专题03重力 弹力 摩擦力解析版文档格式.docx
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(4)弱相互作用
【自测1】下列关于重力和重心的说法正确的是( )
A.物体所受的重力就是地球对物体产生的吸引力
B.重力的方向总是指向地心
C.用细线将重物悬挂起来,静止时物体的重心一定在悬线所在的直线上
D.重心就是物体所受重力的等效作用点,故重心一定在物体上
【答案】C
二、弹力
1.形变与弹性形变
(1)形变:
物体在力的作用下形状或体积的变化叫形变.
(2)弹性形变:
有些物体在形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变.
(3)弹性限度:
当形变超过一定限度时,撤去作用力后,物体不能完全恢复原来的形状,这个限度叫弹性限度.
2.弹力
(1)定义:
发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体会产生力的作用,这种力叫做弹力.
(2)产生条件:
物体相互接触且发生弹性形变.
弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反.
3.胡克定律
(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成正比.
(2)表达式:
F=kx.
说明:
k是弹簧的劲度系数,单位为N/m;
k的大小由弹簧自身性质决定.
x是弹簧长度的变化量,不是弹簧形变以后的长度.
【自测2】 (多选)下列说法正确的是( )
A.木块放在桌面上受到一个向上的弹力,这是由于木块发生微小形变而产生的
B.拿一根竹竿拨动水中的木头,木头受到竹竿的弹力,这是由于竹竿发生形变产生的
C.绳对物体的拉力的方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向
D.挂在电线下面的电灯受到向上的拉力,是因为电线发生微小形变而产生的
【答案】BCD
三、摩擦力
1.静摩擦力与滑动摩擦力
名称
静摩擦力
滑动摩擦力
产生条件
接触面粗糙
接触处有弹力
两物体间有相对运动趋势
两物体间有相对运动
大小、方向
大小:
0<Ff≤Ffm
方向:
与受力物体相对运动趋势的方向相反
Ff=μFN
与受力物体相对运动的方向相反
作用效果
总是阻碍物体间的相对运动趋势
总是阻碍物体间的相对运动
2.动摩擦因数
彼此接触的物体发生相对运动时,滑动摩擦力和正压力的比值.μ=.
(2)决定因素:
接触面的材料和粗糙程度.
【自测3】 (多选)关于摩擦力,以下说法中正确的是( )
A.运动物体可能受到静摩擦力作用,但静止物体不可能受到滑动摩擦力作用
B.静止物体可能受到滑动摩擦力作用,但运动物体不可能受到静摩擦力作用
C.正压力越大,摩擦力可能越大,也可能不变
D.摩擦力方向可能与速度方向在同一直线上,也可能与速度方向不在同一直线上
【答案】CD
命题热点一:
弹力的分析和求解
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.
(2)假设法:
假设两个物体间弹力不存在,若运动状态不变,则此处不存在弹力;
若运动状态改变,则此处一定有弹力.
(3)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.
2.弹力方向
3.弹力大小计算的三种方法
(1)根据力的平衡条件进行求解.
(2)根据牛顿第二定律进行求解.
(3)根据胡克定律进行求解(弹簧弹力).
模型一 物体与物体间的弹力
【例1】 (多选)如图1所示,一倾角为45°
的斜面固定于竖直墙上,为使一光滑的铁球静止,需加一水平力F,且F通过球心,下列说法正确的是( )
图1
A.球一定受墙的弹力且水平向左
B.球可能受墙的弹力且水平向左
C.球一定受斜面的弹力且垂直于斜面向上
D.球可能受斜面的弹力且垂直于斜面向上
【答案】BC
【解析】 铁球处于静止状态,当F较小时,球的受力情况如图甲所示,当F较大时,球的受力情况如图乙所示,故B、C正确.
【变式1】 如图2所示,A、B两物体并排放在水平桌面上,C物体叠放在A、B上,D物体悬挂在线的下端时线恰好竖直,且D物体与斜面接触.若接触面均光滑,所有物体均静止,下列说法中正确的是( )
图2
A.A对B的弹力方向水平向右
B.C对地面的压力大小等于C的重力
C.D对斜面没有压力作用
D.斜面对D的支持力垂直斜面向上
【解析】物体接触并产生弹性形变时就能产生弹力作用,无法直接判断有无形变时,可用假设法.若A、B间有弹力作用,则A、B不能保持静止状态,所以A和B之间没有弹力,A错误;
C对A、B产生向下的压力作用,对地面并不产生压力,B错误;
如果去掉斜面,D物体仍然静止,保持原来的状态,所以D与斜面之间没有弹力作用,C正确,D错误.
模型二 绳的弹力
【例2】 如图3所示,质量为m的小球套在竖直固定的光滑圆环上,轻绳一端固定在圆环的最高点A,另一端与小球相连.小球静止时位于环上的B点,此时轻绳与竖直方向的夹角为60°
,则轻绳对小球的拉力大小为(重力加速度为g)( )
图3
A.2mgB.mgC.mgD.mg
【答案】 C
【解析】对B点处的小球受力分析,如图所示,则有
FTsin60°
=FNsin60°
FTcos60°
+FNcos60°
=mg
解得FT=FN=mg,故C正确.
模型三 弹簧的弹力
【例3】 如图4所示,小球a的质量为小球b的质量的一半,分别与轻弹簧A、B和轻绳相连接并处于平衡状态.轻弹簧A与竖直方向的夹角为60°
,轻弹簧A、B的伸长量刚好相同,则下列说法正确的是( )
图4
A.轻弹簧A、B的劲度系数之比为1∶3
B.轻弹簧A、B的劲度系数之比为2∶1
C.轻绳上拉力与轻弹簧A上拉力的大小之比为2∶1
D.轻绳上拉力与轻弹簧A上拉力的大小之比为∶2
【答案】D
【解析】设轻弹簧A、B的伸长量都为x,小球a的质量为m,则小球b的质量为2m.对小球b,由平衡条件知,弹簧B中弹力为kBx=2mg;
对小球a,由平衡条件知,竖直方向上,有kBx+mg=kAxcos60°
,联立解得kA=3kB,选项A、B错误;
水平方向上,轻绳上拉力FT=kAxsin60°
,选项C错误,D正确.
【变式2】 如图5所示,某一弹簧测力计外壳的质量为m,弹簧及与弹簧相连的挂钩质量忽略不计.将其放在光滑水平面上,现用两水平拉力F1、F2分别作用在与弹簧相连的挂钩和与外壳相连的提环上,关于弹簧测力计的示数,下列说法正确的是( )
图5
A.只有F1>F2时,示数才为F1
B.只有F1<F2时,示数才为F2
C.不论F1、F2大小关系如何,示数均为F1
D.不论F1、F2大小关系如何,示数均为F2
【解析】弹簧测力计的示数一定等于弹簧挂钩上的拉力F1,与F1、F2的大小关系无关,C正确.
模型四 杆的弹力
【例4】 如图6所示,与竖直墙壁成53°
角的轻杆一端斜插入墙中并固定,另一端固定一个质量为m的小球,水平轻质弹簧处于压缩状态,弹力大小为mg(g表示重力加速度),则轻杆对小球的弹力大小为( )
图6
A.mgB.mgC.mgD.mg
【解析】小球处于静止状态,其所受合力为零,小球受力如图所示,由图中几何关系可得F==mg,选项D正确.
命题热点二 静摩擦力的分析和计算
1.静摩擦力有无及方向的判断“三法”
(1)假设法:
利用假设法判断的思维程序如下:
(2)状态法:
先判断物体的运动状态(即加速度的方向),再利用牛顿第二定律(F=ma)确定合力,然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向.
(3)牛顿第三定律法:
先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向.
2.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计算其大小.
(2)物体有加速度时,若合外力为静摩擦力,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.
【例5】 如图7所示,两块木板紧紧夹住木块,一直保持静止,木块重为30N,木块与木板之间的动摩擦因数为0.2,若左右两端的正压力F都是100N,则木块所受的摩擦力的大小和方向是( )
图7
A.30N,方向向上B.20N,方向向上
C.40N,方向向下D.100N,方向向上
【答案】A
【解析】由于木块静止,故摩擦力与重力平衡,Ff=G=30N,方向向上.
【变式3】 如图8所示,物体A、B在力F作用下一起以大小相等的速度沿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8
A.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相同
【解析】用假设法分析:
甲图中,假设A受摩擦力,与A做匀速运动在水平方向所受合力为零不符合,所以A不受摩擦力;
乙图中,假设A不受摩擦力,A将相对B沿斜面向下运动,则知A受沿F方向的摩擦力,故选D.
【变式4】 一木块放在水平桌面上,在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用,木块处于静止状态,如图9所示,其中F1=10N,F2=2N,若撤去F1,则木块受到的摩擦力为( )
图9
A.10N,方向向左B.6N,方向向右
C.2N,方向向右D.0
【解析】当木块受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时,由平衡条件可知木块所受的静摩擦力的大小为8N,可知最大静摩擦力Fmax≥8N.当撤去力F1后,F2=2N<Fmax,木块仍处于静止状态,由平衡条件可知木块所受的静摩擦力大小和方向发生突变,且与作用在木块上的F2等大反向,故C正确.
命题热点三 滑动摩擦力的分析和计算
1.滑动摩擦力的方向
总是跟接触面相切,并且与物体相对运动的方向相反.
2.滑动摩擦力大小的计算
(1)用公式Ff=μFN计算.
(2)结合研究对象的运动状态(匀速运动或匀变速运动)利用平衡条件或牛顿运动定律求解.
【例6】 如图10所示,A、B两个物体质量分别为m1和m2,A与B间动摩擦因数为μ1,B与地面间动摩擦因数为μ2.现用力F拉着A物体向右运动,B保持静止,则关于地面对B物体的摩擦力大小和方向下列说法正确的是( )
图10
A.μ2(m1+m2)g,方向水平向左B.μ2(m1+m2)g,方向水平向右
C.μ2m2g,方向水平向左D.μ1m1g,方向水平向左
【解析】对A受力分析,A受到重力、支持力、拉力和B对A的摩擦力FfBA=μ1m1g,方向水平向左;
对B受力分析,在水平方向B受到A对B的摩擦力FfAB与地面对B的摩擦力,由于B保持静止,所以地面对B的摩擦力与A对B的摩擦力大小相等,方向相反,又因为A对B的摩擦力和B对A的摩擦力是相互作用力,大小相等,方向相反,故地面对B物体的摩擦力大小为μ1m1g,方向水平向左,故D正确,A、B、C错误.
【变式5】现代的激光打印机都是自动进纸的,其进纸原理如图11所示
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