高中物理学案阶段提升课第3章相互作用

第3章重力、弹力的分析与计算(科学思维——科学验证)1．弹力有无的判断方法：假设法思路假设将与研究对象接触的物体解除接触，判断研究对象的运动状态是否发生改变。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例证图中细线竖直、斜面光滑，因去掉斜面后，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力替换法思路可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易形变的物体来替换，看能否维持原来的力学状态。一般侧壁或斜面用海绵来替换，硬杆用轻弹簧或细绳来替换例证如图所示，如果用细绳代替杆BC，很明显达不到这种效果，B点会移动，因此在B点，杆有支持力的作用2.弹力方向的判断：(1)根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断。(2)根据共点力的平衡条件确定弹力的方向。3．计算弹力大小的方法：(1)根据胡克定律进行求解。(2)根据力的平衡条件进行求解。(1)防止“多力”的有效途径是找出力的施力物体，若某力有施力物体则它实际存在，无施力物体则它不存在。(2)按正确的顺序(即一重、二弹、三摩擦、四其他)。如图所示，水平地面上堆放着圆木，关于圆木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是()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】选A。M处受到的支持力的方向与地面垂直向上，即竖直向上，故A正确；N处受到的支持力的方向与圆木P垂直且向上，不是竖直向上，故B错误；圆木相对于地面有向左运动的趋势，则在M处受到的摩擦力沿地面向右，故C错误；因圆木P有沿圆木向下的运动趋势，所以N处受到的摩擦力沿MN方向，故D错误。1.(水平2)(2021·抚州高一检测)木块A、B分别重50N和60N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2cm，弹簧的劲度系数为400N/m。系统置于水平地面上静止不动。现用F＝2N的水平拉力作用在木块B上，如图所示。则在力F作用后()A．木块A所受摩擦力大小是12NB．木块A所受摩擦力大小是10NC．木块B所受摩擦力大小是10ND．木块B所受摩擦力大小是12N【解析】选C。根据题意可知两木块的最大静摩擦力为fAmax＝50×0.2N＝10NfBmax＝60×0.2N＝12N此时弹簧弹力为F1＝kx＝400N/m×0.02m＝8N用F＝2N的水平拉力作用在木块B上，木块B受到弹簧向右的弹力为8N，拉力为2N，共10N，小于最大静摩擦力，故B受静摩擦力为10N，向左；此时木块A受到向左的弹力为8N，小于最大静摩擦力，故A不动，受静摩擦力为8N，方向向右；综上分析可知C正确，A、B、D错误。2．(水平4)如图所示，一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上，杆的另一端固定一个重力为2N的小球，小球处于静止状态，则弹性杆对小球的弹力()A.大小为2N，方向平行于斜面向上B．大小为2N，方向垂直于斜面向上C．大小为2N，方向竖直向上D．大小为1N，方向沿杆的切线方向【解析】选C。要注意活动杆的弹力一定沿着杆，而固定杆的弹力可以沿任意方向。对小球受力分析，小球受到重力G和弹性杆对小球的弹力F，由于小球处于静止状态，弹力与重力平衡，故弹性杆对小球的弹力方向应竖直向上，大小F＝G＝2N，故A、B、D错误，C正确。【补偿训练】如图，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()A.f1＝0，f2≠0，f3≠0 B．f1≠0，f2＝0，f3＝0C．f1≠0，f2≠0，f3＝0 D．f1≠0，f2≠0，f3≠0【解析】选C。物块a相对于b，物块b相对于P，都有沿斜面下滑的趋势，所以a与b、b与P之间的摩擦力f1、f2不为零，把物块a和b及斜面P看成一个整体，P与桌面之间没有相对运动的趋势，P与桌面之间摩擦力f3为零，所以选项C正确，A、B、D错误。探究弹力与弹簧伸长的关系(科学探究)1．测量长度及作图的技巧：(1)长度测量：测量有关长度时，应区别弹簧原长L0、实际总长L及伸长量x，明确三者之间的关系。(2)作图技巧：①建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的物理量的值要适当，不可过大，也不可过小。②描线的原则：尽量使各点落在一条直线上，少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的直线。2．实验数据处理的三种方法：(1)图像法：根据测量数据，在建好直角坐标系的坐标纸上描点，以弹簧的弹力F为纵轴，弹簧的伸长量x为横轴，根据描点的情况，作出一条经过原点的直线。(2)列表法：将实验数据填入表中，研究测量的数据，可发现在实验误差允许的范围内，弹力与弹簧伸长量的比值是一常数。(3)函数法：根据实验数据，找出弹力与弹簧伸长量的函数关系。橡皮筋也像弹簧一样，在弹性限度内伸长量x与弹力F成正比，即F＝kx，k的值与橡皮筋的原长L、横截面积S有关，理论与实验都证明k＝eq\f(YS,L)，其中Y是由材料决定的常数，材料力学中称之为杨氏模量。(1)某同学通过实验测得该橡皮筋的一些数据，作出了外力F与伸长量x之间的关系图像如图所示，由图像可求得该橡皮筋的劲度系数k＝________N/m。(2)若橡皮筋的原长为10.0cm，横截面积为1.0mm2，则该橡皮筋的杨氏模量Y的大小是________N/m2(结果保留两位有效数字)。【解析】(1)橡皮筋的劲度系数是F­x图像的斜率，由图像得k＝eq\f(15.0,3.0×10－2)N/m＝500N/m。(2)根据公式k＝eq\f(YS,L)知，Y＝eq\f(kL,S)＝eq\f(500×10.0×10－2,1.0×10－6)N/m2＝5.0×107N/m2。答案：(1)500(2)5.0×107(水平4)某同学用如图所示的装置做探究弹力和弹簧伸长关系的实验。他先测出不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上钩码，并逐个增加钩码，测出指针所指的标尺刻度，所得数据列表如下：(重力加速度g取10m/s2)钩码质量m/(×102g)01.002.003.004.005.006.007.00标尺刻度x/(×10－2m)15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根据所测数据，在如图的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与钩码质量m的关系曲线。(2)根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在____N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律。这种规格的弹簧劲度系数为________N/m。【解析】(1)描点作图，如图所示。(2)从图像可以看出在0～5.00N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律。根据胡克定律F＝kx得：k＝eq\f(ΔF,Δx)＝eq\f(5.00,0.35－0.15)N/m＝25.00N/m。答案：(1)见解析图(2)0～5.0025.00【补偿训练】某同学在探究弹力与弹簧伸长的关系时，设计了如图甲所示的实验装置。他先测出不挂钩码时弹簧的自然长度，然后在弹簧下端依次挂1、2、3、4、5个钩码，待静止时，测出弹簧相应的总长度。每只钩码的质量都是10g。实验数据如表所示。(弹力始终未超出弹簧的弹性限度，g取10N/kg)钩码质量/g01020304050弹簧总长度/cm5.005.506.006.507.007.50弹力大小/N00.10.20.30.40.5(1)试根据这些实验数据，在图乙所示的坐标纸上作出弹簧弹力大小F