《备考指南一轮 物理 》课件-第2章 第1讲

物体间的相互作用第二章主干内容学科素养滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力1.高考对该部分出题率较高的知识点有摩擦力、受力分析、共点力的平衡，题型多为选择题．常以受力分析、大题计算考查“物理观念、科学思维”素养，以常规实验考查“科学探究”素养．2.高考对本章内容的考查重点：一是弹力、摩擦力的大小和方向的判断；二是力的合成与分解和共点力的平衡的综合应用．题型延续选择题的形式，以生活中的实际问题为背景考查本章知识和建模能力.形变、弹力、胡克定律矢量和标量力的合成和分解共点力的平衡实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系实验三：验证力的平行四边形定则第1讲力重力弹力摩擦力【备考指南】1.本讲的重点是弹力的分析和判断、几种常见弹力的计算等．对本讲的学习，重在理解，熟练掌握各种接触式弹力的判断方法，会计算弹力的大小.2.高考常把摩擦力与其他知识结合进行综合考查．对本讲的学习，重在理解，熟练掌握静摩擦力的判断方法，会计算各种情况下静摩擦力和滑动摩擦力的大小．栏目导航01知识梳理回顾03核心素养提升02要点各个击破04配套训练知识梳理回顾11．力是物体间的相互作用．2．力的性质：物质性、相互性、矢量性、独立性、瞬时性．相互性和物质性说明力不能离开________而独立存在．矢量性强调力是有________的量．独立性反映某个力的作用效果与其他力__________．瞬时性是指力与其作用效果是在____________产生的．3．力的作用效果(1)使物体发生________；(2)改变物体的__________，使物体产生__________．4．力的三要素：________、________、________.一力的概念物体

方向

无关

同一瞬间

形变

运动状态

加速度

大小

方向

作用点

【对点小练】1．东汉王充在《论衡·状留篇》中记述了球的运动：“圆物投之于地，东西南北，无之不可；策杖叩动，才微辄停．”关于运动和力的关系，下列说法中正确的是(

)A．力是维持物体运动的原因B．力是改变物体惯性大小的原因C．力是改变物体位置的原因D．力是改变物体运动状态的原因【答案】D【解析】“圆物投之于地，东西南北，无之不可”，说明物体的运动不需要力来维持，选项A错误；惯性是物体的固有属性，仅仅与物体的质量有关，与是否受力无关，选项B错误；运动是改变物体位置的原因，与力无关，选项C错误；“策杖叩动，才微辄停”，即力是改变物体运动状态的原因，选项D正确．1．产生：由于__________而使物体受到的力．注意：重力不是万有引力，而是万有引力竖直向下的一个分力．2．大小：G＝mg，可用_____________测量．注意：①物体的质量不会变；②G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的．二重力地球吸引

弹簧测力计

3．方向：总是__________的．注意：竖直向下是和水平面垂直，不一定和接触面垂直，也不一定指向地心．4．重心：物体的每一部分都受重力作用，可认为重力集中作用于一点，即物体的重心．(1)物体的重心与它的____________以及____________有关．(2)质量分布均匀且有规则几何外形的物体，其重心在物体的____________．对于形状不规则或质量分布不均匀的薄板，重心可用悬挂法来确定．5．重力与万有引力的关系：重力是万有引力的________，粗略计算时可认为两者大小相等．竖直向下

几何形状

质量分布

几何中心

分力

【答案】C【解析】用悬挂法测量重心时，可以选取任意点进行测量，选项A错误；因铁丝的形状和质量分布不变，由于悬挂时各线均过重心，故三条线的交点也只能是重心，故只有一个，选项B错误；因重心的位置不变，故无论测多少次，所测得的重心位置都是唯一的，选项C正确；如果将铁丝的左、右两条竖直边对折起来后，则由于形状和质量分布的改变，重心的位置会发生变化，选项D错误．1．弹性形变：撤去外力后物体能够________________的形变．2．弹力：物体由于发生____________而对跟它接触的物体产生力的作用．3．弹力产生的条件(1)两物体____________；(2)接触处发生____________．两者缺一不可，并且弹力和形变同时________，同时________．三形变和弹力完全恢复原状

弹性形变

直接接触

弹性形变

产生

消失

4．弹力方向的判断(1)细绳的弹力的方向一定沿绳指向__________的方向．(2)接触面上的弹力方向垂直于接触面指向________物体．5．胡克定律在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的________(或_______)量x成_______，表达式为F＝________.式中k为弹簧的劲度系数，其大小由弹簧本身决定，x为弹簧的形变量(并非原长或总长)．绳收缩

受力

伸长

缩短

正比

kx

6．轻绳、轻杆和轻弹簧的弹力特点(1)轻绳：绳对物体的拉力沿绳收缩的方向，同一根绳上弹力处处等大．(2)轻杆：杆对物体的弹力不一定沿杆的方向，要结合实际情况去判断．(3)轻弹簧：弹簧的弹力方向一定沿着弹簧轴线的方向，与弹簧形变的方向相反．【答案】B1．定义：两个相互接触的物体有__________时，在接触面上产生的________________的作用力．2．产生条件(1)两物体__________________；(2)接触面______；(3)两物体间有______________．3．大小：与__________成正比，即f＝________.μ叫动摩擦因数，与接触面的材料和____________有关，与物体间的正压力无关，与接触面的面积无关．4．方向：跟接触面相切，并与物体____________的方向相反．四滑动摩擦力相对滑动

阻碍相对滑动

相互接触并挤压

粗糙

相对滑动

正压力

粗糙程度

相对滑动

【对点小练】4．(2020届德州期末)如图所示．质量为m的木块在拉力F的作用下，在水平地面上由静止开始做直线运动．已知木块与地面间的动摩擦因数为μ，F与水平方向的夹角为θ，重力加速度为g，那么木块受到的滑动摩擦力为(

)A．μmg

B．μFsinθC．Fcosθ

D．μ(mg－Fsinθ)【答案】D【解析】由于物体做直线运动，对物体受力分析，竖直方向处于平衡，则有FN＝mg－Fsinθ，滑动摩擦力f＝μFN＝μ(mg－Fsinθ)．如果水平方向也处于平衡，则滑动摩擦力也可为f＝Fcosθ，但在水平地面上由静止开始做直线运动，不是匀速直线运动，故D正确，A、B、C错误．五静摩擦力1．定义：两个相互接触的物体间有______________时，在接触面上产生的阻碍相对运动_________的力．2．产生条件(1)两物体___________________；(2)接触面________；(3)两物体间有__________________．相对运动趋势

趋势

相互接触并挤压

粗糙

相对运动趋势

3．大小：随着其他外力的变化而变化，计算时只能根据物体所处的状态由平衡条件或牛顿运动定律求解(两物体间接触面的粗糙程度和弹力不变的情况下)．4．方向：跟物体的________________方向相反，并且摩擦力的方向总跟接触面平行(或相切)．5．最大静摩擦力静摩擦力有一个__________，在数值上等于物体刚要运动时所需要的沿相对运动趋势方向的外力．静摩擦力的大小取值范围：____________.实际中，最大静摩擦力略大于滑动摩擦力．一般情况下，可近似认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力．相对运动趋势

最大值

0＜f≤fmax

【对点小练】5．如图所示，截面为三角形的钢坯A、B叠放在汽车的水平底板上，汽车底板与钢坯表面均粗糙，以下说法正确的是(

)A．汽车、钢坯都静止时，汽车底板对钢坯A有向左的静摩擦力作用B．汽车、钢坯都静止时，钢坯A对B无摩擦力作用C．汽车向左加速时，若汽车与钢坯相对静止，汽车底板对钢坯A有静摩擦力作用D．汽车向左启动前后，若汽车与钢坯相对静止，钢坯A对B的弹力不变【答案】C【解析】汽车、钢坯都静止时，将A、B两物体看作整体，可知A下表面不受到摩擦力，A错误；汽车、钢坯都静止时，隔离B，B受到三个力的作用：重力、A对B的支持力、A对B沿斜面向上的静摩擦力，B错误；汽车向左加速时，若汽车与钢坯相对静止，则钢坯具有向左的加速度，将A、B看作整体，A下表面受到水平向左的静摩擦力，C正确；汽车向左启动前后，若汽车与钢坯相对静止，对B隔离分析，启动前，A对B的弹力与重力垂直斜面的分力大小相等，启动后，它们具有共同的水平向左的加速度，A对B的弹力大于重力垂直斜面的分力，D错误．要点各个击破2要点1

“假设法”判断弹力的有无弹力产生的条件是“接触且有弹性形变”．若物体间虽然有接触但无拉伸或挤压而发生弹性形变，则无弹力产生．例1

(2019年山西四校联考)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(

)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【答案】D【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．【答案】B【解析】A中，假设两球间有弹力，则小球将向两边运动，与题矛盾，故a、b间无弹力，故A错误．B中，若两球间无弹力，则两个都将向下摆动，与题矛盾，说明a、b间有弹力，故B正确．C中，假设两球间有弹力，则小球将向两边运动，与题矛盾，故a、b间无弹力，故C错误．D中，假设b对a球有弹力，方向必定垂直于斜面向上，a球共受竖直向下的重力、竖直向上的拉力和垂直于斜面向上的弹力，三个力的合力不可能为零，则小球a不可能处于静止状态，与题矛盾，故a、b间一定没有弹力，故D错误．弹力有无的判断1．根据弹力产生的条件直接判断．此法适用于形变明显的情形．2．利用假设法判断对于形变不明显的情况，可假设两个物体间不存在弹力，看物体还能否保持原有的状态．3．根据物体的运动状态分析依据物体的运动状态，由物体的受力平衡(或牛顿第二定律)列方程，或者定性判断弹力是否存在及弹力的方向．要点2弹力的方向分析及大小的计算例2如图所示，一重为10N的球固定在支撑杆AB的上端，今用一段绳子水平拉球，使杆发生弯曲，已知绳的拉力为7.5N，则AB杆对球的作用力方向及大小为多少？(sin53°＝0.8)

思路对小球进行受力分析，由共点力的平衡条件可求得AB杆对球的作用力．【答案】与水平方向夹角为53°，斜向左上方，大小为12.5N练2

(2020届南京六校联考)如图所示，一个质量m＝1kg的小环套在倾角为37°的光滑固定直杆上，为使小环能够静止不动，需对它施加一个水平拉力F.已知重力加速度g

取10m/s2，sin37°＝0.6，则下列说法正确的是(

)A．小环一定受到四个力的作用B．直杆受到的压力是因为直杆发生弹性形变而产生的C．F＝7.5N，方向水平向左D．F＝7.5N，方向水平向右【答案】C【解析】小环套在光滑固定直杆上，受到重力和杆的支持力，因为杆对小环的支持力的方向向右上方，所以水平拉力的方向必须向左环才能保持平衡．受力如图．由几何关系可得F＝mgtan37°＝7.5N，故A、D错误，C正确；直杆受到的压力是因为环发生弹性形变而产生的，故B错误．1．弹力方向的判断(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)根据物体的运动状态分析判断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．弹力大小的计算根据平衡条件、牛顿第二定律或胡克定律来计算．要点3胡克定律的应用例3

(2020届深圳龙岗期中)三个重均为10N的相同木块a、b、c和两个劲度系数均为500N/m的相同轻弹簧p、q用细线连接如图，其中a放在无摩擦的水平桌面上．开始时，p弹簧处于原长，木块都处于静止状态．现用水平力缓慢地向左拉p弹簧的左端，直到c木块刚好离开水平地面为止．该过程p弹簧的左端向左移动的距离是(轻弹簧和细线的重量都忽略不计)(

)A．4cm

B．6cm

C．8cm

D．10cm【答案】C练3

(2019届北京名校模拟)S1和S2表示劲度系数分别为k1和k2的两根弹簧，k1＞k2；a和b表示质量分别为ma和mb的两个小物体，ma＞mb，将弹簧与物块按图示方式悬挂起来，现要求两根弹簧的总长度最大，则应使(

)A．S1在上，a在上B．S1在上，b在上C．S2在上，a在上D．S2在上，b在上【答案】D弹力大小的确定方法1．弹簧类弹力：由胡克定律知弹力F＝kx，其中x为弹簧的形变量，而不是伸长或压缩后弹簧的总长度．2．非弹簧类弹力：根据运动状态和其他受力情况，利用平衡条件或牛顿第二定律来综合确定．微讲堂＋轻杆、轻绳、轻弹簧模型1．轻绳模型(1)“活结”：跨过光滑滑轮(或杆、钉子)的轻绳，其两端张力大小相等．(2)“死结”：如果几段轻绳系在一个结点上，那么这几段绳子的张力大小不一定相等．2．轻杆模型(1)“活杆”：即一端由铰链相连的轻质活动杆，它的弹力方向一定沿杆的方向．(2)“死杆”：即轻质固定杆，它的弹力方向不一定沿杆的方向，需要结合平衡方程或牛顿第二定律求得．3．轻弹簧模型(1)轻弹簧既可伸长提供拉力，也可压缩提供推力，形变量确定后各处弹力大小相等．(2)轻弹簧的弹力不能发生突变(突然消失除外)，而轻绳、轻杆的弹力可以发生突变．例4

如图所示，水平轻杆的一端固定在墙上，轻绳与竖直方向的夹角为37°，小球的重力为12N，轻绳的拉力为10N，水平轻弹簧的拉力为9N，求轻杆对小球的作用力．(sin37°＝0.6)【答案】5N，与竖直方向成37°角斜向右上方要点4摩擦力的有无及其方向的判断1．两种摩擦力的对比比较静摩擦力滑动摩擦力产生条件(1)接触面粗糙(2)接触处有弹力(3)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)物体间有相对运动比较静摩擦力滑动摩擦力大小(1)静摩擦力为被动力，与正压力无关，大小范围为0＜f≤fmax(2)最大静摩擦力fmax大小与正压力大小有关滑动摩擦力f＝μFN，μ为动摩擦因数，取决于接触面材料及粗糙程度，FN为正压力方向沿接触面与受力物体相对运动趋势的方向相反沿接触面与受力物体相对运动的方向相反2.分析摩擦力时需要注意的问题(1)摩擦力的方向总是与物体间相对运动(或相对运动趋势)的方向相反，但不一定与物体的运动方向相反．(2)摩擦力总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势)，但不一定阻碍物体的运动．即摩擦力可以是阻力使物体减速，也可以是动力使物体加速．(3)受静摩擦力作用的物体不一定静止，但一定与施力物体保持相对静止．例5

(多选)如图甲、乙所示，倾角为θ的斜面上放置一滑块M，在滑块M上放置一个质量为m的物块，M和m相对静止，一起沿斜面匀速下滑，下列说法正确的是(

)A．图甲中物块m受到摩擦力B．图乙中物块m受到摩擦力C．图甲中物块m受到水平向左的摩擦力D．图乙中物块m受到与斜面平行向上的摩擦力【答案】BD【解析】对题图甲：设物块m受到摩擦力，则物块m受到重力、支持力、摩擦力，而重力、支持力平衡，若受到摩擦力作用，其方向与接触面相切，方向水平，则物块m受力将不平衡，与题中条件矛盾，故假设不成立，A、C错误．对题图乙：设物块m不受摩擦力，由于m匀速下滑，m必受力平衡，若m只受重力、支持力作用，由于支持力与接触面垂直，故重力、支持力不可能平衡，则假设不成立，由受力分析知，m受到与斜面平行向上的摩擦力，B、D正确．练5

(多选)(2019年南京模拟)如图所示，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做匀速运动，运动方向如图中箭头所示．则下列说法正确的是(

)A．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、C受到的摩擦力方向相同D．B、C受到的摩擦力方向相反【答案】BC【解析】A物体与传送带一起匀速运动，它们之间无相对运动或相对运动趋势，即无摩擦力作用，A错误；B、C两物体虽运动方向不同，但都处于平衡状态，由沿传送带方向所受合力为零可知，B、C两物体均受沿传送带方向向上的摩擦力作用，故B、C正确，D错误．判断静摩擦力的有无及方向的三种方法1．假设法2．运动状态法此法关键是先确定物体的运动状态(如平衡或加速)，再利用平衡条件或牛顿第二定律确定静摩擦力的方向．3．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．要点5摩擦力大小的计算1．静摩擦力大小的计算(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求解其大小．(2)物体有加速度时，若只有摩擦力，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)最大静摩擦力与接触面间的压力成正比，为了处理问题的方便，最大静摩擦力常常按近似等于滑动摩擦力处理．(4)物体实际受到的静摩擦力一般小于最大静摩擦力．2．滑动摩擦力大小的计算(1)滑动摩擦力的大小可以用公式f＝μFN计算．(2)结合研究对象的运动状态(静止、匀速运动或变速运动)，利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解．例6表面粗糙的长直木板上表面的一端放有一个木块，如图所示，木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与地面的夹角α变大，最大静摩擦力大于滑动摩擦力)，另一端不动，则木块受到的摩擦力f随角度α变化的图像是下列图中的(

)

思路可以通过“过程分析法”和“特殊位置法”求解．【答案】C【解析】不滑动时受力分析如图，得Ff静＝mgsinα.滑动时Ff动＝μmgcosα.又最大静摩擦力大于滑动摩擦力，则只有C正确．【答案】B静摩擦力和滑动摩擦力的计算1．若已知相互摩擦的物体间的动摩擦因数μ及正压力FN，滑动摩擦力f可以根据公式f＝μFN直接计算出大小．2．由于受力或运动情况的不同，静摩擦力的大小具有不确定性和被动适应性，静摩擦力的大小会随着引起相对运动趋势的外力的增大而增大．在0～fm范围内，静摩擦力的大小可根据二力平衡条件求得，它的大小总是与引起相对运动趋势的外力大小相等．当两物体一起做加速运动，具有加速度时，可用牛顿第二定律确定静摩擦力的大小．核心素养提升3临界条件在摩擦力突变问题中的应用当物体受力或运动发生变化时，摩擦力常发生突变．摩擦力的突变，又会导致物体的受力情况和运动性质的突变，其突变点(时刻或位置)往往具有很深的隐蔽性．对其突变点的分析与判断是物理问题的切入点．此类问题是考查“科学思维”素养的有力方式．1．常见类型(1)静摩擦力突变为滑动摩擦力．静摩擦力是被动力，其大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势．静摩擦力为零的状态是方向变化的临界状态；静摩擦力达到最大值是物体恰好保持相对静止的临界状态．(2)滑动摩擦力突变为静摩擦力．滑动摩擦力存在于发生相对运动的物体之间，因此两物体的速度相同时，滑动摩擦力要发生突变(摩擦力变为零或变为静摩擦力)．2．解题思路解决摩擦力的突变问题的关键是找出摩擦力发生突变的临界条件，这也就是突变前后摩擦力的分界点，再利用相应规律分别对突变前后进行分析求解．(1)以定理、定律(平衡条件或牛顿运动定律)为依据，首先求出所研究问题的一般规律和一般解，然