（课标版）2021高考物理一轮复习 第二章 相互作用 第1讲 重力 弹力 摩擦力课件

第1讲重力弹力摩擦力一、重力、弹力基础过关1.重力(1)产生:由于地球的吸引而使物体受到的力。(2)大小:G=mg。(3)方向:总是①竖直向下。(4)重心:因为物体的各部分都受到重力的作用,从效果上看,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。2.弹力(1)定义:发生弹性形变的物体,由于要②恢复原状,对与它接触的物体会产生力的作用,这种力叫做弹力。(2)产生的条件:a.两物体③相互接触;b.发生④弹性形变。(3)方向:与物体形变方向⑤相反。3.胡克定律(1)内容:弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成⑥正比。(2)表达式:F=kx。式中的k是弹簧的⑦劲度系数,单位符号为N/m;k的大小由弹簧⑧自身性质决定。x是弹簧长度的⑨变化量,不是弹簧形变以后的长度。二、摩擦力1.两种摩擦力的对比静摩擦力滑动摩擦力定义两个具有⑩相对运动趋势的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力两个具有 相对运动的物体间在接触面上产生的阻碍 相对运动的力产生条件(必要条件)(1)接触面粗糙;(2)接触处有弹力;(3)两物体间有 相对运动趋势(仍保持相对静止)(1)接触面粗糙;(2)接触处有弹力;(3)两物体间有 相对运动大小(1)静摩擦力的大小,与正压力无关,满足 0Ff≤Ffmax;(2)最大静摩擦力Ffmax的大小与正压力大小 有关滑动摩擦力的大小与正压力成正比,即Ff=μFN(μ为动摩擦因数,取决于接触面的 材料及粗糙程度,FN为正压力)方向沿着接触面,并且跟物体相对运动趋势的方向 相反沿着接触面,并且跟物体的相对运动的方向 相反2.动摩擦因数定义:彼此接触的物体发生 相对运动时,摩擦力和正压力的比值,即μ= 。 fNFF1.判断下列说法对错。(1)只要物体发生形变就会产生弹力作用。 (✕)(2)物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反。 (√)(3)轻绳、轻杆的弹力方向一定沿绳、杆的方向。 (✕)(4)滑动摩擦力的方向不可能与物体运动方向相同。 (✕)(5)滑动摩擦力的大小与物体运动的速度无关,与接触面的面积大小也无关。(√)(6)运动的物体也可能受到静摩擦力的作用。 (√)2.如图所示,在一个正方体的盒子中放有一个质量分布均匀的小球,小球的直径恰好和盒子内表面正方体的棱长相等,盒子沿倾角为α的固定斜面滑动,不计一切摩擦,下列说法中正确的是 (A)A.无论盒子沿斜面自由上滑还是下滑,球都仅对盒子的下底面有压力B.盒子沿斜面自由下滑时,球对盒子的下底面和右侧面有压力C.盒子沿斜面自由下滑时,球对盒子的下底面和左侧面有压力D.盒子沿斜面自由上滑时,球对盒子的下底面和左侧面有压力3.如图,两个弹簧的质量不计,劲度系数分别为k1、k2,它们一端固定在质量为m的物体上,另一端分别固定在Q、P处,当物体平衡时上面的弹簧处于原长。若把固定的物体换为质量为2m的物体(弹簧的长度不变,且均在弹性限度内),当物体再次平衡时,物体比第一次平衡时的位置下降了x,重力加速度为g,则x为(A) A. B. C. D. 12mgkk1212()kkmgkk122mgkk12122()kkmgkk考点一弹力的判断和计算考点突破1.弹力有无的判断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假设法对于形变不明显的情况,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,若物体的运动状态不变,则此处不存在弹力,若物体的运动状态改变,则此处一定有弹力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(1)五种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)根据胡克定律进行求解。(2)根据力的平衡条件进行求解。(3)根据牛顿第二定律进行求解。例1(多选)如图所示,质量m=1.8kg的小球以图中O点为圆心在竖直平面内做圆周运动,当小球运动至最高点A点时速度vA=2m/s,已知杆长L=0.9m,B点为运动轨迹的最低点,不计空气阻力,取g=10m/s2,则 (BC)A.在A点,杆对小球的作用力为拉力B.在A点,杆对小球的作用力为支持力C.在B点,杆的拉力T=98ND.在B点,杆的拉力T=62N解析在A点,若只有重力提供向心力,即mg= ,可求得v=3m/s,由于小球的实际速度为2m/s,所以杆对小球的作用力为支持力,方向向上,A错,B对;从A到B,由动能定理可得2mgL= - ,在B点,由牛顿第二定律有T-mg= ,联立解得T=98N,C对,D错。 2mvL22Bmv22Amv2BmvR考向1弹力的有无及方向判断1.如图所示,小车内一根轻质弹簧沿竖直方向和一条与竖直方向成α角的细绳拴接一小球。当小车和小球相对静止,一起在水平面上运动时,下列说法正确的是 (D)A.细绳一定对小球有拉力的作用B.轻弹簧一定对小球有弹力的作用C.细绳不一定对小球有拉力的作用,但是轻弹簧对小球一定有弹力的作用D.细绳不一定对小球有拉力的作用,轻弹簧对小球也不一定有弹力的作用解析若小球与小车一起匀速运动,则细绳对小球无拉力;若小球与小车有向右的加速度a=gtanα,则轻弹簧对小球无弹力。D正确。考向2轻绳模型中的“死结”和“活结”问题2.(多选)如图所示,用滑轮将质量为m1、m2的两物体悬挂起来,忽略滑轮和绳的重力及一切摩擦,使得0θ180°,整个系统处于平衡状态,关于m1、m2的大小关系应为 (BCD)A.m1必大于m2B.m1必大于 C.m1可能等于m2D.m1可能大于m222m解析结点O受三个力的作用,如图所示,系统平衡时F1=F2=m1g,F3=m2g,所以2m1gcos =m2g,m1= ,所以m1必大于 。当θ=120°时,m1=m2;当θ120°时,m1m2;当θ120°时,m1m2。故选B、C、D。 2θ22cos2mθ22m考向3轻弹簧模型中胡克定律的应用3.(2018课标Ⅰ,15,6分)如图,轻弹簧的下端固定在水平桌面上,上端放有物块P,系统处于静止状态。现用一竖直向上的力F作用在P上,使其向上做匀加速直线运动。以x表示P离开静止位置的位移,在弹簧恢复原长前,下列表示F和x之间关系的图像可能正确的是 (A)解析设物块静止时弹簧的压缩量为x0,则由力的平衡条件可知kx0=mg,在弹簧恢复原长前,当物块向上做匀加速直线运动时,由牛顿第二定律得F+k(x0-x)-mg=ma,由以上两式解得F=kx+ma,显然F和x为一次函数关系,且在F轴上有截距,则A正确,B、C、D错误。考向4轻杆模型中的铰链问题4.(2019山东潍坊模拟)如图甲所示,轻杆OB可绕B点自由转动,另一端O点用细绳OA拉住,固定在左侧墙壁上,质量为m的重物用细绳OC悬挂在轻杆的O点,OA与轻杆的夹角∠BOA=30°。乙图中水平轻杆OB一端固定在竖直墙壁上,另一端O装有小滑轮,用一根绳跨过滑轮后悬挂一质量为m的重物,图中∠BOA=30°。重力加速度为g。求: (1)甲、乙两图中细绳OA的拉力各是多大?(2)甲图中轻杆受到的弹力是多大?(3)乙图中轻杆对滑轮的作用力是多大?答案(1)2mgmg(2) mg(3)mg3解析(1)由于甲图中的杆可绕B转动,是转轴杆(“活杆”),故其受力方向沿杆方向,O点的受力情况如图1所示,则O点所受绳子OA的拉力FT1、杆的弹力FN1的合力与重物的重力是大小相等、方向相反的,可得FT1= =2mg;乙图中是用一细绳跨过滑轮悬挂重物的,由于O点处是滑轮,它只是改变绳中力的方向,并未改变力的大小,且AOC是同一段绳子,而同一段绳上的力处处相等,故乙图中绳子拉力为FT1'=FT2'=mg。 图1(2)由图1可知,甲图中轻杆受到的弹力为FN1'=FN1= = mg。(3)对乙图中的滑轮受力分析,如图2所示,由于杆OB不可转动,所以杆所受弹力的方向不一定沿OB方向。即杆对滑轮的作用力一定与两段绳的合力大小3相等,方向相反,由图2可得,F2=2mgcos60°=mg,则所求力FN2'=F2=mg。 图2名师点拨弹力常见模型分析考点二摩擦力的理解与应用1.判断静摩擦力的有无及方向的三种方法假设法 运动状态法此法关键是先确定物体的运动状态(如平衡或求出加速度),再利用平衡条件或牛顿第二定律(F=ma)确定静摩擦力的方向牛顿第三定律法“力是物体间的相互作用”,先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据牛顿第三定律确定另一物体受到的静摩擦力的方向2.摩擦力大小的计算静摩擦力①物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动),利用力的平衡条件来判断静摩擦力的大小②物体有加速度时,若只有静摩擦力,则Ff=ma。若除静摩擦力外,物体还受其他力,则F合=ma,先求合力再求静摩擦力滑动摩擦力滑动摩擦力的大小用公式Ff=μFN来计算,应用此公式时要注意以下两点:①μ为动摩擦因数,其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关;FN为两接触面间的正压力,其大小不一定等于物体的重力②滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面的大小均无关例2(多选)(2019课标Ⅰ,19,6分)如图,一粗糙斜面固定在地面上,斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块N,另一端与斜面上的物块M相连,系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓慢拉动N,直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°。已知M始终保持静止,则在此过程中 (BD)A.水平拉力的大小可能保持不变B.M所受细绳的拉力大小一定一直增加C.M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加D.M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加解析用水平拉力向左缓慢拉动N,如图所示,水平拉力F逐渐增大,细绳的拉力T逐渐增大,则细绳对M的拉力逐渐增大,故A错误,B正确。当物块M的质量满足mMgsinθmNg时,初始时M受到的摩擦力方向沿斜面向上,这时随着对物块N的缓慢拉动,细绳的拉力T逐渐增大,物块M所受的摩擦力先向上逐渐减小,然后可能再向下逐渐增大,故C错误,D正确。考向1摩擦力有无判断1.如图所示,水平推力F作用在木块B上使得木块A、B保持相对静止一起向前做匀加速直线运动,地面粗糙,则下列说法正确的是 (C)A.木块A不受摩擦力B.木块A对B的摩擦力方向向右C.若A、B一起向前做匀速直线运动,则A、B间不存在摩擦力D.若A、B一起向前做匀速直线运动,则木块A受到三个力的作用解析由题意,A、B的运动状态为匀加速直线运动,A受力情况较简单,对于A,假设A、B间无摩擦力,则A只受重力和支持力,合力为0,与运动状态不对应,所以假设不正确,即A、B间存在摩擦力,且B对A的摩擦力方向向右,则A对B的摩擦力方向向左,故A、B错;若A、B做匀速直线运动,则假设正确,C对,D错。考向2滑动摩擦力分析与计算2.(2017课标Ⅱ,16,6分)如图,一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动。若保持F的大小不变,而方向与水平面成60°角,物块也恰好做匀速直线运动。物块与桌面间的动摩擦因数为 (C)A.2- B. C. D. 3363332解析物块在水平力F作用下做匀速直线运动,其受力如图甲所示由平衡条件得F=f、FN=mg而f=μFN=μmg则F=μmg当F的方向与水平面成60°角时,其受力如图乙由平衡条件得Fcos60°=f1f1=μFN1=μ(mg-Fsin60°)联立解得μ= ,选项C正确。33甲乙考向3静摩擦力分析与计算3.一横截面为直角三角形的木块按如图所示方式放置,质量均为m的A、B两物体用轻质弹簧相连放在倾角为30°的直角边上,物体C放在倾角为60°的直角边上,B与C之间用跨过定滑轮的轻质细线连接,A、C的质量比为 ,整个装置处于静止状态。已知物体A、B与斜面间的动摩擦因数相同(μ1)且最大静摩擦力等于滑动摩擦力,弹簧弹力大小为mg,C与斜面间无摩擦,则 ()34A.物体A、B均受到摩擦力作用且受到的摩擦力等大反向B.物体A所受摩擦力大小为 mg,物体B不受摩擦力作用C.弹簧处于拉伸状态,A、B两物体所受