第2章第1讲 力、重力和弹力

2012新课程高中物理总复习第一轮福建省鲁科版力、物体的平衡1力、重力和弹力第二章主要内容要求说明滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力Ⅰ形变、弹性、胡克定律Ⅰ矢量和标量Ⅰ力的合成和分解Ⅱ共点力的平衡Ⅱ实验与探究：探究弹力和弹簧伸长的关系实验与探究：验证力的平行四边形定则受力分析和力的平衡是物理学的重要基础，相关知识在高中物理各章节中均有渗透，在物理学中贯穿始终，是物理研究的重要基本工具．本章通过对常见三种力的分析、矢量合成法则与共点力平衡的分析的学习，掌握对物体受力分析的正确方法．力学中的三类常见的力，特别是静摩擦力，由于静摩擦力随物体的相对运动趋势发生变化，在分析中非常容易失误，同学们一定要下工夫把静摩擦力弄清楚．力的合成与分解方法适合于所有的矢量的合成与分解，考纲中将其列为Ⅱ级要求，应重点掌握．共点力作用下物体的平衡也列为Ⅱ级要求，几乎是年年必考．单纯考查本章内容多以选择题为主，难度适中，值得注意的是：本章知识经常与牛顿运动定律、动量(选考)、功和能、电磁场等内容综合考查．高考对本章内容往往频繁考查以下几个方面：一是会分析摩擦力和弹力，学会探究动摩擦因数、弹簧劲度系数，并将这些典型探究方法迁移应用到其他情景之中；二是隔离法和整体法的灵活选择；再就是结合平衡条件分析力的动态平衡问题．掌握本章内容要做好以下几个方面1．区分好静摩擦力和滑动摩擦力，能利用定义或作用效果分析方向；静摩擦力大小往往只能由平衡条件或牛顿运动定律求解，理解静摩擦力可发生突变．2．善于总结分析力的方法及步骤．对弹力和静摩擦力的有无能做出正确判断，不多力不漏力．3．灵活应用力的合成分解的平行四边形定则或三角形定则，对力进行合成或分解的处理，以利于更简便地解决受力分析问题．4．对物体系的受力分析要灵活应用隔离法和整体法：求解有相对运动的物体系间的作用力往往应用隔离法，而求相对静止的物体系所受外界力一般先考虑应用整体法，能更方便、简洁地求解．5．非平衡物体在某个方向上处于平衡状态，这一方向上仍能应用平衡条件，但要把所有力在这一方向和垂直这一方向上进行正交分解．一、力的概念1.力是对的作用，物体间力的作用是的.2.力的作用效果：改变物体或使物体.3.力的三要素是、、.物体物体相互运动状态发生形变大小方向作用点二、重力的概念1.重力是由于地球的而使物体受到的力，但并不是地球对物体的万有引力，在忽略地球自转时方可认为重力等于万有引力.2.重力的大小与成正比，公式，式中g的大小与有关.3.重力的方向总是(不一定指向地心).4.物体所受重力的作用点叫物体的重心，它不一定在物体上，对于规则匀质物体它在物体的.吸引质量G=mg高度、纬度竖直向下几何中心三、弹力1.弹力的产生条件：．；弹力是施加给的力.2.弹力的方向总是与施力物体要恢复形变的方向；轻绳的拉力总是；轻杆的弹力沿杆方向；压力、支持力的方向总与垂直并指向.．接触并发生弹性形变产生形变的物体与它接触的物体相同沿绳指向绳收缩的方向不一定接触面被压或被支持的物体3.弹力的大小与施力物体发生的有关，弹簧的弹力在弹性限度内其大小与成正比，即;其他弹力大小往往根据或间接求解.形变形变量F=kx平衡条件牛顿运动定律对重力的理解设想地球是质量分布均匀的球体，同一个物体分别位于赤道、北极和北纬60°上某一位置时，物体所受万有引力和重力依次是F1、F2、F3和G1、G2、G3，试比较它们的大小关系.由题设可知同一个物体在地球不同位置时到球心的距离一样，由万有引力定律公式可知在各个位置所受的万有引力大小是一样的，而重力是万有引力的一个分力，另一分力为物体随地球自转而绕地轴转动的向心力，由F向＝mω2r可知：随纬度的增大所需向心力变小，结合力的平行四边形定则可知纬度越高另一分力重力就越大，到达两极处向心力为零，重力大小与万有引力大小相等.理解重力与万有引力的关系是本题关键，同时对于“赤道”“南北极”“纬度”等地理常识要有一定的了解.点评下列说法中正确的是()A.将物体从某地运往同地的一座高山山顶上时物体的质量会变小B.将物体从某地运往同地的一座高山山顶上时物体的重力会变小C.一物体形状改变后，其重心一定会随着改变D.一物体形状改变后，其重心一定不变高度越高，万有引力越小，随地球自转的向心力越大，重力越小，但质量不变，所以A错误，B正确；重心位置与物体质量的分布以及物体的形状有关，物体形状改变后重心可能跟着改变也可不变，所以C、D错误．对弹力有无、大小、方向的判断如图2-1-6所示，固定在小车上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2-1-6A.小车静止时，杆对球没有弹力B.小车静止时，，方向沿杆向上C.小车向右以加速度a运动时，F=ma/sinθD.小车向右以加速度a运动时，cosmgF2()Fmamg２物体的微小形变有时很难用肉眼观察，这时可以用假设法来判断弹力的有无，小车静止时，由物体的平衡条件知杆对球的作用力方向竖直向上，且大小等于球的重力mg，选项AB错.小车向右以加速度a运动，设小球受杆的作用力方向与竖直方向的夹角为α，如图所示.根据牛顿第二定律有：Fsinα=ma，即：F=ma/sinα，显然α角只与a与g的比值有关，与θ角无关；同时从图中可知F的竖直分量大小等于小球重力mg，F水平分量要提供加速度a，即大小为ma，由勾股定理可知：，选项C错，D正确.22Fmamg对于弹力有无，常用假设法进行判断；对于弹力的大小与方向，若是平衡状态常用平衡条件进行判断，若是非平衡状态，则常用牛顿运动定律来进行判断；若是弹簧的弹力还可用胡克定律F=kx计算.点评(2009×上海金山区)如图217所示，100个大小相同、质量均为m且无摩擦的球，静止放置于两个相互垂直且光滑的平面上，平面AB与水平面夹角为30°，则第2个小球共受到个力的作用，第2个小球对第3个小球的作用力大小为.四49mg图217第2个小球受重力、第3个小球对它沿斜面向下的压力、第1个小球对它沿斜面向上的支持力，斜面对它的垂直板的支持力，共四个力，其中2、3小球间相互作用力为98mgsin30°=49mg.如图2-1-8所示，四个完全相同的轻弹簧都处于水平位置，它们的右端受到大小均为F的拉力作用，而左端的情况各不相同：①中弹簧的左端固定在墙上；②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用；③中弹簧左端拴一小物块，物块在光滑水平桌面上滑动；④中弹簧左端拴一物块，物块在有摩擦的水平桌面上滑动；若认为弹簧的质量都为零，以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量，则有()A.l1l2B.l3l4C.l3l1D.l2=l4图2-1-8弹簧弹力即为弹簧内部张力大小.怎样确定弹簧内部某处张力大小呢？我们可以选取弹簧中某一段，分析其受力情况即可顺利得出.如图(甲)所示,取弹簧的AB段，AB段受力情况如图(乙)所示，由F-T=ma知，当a=0时F＝T，可知在图2-1-7中四种情况下弹簧内部张力都为T=F，再根据胡克定律知四种选项情况下弹簧形变量都相等，选项D正确.解决本题有两个关键之处：一是弹簧读数到底显示什么位置作用力？二是弹簧内部张力怎样求解？要求解弹簧内部弹力，当然要隔离其中一部分弹簧，运用隔离法分析之.点评如图2-1-8所示，a、b为两根相连的轻质弹簧，它们的劲度系数分别为ka=1×103N/m,kb=2×103N/m;原长分别为La=6cm,Lb=4cm.在下端挂一物体G，物体受到的重力为10N,平衡时()图2-1-8A.弹簧a下端受到的拉力为4N,b下端受到的拉力为6NB.弹簧a下端受到的拉力为10N,b下端受到的拉力为10NC.弹簧a的长度变为7cm,b的长度变为5.5cmD.弹簧a的长度变为6.4cm,b的长度变为4.3cm1.一物体静止在水平地面上，下列说法中正确的是()A．地球对物体施加重力，物体对地球没有施加力B．物体对地面施加的压力就是重力C．地面对物体施加支持力是因为地面发生了形变D．物体对地面施加压力使物体发生形变C2.在半球形光滑圆槽内，放置一细杆，如图2110所示，细杆与圆槽的接触点分别为A、B两点，则A、B两点对细杆的作用力方向分别为()A．均竖直向上B．均指向圆槽球心C．A处指向球心，B处竖直向上D．A处指向球心，B处垂直细杆向上D图2110【解析】由支持力方向的判断方法：垂直于支撑面指向被支撑物体，A处支撑面为球面，可视为A点在球面的切面，所以支持力指向球心，B处支撑面虽然是一个点，但形变后是紧贴着杆下表面的一部分面积，所以可认为杆的下表面为支撑面，由此可知D正确．3.关于物体的重心，下列说法中正确的是()A．物体的重心一定在物体上B．任何物体的重心都在它的几何中心上C．物体的形状发生改变其重心位置一定改变D．物体放置的位置发生改变，重心相对物体的位置不会改变D4.地球上一个物体重2N，那么，在下列情况下它受到的重力不是2N的是()A．将它竖直向上抛起B．将它放到水里，它被浮起C．将它放到月球或木星上D．将它放到高速行驶的列车上【解析】在地球同一位置g是不变的，物体质量不变由G=mg知重力也不变，而在其他星球上对应的重力加速度g与地球上的不同，重力也就不同了．C5.用一大小为10N的力压一弹簧，其长度为10cm，改为大小为20N的力拉弹簧，其长度变为16cm，若用10N的力拉弹簧，其长度为()A．12cmB．14cmC．13cmD．15cmB【解析】方法一：设自然长度为L，利用胡克定律有：10=k(L-0.10)，20=k(0.16-L)，10=k(L3-L)三式联立可得L3=0.14m方法二：利用弹力与弹簧长度的线性变化关系，以拉力方向为正方向，则弹力从-10N到20N变化30N，对应长度从10cm到16cm变化了6cm，可知弹力每减小10N，弹簧长度减小2cm，因此，10N的拉力比20N的拉力减小10N，弹簧的长度就比16cm小2cm，即14cm.6.(2010×江苏物理)如图2111所示，置于水平地面的三脚架上固定着一质量为m的照相机，三脚架的三根轻质支架等长，与竖直方向均成30°角，则每根支架中承受的压力大小为()D1A.?3mg2B.3mg3C.?6mg23D.9mg图2111/D323cos309NNmgNmg如图，设每根支架承受的压力为，则的竖直分力大【解析】小为，所以，正确7.如图2112所示，A、B、C、D四个物体完全相同，C、D间用弹簧连接，A、B间用轻绳连接，剪断A与C上方的轻绳的瞬间，A、B、C、D四个物体的加速度大小分别为.ABCDaaaa　　；　　；　　；　　gg2g0图2112【解析】绳子拉力可突变，A上方绳子剪断瞬间A与B之间的绳子拉力突变为0，A与B均开始做自由落体运动，其加速度为g；而弹簧弹力不能瞬间发生突变，不难分析出C上方的轻绳被剪断前后的C、D的受力情况，根据牛顿第二定律即可求得C、D的加速度．8.一根大弹簧内套一根小弹簧，小弹簧比大弹簧长0.2m，它们的一端平齐固定，另一端自由，如图2113甲所示，当压缩此组合弹簧时，测得力与压缩距离之间的关系图线如图2113乙所示，求这两根弹簧的劲度系数．图21130.2m20.20.3m60.30.110N/m30N/m.Fkxkkkkk小小大小大由，得压缩时，，压缩时，，得，【解析】2012新课程高中物理总复习第一轮福建省鲁科版