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2013届高考物理一轮复习第二章 相互作用 2.1 重力、弹力、摩擦力 课件


第1节 重力、弹力、摩擦力

一、力 1.力的概念:物体与物体之间的 相互 作用. 单位是牛顿,符号是N. 2.力的性质 (1)物质性:力不能脱离 物体 而存在.没有“施力物体”或“受力物 体”的力是不存在的. (2)相互性:力的作用是相互的.施力(受力)物体同时也是受力(施力) 物体. (3)矢量性:力是矢量,既有大小,又有方向. (4)独立性:一个力作用

于某个物体上产生的效果,与这个物体是否 受到其他力的作用 无关 .

运动状态
大小、方向、作用点

力的图示与受力示意图是有区别的.力的图示要求严格画出力的大小

和方向,在相同标度下用线段的长短表示力的大小,箭头表示力的方
向;受力示意图着重于力的方向的图示,不要求作出标度.

二、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 竖直向下 . 4.重心 (1)定义:为了研究方便认为各部分受到的重力集中作用的点. (2)位置确定 ①质量分布均匀的规则物体重心在其几何中心 . ②对于形状不规则或者质量分布不均匀的物体,重心可用悬挂法确定.

(1)重力的方向总是与当地的水平面垂直,不同地方水平面不同,其 垂直水平面向下的方向也就不同. (2)重力的方向不一定指向地心. (3)并不是只有重心处才受到重力的作用. (4)重力是万有引力的一个分力.

三、弹力 1.定义:发生弹性形变的物体由于要恢复原状,对与它接触的物体 产生的作用. 2.产生的条件 (1)两物体 相互接触 ;(2)发生弹性形变. 3.方向:弹力的方向总是与物体形变的方向 相反 . 4.大小 (1)弹簧类弹力在弹性限度内遵从胡克定律,其公式为 F=kx ;k为 弹簧的劲度系数,单位:N/m. (2)非弹簧类弹力大小应由平衡条件或动力学规律求得.

四、摩擦力
1.定义:两个相互接触的物体,当它们发生相对运动或具有相对 运动的趋势时,在接触面上产生阻碍 相对运动 或 相对运动趋势的力. 2.产生条件:接触面粗糙;接触面间有弹力;物体间有相对运动 或相对运动趋势. 3.大小:滑动摩擦力Ff=μFN,静摩擦力0<Ff≤Ffmax. 4.方向:与相对运动或相对运动趋势方向 相反 .

5.作用效果:阻碍物体间的 相对运动 或 相对运动趋势 .

(1)摩擦力阻碍的是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. (2)受静摩擦力作用的物体不一定静止,受滑动摩擦力作用的物体不 一定运动. (3)接触面处有摩擦力时一定有弹力,且弹力与摩擦力方向总垂直, 反之不一定成立.

1.关于重力,以下说法正确的是(
A.重力的方向总是垂直地面向下的

)

B.把空气中的物体浸入水中,物体所受重力变小 C.挂在绳上静止的物体,它受到的重力就是绳对它的拉力 D.同一物体在地球各处重力大小是不一定相同的 解析:重力的方向是竖直向下,故A错.在空气或其他液体中,重力 大小始终不变,故B错.重力和拉力是两种性质的力,故C错.在地球

的不同位置处,g略有差别,故D对.
答案:D

2.下列关于重心、弹力和摩擦力的说法,正确的是(
A.物体的重心并不一定在物体的几何中心上 B.劲度系数越大的弹簧,产生的弹力越大

)

C.动摩擦因数与物体之间的压力成反比,与滑动摩擦力成正比 D.静摩擦力的大小是在零和最大静摩擦力之间发生变化 解析: 由重心的概念可知A项正确;弹簧弹力的大小还与其形变量 有关,B项错;动摩擦因数与压力和滑动摩擦力无关,C项错;静摩擦 力的大小范围为0<Ff≤Ffmax,D项正确. 答案:AD

3.(2012年西安模拟)关于摩擦力,有人总结了“四条不一定”,其 中说法错误的是( )

A.摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相同
B.静摩擦力的方向不一定与运动方向共线 C.受静摩擦力或滑动摩擦力的物体不一定静止或运动 D.静摩擦力一定是阻力,滑动摩擦力不一定是阻力 解析:摩擦力的方向与跟它相接触的物体的相对运动方向或相对运 动趋势的方向相反,与它的运动方向可能相同,也可能相反,也可以 不在一条直线上,故A,B正确;运动的物体可受静摩擦力作用,如随 传送带一起加速的物体,静止的物体可受滑动摩擦力作用,如滑块滑 过固定的木板时木板受的力,故C正确;静摩擦力也可以充当动力,故 D不正确. 答案:D

4.(2012年兴化模拟)实验室常用的弹簧测力计如图甲所示,弹簧的 一端与连接有挂钩的拉杆相连,另一端固定在外壳上的O点,外壳上

固定一个圆环,整个外壳重为G,弹簧和拉杆的质量忽略不计.现将
该弹簧测力计以如图乙和丙的两种方式固定在地面上,并分别用同样 的力F0(F0>G)竖直向上拉弹簧测力计,则稳定后弹簧测力计的读数分 别为( )

A.乙图读数为F0-G,丙图读数为F0+G B.乙图读数为F0+G,丙图读数为F0-G C.乙图读数为F0,丙图读数为F0-G D.乙图读数为F0-G,丙图读数为F0 解析:弹簧测力计的读数与弹簧的形变成正比,按图乙方式外壳受 力F0=F+G,则弹簧测力计的读数F=F0-G,按图丙方式弹簧测力计 的读数直接由F0引起,弹簧测力计的读数为F0,D正确. 答案:D

弹力的有无及方向的判断方法

1.弹力有无的判断方法 (1)根据弹力产生的条件直接判断 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)利用假设法判断 对形变不明显的情况,可假设两个物体间弹力不存在,即把与我们所 研究的物体相接触的其他物体去掉,看物体还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,则此处一定存在 弹力. (3)根据“物体的运动状态”分析 由状态分析弹力,使物体的受力必须与物体的运动状态相符合,依据 物体的运动状态,由物体受力平衡(或牛顿第二定律)列方程来判断物体 间的弹力是否存在.

2.弹力的方向的判断方法 (1)弹力的方向与物体形变的方向相反,作用在迫使物体发生形变的

那个物体上.具体情况有以下几种:

(2)由物体的运动状态判断弹力的方向 物体的受力必须与物体的运动状态相符合.可根据物体的运动状 态,先假设一个弹力的方向,由共点力的平衡条件或牛顿第二定律

列方程,求出弹力.若所得结果为正值,其方向与假设方向相同,
如果为负值,其方向与假设方向相反.

(1)绳对物体只能产生拉力,不能产生推力,且绳子弹力的方向一 定沿着绳子并指向绳子收缩的方向,这是由绳子本身的特点决定的.

(2)杆既可以产生拉力,也可以产生推力,弹力的方向可以沿杆,
也可以不沿杆,这是杆和绳两种模型的最大区别.

[例1] 如图甲所示,轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂 住一个质量为10 kg的物体,∠ACB=30°;图乙中轻杆HP一端用铰链 固定在竖直墙上,另一端P通过细绳EP拉住,EP与水平方向也成30°, 轻杆的P点用细绳PQ拉住一个质量也为10 kg的物体.g取10 N/kg,求:

(1)轻绳AC段的张力FAC与细绳EP的张力FEP之比; (2)横梁BC对C端的支持力; (3)轻杆HP对P端的支持力. [思路点拨] 解答本题时可按以下思路分析:

[自主解答] 图甲和乙中的两个物体M1、M2都处于平衡状态,根据平
衡条件可判断,与物体相连的细绳拉力大小等于物体的重力.分别取C 点和P点为研究对象,进行受力分析如图甲和乙所示.

(1)图甲中轻绳 AD 跨过定滑轮拉住质量为 M1 的物体,物体处于平 衡状态, 绳 AC 段的拉力 FAC=FCD=M1g 图乙中由 FEPsin30° PQ=M2g 得 FEP=2M2g, =F FAC M1g 1 所以得F =2M g=2. EP 2

(2)图甲中,根据几何关系得: FC=FAC=M1g=100 N,方向和水平方向成 30° 角斜向右上方. (3)图乙中,根据平衡方程有 FEPsin 30° 2g =M FEPcos 30° P =F 所以 FP=M2gcot 30° 3M2g≈173 N,方向水平向右. =

[答案] (1)1∶2 (2)100 N,方向与水平方向成30°角斜向右上方 (3)173 N,方向水平向右

1. (2012 年百银模拟)如图所示, 质量为 m 的物体悬挂在轻质支架上, 斜梁 OB 由铰链与 AB 连接且与竖直方向的夹角为 θ.设水平横梁 OA 和斜 梁 OB 作用于 O 点的弹力分别为 F1 和 F2,则以下结果正确的是( ) A.F1=mgsin θ mg B.F1= sin θ C.F2=mgcos θ mg D.F2= cos θ
解析:以 O 点为研究对象,受力如图,则 F2cos mg θ=mg,F2= ,D 正确,C 错误.F1=F2sin θ= cos θ mgtan θ,故 A、B 错误.

答案:D

静摩擦力的有无及方向判断方法 静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向相反,而相对运动趋势不 如相对运动直观,它具有很强的隐蔽性,所以静摩擦力的方向判定较困 难.为此常用下面几种方法:

1.假设法
利用假设法判断摩擦力的有无及方向的思维程序如下:

2.反推法
从研究物体表现出的运动状态这个结果反推出它必须具有的条件, 分析组成条件的相关因素中摩擦力所起的作用,就容易判断摩擦力的 方向了. 3.根据摩擦力的效果来判断其方向 如平衡其他力、作动力、作阻力、提供向心力等. 用牛顿第二定律判断,关键是先判断物体的运动状态(即加速度方

向),再利用牛顿第二定律(F=ma)确定合力的方向,然后由受力分析
判定静摩擦力的方向. 例如,如图中物块A(质量为m)和B在外力F作用 下一起沿水平面向右以加速度a做匀加速直线运 动时,摩擦力提供A物体的加速度,A、B之间 的摩擦力大小为ma,方向水平向右.

4.利用牛顿第三定律来判断 此法关键是抓住“摩擦力是成对出现的”,先确定受力较少的物体

受到的摩擦力方向,再确定另一物体受到的摩擦力方向.

摩擦力的方向与物体运动方向,可能相同,也可能相反,还可能成一 定夹角.

[例2] (2012年日照模拟)如图所示,倾角为θ的 斜面体C置于水平面上,B置于斜面上,通过细绳跨

过光滑的定滑轮与A相连接,连接B的一段细绳与斜
面平行,A、B、C都处于静止状态.则( A.B受到C的摩擦力一定不为零 B.C受到水平面的摩擦力一定为零 C.不论B、C间摩擦力大小、方向如何,水平面对C的摩擦力方向一 定向左 D.水平面对C的支持力与B、C的总重力大小相等 )

[思路点拨] 解答本题应把握以下两点:
(1)B受到C的摩擦力方向取决于绳的拉力与B所受重力沿斜面向下的 分力的大小关系. (2)水平面对C的支持力既不等于B、C的总重力,也不等于A、B、C 的总重力.

[自主解答] 以B物体为研究对象,沿斜面方向受到重力沿斜面方向 向下的分力、绳的拉力和静摩擦力,静摩擦力的大小等于重力沿斜面 方向向下的分力与拉力的合力,所以可能为0,可能沿斜面向上或向

下,A项错误;利用整体法可知不论B、C间摩擦力大小、方向如何,
水平面对C的摩擦力方向一定向左,B项错误,C项正确;同理,在竖

直方向利用整体法判断水平面对C的支持力等于B、C的总重力减去拉
力在竖直方向上的分力,D项错误. [答案] C

2.如图所示,物体A、B在力F作用下一起以相同 速度沿F方向做匀速运动,关于物体A所受的摩擦力, 下列说法正确的是( ) A.甲、乙两图中A均受摩擦力,且方向均与F相同 B.甲、乙两图中A均受摩擦力,且方向均与F相反 C.甲、乙两图中A均不受摩擦力 D.甲图中A不受摩擦力,乙图中A受摩擦力,方向与F相同 解析:(1)水平面上叠加的物体间摩擦力分析,甲图中选用假设法, A、B在拉力F作用下一起匀速运动,若A受摩擦力,则A物体受力不平 衡与已知相矛盾,故A、B间无摩擦力. (2)斜面上叠加的物体间摩擦力分析,乙图中选用假设法,设AB间光 滑无摩擦力,A沿斜面方向受力不平衡,不能匀速运动故有摩擦力. 答案:D

摩擦力大小的计算方法 计算摩擦力的大小,首先要判断摩擦力是属于静摩擦力还是滑动摩

擦力,然后根据静摩擦力和滑动摩擦力的特点计算其大小.
1.静摩擦力大小的计算 根据物体所受外力及所处的状态(平衡或加速)可分为两种情况:

(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
判断其大小. (2)物体有加速度时,若只有摩擦力提供加速度,则Ff=ma.例如匀 速转动的圆盘上物块靠摩擦力提供向心力产生向心加速度.若除摩擦 力外,物体还受其他力,则F合=ma,先求合力再求摩擦力. (3)最大静摩擦力并不一定是物体实际受到的力,物体实际受到的静 摩擦力一般小于或等于最大静摩擦力.最大静摩擦力与接触面间的压

力成正比.一般情况下,为了处理问题的方便,最大静摩擦力可按近
似等于滑动摩擦力处理.

2.滑动摩擦力的计算 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 下几点:

(1)μ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无关,与接触面的大小也 无关.

(1)在分析摩擦力的方向时,要注意静摩擦力的方向的“可变性”和 滑动摩擦力方向的“相对性”. (2)考查摩擦力时,经常结合共点力的平衡条件和牛顿运动定律来确 定摩擦力的大小和方向.

[例3] 用轻弹簧竖直悬挂质量为m的物体,静止时弹 簧的伸长量为L,现用该弹簧沿斜面方向拉住质量为

2m的物体,系统静止时弹簧伸长量也为L,斜面倾角
为30°,如图所示.则物体所受摩擦力(
A.等于零 1 B.大小为 mg,方向沿斜面向下 2 3 C.大小为 mg,方向沿斜面向上 2 D.大小为 mg,方向沿斜面向上

)

[思路点拨] 解答本题时应注意平衡条件的应用,首先对物体进行受 力分析,建立坐标系,规定正方向,假设未知力的方向与规定的正方 向相同,然后利用平衡条件列方程即可解答.在解题中要注意假设法 的应用.

[自主解答] 故有kL=mg

对竖直悬挂的物体,因处于静止状态, ①

对斜面上的物体进行受力分析,建立如图所示的坐 标,并假设摩擦力方向沿x轴正方向.由平衡条件得: kL+Ff=2mg sin 30° 联立①②两式解得:Ff=0, 故选项A正确,B、C、D错误. [答案] A ②

3.如图所示,斜面固定在地面上,倾角θ为37° (sin 37°=0.6,cos 37°=0.8),质量为1 kg的滑块, 以一定的初速度沿斜面向下滑,斜面足够长,滑块 与斜面间的动摩擦因数为0.8.该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图象 是下图中的(取初速度方向为正方向,取g=10 m/s2) ( )

解析:由于mgsin 37°<μmgcos 37°,滑块减速下滑,因斜面足够

长,故滑块最终一定静止在斜面上,开始阶段Ff滑=μmgcos 37°=6.4
N,方向沿斜面向上;静止在斜面上时,Ff静=mgsin 37°=6 N,方向

沿斜面向上,由于取初速度方向为正方向,故图象A正确,B、C、D
均错误. 答案:A

1.如图所示,A、B两物块叠放在一起,在粗糙的水平面上保持相对 静止地向右做匀减速直线运动,运动过程中B受到的摩擦力( A.方向向左,大小不变 C.方向向右,大小不变 B.方向向左,逐渐减小 D.方向向右,逐渐减小 )

解析:对B受力分析知,B所受静摩擦力Ff=mB·a=μmBg,大小不变 ,方向向左,故A对,B、C、D错. 答案:A

2.如图所示的水平面上,橡 连接两根弹簧,连接点P在F1、 静止.下列判断正确的是( A.F1>F2>F3 C.F2>F3>F1 )

皮绳一端固定,另一端 F2和F3三力作用下保持

B.F3>F1>F2 D.F3>F2>F1

解析:由连接点P在三个力作用下静止知,三个 力的合力为零,即F1、F2二力的合力F3′与F3等大

反向,三力构成的平行四边形如图所示,由数学
知识可知F3>F1>F2,B正确. 答案:B

3.如图所示,石拱桥的正中央有一质量为 m 的对称楔形石块,侧 面与竖直方向的夹角为α,重力加速度为 g.若接触面间的摩擦力忽略不 计,则石块侧面所受弹力的大小为( A. mg 2sin α B. mg 2cos α )

1 C. mgtan α 2

1 D. mgcot α 2

解析:对石块受力分析如图,建立如图所示坐标 mg 系,由平衡条件得:2FNsin α=mg,解得 FN= . 2sin α

答案:A

4.一根轻质弹簧一端固定,用大小为 F1 的力压弹簧的另一端, 平衡时长度为 l1;改用大小为 F2 的力拉弹簧,平衡时长度为 l2.弹簧的 拉伸或压缩均在弹性限度内,该弹簧的劲度系数为( A. F2-F1 l2-l1 B. F2+F1 l2+l1 )

F2+F1 C. l2-l1

F2-F1 D. l2+l1

解析:设弹簧的原长为 l0,劲度系数为 k,由胡克定律有: F1=k(l0-l1)① F2=k(l2-l0)② F1+F2 ①+②得 k= ,故选项 C 正确. l2-l1

答案:C


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