的臨界狀態(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?！緦c演練】4.

一位同學將水杯豎直握在手里勻速前進,如果水杯離地的高度保持不變,則(

)A.手握得更緊,可以增大摩擦力B.如果該同學靜止,手對水杯的作用力變小C.如果該同學加速往前跑,手對水杯的作用力不變D.無論該同學的運動狀態(tài)如何,手對水杯的摩擦力保持不變答案

D解析

由平衡條件得Ff=mg,手握得更緊,摩擦力不變,A錯誤;如果該同學勻速走或靜止,水杯都處于平衡狀態(tài),手對水杯的作用力與重力等大反向,保持不變,B錯誤;如果該同學加速往前跑,手對水杯的作用力與重力不平衡,大小不相等,故手對水杯的作用力發(fā)生變化,C錯誤;無論該同學的運動狀態(tài)如何,水杯在豎直方向受力平衡,手對水杯的摩擦力始終與重力等大反向,保持不變,D正確。5.(2021浙江高三三模)如圖所示,一位同學用雙手水平夾起一摞書,并停留在空中。已知手掌與書間的動摩擦因數(shù)μ1=0.3,書與書間的動摩擦因數(shù)μ2=0.2,設最大靜摩擦力的大小等于滑動摩擦力的大小。若每本書的質量為0.2kg,該同學對書的水平正壓力為200N,每本書均呈豎直狀態(tài),則下列說法正確的是(

)A.每本書受到的摩擦力的合力大小不等B.書與書之間的摩擦力的大小均相等C.他最多能夾住42本書D.他最多能夾住60本書答案

C解析

每本書受到的摩擦力的合力與重力平衡,因為每本書的質量相同,所以它受到的摩擦力的合力大小相等,A錯誤;由受力分析可知,越靠外側,書與書間的摩擦力越大,B錯誤;以這一摞書為研究對象,每只手對其的最大靜摩擦力為Ff1=μ1FN=60

N,這一摞書受力平衡有2Ff1=n1mg,解得n1=60,但書與書間的最大靜摩擦力為Ff2=μ2FN=40

N,除了左右兩側跟手接觸的兩本書,以剩下的一部分書為研究對象,由平衡條件有2Ff2=n2mg,解得n2=40,加上跟手接觸的兩本書,共42本書,所以C正確,D錯誤。考點三摩擦力大小的計算[名師破題]摩擦力大小的計算方法

【典例突破】典例.(2021浙江高三三模)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(shù)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(shù)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)不能進紙審題指導

關鍵詞句獲取信息進紙系統(tǒng)能做到每次只進一張紙研究對象為一張紙每張紙的質量均為m每張紙的重力已知搓紙輪按圖示方向轉動并帶動最上面的第1張紙向右運動由圖可知相對運動方向搓紙輪與紙張之間的動摩擦因數(shù)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(shù)均為μ2動摩擦因數(shù)已知搓紙輪給第1張紙壓力大小為FF加上一張紙的重力為正壓力思路突破

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(jù)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。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張紙之間的摩擦力為μ1F,第1張紙若能相對第2張紙滑動,則受到第2張紙的滑動摩擦力為μ2(F+mg),因為μ1F<μ2(F+mg),所以第1張紙與第2張紙之間不會發(fā)生相對滑動,進紙系統(tǒng)不能進紙,故D正確。本題選錯誤的,故選B。答案

B考題點睛

考點考向點睛摩擦力分析和計算方法:正確選取研究對象,根據(jù)摩擦力的產(chǎn)生條件判斷方向,根據(jù)平衡條件或滑動摩擦力公式計算摩擦力大小易錯:注意判斷是靜摩擦力還是滑動摩擦力;弄清滑動摩擦力的方向與相對運動方向相反【對點演練】6.(2021海南高三三模)如圖所示,