2012届江苏人教版高中新课标总复习(第1轮)物理：第2章_第1讲_力的基本概念及三种常见力

内容要求说明力的合成和分解力的平行四边形定则(实验、探究)Ⅱ力的合成和分解的计算，只限于用作图法或直角三角形知识解决重力形变和弹力胡克定律Ⅰ弹簧组劲度系数问题不作要求静摩擦滑动摩擦摩擦力动摩擦因数Ⅰ不引入静摩擦因数共点力作用下物体的平衡Ⅰ只要求解决一个平面内的共点力平衡问题近五年的高考试题中本章知识百分之百出现，大部分情况是与其他知识综合出题，主要涉及弹簧的弹力、摩擦力、共点力的合成与分解、物体的平衡等．本章单独出题往往以摩擦力、物体的平衡为主，题型为选择题，难度适中．鉴于本章是物理学的基础，仍然是高考的重点、热点，其中摩擦力和力的合成与分解将是重点中的重点，在考查能力这一命题的原则下，出题人会考虑以创新的情景来考核这部分内容．命题的题型将不会有大的变化力与物体的平衡是物理学的基础，力的概念与受力分析贯穿于整个高中物理部分，力的合成与分解是运用等效的思想观点而建构的知识体系，它的运算满足平行四边形定则，既可以应用数学的思想方法，又可以借助物理的思维方式，因此对这部分要求考生应当从思想方法与思维能力角度来进行复习．本章在考试命题方面主要涉及的内容与方法是：1．着重考查的知识点有：力的合成与分解、弹力、摩擦力概念及其在各种形态下的表现形式．对受力分析的考查涵盖了高中物理的所有考试热点问题．此外，基础概念与实际联系也是当前高考命题的一个趋势．2．考试命题特点：这部分知识单独考查一个知识点的试题非常少，大多数情况都是同时涉及几个知识点，而且都是牛顿定律、功和能、电磁学的内容结合起来考查，考查时注重物理思维与物理能力的考核．3．考试命题涉及的基本方法：综合分析法、动态变化的分析与判断、图解法、整体与隔离法、正交分解法、等效变换法、相似类比法以及数学方法(主要是函数思想、三角知识、几何知识等)产生和大小，方向，作用。一、力的概念1．力是物体之间的相互作用.力的基本特征有：力的物质性：力是不能离开物体而独立存在的．力的相互性：施力物体同时也是受力物体，受力物体同时也是施力物体．力的矢量性：力不仅有大小，而且有方向．2．力的作用效果有两个：一是使物体产生形变；二是使物体的运动状态发生改变.3．力的三要素：力的大小、方向、作用点称为力的三要素．力的单位：在国际单位制中力的单位是牛顿，符号为N.力的大小可以用测力计测量．力的图示：用一条带箭头的有向线段表示力，线段的长度表示力的大小，同时应该有明确的标度，箭头表示力的方向，箭头或箭尾表示力的作用点．力的示意图是为了对物体进行受力分析而作的，它侧重于力的方向和作用点．4．力的分类(1)根据力的性质分类：如重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等．(2)根据力的作用效果分类：如拉力、压力、支持力、动力、阻力、向心力、回复力等二、三种常见力1．重力重力的概念：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力．重力不等于物体受到的地球的吸引力；一切物体都受重力作用，物体所受重力的施力物体是地球；物体所受的重力与它所处的运动状态、速度大小无关．重力的方向：竖直向下.重力的大小：重力G跟物体的质量m成正比，即G＝mg.一个物体的各部分都要受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心.物体重心的位置与物体的形状及物体的质量分布情况有关，与物体的放置状态、运动状态无关．质量分布均匀的规则物体的重心在其几何中心．2．弹力发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体产生的力叫弹力．(1)弹力产生的条件：①两物体直接接触；②有弹性形变(2)弹力的方向：力垂直于两物体的接触面．具体说来：①支撑面的弹力：支持力的方向总是垂直于支撑面，指向被支持的物体；压力总是垂直于支撑面指向被压的物体．点与面接触时弹力的方向：过接触点垂直于接触面．球与面接触时弹力的方向：在接触点与球心的连线上．球与球相接触的弹力方向：垂直于过接触点的公切面．②弹簧两端的弹力方向：与弹簧中心轴线重合，指向弹簧恢复原状的方向．其弹力可为拉力，可为压力．③轻绳对物体的弹力方向：沿绳指向绳收缩的方向，即只为拉力．(3)弹力的大小：①弹簧、橡皮条：在弹性限度内，弹力的大小跟形变关系符合胡克定律：F＝kx.式中k叫弹簧的劲度系数，单位：N/m.k由弹簧本身的性质决定(与弹簧的材料、粗细、直径及原长都有关系)．②其他情况下的弹力计算，要根据物体所处的运动状态，由平衡条件或动力学规律来求．3．滑动摩擦力(1)定义：一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体滑动的时候，要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力．(2)产生条件：①接触面粗糙；②有弹力；③有相对运动.(3)滑动摩擦力的方向：总跟接触面相切，并且跟物体的相对运动方向相反．(4)滑动摩擦力的大小：滑动摩擦力跟正压力成正比，也就是跟一个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比．公式：F＝μFN，F表示滑动摩擦力大小，FN表示正压力的大小，μ叫动摩擦因数.(5)效果：总是阻碍物体间的相对运动，但并不总是阻碍物体的运动，可能是动力，也可能是阻力.4．静摩擦力(1)定义：互相接触的两物体存在相对运动的趋势而又保持相对静止时，在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力，叫静摩擦力．(2)静摩擦力的大小：①静摩擦力的大小随着运动趋势强弱变化而在0～最大静摩擦力Fm之间变化，跟相对运动趋势强弱程度有关，但跟接触面相互挤压力FN无直接关系．由受力物体所处的运动状态根据平衡条件或牛顿第二定律来计算．②最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，在中学阶段讨论问题时，如无特殊说明，可认为它们数值相等．一、对重力和重心的理解问题：重力和万有引力的关系怎样？解答：重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力．由于重力远大于向心力，一般情况下近似认为重力等于万有引力．问题：如何确定重心的位置？解答：物体重心的位置和物体的质量分布以及物体的形状有直接关系，如果物体的质量分布均匀，形状规则，其重心在它的几何中心．重心并不一定在物体上，可以在物体以外．如图2－1－1所示，物体的重心不在物体上．如果是质量分布不均匀或形状不规则的薄板状物体，可以用“悬挂法”来确定重心的位置．例1：关于重力的论述中正确的是()A．物体受到的重力是由于地球对物体的吸引而产生的B．只有静止的物体才受到重力的作用C．无论是静止的还是运动的物体都受到重力的作用D．物体静止时比它运动时所受到的重力要大些AC点评：理解重力的关键：(1)方向始终竖直向下；(2)重力的大小与物体的运动状态无关，随着高度和纬度的不同而不同．警示：深刻理解重力与其他物体、其他物理量之间的关系是处理重力问题的关键．二、弹力有无及方向的判断问题：怎样判断弹力的有无？解答：(1)对于形变明显的情况(如弹簧)可由形变直接判断．(2)对于接触处的形变不明显，判断其弹力的有无可用以下方法．①拆除法即解除所研究处的接触，看物体的运动状态是否改变．若不变，则说明无弹力；若改变，则说明有弹力．②分析主动力和运动状态来判断是否有弹力．分析主动力就是分析沿弹力所在方向上，除弹力以外其他力的合力．看该合力是否满足给定的运动状态，若不满足，则存在弹力；若满足，则不存在弹力．例如，一块铁板折成如图2－1－2所示形状；光滑的球置于水平面BC上，铁板和球一起(1)向右加速运动；(2)沿垂直AB斜向上匀速运动；试分析AB面对球有无弹力．例2：在如图2－1－3所示的四张图中，AB、BC均为轻质杆，各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接，两杆都在B处由铰链相连接，图中的AB杆可以用与之等长的轻绳代替的是；图中的BC杆可以用与之等长的轻绳代替的有.答案：ADCC点评：要搞清楚杆的弹力和绳的弹力方向特点不同：绳的弹力一定是沿绳收缩的方向，只能是拉力，而杆的弹力可以沿杆向里(拉力)，也可沿杆向外(推力或支持力)，还可以不沿杆的方向．警示：弹力的有无及方向判断比较复杂，因此在确定其大小和方向时，不能想当然，应根据具体的条件或计算来确定．三、静摩擦力的有无、方向的确定问题：静摩擦力方向的判断方法．解答：静摩擦力的方向沿着两物体接触面的切线，与相对运动趋势相反，而相对运动趋势的方向又难以判断，一般可以采用下列方法判断静摩擦力的方向．(1)假设法：首先假设两物体的接触面是光滑的，判断物体将向什么方向滑动，从而确定相对运动趋势的方向，进而判断出静摩擦力的方向．(2)根据物体的运动状态判断静摩擦力的方向例如，如图2－1－4所示，在拉力F作用下，A、B一起在水平地面上做匀速运动，对A来说，它在水平方向受到向右的拉力F而处于平衡状态，根据平衡条件知，A必然受沿A、B接触面向左的静摩擦力作用．由于物体B相对地面向右滑动，所以B在地面上受到向左的滑动摩擦力作用，根据平衡条件可知在A、B接触面上，B受到向右的静摩擦力作用．例3：如图2－1－5所示粗糙的斜面M放在粗糙的水平面上，物块m恰好能在斜面体上沿斜面匀速下滑，斜面静止不动，若用平行斜面向下的力F推此物块，使物块加速下滑，则斜面()A．受地面的摩擦力大小为零B．受地面的摩擦力方向水平向右C．对地面的压力增大D．在力F的作用下，斜面可能沿水平面向右运动解析：F作用方向为沿斜面向下，不会改变m与M之间弹力和滑动摩擦力的大小和方向，故M仍没有相对地面的运动趋势，对地面弹力也不会发生改变．答案：A点评：静摩擦力是被动力，它的大小是个变量，必须根据物体的运动状态及摩擦力与物体所受其他力的关系来确定，在该题中“沿斜面加速下滑”是一个关键性的条件．警示：(1)静摩擦力是被动力，其大小和方向均随外力的改变而改变，因此，在解决这类问题时，思维要灵活，思考要全面，否则，很容易造成漏解或错解．(2)静摩擦力有一定的适应性，要注意摩擦力动与静的突变．四、摩擦力大小的判断问题：如何计算摩擦力的大小？求摩擦力首先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力解答：(1)若已知相互摩擦的物体间的动摩擦因数μ及正压力FN，滑动摩擦力F可以根据公式F＝μFN直接计算出大小．(2)由于受力或运动情况的不同，静摩擦力的大小具有不确定性和被动适应性，静摩擦力的大小会随着引起相对运动趋势的外力的增大而增大．在0～Fm范围内，静摩擦力的大小可根据二力平衡条件求得，它的大小总是与引起相对运动趋势的外力大小相等．当两物体一起做加速运动，具有加速度时，可用牛顿第二定律确定静摩擦力的大小．例4：长直木板的上表面的一端放置一个铁块，木板放置在水平面上，将放置铁块的一端由水平位置缓慢地向上抬起，木板另一端相对水平面的位置保持不变，如图2－1－6所示．铁块受到的摩擦力f随木板倾角变化的图线可能正确的是(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)()解析：本题应分三种情况进行分析：①当0≤α＜arctanμ(μ为铁块与木板间的动摩擦因数)时，铁块相对木板处于静止状态，铁块受静摩擦力作用其大小与重力沿木板面(斜面)方向分力大小相等，即f＝mgsinα，α＝0时，f＝0；f随α增大按正弦规律增大．②当arctanμ＝α时处于临界状态，此时摩擦力达到最大静摩擦，由题设条件可知其等于滑动摩擦力大小．③当arctanμ＜α＜90°时，铁块相对木板向下滑动，铁块受到滑动摩擦力的作用，f＝FN＝μmgcosα，f随α增大按余弦规律减小．综合上述分析可知C图可能正确地表示了f随α变化的图线．答案：C点评：滑动摩擦力与静摩擦力大小计算方法的不同：当物体间存在滑动摩擦力时，其大小即可由公式f＝μN计算，由此可看出它只与接触面间的动摩擦因数μ及正压力N有关，而与相对运动速度大小、接触面积的大小无关．当物体间存在静摩擦力时，正压力是静摩擦力产生的条件之一，但静摩擦力的大小与正压力无关(最大静摩擦力除外)．当物体处于平衡状态时，静摩擦力的大小由平衡条件∑F＝0来求；而物体处于非平衡态的某些静摩擦力的大小应由牛顿第二定律求．警示：(1)滑动摩擦力的大小与物体间的压力成正比，而不是与物体的重力成正比，也不是与重力的某个分力成正比，所以在水平面上发生相对运动的物体所受摩擦力的大小不一定等于μmg，在倾角为θ的斜面上与斜面发生相对滑