高考物理一轮复习课件第二章第1讲重力弹力摩擦力

第1讲重力弹力摩擦力一、重力、弹力基础过关(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。(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

。(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

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

0<Ff≤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

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=

。

1.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.

考点一弹力的判断和计算考点突破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(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。(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点,杆对小球的作用力为拉力A点,杆对小球的作用力为支持力B点,杆的拉力T=98NB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。

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0<θ<180°,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m2

B.m1必大于

C.m1可能等于m2

D.m1可能大于m2

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θ>120°时,m1>m2;当θ<120°时,m1<m2。故选B、C、D。

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)2mg

mg(2)

mg(3)mg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)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mMgsinθ>mNg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不受摩擦力A对B的摩擦力方向向右A、B一起向前做匀速直线运动,则A、B间不存在摩擦力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)

B.

C.

D.

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。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(μ<1)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

()A、B均受到摩擦力作用且受到的摩擦力等大反向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两物体所受摩擦力大小均为

mg,方向均沿斜面向下D.剪断弹簧瞬间,物体A一定加速下滑解析

C对A分析:重力沿斜面向下的分力为

mg,静摩擦力FfA≤μmgcos30°<

mg,F弹=mg,因此弹簧弹力方向沿斜面向上,摩擦力方向沿斜面向下,如图甲所示,则FfA=F弹-mgsin30°=

mg。

对B分析:细线对B的拉力F=mCgsin60°=2mg>F弹+mgsin30°。所以B所受摩擦力沿斜面向下,如图乙所示,FfB=F-F弹-mgsin30°=

mg,故A、B错误,C正确;剪断弹簧,A受摩擦力向上,且满足FfA'=

mg,故A仍处于静止状态,D错误。方法技巧1.判断摩擦力方向时应注意的两个问题(1)静摩擦力的方向与物体的运动方向没有必然关系,可能相同,也可能相反,还可能成一定的夹角。(2)分析摩擦力方向时,要注意静摩擦力方向的“可变性”和滑动摩擦力方向的“相对性”,考虑不同方向时的两种情况。2.计算摩擦力大小的三点注意(1)分清摩擦力的性质:静摩擦力或滑动摩擦力。(2)只有滑动摩擦力才能用计算公式Ff=μFN计算大小,注意动摩擦因数μ,其大小与接触面的材料及其粗糙程度有关,FN为两接触面间的正压力,不

一定等于物体的重力。静摩擦力通常只能用平衡条件或牛顿运动定律来求解。(3)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关,与接触面积的大小无关。考点三摩擦力的“突变”问题

当物体的受力情况发生变化时,摩擦力的大小和方向往往会发生变化,有可能

导致静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化。常见的摩擦力突变模型如下:分类“静—静”突变“静—动”突变“动—静”突变“动—动”突变案例图示

在水平力F作用下物体静止于斜面上,F突然增大时物体仍静止,则物体所受静摩擦力的大小或方向将“突变”

物体放在粗糙水平面上,作用在物体上的水平力F从零逐渐增大,当物体开始滑动时,物体受水平面的摩擦力由静摩擦力“突变”为滑动摩擦力

滑块以v0冲上斜面做减速运动,当到达某位置时速度减为零而后静止在斜面上,滑动摩擦力“突变”为静摩擦力

水平传送带的速度v1>滑块的速度v2,滑块受滑动摩擦力方向水平向右,当传送带突然被卡住时,滑块受到的滑动摩擦力方向“突变”为向左例3长直木板上表面的一端放有一铁块,木板由水平位置缓慢向上转动(即

木板与水平面的夹角α变大),另一端不动,如图所示,则铁块受到的摩擦力Ff随

角度α的变化图像可能正确的是(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)

(C)

【审题指导】找到铁块摩擦力的突变“临界点”是解答此题的关键。解析

设木板与水平面间的夹角增大到θ时,铁块开始滑动,显然当α<θ时,

铁块与木板相对静止,由力的平衡条件可知,铁块受到的静摩擦力的大小为Ff=mgsinα;当α≥θ时铁块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力,设动摩擦因数为μ,

由滑动摩擦力公式得铁块受到的摩擦力为Ff=μmgcosα。通过上述分析可知

C正确。考向1“静—静”突变1.(多选)如图所示,有一倾角θ=30°的斜面B,质量为M,一质量为m的物体A静止在B上,现用水平力F推物体A,F的大小为

mg,A和B始终保持静止,则

(

AC)A有沿斜面向上运动的趋势A有沿斜面向下运动的趋势A所受摩擦力的方向沿斜面向下F至0,此过程中物体A所受摩擦力的方向不变

解析

作出物体A除摩擦力以外的力的受力示意图,建立如图所示的直

角坐标系,重力与推力F在x轴上的合力F合=Fcosθ-mgsinθ=

,方向沿斜面向上,所以物体A有沿斜面上滑的趋势,A对,B错;物体A所受摩擦力的方向沿

斜面向下,C对;减小推力F,重力与F在x轴上的合力先减小为0,此过程中合力

方向向上,继续减小F,合力方向将变为向下,摩擦力的方向将发生突变,由之

前的向下变成向上,D错。考向2“静—动”突变或“动—静”突变2.如图所示,斜面固定在地面上,倾角为37°(sin37°=0.6,cos37°=0.8)。质量为1kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上自由滑行(斜面足够长,该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8),则该滑块所受摩擦力F随时间变化的图像是下图中的(取初速度v0的方向为正方向,g=10m/s2)

(B)

解析

滑块上滑过程中受到滑动摩擦力作用,由F=μFN和FN=mgcosθ联

立得F=6.4N,方向沿斜面向下。当滑块的速度减为零后,由于重力的分力mgsinθ<μmgcosθ,滑块不动,滑块受的摩擦力为静摩擦力,由平衡条件得F=mgsinθ,代入数据可得F=6N,方向沿斜面向上,故选项B正确。考向3“动—动”突变3.传送带以恒定的速率v=10m/s运动,已知它与水平面成α=37°,如图所示,PQ

的长度L=16m,将一个小物体无初速度地放在P点,小物体与传送带间的动摩

擦因数为μ=0.5。已知g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。当传送带逆时针转

动时,小物体运动到Q点的时间为多少?

答案见解析解析当传送带逆时针转动时,对物体受力分析,物体受重力mg、支持力N和

摩擦力f(方向沿传送带向下)则由牛顿第二定律有:mgsinα+μmgcosα=ma1代入数据解得a1=10m/s2(方向沿传送带向下)故当经过时间t1=

=1s后,物体的速度与传送带相同。此时物体运动了s=

a1

=5m,则在此后的过程中摩擦力f的方向沿传送带向上则由牛顿第二定律有mgsinα-μmgcosα=ma2代入数据解得a2=2m/s2(方向沿传送带向下)由运动学公式得L-s=vt2+

a2

解得t2=1s(另一个解舍去)综上所述用时为t总=t1+t2=2s摩擦力方向的判定——摩擦力方向与运动方向的三类关系摩擦力的方向与物体间的相对运动或相对运动趋势方向相反,但与物体

的实际运动方向可能相同、可能相反、也可能不共线。学科素养直通车1.(多选)如图所示,皮带运输机将物体匀速送往高处,下列结论正确的是

(

A