高中物理（2019必修第一册）旧教材同步讲义第3章 专题强化　三种性质的力及物体的受力分析同步讲义

[学习目标]1．进一步熟练判定弹力的方向，能根据平衡法、假设法确定弹力的有无和方向.2.进一步熟练掌握静摩擦力、滑动摩擦力方向的判定方法和大小的计算方法.3.学会对物体进行受力分析的方法．一、弹力的判断和计算1．弹力的判断(1)弹力有无的判断“三法”．①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．②假设法：的状态．③状态法：根据物体的运动状态，利用牛顿第二定律(第四章学习)或共点力平衡条件判断弹力是否存在．(2)弹力方向的确定．2．弹力的计算(1)对有明显形变的弹簧、橡皮条等物体，弹力的大小可以由胡克定律F＝kx计算．(2)对于难以观察的微小形变，可以根据物体的受力情况和运动情况，运用物体平衡条件来确定弹力大小．例1在图1中画出物体A所受弹力的示意图(已知图中物体A均处于静止状态，各接触面都是光滑的)．图1答案如图所示解析用假设法判断．题图甲中，若拿走B球，A球将向右下运动，说明A、B间有弹力．题图乙中，若拿走A球，B球将向下运动，说明A、B间有弹力；将容器左壁或底拿走，A球会运动，说明容器左壁和底对A也有弹力作用．题图丙中，球受到地面的支持力，斜面对球A没有弹力的作用．题图丁中杆给重物的弹力F并不沿着杆的方向，根据假设法判断F的方向应竖直向上．例2(2019·泰安一中期中)如图2所示，物体A和B均处于静止状态，重力分别为13N和7N，不计弹簧测力计和细线的重力，不考虑一切摩擦，则弹簧测力计的读数是()图2A．6NB．7NC．13ND．20N答案B解析以物体B为研究对象进行受力分析，由二力平衡得，细线上的拉力为：FT＝GB＝7N．细线拉力的大小即为弹簧测力计的读数，A、C、D错误，B正确．二、摩擦力的分析与计算1．静摩擦力有无的判断方法(1)条件法：根据摩擦力产生的条件判断．(2)假设法：假设接触面光滑，若物体原来的运动状态改变，说明存在摩擦力；否则，不存在摩擦力．(3)状态法：由物体所处的状态分析，若物体静止或做匀速运动，根据初中学过的二力平衡的知识判断是否存在摩擦力．(4)力的相互作用法：当一物体所受摩擦力方向不易判断时，可根据与之相互作用的另一物体所受摩擦力情况和相互作用力等大反向的特点进行判定．2．摩擦力大小的计算(1)静摩擦力的大小①静摩擦力的大小通常要通过受力情况和平衡条件进行计算，随着产生运动趋势的外力的变化而变化．②最大静摩擦力Ffmax的值略大于滑动摩擦力，高中阶段为了计算方便，往往认为最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力．(2)滑动摩擦力的大小计算公式：F＝μFN公式中FN为接触面受到的正压力，与物体的重力G是两种性质的力，大小和方向不一定与重力相同．F与物体是否匀速运动、运动速度的大小、接触面积的大小无关，只与μ和FN有关．例3如图3所示，一辆汽车在平直公路上向右运动，车上有一木箱，试判断下列情况中木箱所受的摩擦力及摩擦力的方向．图3(1)汽车由静止加速运动时(木箱和车无相对滑动)；(2)汽车刹车时(木箱和车无相对滑动)；(3)汽车匀速运动时(木箱和车无相对滑动)；(4)汽车刹车，木箱在车上向前滑动时；(5)汽车在匀速运动过程中突然加速，木箱在车上滑动时．答案(1)静摩擦力，向右(2)静摩擦力，向左(3)无摩擦力(4)滑动摩擦力，向左(5)滑动摩擦力，向右解析(1)木箱随汽车一起由静止加速运动，假设二者的接触面是光滑的，则木箱由于惯性要保持原来的静止状态，因此它将相对于汽车向左滑动，而实际上木箱没有滑动，说明木箱相对汽车有向左滑动的趋势，所以木箱受到向右的静摩擦力，此时静摩擦力方向与木箱运动方向相同，为动力．(2)汽车刹车时，速度减小，假设木箱与汽车的接触面是光滑的，则木箱将相对汽车向右滑动，而实际上木箱没有滑动，说明木箱有相对汽车向右滑动的趋势，所以木箱受到向左的静摩擦力，此时静摩擦力方向与木箱运动方向相反，为阻力．(3)木箱随汽车一起匀速运动时，二者无相对运动或相对运动趋势，因而木箱不受摩擦力．(4)汽车刹车，木箱相对于汽车向右滑动，可知木箱受到向左的滑动摩擦力，摩擦力方向与木箱运动方向相反，为阻力．(5)汽车在匀速运动过程中突然加速，木箱相对于汽车向左滑动，可知木箱受到向右的滑动摩擦力，摩擦力方向与木箱运动方向相同，为动力．例4(2019·河北师大附中期中)把一个重为G的物体，用一个水平力F＝kt(k为恒量，t为时间)压在竖直的足够高的平整的墙上，如图4所示，从t＝0开始物体所受的摩擦力Ff随t的变化关系是()图4答案B解析由于物体受到的水平推力为F＝kt，由二力平衡得，墙与物体间的弹力FN＝kt.当F比较小时，物体所受的摩擦力Ff小于物体的重力G，物体将沿墙壁下滑，此时物体与墙壁间的摩擦力为滑动摩擦力，由公式可得，滑动摩擦力大小Ff＝μkt，随时间先均匀增大，当摩擦力Ff大小等于重力G时，物体有速度，不能立即停止运动，物体受到的摩擦力仍然是滑动摩擦力；随着摩擦力的增大，摩擦力将大于重力，物体做减速运动直至静止，此后摩擦力将变为静摩擦力，静摩擦力与正压力无关，跟重力始终平衡，故B正确，A、C、D错误．三、物体的受力分析受力分析的一般步骤：1．明确研究对象，即首先确定我们要分析哪个物体的受力情况，研究对象可以是单个物体(质点、结点)，也可以是两个(或多个)物体组成的整体．2．隔离分析：将研究对象从周围物体中隔离出来，分析周围有哪些物体对它施加了力的作用．3．按重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序，依据各力的方向，画出各力的示意图．例5(多选)如图5所示，有三个物体叠放在一起，置于粗糙的水平地面上，现用水平力F作用在B上，三个物体仍然静止，下列说法中正确的是()图5A．B对A有摩擦力作用B．B受到A、C的摩擦力作用C．B受到C的摩擦力作用D．地面对C有摩擦力作用，大小等于F答案CD解析假设B对A有摩擦力作用，则A受力不平衡，不能保持静止，所以B对A无摩擦力作用，A错误．根据力的相互性可知，A对B也无摩擦力作用，B错误．假设C对B无摩擦力作用，则B在水平方向上只受力F作用，不能保持静止，故B受到C的摩擦力作用，由力的相互性可知，B对C的摩擦力大小为F，方向向右，因C保持静止，故地面给C的摩擦力大小为F，方向向左，所以选项C、D正确．针对训练1(2019·上杭一中期中)对以下小球或木块受力分析正确的是()A．两小球靠在一起静止于光滑水平面上B．木块静止于斜面上C．小球用绳拴挂于竖直光滑墙壁上静止D．小球在光滑水平面上向右匀速运动答案C针对训练2(2019·济南一中期中)我国的高铁技术在世界上处于领先地位，高铁(如图6甲所示)在行驶过程中非常平稳，放在桌上的水杯几乎感觉不到晃动．图乙为高铁车厢示意图，A、B两物块相互接触地放在车厢里的水平桌面上，两物块与桌面间的动摩擦因数相同，A的质量比B的质量大，车厢在平直的铁轨上向右做匀速直线运动，A、B相对于桌面始终保持静止，下列说法正确的是()图6A．A受到2个力的作用B．B受到3个力的作用C．A受到桌面对它向右的摩擦力D．B受到A对它向右的弹力答案A解析车在平直的铁轨上向右做匀速直线运动，此时A、B均在向右做匀速直线运动，故A、B均只受重力和支持力作用，水平方向没有外力，故水平方向均不受摩擦力，同时A、B间也没有弹力作用，故A正确，B、C、D错误．1．(弹力的分析)(2019·湖南师大附中高一上学期期末)下列各图中P、Q两球均处于静止状态，两球之间不存在弹力的是(所有接触面都是光滑的)()答案A2．(摩擦力的分析)(2019·济南一中期中)如图7所示，A、B、C三个物体质量相等，它们与传送带间的动摩擦因数也相同．三个物体随传送带一起匀速运动，运动方向如图中箭头所示．则下列说法正确的是()图7A．A物体受到的摩擦力方向向右B．三个物体中只有A物体受到的摩擦力是零C．B受到的摩擦力沿斜面向下D．B、C受到的摩擦力方向相反答案B解析A物体在水平方向上做匀速直线运动，水平方向上不受摩擦力，故A错误；B、C物体相对传送带均有向下滑动的趋势，故均受到沿斜面向上的静摩擦力，B正确，C、D错误．3．(摩擦力的分析与计算)如图8所示，物体A的质量为1kg，置于水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，从t＝0开始，物体以一定的初速度v0向右滑行的同时，受到一个水平向左、大小恒为F0＝1N的作用力，则反映物体受到的摩擦力Ff随时间变化的图象正确的是(取向右为正方向，g取10m/s2)()图8答案C解析物体向右滑动时，受到地面向左的滑动摩擦力，由Ff1＝μmg，得Ff1＝2N；物体静止后，因受到向左的拉力F0＝1N<Ff1，故物体A不再运动．由二力平衡可知，物体受到向右的静摩擦力，Ff2＝F0＝1N，故C正确．4.(物体的受力分析)(2019·泰安一中期中)如图9所示，物体A、B、C叠放在水平桌面上，力F作用在物体C上后，各物体仍保持静止状态，那么以下说法正确的是()图9A．A受的各个摩擦力的合力不为零B．A、B、C三个物体组成的整体所受摩擦力为零C．C不受摩擦力作用D．B不受摩擦力作用答案D解析物体A保持静止，所受的各个摩擦力的合力为零，故A错误．对A、B、C三个物体组成的整体受力分析，水平方向受到F和水平向左的摩擦力，则整体所受摩擦力不为零，故B错误．C水平方向受到F作用，因C处于静止状态，由平衡条件知，C所受摩擦力应水平向左，故C错误．B不受摩擦力，否则其受力将不平衡，不能保持静止，故D正确．一、选择题1．静止的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球，如图1所示，小球下方与一光滑斜面接触．关于小球的受力，下列说法正确的是()图1A．细线对它一定有拉力作用B．细线对它可能没有拉力作用C．斜面对它可能有支持力作用D．斜面对它一定有支持力作用答案A解析小球和光滑斜面接触，斜面对小球没有弹力(假设有弹力，小球将受到三个力作用，重力和细线的拉力在竖直方向上，弹力垂直于斜面向上，三个力的合力不可能为零，小球将向右上方运动，与题设条件矛盾，故斜面对小球没有弹力)，故小球只受到重力和细线对它的拉力两个力，故选项A正确，B、C、D错误．2.(2019·黑龙江省实验中学期中)如图2所示，物体A分别与水平面、竖直墙面以及物体B紧密接触，所有接触面均光滑，A、B均静止，则()图2A．物体A受三个弹力作用B．物体A受两个弹力作用C．物体B受两个弹力作用D．物体A和物体B均只受一个弹力作用答案D解析A、B两物体没有相互挤压，它们之间无弹力，A受到的弹力只有地面的支持力，B受到的弹力也只有地面的支持力．3．(2019·湖南师范大学附属中学高一上期末)如图3所示，物体A、B在力F的作用下一起以相同速度沿F方向匀速运动，关于物体A所受的摩擦力，下列说法正确的是()图3A．甲、乙两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相同B．甲、乙两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相反C．甲、乙两图中物体A均不受摩擦力D．甲图中物体A不受摩擦力，乙图中物体A受摩擦力，方向和F方向相同答案D解析题图甲中，假设A、B接触面光滑，A保持匀速运动，A、B仍相对静止，说明A、B间没有相对运动趋势，则A、B间没有静摩擦力；假设A、B接触面光滑，题图乙中A物体有向下滑动的趋势，说明A受静摩擦力，方向和F方向相同，故D正确．4.(2019·哈尔滨六中高一上期中)如图4所示，将铅笔一端放在水平桌面上，另一端用细线悬吊，则铅笔受到力的个数为()图4A．5个 B．4个C．3个 D．2个答案B解析如图所示，铅笔受重力、支持力、细线的拉力，拉力方向沿线的方向，故铅笔还受一个向右的摩擦力，共4个力，选项B正确．5.(2019·山东师大附中高一期中)如图5所示，倾角为30°、重为80N的斜面体静止在水平面上，一根弹性轻杆的一端垂直固定在斜面体上，杆的另一端固定一个重为2N的小球，小球处于静止状态时，下列说法正确的是()图5A．斜面体有向左运动的趋势B．地面对斜面体的支持力为80NC．小球对弹性轻杆的作用力大小为2N，方向竖直向下D．弹性轻杆对小球的作用力大小为2N，方向垂直斜面向上答案C解析斜面体、小球和杆组成的整体受到重力和地面的支持力作用而处于静止状态，根据二力平衡，可得地面对斜面体的支持力为82N，斜面体没有运动趋势，选项A、B错误；小球受到重力和杆的作用力，因为小球处于静止状态，所以杆对小球的作用力竖直向上，大小为2N，故小球对杆的作用力大小为2N，方向竖直向下，选项C正确，D错误．6.如图6所示，一人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，以下说法正确的是()图6A．人受到重力和支持力的作用B．人受到重力、支持力和向右的摩擦力的作用C．人受到重力、支持力和向左的摩擦力的作用D．人受到重力、支持力和与速度方向相同的摩擦力的作用答案A解析人做匀速直线运动，则人处于平衡状态，受重力和支持力，若受摩擦力，一定沿水平方向，但没有力与摩擦力平衡，故A正确，B、C、D错误．7．如图7所示，在粗糙水平面上有两个质量分别为m1和m2的木块1和2，它们用一根原长为l、劲度系数为k的水平轻弹簧连接，两木块与地面之间的动摩擦因数均为μ，重力加速度为g.现用一水平力F向右拉木块1，当两木块一起匀速运动时，两木块之间的距离为()图7A．l＋eq\f(μm1g,k) B．l＋eq\f(μm1＋m2g,k)C．l＋eq\f(μm2g,k) D．l＋eq\f(μm1m2g,km1＋m2)答案C解析对木块2受力分析，有kx＝μm2g，弹簧伸长量x＝eq\f(μm2g,k)，木块之间的距离为l＋x＝l＋eq\f(μm2g,k)，选项C正确．8.(多选)(2019·黑龙江省实验中学期中)放在水平地面上的物体M上表面有一物体m，m与M之间有一处于拉长状态的弹簧，整个装置处于静止状态，如图8所示，则关于M和m受力情况的判断，正确的是()图8A．m受到向左的摩擦力B．M受到m对它向左的摩擦力C．地面对M的摩擦力方向向右D．地面对M不存在摩擦力作用答案AD解析拉长的弹簧对m产生向右的弹力，由于m处于静止状态，所以M对m有向左的摩擦力，m对M有向右的摩擦力，A对，B错；选整体分析，整体无运动趋势，地面对M无摩擦力，D对，C错．9．(2019·华中师大一附中期中)如图9所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上，受到向右的拉力F的作用而向右滑行，长木板处于静止状态，已知木块与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数为μ2.下列说法正确的是()图9A．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2mgB．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2(m＋M)gC．木板受到地面的摩擦力的大小一定等于FD．木板受到木块的摩擦力大小一定是μ1mg答案D解析木块所受木板的滑动摩擦力大小Ff1＝μ1mg，方向水平向左，木板受到木块的摩擦力方向水平向右，大小等于μ1mg；木板处于静止状态，水平方向受到木块的滑动摩擦力和地面的静摩擦力，根据平衡条件，木板受到地面的摩擦力的大小是μ1mg，A、B、C错误，D正确．10．(多选)如图10是某小组同学为研究动摩擦因数所设计的实验装置．其中A为一质量为M的长直木板，B为木板上放置的质量为m的木块，Q为木块右端连接的一水平弹簧测力计．实验时用水平力将A从B的下方抽出，通过Q的读数即可测出动摩擦因数．若实验条件较为理想，则()图10A．只有将木板A匀速抽出才能从Q上读取稳定读数B．将木板A加速、减速或匀速抽出均能从Q上读取稳定读数C．通过该方法可测得A与B之间的动摩擦因数D．通过该方法可测得A与地面之间的动摩擦因数答案BC解析用力将A从B的下方抽出，B达到稳定状态时，在水平方向上B所受的滑动摩擦力与弹簧测力计的拉力平衡，根据滑动摩擦力Ff＝μFN可知，滑动摩擦力的大小与A的速度无关，无论木板A是加速、减速还是匀速抽出，都不会改变木块受到摩擦力的大小，均能从Q上读取稳定读数，选项A错误，B正确；当B达到稳定状态时，弹簧测力计的读数FT与B受到A的滑动摩擦力Ff大小相等，B对木块A的压力大小等于B的重力mg，又Ff＝μFN，得μ＝eq\f(Ff,mg)＝eq\f(FT,mg)，从Q上读取FT，则可求得A与B之间的动摩擦因数μ，选项C正确，D错误．二、非选择题11．画出图11(1)～(5)中静止物体A的受力示意图．图11答案如图所示12.(2019·长郡中学高一上学期期末)如图12所示，用水平力F将木块压在竖直墙壁上，已知木块重力G＝6N，木块与墙壁间的动摩擦因数μ＝0.25，假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，求：图12(1)当F＝25N时，木块受到的摩擦力大小；(2)当F＝10N时，木块受到的摩擦力大小．答案(1)6N(2)2.5N解析(1)水平方向上，木块受到的水平推力和墙壁的弹力平衡，当F＝25N时，最大静摩擦力为Ffm＝0.25×25N＝6.25N．重力小于最大静摩擦力，故木块没有动，则木块在竖直方向上受到的重力和静摩擦力平衡，即Ff＝G＝6N.(2)当F＝10N时，FN＝F＝10N，则Ff＝μFN＝0.25×10N＝2.5N