重力彈力摩擦力的分析與計算

重力彈力摩擦力的分析與計算第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月一、知識導(dǎo)航１.力：力是物體對物體的作用(1)力的物質(zhì)性：力的作用離不開物體的存在，有受力物體必有施力物體。因此，在對物體進行受力分析時，必須明確

和

。(2)力的作用是相互性：根據(jù)牛頓第三定律，兩個相互作用的物體之間的作用力和反作用力總是大小

，方向

，作用在

上。(3)力的矢量性：力是矢量，既有

，又有

，服從

法則，不能簡單地進行代數(shù)相加。施力物體受力物體相等相反同一條直線大小平行四邊形方向第2頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)力的作用效果：使物體產(chǎn)生形變或使物體

。(5)力的三要素：

、

和

。力的三要素可用力的圖示直觀地表示出來。要注意力的圖示與力的示意圖的區(qū)別。(6)力的分類：力的分類方法通常按力的性質(zhì)分類或按力的作用效果進行分類。按力的

分：重力、彈力、摩擦力、分子力、電場力、磁場力、核力、萬有引力。按力的

分：推力、拉力、壓力、支持力、引力、斥力、向心力、回復(fù)力。運動狀態(tài)發(fā)生改變大小方向作用點性質(zhì)作用效果第3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月２.重力：物體受到的重力，是由于地球的吸引而產(chǎn)生的(1)重力的大?。和坏攸c重力的大小與

成正比，G=

。重力的大小不但跟物體的質(zhì)量有關(guān)，還與物體所處的

、

有關(guān)。質(zhì)量(2)重力的方向：

向下，除了在赤道和極地附近，一般不通過地心。mg緯度高度(3)重力的作用點：

。重心是重力的等效作用點，通?？梢哉J為重力就作用在這一點。物體的重心

在物體上。豎直重心不一定第4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)彈力產(chǎn)生的條件:①

;②

。３.彈力：發(fā)生形變的物體，由于有恢復(fù)原形的趨勢，對跟它接觸的物體產(chǎn)生的力。直接接觸有彈性形變(2)彈力的方向：①線的拉力沿著線

趨勢的方向；②面與面、點與面接觸的彈力垂直于面（若是曲面則垂直于接觸點的公切面）指向

。(3)彈力的大?。孩賹τ趶椥孕巫兊膹椈僧a(chǎn)生的彈力Ｆ＝

(胡克定律).其中

叫勁度系數(shù)，它與

、

、

有關(guān)，

是相對于彈簧原長時的壓縮量或伸長量，不是指任意兩次彈簧長度的差值。②形變不明顯的彈力要根據(jù)力的平衡條件用其他力（多為重力）的大小結(jié)合三角函數(shù)值確定。收縮被壓或被支持的物體

kxk彈簧的粗細長短

材料

x第5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月４.摩擦力：兩個相互接觸且擠壓的物體有相對運動或相對運動趨勢時，物體之間產(chǎn)生阻礙相對運動或相對運動趨勢的力。(1)摩擦力產(chǎn)生的條件：①

；②

；③

；④

。兩物體相接觸(2)摩擦力的方向：與接觸面

，與相對運動或相對運動趨勢的方向

。接觸面粗糙物體間存在正壓力物體有相對運動(或有相對運動的趨勢)(3)摩擦力的大?。孩倩瑒幽Σ亮Φ拇笮。篺＝

。其中

是指正壓力，不一定等于重力，

叫動摩擦因數(shù)，它的大小是由

.

和

共同決定的，與接觸面的面積無關(guān)。②靜摩擦力大小可以變化，要根據(jù)力的平衡條件確定；但一定壓力下存在一個最大值，實際存在的靜摩擦力的大小，取值范圍為

。平行相反μNNμ接觸面材料粗糙程度0＜f＜μN第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月二、疑難剖析１.重力與萬有引力的聯(lián)系和區(qū)別重力源于地球?qū)ξ矬w的萬有引力，嚴格而言，重力一般不等于地球?qū)ξ矬w的萬有引力。重力是地球?qū)ξ矬w萬有引力的一個分力，萬有引力的另一個分力是提供物體隨地球一同繞地軸轉(zhuǎn)動所需要的向心力。但如果要求不高時，可以近似認為。２.對重心的理解重心是引力對物體上各處作用的集中表現(xiàn)，是等效作用點．重心可以在物體的幾何中心上，也可以在物體之外。要根據(jù)質(zhì)量分布及幾何形狀而定．通常受力分析時定在物體的幾何中心上．第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月項目輕繩輕桿彈簧形變情況伸長忽略不計認為長度不變可伸長可縮短施力與受力情況只能受拉力或施出拉力能受拉或受壓，可施出拉力或壓力，也可與桿成一定角度的力能受拉或受壓，可施出拉力或壓力力的方向始終沿繩不一定沿桿沿彈簧軸向力的變化可發(fā)生突變同繩只能發(fā)生漸變而彈力大小的確定，除彈簧外，大多要利用牛頓運動定律確定。３．關(guān)于彈力的分析第8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.對摩擦力的進一步理解

ＡＢ··ＣＱ'Ｑ主動輪Ａ帶動皮帶Ｂ：ＰＰ'皮帶Ｂ又帶動從動輪Ｃ：在靜摩擦力的問題中，某物體由于有超前運動的趨勢而會使另一物體產(chǎn)生對自己的靜摩擦力來“咬住”自己帶他一起運動；某物體由于有落后運動的趨勢而會使另一物體產(chǎn)生對自己的靜摩擦力來“牽著”自已跟他一起運動。v0光滑BＡf′faa′第9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月ＡＢ三、題型探究題型一對彈力有無的判斷例１.如圖所示，一質(zhì)量為m的球靜止于水平板Ａ和斜板Ｂ的夾角之間，求斜板B對球的彈力。點評：本題通過假設(shè)的方法來判斷彈力的存在性，可以假設(shè)有彈力，然后根據(jù)假設(shè)情況分析發(fā)現(xiàn)與題意存在矛盾，從而確立答案。這是物理一種研究方法第10頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月方法總結(jié)：彈力產(chǎn)生于接觸的物體之間，但相互接觸的物體不一定有彈力，只有在物體形變時才會有彈力。一般地，“支持面”的形變有時較難覺察，有時要通過反證法和運動定律分析。方法一：假設(shè)接觸處研究對象受到彈力作用，并假定此處彈力的方向，再觀察研究對象能否處于題設(shè)狀態(tài)(平衡或加速運動)。若屬于運動狀態(tài)變化的情形，可以利用牛頓第二定律確定彈力的大小和方向。方法二：假設(shè)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)是否改變，若運動狀態(tài)不變，則此處不存在彈力，若運動狀態(tài)改變，則此處一定存在彈力。第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月題型二對彈力方向的探究例１.如圖所示，小車上固定著一根彎成α角的曲桿，桿的另一端固定一個質(zhì)量為m的小球，試分析下列情況下桿對球的彈力方向。⑴小車處于靜止狀態(tài)；⑵小車以加速度a水平向右運動點評：本題所確定的桿對小球的彈力的大小和方向都和小車的加速度有關(guān)，加速度越大，彈力越大，θ角也越大．由此經(jīng)典題我們得到啟示為：彈力也不是一成不變的，它與物體的運動狀態(tài)有關(guān)．第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月方法總結(jié)⑴分析接觸面的彈力方向時，要牢牢把握與接觸面垂直這個關(guān)鍵，不要受接觸面的運動的影響。⑵桿對球的彈力方向與球的運動狀態(tài)有關(guān)，并不一定沿著桿的方向，這與繩所產(chǎn)生的彈力有很大區(qū)別。另外，在不能準確確定彈力的大小和方向時，要利用牛頓運動定律解決。第13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月題型三對彈簧彈力雙向問題的探究例３.如圖所示，一輕質(zhì)彈簧一端固定在地面上，一端連接重為15Ｎ的木塊Ａ，Ａ的上端又通過一條非彈性繩吊在天花板上，已知彈簧的彈力為10Ｎ，則繩子的拉力可能等于Ａ.5NＢ.10N

Ｃ.15NＤ.25N方法總結(jié)在運用胡克定律時，要注意對于同一個形變，可能是拉伸，也可能是壓縮；對于同一彈力的大小，可能是由于拉伸產(chǎn)生的，也可能是由于壓縮產(chǎn)生的，當不能確定是拉伸還是壓縮時，就要分別討論，通常會有兩個解。第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月題型四對彈簧串聯(lián)問題的探究例４.如圖所示，勁度系數(shù)為k1的輕質(zhì)彈簧兩端分別與質(zhì)量為m1

、m2

的物塊1、2拴接，勁度系數(shù)為k2的輕質(zhì)彈簧上端與物塊2拴接，下端壓在桌面上(不拴接)，整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。現(xiàn)施力將物塊1緩慢地豎直上提，直到下面那個彈簧的下端剛脫離桌面，在此過程中物塊2和物塊1的分別提升了多少？點評：對彈簧串聯(lián)的問題，首先要明確初始狀態(tài)，確定事先每條彈簧的形變量，再通過受力分析發(fā)現(xiàn)最終狀態(tài)每條新的形變量，利用位置變化的關(guān)系確定結(jié)果．第15頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月方法總結(jié)以上方法屬于獨點解釋法．對高端物塊，我們也可采用整體法：即把中間物塊抽象到最高端，則串聯(lián)彈簧的勁度系數(shù)為(1/k1+1/k2)．再分析整條彈簧具有的彈力：(m1+m2)g，由胡克定律可解得同解．第16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月題型五探究摩擦力是否存在的問題例５.如圖所示物體A疊放在物體B上，B置于光滑水平面上。A、B質(zhì)量分別為mA=6kg，mB=2kg，A、B之間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，開始時F=10N，此后逐漸增加，在增大到50N的過程中，則Ａ.兩物體間從受力開始就有相對運動Ｂ.兩物體開始沒有相對運動，當拉力F>12N時才開始相對滑動Ｃ.兩物體開始沒有相對運動，當拉力F>48N時才開始相對滑動Ｄ.兩物體間始終沒有相對運動點評：本題要運動牛頓第二定律和物理重要方法，這是分析復(fù)雜摩擦力問題的重要途徑之一。思維的過程要按部就班，從物理的基本知識著手，并進行討論總結(jié)。第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月方法總結(jié)關(guān)于摩擦力存在及其方向的判斷。方法一：假設(shè)接觸面光滑，看物體是否發(fā)生相對運動；若發(fā)生相對運動，則說明物體原來的靜止是有運動趨勢的靜止，且假設(shè)接觸面光滑后物體發(fā)生的相對運動方向即為相對運動趨勢的方向，從而確定靜摩擦力的方向。方法二：根據(jù)物體所處的運動狀態(tài)，應(yīng)用動力學規(guī)律判定。如兩個疊放在水平面上的物體，上面的物體跟下面的物體一起沿水平方向做勻加速運動，下面物體有施加拉力，上面的物體沒有，則根據(jù)牛頓第二定律：上面物體加速度是下面物體對它的靜摩擦力產(chǎn)生的。第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月題型六摩擦力方向的判斷例６.(2008年湖南模擬)有一半徑r=0.2m的圓柱體繞豎直軸ＯＯ'以角速度ω=9rad/s勻速轉(zhuǎn)動，今用水平力Ｆ把質(zhì)量為m=1kg的物體Ａ壓在圓柱體的側(cè)面．由于受檔板上豎直的光滑槽的作用，物體Ａ在水平方向上不能隨圓柱體轉(zhuǎn)動，而以v０=2.4m/s的速度勻速下降．如圖所示，若物體Ａ與圓柱體間的動摩擦因數(shù)u=0.25，求水平推力Ｆ的大小？(g=10m/s2)點評：滑動摩擦力的方向總是跟相對運動的方向相反。象本題相對運動是檔板Ａ和圓柱體的側(cè)面，就要在這里進行研究相對運動的方向．靜摩擦力的方向總是跟接觸面相切，并且跟物體相對運動趨勢的方向相反。第19頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月題型七摩擦力大小的計算摩擦力是一種被動力，它的大小與物體本身的狀態(tài)等有關(guān)。當物體保持靜止時，其大小與其他力的合力相平衡，故隨其他力的合力的變化而變化；當物體運動時，其大小由公式f＝μFN，若μ不變，則f正比于FN。當物體保持直線運動時，無論其運動狀態(tài)怎樣改變，F(xiàn)N不變，f也不變。第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月例７.(經(jīng)典題)如圖位于斜面上的物體A在沿斜面上的力F作用下，處于靜止狀態(tài)，則斜面作用于物體A的靜摩擦力（）A.方向可能沿斜面向上B.方向可能沿斜面向下C.大小可能等于零D.大小可能等于F點評：靜摩擦力是通過平衡條件確定的，由本例看到靜摩擦力的一個重要特點是隨機應(yīng)變。第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月例８.如圖所示，水平面上一個物體在水平向右的力Ｆ作用下向右做勻速直線運動，已知物體的質(zhì)量m=1kg，與水平面的動摩擦因數(shù)為μ=0.5。⑴保持力Ｆ的方向不變，突然把力增大一倍，則物體所受的摩擦力變?yōu)槎嗌?？物體做什么運動？⑵保持力Ｆ的大小不變，突然把力改為豎直向上，則物體所受的摩擦力變?yōu)槎嗌?？物體做什么運動？點評：本題很好的演繹了動摩擦力的物理意義：僅取決于動摩擦因數(shù)與正壓力，與物體的運動狀態(tài)無關(guān)。第22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月四、易錯糾析易錯之一：錯套滑動摩擦力公式求靜摩擦力例９.如圖所示，質(zhì)量分別為m和M的兩物體P和Q疊放在傾角為θ的斜面上，P、Q之間的動摩擦因數(shù)為μ1，Q與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ2。當它們從靜止開始沿斜面滑下時，兩物體始終保持相對靜止，則物體P受到的摩擦力大小為：A.0B.μ1mgcosθC.μ2mgcosθD.(μ1+μ2)mgcosθ分析：P、Q之間為靜摩擦力。第23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月易錯之二：錯認壓力的大小總等于重力，摩擦力的方向與運動方向在同一直線上例10.如圖所示，電梯與水平面夾角為300，當電梯以加速度勻加速向上運動時，質(zhì)量為m的人