(通用版)2021版高考物理大一輪復習 第2章 相互作用 第1節(jié) 重力 彈力 摩擦力教學案
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1、第2章 相互作用 [高考導航] 考點內容 要求 高考(全國卷)三年命題情況對照分析 2017 2018 2019 命題分析 形變、彈性、胡克定律 Ⅰ 卷Ⅰ·T21:共點力的動態(tài)平衡 卷Ⅱ·T16:摩擦力、共點力的平衡 卷Ⅲ·T17:胡克定律、共點力的平衡 卷Ⅰ·T22:游標卡尺讀數(shù)、測定彈簧的勁度系數(shù) 卷Ⅱ·T23:測定動摩擦因數(shù) 卷Ⅰ·T19:受力分析、共點力的動態(tài)平衡 卷Ⅱ·T16:受力分析、物體的平衡 卷Ⅲ·T16:靜態(tài)平衡 1.高考對本章的考查以選擇題型為主; 2.命題熱點側重于彈力、摩擦力的分析與計算;受力分析、共點力的靜態(tài)平衡和動態(tài)平衡問題
2、; 3.單獨考查一個知識點的題目較少,多數(shù)題目都同時涉及幾個知識點,常與牛頓運動定律、功能關系、電磁學結合對物理思維和能力進行考查。 滑動摩擦力、動摩擦因數(shù)、靜摩擦力 Ⅰ 矢量和標量 Ⅰ 力的合成和分解 Ⅱ 共點力的平衡 Ⅱ 實驗二:探究彈力和彈簧伸長量的關系 實驗三:驗證力的平行四邊行定則 核心素養(yǎng) 物理觀念:重力、重心、形變、彈力、摩擦力、合力與分力、力的合成、力的分解、矢量與標量(如2017卷Ⅱ·T16)。 科學思維:輕桿(繩)模型、輕彈簧模型、胡克定律、平行四邊形定則、整體法、隔離法、合成法、分解法(如2019卷Ⅰ·T19)。 科學探究:探究彈簧形
3、變與彈力的關系、研究兩個互成角度的共點力的合成規(guī)律(如2018卷Ⅰ·T22、卷Ⅱ·T23)。 科學態(tài)度與責任:在生產(chǎn)、生活情境中,體驗物理學技術的應用。 第1節(jié) 重力 彈力 摩擦力 一、重力和重心 1.產(chǎn)生:由于地球的吸引而使物體受到的力。 2.大?。号c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:總是豎直向下的。 4.重心:其位置與物體的質量分布和形狀有關。 5.重心位置的確定 質量分布均勻、形狀規(guī)則的物體,重心在其幾何中心;對于形狀不規(guī)則或者質量分布不均勻的薄板,重心可用懸掛法確定。 二、形變、彈性、胡克定律 1.形變 物體在
4、力的作用下形狀或體積的變化叫形變。 2.彈性 (1)彈性形變:有些物體在形變后撤去作用力能夠恢復原狀的形變。 (2)彈性限度:當形變超過一定限度時,撤去作用力后,物體不能完全恢復原來的形狀,這個限度叫彈性限度。 3.彈力 (1)定義:發(fā)生彈性形變的物體,由于要恢復原狀,對與它接觸的物體會產(chǎn)生力的作用,這種力叫作彈力。 (2)產(chǎn)生條件:物體相互接觸且發(fā)生彈性形變。 (3)方向:彈力的方向總是與作用在物體上使物體發(fā)生形變的外力方向相反。 4.胡克定律 (1)內容: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成正比。 (2)表達式:F=kx。 ①k是彈簧的勁度系
5、數(shù),單位為N/m;k的大小由彈簧自身性質決定。
②x是形變量,但不是彈簧形變以后的長度。
三、滑動摩擦力、動摩擦因數(shù)、靜摩擦力
1.靜摩擦力與滑動摩擦力對比
名稱
項目
靜摩擦力
滑動摩擦力
定義
兩相對靜止的物體間的摩擦力
兩相對運動的物體間的摩擦力
產(chǎn)生
條件
(1)接觸面粗糙
(2)接觸處有壓力
(3)兩物體間有相對運動趨勢
(1)接觸面粗糙
(2)接觸處有壓力
(3)兩物體間有相對運動
大小
(1)靜摩擦力為被動力,與正壓力無關,滿足0 6、勢的方向相反
與受力物體相對運動的方向相反
作用
效果
總是阻礙物體間的相對運動趨勢
總是阻礙物體間的相對運動
2.動摩擦因數(shù)
(1)定義:彼此接觸的物體發(fā)生相對運動時,摩擦力的大小和壓力的比值,μ=。
(2)決定因素:與接觸面的材料和粗糙程度有關。
1.思考辨析(正確的畫“√”,錯誤的畫“×”)
(1)重力的方向一定指向地心。 (×)
(2)物體所受彈力的方向與自身形變的方向相同。 (√)
(3)輕繩、輕桿的彈力方向一定沿繩、桿。 (×)
(4)運動的物體也可以受到靜摩擦力作用。 (√)
(5)兩物體間正壓力增大時,接觸面間的摩擦力不一定增大。 (√)
(6 7、)物體間的摩擦力越大,動摩擦因數(shù)一定越大。 (×)
2.(人教版必修1P55圖3.2-3改編)如圖所示,小車受到水平向右的彈力作用,與該彈力有關的說法中正確的是( )
A.彈簧發(fā)生拉伸形變
B.彈簧發(fā)生壓縮形變
C.該彈力是小車形變引起的
D.該彈力的施力物體是小車
[答案] A
3.(人教版必修1P52圖3.1-4改編)(多選)如圖所示,兩輛車在以相同的速度做勻速運動,根據(jù)圖中所給信息和所學知識你可以得出的結論是( )
A.物體各部分都受重力作用,但可以認為物體各部分所受重力集中于一點
B.重力的方向總是垂直向下的
C.物體重心的位置與物體形狀和質量分布有關
8、
D.力是使物體運動的原因
AC [物體各部分都受重力作用,但可以認為物體各部分所受重力集中于一點,這個點就是物體的重心,重力的方向總是和水平面垂直,是豎直向下而不是垂直向下,所以A正確,B錯誤;從題圖中可以看出,汽車(包括貨物)的形狀和質量分布發(fā)生了變化,重心的位置就發(fā)生了變化,故C正確;力不是使物體運動的原因,而是改變物體運動狀態(tài)的原因,所以D錯誤。]
4.(滬科版必修1P81T8改編)(多選)如圖所示,在粗糙的水平面上疊放著物體A和B,A和B間的接觸面也是粗糙的,如果用水平拉力F施于A,而A、B仍保持靜止,則下面的說法中正確的是( )
A.物體A與地面間的靜摩擦力的大小等于F 9、
B.物體A與地面間的靜摩擦力的大小等于零
C.物體A與B間的靜摩擦力的大小等于F
D.物體A與B間的靜摩擦力的大小等于零
AD [以A、B整體為研究對象,分析受力可知,整體水平方向受到拉力F和地面對A的靜摩擦力fA,由平衡條件得到,fA=F,故A正確,B錯誤;以B為研究對象,分析受力可知,B相對于A沒有運動趨勢,B不受靜摩擦力,即物體A與B間的靜摩擦力的大小等于零,故C錯誤,D正確。]
重力和彈力 [依題組訓練]
1.(2019·陜西白河高級中學月考)下列關于重力的說法正確的是( )
A.重力的方向不一定豎直向下
B.重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的
C.所 10、有物體的重心都在物體上
D.只有靜止的物體才受到重力
B [本題考查對重力的認識。重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的,重力的大小與運動狀態(tài)無關,其方向總是豎直向下的,重心是重力的作用點,可能在物體之上,也可能在物體之外,故A、C、D錯誤,B正確。]
2.如圖所示,一傾角為45°的斜面固定于墻角,為使一光滑的鐵球靜止于圖示位置,需加一水平力F,且F通過球心。下列說法正確的是( )
A.鐵球一定受墻面水平向左的彈力
B.鐵球可能受墻面水平向左的彈力
C.鐵球一定受斜面通過鐵球的重心的彈力
D.鐵球可能受斜面垂直于斜面向上的彈力
B [F的大小合適時,鐵球可以靜止在無墻的斜面上,F(xiàn)增 11、大時墻面才會對鐵球有彈力,所以選項A錯誤,B正確;斜面必須有對鐵球斜向上的彈力才能使鐵球不下落,該彈力方向垂直于斜面但不一定通過鐵球的重心,所以選項C、D錯誤。]
3.(2019·合肥九中月考)一根彈簧受10 N拉力時總長為7 cm,受20 N拉力時總長為9 cm,已知當拉力撤去時彈簧都能恢復原長,則彈簧原長為( )
A.8 cm B.9 cm
C.7 cm D.5 cm
D [彈簧在大小為10 N的拉力作用下,其總長為7 cm;設彈簧原長為l0,根據(jù)胡克定律可知ΔF=kΔx,有10 N=k×(0.07 m-l0)。彈簧在大小為20 N拉力作用下,其總長為9 cm,有20 N-10 12、N=k×(0.09 m-0.07 m);聯(lián)立計算得出l0=0.05 m=5 cm。故D正確。]
1.彈力有無的判斷
2.彈力方向的判斷方法
(1)常見模型中彈力的方向。
(2)根據(jù)共點力的平衡條件或牛頓第二定律確定彈力的方向。
3.計算彈力大小的三種方法
(1)根據(jù)胡克定律進行求解。
(2)根據(jù)力的平衡條件進行求解。
(3)根據(jù)牛頓第二定律進行求解。
摩擦力的分析與計算 [講典例示法]
1.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,判斷靜摩擦力的有無及方向。
(3)牛頓第三定律法:先確定受力較 13、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。
2.求解摩擦力的技巧
[典例示法] (2019·濟寧質檢)如圖所示,質量為M的長木板放在水平地面上,放在長木板上的質量為m的木塊在水平向右的拉力F的作用下向右滑行,長木板保持靜止。已知木塊與長木板間的動摩擦因數(shù)為μ1,長木板與地面間的動摩擦因數(shù)為μ2,下列說法正確的是( )
A.地面對長木板的摩擦力的大小一定為μ1mg
B.地面對長木板的摩擦力的大小一定為μ2Mg
C.地面對長木板的摩擦力的大小一定為μ2(m+M)g
D.只要拉力F增大到足夠大,長木板一定會與地面發(fā)生相對滑動
A [木塊 14、所受木板的滑動摩擦力大小為f1=μ1mg,方向水平向左,根據(jù)牛頓第三定律得知,木板受到木塊的摩擦力方向水平向右,大小等于μ1mg;木板處于靜止狀態(tài),水平方向受到木塊的滑動摩擦力和地面的靜摩擦力,根據(jù)平衡條件可知木板受到地面的摩擦力的大小也是μ1mg,木板相對于地面處于靜止狀態(tài),不能使用滑動摩擦力的公式計算木板受到的地面的摩擦力,所以木板與地面之間的摩擦力不一定是μ2(m+M)g,故A正確,B、C錯誤;開始時木板處于靜止狀態(tài),說明木塊與木板之間的摩擦力小于木板與地面之間的最大靜摩擦力,與拉力F的大小無關,所以即使拉力F增大到足夠大,木板仍靜止,故D錯誤。]
摩擦力分析與計算的三點注意
1 15、.分析物體的運動狀態(tài),判斷是靜摩擦力還是滑動摩擦力。
2.滑動摩擦力有具體的計算公式,而靜摩擦力要借助其他公式,如:利用平衡條件列方程或牛頓第二定律列方程等。
3.“f=μN”中N并不總是等于物體的重力,如斜面上的物體,且N與重力G在大小上沒有關系。
[跟進訓練]
1.(2019·貴州銅仁一中月考)某人買了一輛前輪驅動的玩具小汽車,接通電源讓小汽車自動前行,地面對前輪的摩擦力為Ff1,對后輪的摩擦力為Ff2;關掉電源,推著小汽車前進時,地面對前輪的摩擦力為F′f1,對后輪的摩擦力為F′f2,則( )
A.F′f1與車前進方向相同
B.F′f2與車前進方向相同
C.F 16、f1與車前進方向相同
D.Ff2與車前進方向相同
C [玩具汽車接通電源前進時,前輪是主動輪,在它與地面接觸處有相對地面向后滑的趨勢,故受到向前的摩擦力;后輪是從動輪,它在與地面接觸處有相對于地面向前滑的趨勢,故受向后的摩擦力。而推動玩具汽車前進時,地面對前、后輪的摩擦力方向都向后,所以Ff1向前,F(xiàn)f2、F′f1、F′f2向后,故A、B、D錯誤,C正確。]
2.(多選)(2019·肥城月考)如圖所示,甲、乙、丙三個物體質量相同,與地面間的動摩擦因數(shù)相同,受到三個大小相同的作用力F,當它們滑動時,下列說法正確的是( )
A.甲、乙、丙所受摩擦力相同
B.甲受到的摩擦力最小
C 17、.乙受到的摩擦力最大
D.丙受到的摩擦力最大
BC [物體均在滑動,故受到的是滑動摩擦力;由于甲、乙、丙三個物體對地面的壓力大小分別為FN甲=mg-Fsin θ;FN乙=mg+Fsin θ;FN丙=mg;根據(jù)f=μFN可知,滑動摩擦力的大小關系為f乙>f丙>f甲,故B、C正確,A、D錯誤。]
3.(2019·濟寧質檢)如圖所示,物體B疊放在物體A上,A、B的質量均為m,且上、下表面均與斜面平行,它們以共同速度沿傾角為θ的固定斜面C勻速下滑,則( )
A.A、B間沒有靜摩擦力
B.A受到B的靜摩擦力方向沿斜面向上
C.A受到斜面的滑動摩擦力大小為mgsin θ
D.A與斜面間 18、的動摩擦因數(shù)μ=tan θ
D [對物體B受力分析可知,B一定受重力、支持力,將重力分解可知重力有沿斜面向下的分力,B能勻速下滑,受力一定平衡,故A對B應有沿斜面向上的靜摩擦力;根據(jù)力的相互作用規(guī)律可知,A受到B的靜摩擦力應沿斜面向下,故A、B錯誤;對A、B整體分析,并將整體重力分解,可知沿斜面方向上,重力的分力與摩擦力等大反向,故A受的滑動摩擦力沿斜面向上,大小為2mgsin θ,C錯誤;對A、B整體分析,受重力、支持力和滑動摩擦力,由于勻速下滑,故重力沿斜面方向的分力與滑動摩擦力平衡,故2mgsin θ=μ·2mgcos θ,解得μ=tan θ,D正確。]
摩擦力的突變問題 [分考向 19、訓練]
1.常見三種摩擦力的突變問題
“靜—靜”突變
物體在摩擦力和其他力的共同作用下處于靜止狀態(tài),當作用在物體上的其他力的合力發(fā)生變化時,物體雖然仍保持相對靜止,但物體所受的靜摩擦力將發(fā)生突變
“動—動”突變
某物體相對于另一物體滑動的過程中,若突然相對運動方向變了,則滑動摩擦力方向發(fā)生突變
“靜—動”突變
物體在摩擦力和其他力作用下處于靜止狀態(tài),當其他力變化時,如果物體不能保持靜止狀態(tài),則靜摩擦力將突變成滑動摩擦力
2.摩擦力突變問題的“臨界點”
(1)題目中出現(xiàn)“最大”“最小”和“剛好”等關鍵詞時,一般隱藏著摩擦力突變的臨界問題。題意中某個物理量在變化過程中會發(fā)生突變, 20、這可能導致摩擦力突變,則該物理量突變時的狀態(tài)即為臨界狀態(tài)。
(2)存在靜摩擦的情景中,相對滑動與相對靜止的臨界條件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。
“靜—靜”突變
1.一木塊放在水平桌面上,在水平方向共受到三個力,即F1、F2和摩擦力的作用,木塊處于靜止狀態(tài),如圖所示,其中F1=10 N,F(xiàn)2=2 N。若撤去F1,則木塊受到的摩擦力為( )
A.10 N,方向向左 B.6 N,方向向右
C.2 N,方向向右 D.0
C [當物體受F1、F2及摩擦力的作用而處于平衡狀態(tài)時,由平衡條件可知 21、物體所受的摩擦力的大小為8 N,方向向左,可知最大靜摩擦力f靜max≥8 N。當撤去力F1后,F(xiàn)2=2 N 22、平),整個裝置處于靜止狀態(tài)。實驗開始時打開力傳感器同時緩慢向沙桶里倒入沙子,小車一旦運動起來,立即停止倒沙子,若力傳感器采集的圖象如圖乙,則結合該圖象,下列說法正確的是( )
甲 乙
A.可求出空沙桶的重力
B.可求出滑塊與小車之間的滑動摩擦力的大小
C可求出滑塊與小車之間的最大靜摩擦力的大小
D.可判斷第50 s后小車做勻速直線運動(滑塊仍在車上)
ABC [t=0時刻,力傳感器顯示拉力為2 N,則滑塊受到的摩擦力為靜摩擦力,大小為2 N,由小車與空沙桶受力平衡可知空沙桶的重力也等于2 N,A選項正確;t=50 s時刻摩擦力達到最大值,即最大靜摩擦力為3 23、.5 N,同時小車啟動,說明帶有沙的沙桶重力等于3.5 N,此時摩擦力立即變?yōu)榛瑒幽Σ亮Γ誓Σ亮ν蛔優(yōu)? N的滑動摩擦力,B、C選項正確;此后由于沙和沙桶重力3.5 N大于滑動摩擦力3 N,故50 s后小車將加速運動,D選項錯誤。]
“動—動”突變
3.如圖所示,斜面固定在地面上,傾角為37°(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)。質量為1 kg的滑塊以初速度v0,從斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足夠長,該滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.7),則該滑塊所受摩擦力f隨時間變化的圖象是下圖中的(取初速度v0的方向為正方向,g取10 m/s2)( )
C [滑塊上升過程中受到滑動摩擦力作用,由f=μN和N=mgcos θ聯(lián)立得f=5.6 N,方向為沿斜面向下。當滑塊的速度減為零后,由于重力的分力mgsin θ>μmgcos θ,滑塊下滑,滑塊受的摩擦力方向為沿斜面向上,故選項C正確。]
11
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