- 2021-04-15 发布 |
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文档介绍
【物理】2019届一轮复习鲁科版第二章重力 弹力 摩擦力学案
基础课1 重力 弹力 摩擦力 知识点一、重力 1.产生:由于地球的吸引而使物体受到的力。 2.大小:与物体的质量成正比,即G=mg。可用弹簧测力计测量重力。 3.方向:总是竖直向下的。 4.重心:其位置与物体的质量分布和形状有关。 5.重心位置的确定 质量分布均匀的规则物体,重心在其几何中心;对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板,重心可用悬挂法确定。 知识点二、形变、弹性、胡克定律 1.形变 物体发生的伸长、缩短、弯曲等变化称为形变。 2.弹性 (1)弹性形变:有些物体在形变后撤去作用力后能够恢复原状的形变。 (2)弹性限度:当形变超过一定限度时,撤去作用力后,物体不能完全恢复原来的形状,这个限度叫弹性限度。 3.弹力 (1)定义:物体发生形变时,由于要恢复原状,会对与它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力。 (2)产生条件:物体相互接触且发生弹性形变。 (3)方向:弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。 4.胡克定律 (1)内容:在弹性限度内,弹性体(如弹簧)弹力的大小与弹性体伸长(或缩短)的长度成正比。 (2)表达式:F=kx。 ①k是弹性体的劲度系数,单位为N/m;k的大小由弹性体自身性质决定。 ②x是形变量,但不是弹性体形变以后的长度。 知识点三、滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力 1.静摩擦力与滑动摩擦力对比 名称 项目 静摩擦力 滑动摩擦力 定义 两相对静止的物体间的摩擦力 两相对运动的物体间的摩擦力 产生 条件 ①接触面粗糙 ②接触处有压力 ③两物体间有相对运动趋势 ①接触面粗糙 ②接触处有压力 ③两物体间有相对运动 大小 (1)静摩擦力为被动力,与正压力无关,满足0<f≤fmax(2)最大静摩擦力fmax大小与正压力大小有关 f=μN 方向 与受力物体相对运动趋势的方向相反 与受力物体相对运动的方向相反 作用 效果 总是阻碍物体间的相对运动趋势 总是阻碍物体间的相对运动 2.动摩擦因数 (1)定义:彼此接触的物体发生相对运动时,摩擦力的大小和压力的比值。μ=。 (2)决定因素:与接触面的材料和粗糙程度有关。 [思考判断] (1)重力的方向总是指向地心。( ) (2)重心就是物体所受重力的等效作用点,但重心不一定在物体上。( ) (3)物体挂在弹簧秤下,弹簧秤的示数一定等于物体的重力。( ) (4)静止在水平面上的物体受到向上的弹力是因为物体发生了形变。( ) (5)相互接触的物体间不一定有弹力。( ) (6)F=kx中“x”表示弹簧的长度。( ) (7)滑动摩擦力的方向一定与物体运动方向相反。( ) (8)接触处有摩擦力作用时一定有弹力作用;反之有弹力作用时,也一定有摩擦力作用。( ) (9)接触处的摩擦力方向一定与弹力方向垂直。( ) (10)两物体接触处的弹力增大时,接触面间的摩擦力大小一定增大。( ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)× (8)× (9)√ (10)× 弹力的分析与计算 1.弹力有无的判断“三法” (1)条件法:根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力。此方法多用来判断形变较明显的情况。 (2)假设法:对形变不明显的情况,可假设两个物体间弹力不存在,看物体能否保持原有的状态,若运动状态不变,则此处不存在弹力;若运动状态改变,则此处一定有弹力。 (3)状态法:根据物体的运动状态,利用牛顿第二定律或`共点力平衡条件判断弹力是否存在。 2.弹力方向的判断方法 (1)常见模型中弹力的方向 (2)根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向。 3.弹力大小计算的三种方法 (1)根据力的平衡条件进行求解。 (2)根据牛顿第二定律进行求解。 (3)根据胡克定律进行求解。 1.[弹力有无的判断]在下列各图中,a、b均处于静止状态,且接触面均光滑,a、b间一定有弹力的是( ) 答案 B 2.[弹力方向的判断](多选)如图1所示为位于水平面上的小车,固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ,在斜杆下端固定有质量为m的小球。下列关于杆对球的作用力F的判断中,正确的是( ) 图1 A.小车静止时,F=mgsin θ,方向沿杆向上 B.小车静止时,F=mgcos θ,方向垂直于杆向上 C.小车向右匀速运动时,一定有F=mg,方向竖直向上 D.小车向右匀加速运动时,一定有F>mg,方向可能沿杆向上 解析 小球受重力和杆的作用力F处于静止或匀速运动时,由力的平衡条件知,二力必等大反向,有F=mg,方向竖直向上。小车向右匀加速运动时,小球有向右的恒定加速度,根据牛顿第二定律知,mg和F的合力应水平向右,如图所示。由图可知,F>mg,方向可能沿杆向上,选项C、D正确。 答案 CD 3.[弹簧弹力的大小](多选)如图2所示,放在水平地面上的质量为m的物体,与地面间的动摩擦因数为μ,在劲度系数为k的轻弹簧作用下沿地面做匀速直线 运动。弹簧没有超出弹性限度,则( ) 图2 A.弹簧的伸长量为 B.弹簧的伸长量为 C.物体受到的支持力与它对地面的压力是一对平衡力 D.弹簧对物体的弹力与物体受到的摩擦力是一对平衡力 解析 由平衡条件,kx=μmg,解得弹簧的伸长量为x=,选项A错误,B正确;物体受到的支持力与它对地面的压力是一对作用力与反作用力,选项C错误;弹簧对物体的弹力与物体受到的摩擦力是一对平衡力,选项D正确。 答案 BD 方法技巧 1.轻杆与轻绳弹力的区别 轻绳和有固定转轴轻杆的相同点是弹力的方向是沿绳和沿杆的,但轻绳只能提供拉力,轻杆既可以提供拉力也可以提供支持力。因此可用轻绳替代的杆为拉力,不可用轻绳替代的杆为支持力。 2.易错提醒 (1)易错误地将跨过光滑滑轮、杆、挂钩的同一段绳当两段绳处理,认为张力不同;易错误地将跨过不光滑滑轮、杆、挂钩的绳子当成同一段绳子处理,认为张力处处相等。 (2)易错误地认为任何情况下杆的弹力一定沿杆。 摩擦力方向的判断 1.对摩擦力的理解 (1)摩擦力的方向总是与物体间相对运动(或相对运动趋势)的方向相反,但不一定与物体的运动方向相反。 (2)摩擦力总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势),但不一定阻碍物体的运动。 (3)摩擦力不一定是阻力,也可以是动力;摩擦力不一定使物体减速,也可以 使物体加速。 (4)受静摩擦力作用的物体不一定静止,但一定保持相对静止。 2.明晰“三个方向” 名称 释义 运动方向 一般指物体相对地面(以地面为参考系)的运动方向 相对运 动方向 指以其中一个物体为参考系,另一个物体相对参考系的运动方向 相对运动 趋势方向 由两物体间静摩擦力的存在导致,能发生却没有发生的相对运动的方向 1.[对摩擦力的理解](多选)下列关于摩擦力的说法,正确的是( ) A.作用在物体上的滑动摩擦力只能使物体减速,不可能使物体加速 B.作用在物体上的静摩擦力只能使物体加速,不可能使物体减速 C.作用在物体上的滑动摩擦力既可能使物体减速,也可能使物体加速 D.作用在物体上的静摩擦力既可能使物体加速,也可能使物体减速 解析 摩擦力总是阻碍物体的相对运动(或相对运动趋势),而物体间的相对运动与物体的实际运动无关。当摩擦力的方向与物体的运动方向一致时,摩擦力是动力,方向相反时为阻力,故选项C、D正确。 答案 CD 2.[静摩擦力有无及方向的判断](多选)如图3所示,水平地面上的L形木板M上放着小木块m,M与m间有一个处于压缩状态的弹簧,整个装置处于静止状态。下列说法正确的是( ) 图3 A.M对m的摩擦力方向向右 B.M对m无摩擦力作用 C.地面对M的摩擦力方向向右 D.地面对M无摩擦力作用 解析 对m受力分析,m受到重力、支持力、水平向左的弹力及M对m的摩擦力,根据平衡条件知,M对m的摩擦力向右。故A正确,B错误;对整体受力分析,在竖直方向上受到重力和支持力而处于平衡状态,若地面对M有摩擦力,则整体不能平衡,故地面对M无摩擦力作用。故C错误,D正确。 答案 AD 3.[滑动摩擦力方向的判断]如图4所示,A为长木板,在水平地面上以速度v1向右运动,物块B在木板A的上面以速度v2向右运动。下列判断正确的是(A、B间不光滑)( ) 图4 A.若是v1=v2,A、B之间无滑动摩擦力 B.若是v1>v2,A受到了B所施加的向右的滑动摩擦力 C.若是v1<v2,B受到了A所施加的向右的滑动摩擦力 D.若是v1>v2,B受到了A所施加的向左的滑动摩擦力 解析 当v1=v2时,A、B之间无相对运动,它们之间肯定没有滑动摩擦力;当v1>v2时,以B为参考系,A向右运动,它受到B施加的向左的滑动摩擦力,B则受到A施加的向右的滑动摩擦力;当v1<v2时,以A为参考系,B向右运动,B受到A施加的向左的滑动摩擦力,A受到B施加的向右的滑动摩擦力。 答案 A 方法技巧 静摩擦力的有无及方向的判断方法 (1)假设法 (2)状态法 根据平衡条件、牛顿第二定律,判断静摩擦力的方向。 (3)牛顿第三定律法 先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向。 摩擦力大小的计算 计算摩擦力大小的“四点”注意 (1)在确定摩擦力的大小之前,首先分析物体所处的状态,分清是静摩擦力还是滑动摩擦力。 (2)滑动摩擦力的大小可以用公式f=μN计算,而静摩擦力没有公式可用,只能利用平衡条件或牛顿第二定律列方程计算。这是因为静摩擦力是被动力,其大小随状态而变,介于0~fmax之间。 (3)“f=μN”中N并不总是等于物体的重力。 (4)滑动摩擦力的大小与物体速度的大小无关,与接触面积的大小也无关。 【典例】 如图5所示,质量为m的木块在质量为M的木板上滑行,木板与地面间的动摩擦因数为μ1,木块与木板间的动摩擦因数为μ2,木板一直静止,那么木块与木板间、木板与地面间的摩擦力大小分别为( ) 图5 A.μ2mg μ1Mg B.μ2mg μ2mg C.μ2mg μ1(m+M)g D.μ2mg μ1Mg+μ2mg 解析 因为木板一直静止,单独隔离木板受力分析,在水平方向上木板所受地面的静摩擦力与木块对它的滑动摩擦力,这两个力大小相等、方向相反,木块对木板的压力大小等于mg,故f=μ2N=μ2mg,B对。 答案 B 摩擦力大小计算的思维流程 1.[摩擦力大小的计算]如图6所示,固定在水平地面上的物体P,左侧是光滑圆弧面,一根轻绳跨过物体P顶点上的小滑轮,一端系有质量为m=4 kg的小球,小球与圆心连线跟水平方向的夹角θ=60°,绳的另一端水平连接物块3,三个物块重均为50 N,作用在物块2的水平力F=20 N,整个系统处于平衡状态,取g=10 m/s2,则以下说法正确的是( ) 图6 A.1和2之间的摩擦力是20 N B.2和3之间的摩擦力是20 N C.3与桌面间的摩擦力为20 N D.物块3受6个力作用 解析 对小球受力分析可知,绳的拉力等于小球重力沿圆弧面切线方向的分力,由几何关系可知绳的拉力等于20 N。将三个物块看成一个整体受力分析,可知水平方向整体受到拉力F和绳的拉力的作用,由于F等于绳的拉力,故整体受力平衡,与桌面间没有摩擦力,故物块3与桌面间的摩擦力为0,C错误;由于物块1、2之间没有相对运动的趋势,故物块1和2之间没有摩擦力的作用,A错误;隔离物块3受力分析,水平方向受力平衡可知物块2和3之间摩擦力的大小是20 N,B正确;物块3受重力、桌面的支持力、物块2的压力、物块2的摩擦力、绳的拉力5个力作用,D错误。 答案 B 2.[动摩擦因数的测定]用弹簧测力计测定木块A和木块B间的动摩擦因数,有如图7甲、乙两种装置。 (1)为了能够用弹簧测力计读数表示滑动摩擦力,图示装置的两种情况中,木块A是否都要做匀速运动? (2)若木块A做匀速运动,甲图中A、B间的摩擦力大小是否等于拉力Fa的大 小; (3)若A、B的重力分别为100 N和150 N,甲图中当物体A被拉动时,弹簧测力计的读数为60 N,拉力Fa=110 N,求A、B间的动摩擦因数μ。 图7 解析 (1)题图甲装置中只要A相对B滑动即可,弹簧测力计的拉力大小等于B受到的滑动摩擦力大小;题图乙装置中要使弹簧测力计的拉力大小等于A受到的摩擦力大小,A必须做匀速直线运动,即处于平衡状态。 (2)题图甲中A受到B和地面的滑动摩擦力而使A处于匀速运动状态,应是这两个滑动摩擦力的大小之和等于拉力Fa的大小。 (3)N=GB=150 N,B所受滑动摩擦力大小等于此时弹簧测力计读数,即为f=60 N,则由f=μN可求得μ=0.4。(注:滑动摩擦力与Fa的大小无关,这种实验方案显然优于题图乙装置的方案) 答案 (1)见解析 (2)不等于 (3)0.4 摩擦力的突变问题 1.“静—静”突变 物体在摩擦力和其他力的作用下处于静止状态,当作用在物体上的其他力的合力发生变化时,如果物体仍然保持静止状态,则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变。 2.“静—动”突变或“动—静”突变 物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态,当其他力变化时,如果物体不能保持静止状态,则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力。 3.“动—动”突变 某物体相对于另一物体滑动的过程中,若突然相对运动方向变了,则滑动摩擦力方向发生“突变”。 【典例】 如图8所示,质量为1 kg的物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2,从t=0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行,同时受到一个水平向左的恒力F=1 N的作用,g取10 m/s2,向右为正方向,该物体受到的摩擦力f随时间变化的图象 是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)( ) 图8 解析 物体在力F和摩擦力作用下向右做匀减速直线运动,此时滑动摩擦力水平向左,大小为f1=μmg=2 N,物体的速度为零后,物体在力F作用下处于静止状态,物体受水平向右的静摩擦力,大小为f2=F=1 N,故只有图A正确。 答案 A 分析摩擦力突变问题的三点注意 (1)题目中出现“最大”、“最小”和“刚好”等关键词时,一般隐藏着临界问题。有时,有些临界问题中并不含上述常见的“临界术语”,但审题时发现某个物理量在变化过程中会发生突变,则该物理量突变时物体所处的状态即为临界状态。 (2)静摩擦力的大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势,而且静摩擦力存在最大值。存在静摩擦的连接系统,相对滑动与相对静止的临界条件是静摩擦力达到最大值。 (3)研究传送带问题时,物体和传送带的速度相等的时刻往往是摩擦力的大小、方向和运动性质的分界点。 1.[“静—静”突变]一木块放在水平桌面上,在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用,木块处于静止状态,如图9所示,其中F1=10 N,F2=2 N ,若撤去F1,则木块受到的摩擦力为( ) 图9 A.10 N,方向向左 B.6 N,方向向右 C.2 N,方向向右 D.0 解析 当物体受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时,由平衡条件可知物体所受的摩擦力的大小为8 N,方向向左。可知最大静摩擦力fmax≥8 N。当撤去力F1后,F2=2 N<fmax,物体仍处于静止状态,由平衡条件可知物体所受的静摩擦力大小和方向发生突变,且与作用在物体上的F2等大反向。选项C正确。 答案 C 2.[“静—动”突变]如图10所示,完全相同的A、B两物体放在水平地面上,与水平地面间的动摩擦因数均为μ=0.2,每个物体重G=10 N,设物体A、B与水平地面间的最大静摩擦力均为fmax=2.5 N,若对A施加一个向右的由0均匀增大到6 N的水平推力F,有四位同学将A物体所受到的摩擦力随水平推力F的变化情况在图中表示出来。其中表示正确的是( ) 图10 解析 推力F由0均匀增大到2.5 N,A、B均未动,而fA由0均匀增大到2.5 N。推力F由2.5 N增大到5 N,fA=2.5 N。推力F由5 N增大到6 N,A处于运动状态,fA=μG=2 N,D正确。 答案 D 3.[“动—动”突变]如图11所示,斜面固定在地面上,倾角为37°(sin 37°= 0.6,cos 37°=0.8)。质量为1 kg 的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足够长,该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8),则该滑块所受摩擦力f随时间变化的图象是下图中的(取初速度v0的方向为正方向,g=10 m/s2)( ) 图11 解析 滑块上升过程中受到滑动摩擦力作用,由f=μN和N=mgcos θ联立得f=6.4 N,方向为沿斜面向下。当滑块的速度减为零后,由于重力的分力mgsin θ<μmgcos θ,滑块不动,滑块受的摩擦力为静摩擦力,由平衡条件得f=mgsin θ,代入可得f=6 N,方向为沿斜面向上,故选项B正确。 答案 B 摩擦力方向与运动方向的三类关系 摩擦力的方向与物体间的相对运动或相对运动趋势方向相反,但与物体的实际运动方向可能相同、可能相反、也可能不共线。 第一类:摩擦力方向与运动方向相同 (多选)如图12所示,皮带运输机将物体匀速地送往高处,下列结论正确的是( ) 图12 A.物体受到与运动方向相同的摩擦力作用 B.传送的速度越大,物体受到的摩擦力越大 C.物体所受的摩擦力与传送的速度无关 D.物体受到的静摩擦力为物体随皮带运输机上升的动力 解析 物体随皮带运输机一起上升的过程中,物体具有相对于皮带下滑的趋势,受到沿皮带向上的摩擦力作用,是使物体向上运动的动力,其大小等于物体重力沿皮带向下的分力,与传送带的速度大小无关,故A、C、D正确,B错误。 答案 ACD 第二类:摩擦力方向与运动方向相反 (多选)为了测定木块和竖直墙壁之间的动摩擦因数,某同学设计了一个实验:用一根弹簧将木块压在墙上,同时在木块下方有一个拉力F2作用,使木块恰好匀速向下运动(弹簧随木块一起向下运动),如图13所示。现分别测出了弹簧的弹力F1、拉力F2和木块的重力G,则以下结论正确的是( ) 图13 A.木块受到竖直向下的滑动摩擦力 B.木块所受的滑动摩擦力阻碍木块下滑 C.木块与墙壁之间的动摩擦因数为 D.木块与墙壁之间的动摩擦因数为 解析 木块相对于竖直墙壁下滑,受到竖直向上的滑动摩擦力,阻碍木块下滑,A错误,B正确;分析木块受力如图所示。 由平衡条件可得:N=F1 f=G+F2,又f=μN 以上三式联立可解得: μ=,故C错误,D正确。 答案 BD 第三类:摩擦力方向与运动方向不共线 如图14,光滑斜面固定于水平面,滑块A、B叠放后一起冲上斜面,且始终保持相对静止,A上表面水平,则在斜面上运动时,B受力的示意图为( ) 图14 解析 滑块A、B一起冲上光滑斜面,以A、B为整体研究,加速度沿斜面向下a=gsin θ,整体向上做匀减速直线运动,加速度方向沿斜面向下,由于B的加速度方向沿斜面向下,根据牛顿第二定律知,B受到合力沿斜面向下,则B一定受到水平向左的摩擦力以及重力和支持力,故A正确,B、C、D错误。 答案 A 1.(2016·江苏单科,1)一轻质弹簧原长为8 cm,在4 N的拉力作用下伸长了2 cm,弹簧未超出弹性限度,则该弹簧的劲度系数为( ) A.40 m/N B.40 N/m C.200 m/N D.200 N/m 解析 由胡克定律得劲度系数k==200 N/m,D项对。 答案 D 2.(2016·海南单科,2)如图15,在水平桌面上放置一斜面体P,两长方体物块a和b叠放在P的斜面上,整个系统处于静止状态。若将a与b、b与P、P与桌面之间摩擦力的大小分别用f1、f2和f3表示。则( ) 图15 A.f1=0,f2≠0,f3≠0 B.f1≠0,f2=0,f3=0 C.f1≠0,f2≠0,f3=0 D.f1≠0,f2≠0,f3≠0 解析 对a、b、P整体受力分析可知,整体相对地面没有相对运动趋势,故f3=0;将a和b看成一个整体,ab整体有相对斜面向下运动的趋势,故b与P之间有摩擦力,即f2≠0;对a进行受力分析可知,由于a处于静止状态,故a相对于b有向下运动的趋势,故a和b之间存在摩擦力作用,即f1≠0,故选项C正确。 答案 C 3.(2014·广东理综,14)如图16所示,水平地面上堆放着原木,关于原木P在支撑点M、N处受力的方向,下列说法正确的是( ) 图16 A.M处受到的支持力竖直向上 B.N处受到的支持力竖直向上 C.M处受到的静摩擦力沿MN方向 D.N处受到的静摩擦力沿水平方向 解析 M处支持力方向与支持面(地面)垂直,即竖直向上,选项A正确;N处支持力与支持面(原木接触面)垂直,即垂直MN向上,故选项B错误;摩擦力与接触面平行,故选项C、D错误。 答案 A 4.(2017·江南十校联考)(多选)不同材料之间的动摩擦因数是不同的,例如木与木之间的动摩擦因数是0.30,木与金属之间的动摩擦因数是0.20。现分别用木与金属制作成多个形状一样,粗糙程度一样的长方体。选择其中两个长方体A与B,将它们叠放在木制的水平桌面上,如图17所示。如果A叠放在B上,用一个水平拉力作用在B上,当拉力大小为F1时,A、B两物体恰好要分开运动。如果B叠放在A上,当拉力大小为F2时,A、B两物体恰好要分开运动。则下列分析正确的是( ) 图17 A.如果F1>F2,可确定A的材料是木,B的材料是金属 B.如果F1<F2,可确定A的材料是木,B的材料是金属 C.如果F1=F2,可确定A、B是同种材料 D.不管A、B材料如何,一定满足F1=F2 解析 因为木与木之间的动摩擦因数是0.30,木与金属之间的动摩擦因数是0.20,如果与桌子接触的是木,则抽出时更费力,选项A错误,B正确;如果F1=F2,可确定A、B两物体为同种材料,选项C正确,D错误。 答案 BC查看更多