高中物理同步导学第三章相互作用doc.docx
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第三章相互作用
一、重力基本相互作用
【要点导学】
1.本节学习力的基本知识:
力的概念、力的图示;重力和重心。
介绍了自然界的四种基本作用。
其中重点是力的图示,难点是确定重心的位置。
2.知道物体运动状态的改变就是指物体的运动速度改变.
3.知道力是、的原因.
4.知道力的图示是用一带箭头有标度的线段把抽象的力直观而形象表示出来的一种处理力的科学方法,在具体问题中能画出力的图示或力的示意图.
5.知道重力是物体由于地球的吸引而产生的,掌握重力的大小和方向,知道重力大小的测量方法.
6.掌握重心的概念,知道重心的位置与哪些因素有关,会确定质量均匀分布且形状规则的物体重心位置.
7.知道四种基本相互作用的概念,了解人们对事物的认识总是在不断探索中发展变化.
【范例精析】
例1用图示法画出力,并指出施力物体和受力物体.
(1)在水平桌面上重50N的书的重力.
(2)空气对气球的20N浮力.
(3)小孩以东偏北30°的方向拉小车的200N的拉力。
解析
(1)在水平桌面上重50N的书的重力,施力物体是地球,受力物体是书。
力的图示如图3-1-1示。
(2)空气对气球的20N浮力,施力物体是空气,受力物体是气球。
力的图示如图3-1-2示。
(3)小孩以东偏北30°的方向拉小车的200N的拉力,施力物是小孩,受力物是小车。
力的图示如图1-1-3示。
拓展
(1)画力的图示,要严格按照以下步骤进行:
(A)选定标度.例如第一小题选10mm长的线段表示25N的力.
(B)从力的作用点向力的方向画一线段,长短根据标度和力的大小确定,线段上加刻度.如图所示,从O点(用O点代替物体)竖直向下画一段2倍于标度(20mm)的线段.
(C)在线段上加箭头表示力的方向.
(2)力的图示一定要画在受力物体上,标度选取应适当,所画力的长度应是标度的整数倍.
(3)力的图示与力的示意图不同.力的示意图是便于分析受力而作,侧重于画准力的方向,带箭头的线段上没有标度,线段的长度只定性显示力的大小.
例2关于重力,下列说法正确的是
A.重力就是地球对物体的吸引力,重力的方向总是和支持重物的支持面垂直的
B.重力的大小可以用弹簧秤或天平直接测出
C.质量大的物体所受重力可能比质量小的物体所受重力小
D.物体对悬绳的拉力或对支承面的压力的大小可以不等于重力
解析:
重力是由于地球对物体的吸引产生的,但通常情况下重力只是地球对物体的吸引力的一部分,重力的方向是竖直向下而非指向地心,选项A错.
弹簧秤可以直接测物体的重力,而天平直接测的是物体的质量而不是物体的重力,选项B错.
由公式G=mg可知,重力大小由质量m和g值共同决定.由于在不同的地理位置g值不同,因此质量大的物体与质量小的物体在不同的地理位置处因g值的差异有可能质量大的物体所受重力反而小,选项C正确.
用一根悬绳吊起一个物体,当物体静止时对该竖直悬绳的拉力大小才等于物体的重力;当物体摆动起来时对该悬绳的拉力大小不等于物体的重力,把物体静置于一水平支承物上,物体对该水平支承物的压力大小才等于物体的重力,物体静止于斜面上,物体对该支承物斜面的压力大小就不等于物体的重力.选项D正确.
综上所述,本题正确选项是C、D.
拓展:
透彻地理解和准确把握概念的内涵和外延,是正确解题的关键,对概念性选择题的解答,要仔细审题,逐项进行推理判断,抓住一些关键词语如“一定”、“可能”、“可以”等从正面或反面做出肯定或否定判断是解题常用的方法.
例3关于重心的说法,正确的是
A.重心就是物体内重力最大的部分
B.因为重心是物体所受重力的作用点,所以重心在物体上,不可能在物体外
C.物体升高或降低,重心相对于物体的位置保持不变
D.如果物体有对称中心,则该对称中心就是重心
解析:
根据重心的定义可知,重心是重力的等效作用点,即把物体各部分所受重力看作是集中作用于此点,这是等效替代法的具体应用,选项A是错误的.重心其实不一定在物体上,例如质量均匀分布的圆环的重心在圆心处,并不在物体上,而在物体之外,所以选项B也是不正确的.因为物体的重心位置与质量的分布有关,尽管物体是规则的形状,但其质量的分布不均匀,它的重心就不一定在几何中心,选项D不正确.
物体的形状和质量的分布确定,其重心相对物体的位置也确定了,与物体如何运动无关,所以本题正确答案是C
拓展物体的重心位置与两个因素有关:
一是它的质量分布是否均匀;二是物体的形状,一般来说物体的形状改变时,它的重心位置也会改变
【能力训练】
1.物理学中用一根带有______的线段来表示力,______的方向表示力的方向,这样的力的表示法称为__________;如果线段的长短严格按照_____来画,这样的表示法叫做_______.
箭头,箭头,力的示意图;比例,力的图示
2.重心是物体所受___________,物体的重心可以在物体上,也可以_________,重心在物体几何中心的条件是______________________.
重力的作用点,不在物体上,质量均匀分布,外形规则
3.在物理学中我们把_______叫做力.力的三要素是_______、_________、________.
地球附近物体受到的重力是由_____产生的,重力的施力物体是_____,重力的方向_____,重力的作用点在_____
物体的相互作用大小方向作用点地球地球竖直向下重心
4.在公式G=mg中,在地球表面处g=9.8N/kg,在月球表面处g′=1.63N/g.一个质量是50kg的人,在地球表面处所受的重力为_____N;他在月球表面处所受的重力为_____N
49081.5
5.请你判断下列说法正确的是(AD)
A.物体受到力的作用,运动状态一定改变。
B.竖直向上抛出的物体,物体竖直上升,是因为受到一个竖直向上的升力。
C.物体只有相互接触才会产生力的作用。
D.同一个物体既可以是施力物体也可以是受力物体。
6.下列关于力的说法正确的是(CD)
A.一个力可能有两个施力物体
B.力的三要素相同,作用效果一定相同
C.物体受到力的作用,其运动状态未必改变
D.物体发生形变时,一定受到力的作用
7.关于力的描述,下面说法正确的是(A)
A.作某力的图示时,若选定的标度不同,那么表示这个力的线段的长度就不同,但箭头的指向是相同的
B.描述力只要用一根带箭头的线段表示出力的大小和方向就可以了
C.两力相同指两力大小相等即可
D.两力相同指两力的大小、方向、施力物体、受力物体都相同,实质上指的同一个力
8.一个物体受到三个力的作用,它们的图示如图3-1-4所示,下面正确的说法是(C)
A.这三个力都相等
B.这三个力中只有F1和F2相等
C.这三个力都不相等
D.这三个力,必定有三个施力物体和三个受力物体
9.关于重心的说法,正确的是(CD)
A.重心就是物体内最重的一点
B.有规则形状的物体,其重心必在物体的几何中心
C.把一物抬到高处,其重心在空间的位置也升高了
D.背跃式跳高运动员,在跃过横杆时,其重心在身体之外
10.关于重力的大小和方向,下列说法中正确的是(A)
A.在地球上方的物体都要受到重力作用,所受的重力与它的运动状态无关,也不管是否存在其他力的作用
B.在地球各处的重力方向都是相同的
C.向上运动的物体所受重力可能小于向下运动的同一物体所受重力
D.对某一物体而言,其重力的大小总是一个恒量,不因物体从赤道移到南极而变化
11.关于四种相互作用,下列说法中正确的是(BCD)
A.使原子核内质子、中子保持在一起的作用是电磁相互作用
B.在天然放射现象中起作用的基本相互作用是弱相互作用
C.万有引力和电磁相互作用是远程力,强相互作用和弱相互作用是近程力
D.地球绕太阳旋转而不离去是由于万有引力作用
12.水平地面上一辆小车的重力是50N,受到与水平面成30°的斜向上的25N的拉力。
试画出小车的重力和拉力的图示(图3-1-5)。
见图3-1-5右图
13、有一条质量均匀分布的长为L的绳子盘在水平地面上,现将它竖直向上拉起,当它的下端恰好离地时,它的重心位置升高了多少?
L/2
14.如图3-1-6所示,把一边长为lm的匀质立方体,绕bc棱翻倒,当AbcD平面处于竖直位置时,它的重心位置升高了多少?
0.2m
二弹力
【要点导学】
1.物体在外力的作用下,所发生的或的改变叫形变,在外力停止作用后,能够的形变叫弹性形变。
2.发生形变的物体,由于要回复原状,对跟它接触的物体会产生力的作用,这种力叫做弹力.
3.弹力产生的条件:
(1)两物体必须直接接触;
(2)两物体接触处发生形变(相互挤压).
弹力是接触力.互相接触的物体间也不一定有弹力,要看接触处是否发生形变.有些形变不容易看出,可用假设法判定.
4.弹力的方向是从施力物体指向受力物体,与施力物体的形变方向相反.具体地说:
(1)绳的拉力方向总是沿绳而指向绳收缩的方向.
(2)压力的方向垂直于支持面而指向被压的物体,支持力的方向垂直于支持面而指向被支持的物体.
5.胡克定律F=kx
(1)上式适用于发生弹性形变(在弹性限度内)时,弹簧拉伸或压缩形变所产生的弹力的大小计算.
(2)式中的k为弹簧的劲度系数,是弹簧本身的一种物理性质,与外力无关,其大小只与弹簧的长短、粗细及材料有关.
(3)x为弹簧的形变量的大小。
【范例精析】
例1一个物体放在水平地面上,下列关于物体和地面受力情况的叙述中,正确的是()
A.地面受到向下的弹力是因为地面发生了形变
B.地面受到向下的弹力是因为物体发生了形变
C.物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变
D.物体受到向上的弹力是因为物体发生了形变
解析:
地面受到向下的压力,这个压力的施力物是物体,所以应该是因为物体的形变产生了对地面的压力,故B是正确的选项。
物体受到向上的弹力,这个弹力的施力物是地面,所以应该是地面的形变产生了对物体的弹力,故C也是正确的选项。
本题正确的选项是BC。
拓展:
通过本题可以看出,弹力也是成对产生的。
甲对乙挤压使乙产生形变,乙就会对甲产生弹力;同时乙对甲的弹力也使甲产生形变,甲的形变就对乙产生了弹力。
一个物体的形变只能对别的物体产生弹力,不能对自己产生弹力。
正确解答C
例2.如图3-2-1所示,一个球形物体静止于光滑水平面,并与竖直光滑墙壁接触,A、B两点是球跟墙和地面的接出点,则下列说法正确的是()
A.物体受重力、B点的支持力、A点的弹力作用
B.物体受重力、B点的支持力作用
C.物体受重力、B点的支持力、地面的弹力作用
D.物体受重力、B点的支持力、物体对地面的压力作用
解析:
本题要排除二个干扰,一是地面的弹力就是B点的支持力;二是A点有没有弹力,在A点球虽然与墙壁接触但相互间没有挤压,所以在A点没有弹力。
那么怎么样判断A点没有相互挤压的呢?
我们可以用假设法,设想A处的墙壁撤消,球仍然保持静止状态,所以在A处没有弹力。
本题正确的选项是B。
拓展:
在某些接触点处有无弹力难以确定时都可以用上述的假设法判断。
我们设想B处的水平地面撤消,那么球就会下落,这就说明B处是有弹力的。
例如图3-2-2中要判断静止的球与光滑平面AB、BC之间是否有弹力作用?
我们也可以用假设法:
若将AB去掉,看受力物体球仍可以保持静止状态.故球A只受一个弹力N作用.
例3.画出下列物体(物块或球)受到的弹力。
解析:
根据弹力产生的因素:
物体相互接触;物体间有弹性形变。
可画出各物体所受的弹力情况。
拓展:
支持力的方向总是垂直于支持面而指向被支持的物体,与使物体发生形变的外力方向相反.平面与平面接触,弹力方向垂直于平面;平面与曲面接触,弹力方向垂直于平面,也垂直于曲面的切线;曲面与曲面接触,弹力方向垂直于公切线;点与平面接触,弹力方向垂直于平面;点与曲面接触,弹力方向垂直与曲面的切线方向.绳子产生的弹力方向总是沿绳子方向。
例4 一弹簧受到80牛的拉力作用时弹簧伸长为14㎝,弹簧受到40牛的压力作用时,弹簧长度为8㎝,试求该弹簧的劲度系数与原长.
解析:
弹簧受拉力伸长时胡克定律的形式为F1=k(L1-L0),
即80=k(14-L0)
弹簧受压力缩短时胡克定律的形式为F2=k(L0-L2),
即40=k(L0-8),
有上面两式可得到
k=20N/cm,L0=10cm
拓展:
应用胡克定律解题时,一定要正确找出形变量(一般应确定弹簧未形变时端点的位置),即拉伸或压缩的长度,而本题中的14cm和8cm,均指弹簧在某状态时的长度.
【能力训练】
1.产生弹力的条件是______________.接触并且有形变
2.除拉伸或缩短形变外,还有______形变和_______形变。
弯曲,扭转
3.压力和支持力的方向总是_______接触面,压力指向被____的物体,支持力指向被______的物体;绳子的张力(拉力)总是沿着__________的方向.垂直于,压,支持;绳子收缩
4.弹力的大小与发生形变的物体的________有关,还与形变的_____有关;对于发生弹性形变的弹簧而言,弹力与弹簧的形变量(伸长或缩短的长度)成______.一弹簧的劲度系数为500N/m,它表示_______________________________,若用200N的力拉弹簧,则弹簧的伸长量为_____m.材料,程度,正比该弹簧形变量为1m时产生弹力500N0.4
5.关于弹性形变的概念,下列说法中正确的是( D )
A.物体形状的改变叫弹性形变
B.物体在外力停止作用后的形变,叫弹性形变
C.一根铁杆用力弯折后的形变就是弹性形变
D.物体在外力停止作用后,能够恢复原来形状的形变,叫弹性形变
6.关于弹力下列说法正确的是(BCD)
A.静止在水平面上的物体所受的重力就是它对水平面的压力
B.压力、支持力、绳中的张力都属于弹力
C.弹力的大小与物体的形变程度有关,在弹性限度内形变程度越大,弹力越大
D.弹力的方向总是与施力物体恢复形变的方向相同
7物体A受到外力作用发生弹性形变时,发生形变的物体A对使它发生形变的物体B产生弹力作用,下列说法中正确的是(CD)
A.物体A先发生形变,后产生弹力
B.物体A先产生弹力,后发生形变
C.弹力和形变是同时产生同时变化的
D.物体A由于形变而对物体B产生了弹力作用
8.如图3-2-5所示,物体A静止在斜面B上.下列说法正确的是(CD)
A.斜面B对物块A的弹力方向是竖直向上的
B.物块A对斜面B的弹力方向是竖直向下的
C.斜面B对物块A的弹力方向是垂直斜面向上的
D.物块A对斜面B的弹力方向跟物块A恢复形变的方向是相同的
9关于弹簧的劲度系数k,下列说法正确的是(B)
A.与弹簧所受的拉力大小有关,拉力越大,k值也越大
B.由弹簧本身决定,与弹簧所受的拉力大小及形变程度无关
C.与弹簧发生的形变的大小有关,形变越大,k值越小
D.与弹簧本身特性,所受拉力的大小.形变大小都无关
10如图3-2-6所示,小球A系在坚直拉紧的细绳下端,球恰又与斜面接触并处于静止状态,则小球A所受的力是(A)
A.重力和绳对它的拉力
B.重力、绳对它的拉力和斜面对它的弹力
C.重力和斜面对球的支持力
D.绳对它的拉力和斜面对它的支持力
11画出图中A物体所受弹力的示意图
12.将G=50N的物体悬挂在轻质弹簧上,弹簧伸长了2.0cm,静止时弹簧的弹力是多大?
弹簧的劲度系数多大(如图甲)将弹簧从挂钩处摘下,在0点施加一个竖直向上的50N的拉力(图乙),物体仍然静止,那么弹簧的伸长量又是多少?
50N,2500N/m2.0cm
13.如图3-2-9所示,是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系图,下列说法中正确的是(BC)
A.弹簧的劲度系数是2N/m
B.弹簧的劲度系数是2X103N/m
C.当弹簧受F2=800N的拉力作用时,弹簧伸长为x2=40cm
D.当弹簧伸长为x1=20cm时,弹簧产生的拉力是F1=200N
三摩擦力
【要点导学】
1.两个物体相互接触,当有相对滑动的趋势,但又保持相对静止状态时,在它们接触面上出现的阻碍相对滑动的静摩擦力。
(1)产生条件:
两物体必须接触且接触面粗糙;有正压力;有相对滑动趋势
(2)静摩擦力方向:
沿接触面且与相反。
静摩擦力大小:
随外力的变化而变化。
一般与迫使物体发生相对运动的外力(或沿着接触面的分量)大小相等。
(3)静摩擦力有一个最大值,它是物体即将开始相对滑动时的静摩擦力,即最大静摩擦力。
2.两个互相接触且有相对滑动的物体,在它们的接触面上会产生阻碍相对运动的摩擦力,称为滑动摩擦力。
(1)产生条件:
;;。
(2)滑动摩擦力方向:
沿接触面且与相反。
(3)滑动摩擦力的大小:
滑动摩擦力的大小与两物体间的压力成正比,即Ff=μFN,其中μ为动摩擦因数,无单位,它与接触面的材料、接触面的粗糙程度有关,而与物体间的相对速度的大小、接触面的大小、压力的大小无关。
【范例精析】
例1.关于摩擦力的说法,下列说法中正确的是()
A.两个接触的相对静止的物体间一定有摩擦力
B.受静摩擦作用的物体一定是静止的
C.滑动摩擦力方向一定与运动方向相反
D.物体间正压力一定时,静摩擦力的大小可以变化,但有一个限度
解析:
两个相对静止的物体间不一定有静摩擦力,还要看它们间是否有相对滑动趋势。
例如静止在水平地面上的汽车,它们之间就没有静摩擦力。
受静摩擦力作用的物体不一定是静止的,例如与倾斜的匀速运动的输送带相对静止的物体,物体与输送带之间有相对滑动的趋势,所以有静摩擦力存在,但物体并不是静止的。
产生静摩擦力时只要与接触面相对静止就行了。
上述的输送带如突然加速,物体就可能受到与运动方向一致的滑动摩擦力。
所以A、B、C三个选项都是错的。
在正压力一定时,静摩擦力的大小可以因外力的变化而变化,但不能超过最大静摩擦力,这就是一个限度。
本题目正确的选项是D。
拓展:
(1)不管静摩擦还是滑动摩擦力的方向,都要注意与接触面的“相对性”
(2)值得注意的是,正压力变化时静摩擦力不一定变化,但最大静摩擦力肯定变化。
例2要使木块在水平木桌上滑动受到的摩擦力小些,下列措施中有效的是()
A.将木块和木桌的接触面刨光滑些 B.在木桌表面上垫一张平整的铁皮
C.使木块的滑动速度增大 D.减小木块与桌面的接触面积
解析:
影响滑动摩擦力大小的因素有两个,一是正压力的大小,二是动摩擦因数。
本题中正压力不变,只要考虑动摩擦因数的大小。
动摩擦因数的大小与接触面的光滑程度和接触面的材料有关,A选项正确。
根据教材的表格,木与木之间的动摩擦因数是0.3,而木与金属之间的动摩擦因数为0.2,所以B选项正确。
动摩擦因数与运动速度无关(汽车刹车时路面摩擦因数改变是因为温度变化)所以C选项错误。
动摩擦因数与接触面积无关,D选项错误。
本题目正确选项为AB。
拓展:
正因为动摩擦因数与接触面积的大小无关,所以一块匀质长木板在水平桌面上滑动时,在它伸出桌面的长度小于总长度的1/2的情况下,木板所受滑动摩擦力不变。
例3如图3-3-1所示,用50N的水平推力F将重24N的物块压在竖直墙面上,物块沿墙面下滑,物块与墙面间的动摩擦因数μ=0.4,求:
墙面对物块的摩擦力大小。
解析:
由题意可知,物块与墙面间存在滑动摩擦力,物块与墙面间存在相互作用力,即:
墙面对物块的弹力和物块对墙面的压力,它们大小相等。
而水平推力与墙面对物块的弹力相平衡,故物块对墙面的压力大小与水平推力大小相等,即:
FN=50N,根据Ff=μFN可得:
Ff=0.4×50N=20N。
拓展:
有同学误认为物块对墙面的压力大小FN与物体的重力大小相等,这完全是没有真正理解正压力的含义,而是死记住初中阶段学习摩擦力时,压力大小等于重力大小这类简单问题。
如图3-3-2所示,甲、乙、丙三个物体的质量相等,与地面的动摩擦因数相同,受到三个大小相同的作用力,当它们滑动时,受到的摩擦力大小的情况,下列说法正确的是:
( )
A.甲、乙、丙三个物体所受摩擦力大小相等
B.甲受到的摩擦力最大
C.乙受到的摩擦力最大
D.丙受到的摩擦力最大
由于F‘N乙> F’N丙>F‘N甲
故物块所受滑动摩擦力大小关系:
Ff乙>Ff丙>Ff甲,选项C正确。
【能力训练】
1当一个物体在另一个物体的表面上________另一个物体______时,要受到另一个物体阻碍它__________的力,这种力叫做滑动摩擦力,研究滑动摩擦力时我们选择的参考系是相互滑动的两物体中我们认为________的那个物体,滑动摩擦力的方向总是与___________方向相反.相对于,滑动,相对滑动,静止,相对滑动
2.滑动摩擦力的大小可以用公式Ff=μFN,其中FN叫做_______,它属于_______,方向与接触面______;叫做_____________,它与接触面的_______及_________有关.压力,弹力,垂直;动摩擦因数,材料,粗糙程度
3.产生静摩擦力的条件是_______、________、___________.静摩擦力的方向总是与_________________________相反,静摩擦力的大小可以在____________范围内变化.有弹力、并且有相对滑动的趋势,相对滑动趋势的方向,零到最大静摩擦力
4.如图3-3-3所示,用力F将质量为1kg的物体压在竖直墙上,F=50N.方向垂直于墙,若物体匀速下滑,物体受到的摩擦力是______N,动摩擦因数是______,若物体静止不动,它受到的静摩擦力是______N,方向______.若撤去力,当铁块沿着墙壁自由下落时,铁块受到的滑动摩擦力(g=10N/kg)10,0.2,10竖直向上,0
5.关于摩擦力,下列说法正确的是(A)
A.物体受到摩擦力作用时,一定受到弹力作用
B.只有运动的物体才能受到滑动摩擦力作用
C.具有相对运动的两物体间一定存在滑动摩擦力作用
D.摩擦力的方向与物体运动方向相反
6下列关于摩擦力的说法正确的是(D)
A.摩擦力的方向总与物体的运动方向相反
B摩擦力的大小与相应的正压力成正比
C.运动着的物体不可能受静摩擦力作用,只能受滑动摩擦力作用
D.静摩擦力的方向与接触物体相对运动的趋势方向相反
7关于动摩擦因数μ,下列说法正确的是(D)
A.两物体间没有摩擦力产生说明两物体间的动摩擦因数μ=0
B.增大两物体的接触面积,则两物体间的动摩擦因数增大
C.增大两物体间的正压力,则两物体间的动摩擦因数增大
D.两物体的材料一定,两物体间的动摩擦因数决定于两接触面的粗糙程度
8.物体与支持面间有滑动摩擦力时,下列说法中正确的是(D)
A.物体与支持面间的压力越大,滑动摩擦力就越大;
B.物体与支持面间的压力不变,动摩擦因数一定,速度越大,滑动摩擦力就越大;
C.物体与支持面间的压力不变,动摩擦因数一定,接触面越大,滑动摩擦力就越大;
D.物体与支持面的压力一定,材料越粗糙,滑动摩擦力
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