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21相互作用
2.1、力的相互作用(作者:
胡光安)
【考纲说明】
1、重力、弹力、摩擦力:
掌握静摩擦力、滑动摩擦力、动摩擦因数。
2、理解力的合成与分解
3、理解共点力的平衡
【知识梳理】
1、力是物体对物体的作用。
2、物体间力的作用是相互的。
(一个物体对别的物体施力时,也同时受到后者对它的力)。
3、力的作用效果:
力可以改变物体的运动状态,还可以改变物体的形状。
(物体形状或体积的改变,叫做形变。
)
4、力的单位是:
牛顿(简称:
牛),符号是N。
1牛顿大约是你拿起两个鸡蛋所用的力。
5、力的三要素是:
力的大小、方向、作用点,叫做力的三要素,它们都能影响力的作用效果。
6、力的示意图就是用一根带箭头的线段来表示力。
具体的画法是:
(1)用线段的起点表示力的作用点;
(2)沿力的方向画一条带箭头的线段,箭头的方向表示力的方向;
(3)若在同一个图中有几个力,则力越大,线段应越长。
有时也可以在力的示意图标出力的大小。
7、物体受力发生形变,外力撤掉以后,物体能恢复到原来形状的特性叫做弹性。
物体由于弹性形变而产生的力叫做弹力。
8、实验室测力的工具是:
弹簧测力计。
9、弹簧测力计的原理:
在弹性限度内,弹簧的伸长与受到的拉力成正比。
即弹簧受到的拉力越大,弹簧的伸长就越长。
10、弹簧测力计的用法:
(1)要检查指针是否指在零刻度,如果不是,则要调零;
(2)认清最小刻度和测量范围;
(3)轻拉秤钩几次,看每次松手后,指针是否回到零刻度,
(4)测量时弹簧测力计内弹簧的轴线与所测力的方向一致;
(5)观察读数时,视线必须与刻度盘垂直。
(6)测量力时不能超过弹簧测力计的量程。
11、地面附近物体由于地球吸引受到的力叫重力。
重力方向是竖直向下的。
12、重力的计算公式:
G=mg,(式中g是重力与质量的比值:
g=9.8N/kg,在粗略计算时也可取g=10N/kg);重力跟质量成正比。
13、重垂线是根据重力的方向总是竖直向下的原理制成。
14、重力在物体上的作用点叫重心。
15、两个互相接触的物体,当它们要发生或已经发生相对运动时,就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力,这种力就叫摩擦力。
16、滑动摩擦力的大小跟接触面的粗糙程度和压力大小有关系。
压力越大、接触面越粗糙,滑动摩擦力越大。
17、增大有益摩擦的方法:
增大压力和使接触面粗糙些。
18、减小有害摩擦的方法:
(1)使接触面光滑和减小压力;
(2)用滚动代替滑动;(3)加润滑油;(4)利用气垫。
(5)让物体之间脱离接触(如磁悬浮列车)。
【经典例题】
【例1】
(2013全国新课标理综II第15题)如图,在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用,F平行于斜面向上。
若要物块在斜面上保持静止,F的取值应有一定的范围,已知其最大值和最小值分别为F1和F2(F2>0)。
由此可求出
A.物块的质量
B.斜面的倾角
C.物块与斜面间的最大静摩擦力
D.物块对斜面的压力
【解析】本题考查受力分析、力的分解、摩擦力、平衡条件及其相关知识,意在考查考生分析解决问题的能力。
设斜面倾角为θ,斜面对物块的最大静摩擦力为f。
平行于斜面的外力F取最大值F1时,最大静摩擦力f方向沿斜面向下,由平衡条件可得:
F1=f+mgsinθ;平行于斜面的外力F取最小值F2时,最大静摩擦力f方向沿斜面向上,由平衡条件可得:
f+F2=mgsinθ;联立解得物块与斜面的最大静摩擦力f=(F2-F1)/2.选项C正确。
不能得出物块质量m,不能得出斜面倾角θ,不能得出物块对斜面压力,选项ABD错误。
【答案】C
【例2】
(2013高考重庆理综第1题)如图所示,某人静躺在椅子上,椅子的靠背与水平面之间有固定倾斜角θ。
若此人所受重力为G,则椅子各个部分对他作用力的合力大小为
A.GB.Gsinθ
C.GcosθD.Gtanθ
【解析】人静躺在椅子上,受力平衡,由平衡条件可知椅子各个部分对他作用力的合力大小为G,,选项A正确。
【答案】A
【例3】
(2013高考上海物理第8题)如图,质量mA>mB的两物体A、B叠放在一起,靠着竖直墙面。
让它们由静止释放,在沿粗糙墙面下落过程中,物体B的受力示意图是
【解析】两物体A、B叠放在一起,在沿粗糙墙面下落过程中,由于物块与竖直墙面之间没有压力,没有摩擦力,二者一起做自由落体运动,AB之间没有弹力作用,物体B的受力示意图是图A。
【答案】A
【例4】(2013高考山东理综第14题)如图所示,用完全相同的轻弹簧A、B、C将两个相同的小球连接并悬挂,小球处于静止状态,弹簧A与竖直方向的夹角为30o,弹簧C水平,则弹簧A、C的伸长量之比为
A.
∶4B.4∶
C.1∶2D.2∶1
【解析】把两个小球看作整体,分析受力,由平衡条件可得:
弹簧A的拉力FA=2mg/cos30°,
弹簧C的拉力FC=2mgtan30°,
又FA=kxA,FC=kxC,
联立解得:
弹簧A、C的伸长量之比为:
xA∶xC=1∶cos30°tan30°=2∶1,选项D正确。
【答案】D
【例5】(2013高考北京理综第16题)倾角为α、质量为M的斜面体静止在水平桌面上,质量为m的木块静止在斜面体上。
下列结论正确的是
A.木块受到的摩擦力大小是mgcosα
B.木块对斜面体的压力大小是mgsinα
C.桌面对斜面体的摩擦力大小是mgsinαcosα
D.桌面对斜面体的支持力大小是(M+m)g
【解析】将木块的重力沿平行于斜面方向和垂直于斜面方向分解,平行于斜面方向分力为mgsinα,垂直于斜面方向分力为mgcosα。
由平衡条件可得木块受到的摩擦力大小是f=mgsinα,支持力F=mgcosα,由牛顿第三定律,木块对斜面体的压力大小是mgcosα,选项AB错误。
把木块和斜面体看作整体,分析受力,由平衡条件可知桌面对斜面体的摩擦力大小为零,桌面对斜面体的支持力大小是(M+m)g,选项C错误D正确。
【答案】D
【例6】
(2013高考天津理综物理第5题)如图所示,小球用细绳系住,绳的另一端固定于O点。
现用水平力F缓慢推动斜面体,小球在斜面上无摩擦地滑动,细绳始终处于直线状态,当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平,此过程中斜面对小球的支持力FN以及绳对小球的拉力FT的变化情况是
A.FN保持不变,FT不断增大
B.FN不断增大,FT不断减小
C.FN保持不变,FT先增大后减小
D.FN不断增大,FT先减小后增大
【解析】由于此过程中细线与斜面体斜面的夹角逐渐减小,所以斜面对小球的支持力FN增大。
画出小球受力动态图,由平衡条件可得FT先减小后增大,选项D正确。
【答案】D
【例7】(2013高考广东理综第20题)如图8,物体P静止于固定的斜面上,P的上表面水平,现把物体Q轻轻地叠放在P上,则
A.P向下滑动
B.P静止不动
C.P所受的合外力增大
D.P与斜面间的静摩擦力增大
【解析】设斜面的倾角为θ,加上Q,相当于增加了P的质量,受力分析列平衡方程得f=mgsinθ<μmgcosθ,N=mgcosθ。
当m增加时,不等式两边都增加,不等式仍然成立,即P静止不动,P所受的合外力为零,P与斜面间的静摩擦力f=mgsinθ增大,选项BD正确。
【答案】BD
【课堂练习】
1、(2012海南卷)如图,墙上有两个钉子a和b,它们的连线与水平方向的夹角为45°,两者的高度差为l。
一条不可伸长的轻质细绳一端固定于a点,另一端跨过光滑钉子b悬挂一质量为m1的重物。
在绳子距a端
得c点有一固定绳圈。
若绳圈上悬挂质量为m2的钩码,平衡后绳的ac段正好水平,则重物和钩码的质量比
为()
A.
B.2
C.
D.
2、(2012上海卷)已知两个共点力的合力为50N,分力F1的方向与合力F的方向成30角,分力F2的大小为30N。
则()
A.F1的大小是唯一的B.F2的方向是唯一的
C.F2有两个可能的方向D.F2可取任意方向
3、(2012广东卷)如图3所示,两根等长的轻绳将日光灯悬挂在天花板上,两绳与竖直方向的夹角为45°,日光保持水平,所受重力为G,左右两绳的拉力大小分别为()
A.G和GB.错误!
嵌入对象无效。
和错误!
嵌入对象无效。
C.错误!
嵌入对象无效。
和错误!
嵌入对象无效。
D.错误!
嵌入对象无效。
和错误!
嵌入对象无效。
4、(2012上海卷)如图,竖直轻质悬线上端固定,下端与均质硬棒AB中点连接,棒长为线长的二倍。
棒的A端用铰链墙上,棒处于水平状态。
改变悬线的长度,使线与棒的连接点逐渐右移,并保持棒仍处于水平状态。
则悬线拉力()
A.逐渐减小B.逐渐增大
C.先减小后增大D.先增大后减小
5、(2012天津卷)如图所示,金属棒MN两端由等长的轻质细线水平悬挂,处于竖直向上的匀强磁场中,棒中通以由M向N的电流,平衡时两悬线与竖直方向夹角均为θ,如果仅改变下列某一个条件,θ角的相应变化情况是()
A.棒中的电流变大,θ角变大B.两悬线等长变短,θ角变小
C.金属棒质量变大,θ角变大D.磁感应强度变大,θ角变小
6、(2012海南卷)如图,粗糙的水平地面上有一斜劈,斜劈上一物块正在沿斜面以速度v0匀速下滑,斜劈保持静止,则地面对斜劈的摩擦力()
A.等于零
B.不为零,方向向右
C.不为零,方向向左
D.不为零,v0较大时方向向左,v0较小时方向向右
7、(2012山东卷)如图所示,两相同轻质硬杆
、
可绕其两端垂直纸面的水平轴
、
、
转动,在
点悬挂一重物M,将两相同木块m紧压在竖直挡板上,此时整个系统保持静止。
表示木块与挡板间摩擦力的大小,
表示木块与挡板间正压力的大小。
若挡板间的距离稍许增大后,系统仍静止且
、
始终等高,则
A.
变小B.
不变
C.
变小D.
变大
8、(2012全国新课标)如图,一小球放置在木板与竖直墙面之间。
设墙面对球的压力大小为N1,球对木板的压力大小为N2。
以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴,将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置。
不计摩擦,在此过程中()
A.N1始终减小,N2始终增大
B.N1始终减小,N2始终减小
C.N1先增大后减小,N2始终减小
D.N1先增大后减小,N2先减小后增大
9、(2012浙江卷)如图所示,与水平面夹角为300的固定斜面上有一质量m=1.0kg的物体。
细绳的一端与物体相连。
另一端经摩擦不计的定滑轮与固定的弹簧秤相连。
物体静止在斜面上,弹簧秤的示数为4.9N。
关于物体受力的判断(取g=9.8m/s2).下列说法正确的是()
A.斜面对物体的摩擦力大小为零
B.斜面对物体的摩擦力大小为4.9N,方向沿斜面向上
C.斜面对物体的支持力大小为4.9
N,方向竖直向上
D.斜面对物体的支持力大小为4.9N,方向垂直斜面向上
【课后作业】
1、(2012盐城摸底).如图所示,相隔一定距离的两个相同的圆柱体A、B固定在等高的水平线上,一细绳套在两圆柱体上,细绳下端悬挂一重物。
绳和圆柱体之间无摩擦,当重物一定时,绳越长
A.绳对圆柱体A的作用力越小,作用力与竖直方向的夹角越小
B.绳对圆柱体A的作用力越小,作用力与竖直方向的夹角越大
C.绳对圆柱体A的作用力越大,作用力与竖直方向的夹角越小
D.绳对圆柱体A的作用力越大,作用力与竖直方向的夹角越大
2、(2012南京学情调研).如图所示,物体以一定的初速度在粗糙斜面上向上滑行过程中,关于物体的受力情况,下列说法中正确的是
A.物体受到重力、斜面支持力
B.物体受到重力、斜面支持力、沿斜面向下的摩擦力
C.物体受到重力、斜面支持力、沿斜面向上的冲力
D.物体受到重力、斜面支持力、沿斜面向上的冲力、沿斜面向下的摩擦力
3、(2012栟茶中学一模)如图所示,倾角为θ的斜面体C置于水平面上,B置于斜面上,通过细绳跨过光滑的定滑轮与A相连接,连接B的一段细绳与斜面平行,A、B、C都处于静止状态.则()
A.物块B、C间的摩擦力一定不为零
B.斜面体C受到水平面的摩擦力一定为零
C.水平面对C的支持力与B、C的总重力大小相等
D.不论B、C间摩擦力大小、方向如何,水平面对C的摩擦力方向一定向左
4、(2012上岗中学学情调查).在上海世博会最佳实践区,江苏城市案例馆中穹形门窗充满了浓郁的地域风情和人文特色.如图所示,在竖直放置的穹形光滑支架上,一根不可伸长的轻绳通过轻质滑轮悬挂一重物G.现将轻绳的一端固定于支架上的A点,另一端从B点沿支架缓慢地向C点靠近(C点与A点等高).则绳中拉力大小变化的情况是()
A.先变小后变大
B.先变大后变小
C.先变小后不变
D.先变大后不变
5、(2012苏北四市一模).2011年10月7日-16日在日本东京举行的第43届世界体操锦标赛上,我国选手陈一冰勇夺吊环冠军,成就世锦赛四冠王。
比赛中他先双手撑住吊环,然后身体下移,双臂缓慢张开到图示位置,此时连接吊环的绳索与竖直方向的夹角为θ。
已知他的体重为G,吊环和绳索的重力不计。
则每条绳索的张力为
A.
B.
C.
cosθD.
sinθ
6、(2012苏北四市一模).如图所示,倾角为θ的斜面体放在水平地面上,质量为m的木块通过轻质细线绕过斜面体顶端的定滑轮与质量为M的铁块相连,整个装置均处于静止状态,已知mgsinθ>Mg。
现将质量为m0的磁铁轻轻地吸放在铁块下端,铁块加速向下运动,斜面体仍保持静止。
不计滑轮摩擦及空气阻力。
则与放磁铁前相比
A.细线的拉力一定增大
B.木块所受的合力可能不变
C.斜面对木块的摩擦力可能减小
D.斜面体相对地面有向左运动的趋势
7、(2012无锡期中)斜面放置在水平地面上始终处于静止状态,物体在沿斜向上的拉力作用下沿斜面向上运动,某时刻撤去拉力F,那么物体在撤去拉力后的瞬间与撤去拉力前相比较,以下说法正确的是()
A.斜面对地面的静摩擦力一定不变
B.斜面对地面的静摩擦力一定减小了
C.斜面对地面的压力一定增大了
D.斜面对地面的压力一定减小了
8、(2012黄冈中学9月月考).如图所示,小球用细线拴住放在光滑斜面上,用力推斜面向左运动,小球缓慢升高的过程中,细线的拉力将:
()
A.先增大后减小
B.先减小后增大
C.一直增大
D.一直减小
9、(2012黄冈中学9月月考)用平木板、细绳套、橡皮条、测力计等做“验证力的平行四边形法则”的实验,为了使实验能够顺利进行,且尽量减小误差,你认为下列说法或做法能够达到上述目的的是__________________
A.用测力计拉细绳套时,拉力应沿弹簧的轴线,且与水平木板平行
B.两细绳套必须等长
C.同一次实验两次拉细绳套须使结点到达同一位置
D.用测力计拉两个细绳套时,两拉力夹角越大越好
10、(2012如皋中学).如图所示,F1、F2、F3恰好构成封闭的直角三角形,这三个力的合力最大的是()
11、(2012如皋中学)一个静止的质点,在两个互成锐角的恒力F1、F2作用下开始运动,经过一段时间后撤掉其中的一个力,则质点在撤去该力前后两个阶段中的运动情况分别是()
A.匀加速直线运动,匀减速直线运动B.匀加速直线运动,匀变速曲线运动
C.匀变速曲线运动,匀速圆周运动D.匀加速直线运动,匀速圆周运动
12、(2012黄冈中学期中).如图所示,A、B两物块叠放在一起,在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动,运动过程中B受到的摩擦力()
A.方向向左,大小不变
B.方向向左,逐渐减小
C.方向向右,大小不变
D.方向向右,逐渐减小
13、(2012黄冈中学期中)如图所示,一质量为m的物块恰好沿着倾角为
的斜面匀速下滑。
现对物块施加一个竖直向下的恒力F。
则物块()
A.将减速下滑
B.将加速下滑
C.继续匀速下滑
D.受到的摩擦力增大
14、(2012泰兴期中调研)如图所示,三根长度均为L的轻绳分别连接于C、D两点,A、B两端悬挂在水平天花板上,相距为2L。
现在C点悬挂一个质量为m的重物,为使CD绳保持水平,在D点应施加的最小作用力为()
A.mgB.
mgc.
mgD.
mg
15、(2012北京海淀期中).某同学用如图1所示的实验装置验证“力的平行四边形定则”。
将弹簧测力计A挂于固定点P,下端用细线挂一重物M。
弹簧测力计B的挂钩处系一细线,把细线的另一端系在弹簧测力计A下端细线上的O点处,手持弹簧测力计B水平向左拉,使O点缓慢地向左移动,且总保持弹簧测力计B的拉力方向不变。
不计弹簧测力计所受的重力,两弹簧测力计的拉力均不超出它们的量程,则弹簧测力计A、B的示数FA、FB的变化情况是()
A.FA变大,FB变小B.FA变小,FB变大
C.FA变大,FB变大D.FA变小,FB变小
16、(2012常州中学期中)在第十一届全运会男子举重56公斤级比赛中,龙清泉以302公斤的总成绩获得冠军,并以169公斤超该级别挺举世界纪录。
如图所示,设龙清泉所举杠铃的总重为G,杠铃平衡时每只手臂与竖直线所成的夹角为30°,则他每只手臂承受的张力为()
A.
B.
C.
D.G
17、(2012常州中学自主选拔).近代科学告诉我们,自然界中只存在四种相互作用力,它们是万有引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。
下列有关力说法正确的是()
A.任何两物之间的吸引力就是万有引力
B.力学中的弹力、摩擦力、浮力是电磁力
C.只要两物之间作用力很大时,此力就叫强相互作用力,作用距离无要求
D.弱相互作用力是微观粒子之间的一种作用力,作用距离约10-10m
18、(2012朝阳区期中).如图所示的装置中,小球的质量均相同,弹簧和细线的质量均不计,一切摩擦忽略不计,平衡时各弹簧的弹力分别为F1、F2、F3,其大小关系是
A.F1=F2=F3B.F1=F2
19、(2012广东六校联考).用三根轻绳将质量为m的物块悬挂在空中,如图所示.已知绳ac和bc与竖直方向的夹角分别为30°和60°,则绳ac和绳bc中的拉力分别为()
A.
mg,
mgB.
mg,
mg
C.
mg,
mgD.
mg,
mg
答案:
A
20、(2012广东六校联考).如图所示,物体A靠在竖直墙壁上,在力F的作用下,A、B保持静止,此时物体B的受力个数为()
A.2
B.3
C.4
D.5
21、(2012孝感一模)如图1所示,一根不可伸长的轻绳穿过轻滑轮,两端系在高度相等的A、B两点,滑轮下挂一物体,不计轻绳和轻滑轮之间的摩擦.今让B缓慢向右移动,则下列说法正确的是
A.
随着B向右缓慢移动,绳子的张力减小
B.随着B向右缓慢移动,绳子的张力不变
C.随着B向右缓慢移动,滑轮受绳AB的合力变小
D.随着B向右缓慢移动,滑轮受绳的合力不变
22、(2012上海市12月10校联考)如图所示,a为水平输送带,b为倾斜输送带。
当行李箱随输送带一起匀速运动时,下列判断中正确的是()
A.a上的行李箱受到重力、支持力和摩擦力作用
B.b上的行李箱受到重力、支持力和摩擦力作用
C.a上的行李箱受到所受支持力与重力是一对作用力与反作用力
D.b上的行李箱受的支持力与重力是一对平衡力
23、(2012三门峡上学期调研)如图所示,在粗糙水平地面上放着一个截面为四分之一圆弧的柱状物体A,A的左端紧靠竖直墙,A与竖直墙之间放一光滑圆球B,整个装置处于静止状态,若把A向右移动少许后,它们仍处于静止状态,则下列正确的是
A.球B对墙的压力减小B.球B对墙的压力不变
C.地面对物体A的摩擦力减小D.地面对物体A的摩擦力不变
24(2012上岗中学学情调查).如图所示,质量M=
kg的木块A套在水平杆上,并用轻绳将木块A与质量m=
kg的小球相连。
今用跟水平方向成α=300角的力F=
N,拉着球带动木块一起向右匀速运动,运动中M、m相对位置保持不变,取g=10m/s2。
求:
(1)运动过程中轻绳与水平方向夹角θ;
(2)木块与水平杆间的动摩擦因数为μ。
25、(2012栟茶中学一模).在探究求合力的方法时,先将橡皮条的一端固定在水平木板上,另一端系上两根带有绳套的细绳。
实验时,需要两次拉伸橡皮条,一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成角度的拉橡皮条,另一次是用一个弹簧秤通过细绳拉橡皮条。
①实验中两次拉伸橡皮条,以下注意事项正确的是(填字母代号)。
A.将橡皮条拉伸相同长度即可B.将橡皮条沿相同方向拉到相同长度
C.将弹簧秤都拉伸到相同刻度D.将橡皮条和绳的结点拉到相同位置
②以下观点对减小实验误差有益的说法是(填字母代号)。
A.两细绳必须等长
B.弹簧秤、细绳、橡皮条都应与木板平行
C.用两弹簧秤同时拉细绳时两绳套方向应成900角,以便算出合力大小
D.拉橡皮条的细绳要长些,标记同一细绳方向的两点要远
26、(2012无锡期中)、
(1)在“验证力的平行四边形定则”的实验情况如图中甲所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳的结点,OB和OC为细绳,图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.
(a)图乙中的F与F′两力中,方向一定沿AO方向的是.
(b)本实验采用的科学方法是
A.理想实验法B.等效替代法
C.控制变量法D.建立物理模型法
(2)为了测量某一弹簧的劲度系数,将该弹簧竖直悬挂起来,在自由端挂上不同质量的砝码,实验测出了砝码的质量m与弹簧长度l的相应数据,其对应点已在图上标出.(g取9.8m/s2)
(a)作出m-L的关系图线.
(b)弹簧的劲度系数为N/m..(取三位有效数字)
【参考答案】
【课堂练习】
1、C2、C3、B4、A5、A6、A7、BD8、B9、A
【课后作业】
1、A2、B3、D4、D5、A6、ACD7、A8、B9、AC10、C11、B12、A13、CD14、C15、C16、B17、C18、A19、A20、C21、D22、B23、AC
24、
(1)解:
设细绳对B的拉力为T,由平衡条件可得:
解得
,即
(2)又设细绳对A的拉力为
,有:
25、
(1)BD
(2)BD
26、
(1)(a)
;(b)B
(2)(a)如图所示
(b)0.248~0.262
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