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02静力学
第二章 静力学
本章知识要点:
1.力是物体间的相互作用,是物体发生形变的原因。
力是矢量,力的合成和分解;2.力矩。
3.重力是物体在地球表面附近所受到的地球对它的引力。
重心。
4.形变和弹力,胡克定律。
5.静摩擦,最大静摩擦力。
6.滑动摩擦,滑动摩擦力。
7.共点力作用下物体的平衡。
要点分析:
静力学是整个高中物理学的基础,关于受力分析、摩擦力、力的处理方法及物体平衡等是历年来高考的重点内容。
本章知识与日常生活实践联系紧密,如人体力学、桥梁建筑力学以及各种与力学有关的现象,都是出综合题的好素材。
本章知识还与牛顿定律、动量、功能、气体性质、电磁学等内容关联较紧,是历年考查的热点。
第1课时
§2-1力的概念弹力
【教学内容】力的基本概念
【知识目标】①理解掌握力的基本概念;②灵活解释日常生活中有关力的现象;③学会应用基本概念解决实际问题。
【能力目标】①力是日常生活中最为常见的物理现象,通过观察和分析日常生活,培养学生的分析能力和观察能力;②培养学生的运用所学知识解决生产生活中的有关实际问题;③培养学生综合分析问题的能力和创新意识。
【教学过程】
一、双基训练
1、基本概念填空
(1)力的定义为力是物体对物体的作用。
要有力,必须有两个物体。
其中一个是施力物体,另一个是受力物体。
离开两个物体就谈不上力。
(2)力的作用效果有两个,分别是改变物体的运动状态和使物体发生形变。
(3)力的三要素是力的大小、方向和作用点,画力的图示的三个步骤是:
①确定标度;②从力的作用点出发,沿力的作用线画一条线段,由力的大小确定线段的长度;③在线段末端标上箭头表示力的方向。
(4)力的分类:
按性质分有:
重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等
按效果分有:
拉力、压力、动力、阻力、向心力、回复力、下滑力等。
(5)测量力的工具通常有:
弹簧秤、测力计。
测量质量的工具有:
天平、杆秤、磅秤等。
(6)力是矢量。
比如:
-5N>3N,1N<-8N(填>、=、<)。
因此,“+”“-”仅表示力的方向。
(7)产生重力的原因是由于地球的吸引。
其方向总是竖直向下。
(8)物体所受重力与物体的质量有关;与运动状态无关。
(9)重心是指物体各部分所受重力的合力的作用点。
它与物体的_形状和质量分布_有关。
物体的重力随着高度增大而减小;随着纬度增大而增大。
(10)产生弹力的条件是:
相互接触、发生形变。
其方向是垂直接触面并指向被支持的物体。
(11)对于弹簧在弹性限度内,其弹力的大小可由胡克定律计算。
(12)判断弹力有无的方法是:
假设法
2、关于力,下列说法中正确的是:
(BC)
A.物体受几个力作用时,运动状态一定发生改变;
B.在任何地方1千克力均为9.8N;
C.力学中常见的力有重力、弹力、摩擦力;
D.按力的性质,力可分为拉力、支持力、压力等
3、关于重力的说法正确的是:
(D)
A.重力的方向总是指向地心;
B.重力的大小可以用弹簧秤和杆秤直接测量;
C.物体重力的大小等于它压在水平支持物上的力的大小;
D.重力的施力物体是地球。
4、关于物体的重心,下列说法中正确的是:
(B)
A.重心就是物体内最重的一点;
B.重心是物体各部分所受重力的合力的作用点;
C.任何有规则形状的物体,它的重心必在其几何中心;
D.重心是物体所受重力的作用点,所以重心总是在物体上,不可能在物体外
5、关于弹力,下面不正确的说法是:
(B)
A.通常所说的压力、支持力和绳的拉力都是弹力;
B.轻绳、轻杆上产生的弹力的方向总是在绳、杆的直线上;
C.两物体相互接触可能有弹力存在;
D.压力和支持力的方向总是垂直于接触面
二、能力提高
6、一根劲度系数为103N/m的弹簧,在受500N的力作用时,长度为63cm,当不受外力作用时,弹簧的长度可能为:
(BC)
A.83cm;B.13cm;C.113cmD.38cm
★注:
对于弹簧,要注意有伸长与压缩两种状态。
7、一根大弹簧内套一根小弹簧,大弹簧比小弹簧长0.2m,它们的一端平齐并固定,另一端自由如左图所示,当压缩此组合弹簧时,测得力与压缩距离之间的关系图线如右图所示,求大、小弹簧的劲度系数k1和k2。
(k1=10N/m,k2=20N/m)
★注:
轻弹簧没有重力,内部弹力处处相等。
三、学科内综合
【例题精解】如图所示,劲度系数为k1的轻质弹簧两端分别与质量为m1、m2的物块1、2栓接,劲度系数为k2的轻质弹簧上端与物块2栓接,下端压在桌面上(不栓接),整个系统处于平衡状态。
现施力将物块1缓慢地竖直上提,直到下面那个弹簧的下端刚脱离桌面。
在此过程中,物块2上升的距离是多少?
物块1上升的距离是多少?
('96,全国)
解:
原来K1的压缩量为x1=m1g/k1,K2的压缩量为x2=(m1+m2)g/k2
向上提起m1后,弹簧1的变化量为x1'=m2g/k1,弹簧2的变化量为x2'=0
故物块2上升的距离为:
∆x2=(m1+m2)g/k2。
(即弹簧原来的压缩量)
物块1上升的距离为:
∆x1=x1+x2+x1'=(m1+m2)g(k1+k2)/k1k2
★小结:
对于轻质弹簧类问题,要注意同一轻弹簧内部张力处处相等;弹簧有压缩与伸长两种状态,要注意伸长变化的关系。
8、如图所示,两木块的质量分别为ml和m2,两轻质弹簧的劲度系数分别为kl和k2,上面木块压在上面的弹簧上(但不拴接),整个系统处于平衡状态,现缓慢向上提上面的木块,直到它刚离开上面弹簧,在这过程中下面木块移动的距离为('99,全国)
A.
B.
C.
D.
解:
原来K1的压缩量为x1=m1g/k1,K2的压缩量为x2=(m1+m2)g/k2
撤去m1后,K2的压缩量为x2'=m2g/k2,故∆x2=m1g/k2.
第2课时
§2-2摩擦力概念
【教学内容】摩擦力
【知识目标】①理解掌握摩擦力的基本概念;②灵活解释日常生活中有关摩擦力的现象;③学会应用基本概念解决实际问题。
【能力目标】①摩擦力在日常生活中最为常见,通过观察和分析日常生活,培养学生的分析能力和观察能力;②培养学生的运用所学知识解决生产生活中的有关实际问题;③培养学生综合分析问题的能力和创新意识。
【教学过程】
一、双基训练
1.判断下列说法的正误,并说明理由
A、相互接触的物体间必有弹力,因而也有摩擦力;()____________
B、有摩擦力,必有弹力;有弹力,不一定有摩擦力;()_____________
C、有相对运动的物体间一定有摩擦力;()_________________
D、滑动摩擦力方向总与物体运动方向相反;()____________
E、静摩擦力方向可以与物体运动方向相同、相反或垂直;()_________
(错,对,错,错,对)
2、关于摩擦力,下列说法中错误的是(C)
A.滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动
B.摩擦力与物体运动方向有时是一致的;
C.摩擦力的方向与物体运动方向总是在同一直线上;
D.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
3、如图,A叠在B上,B放在斜面上,处于静止状态,下述正确的是:
(BD)
A.B相对A与相对斜面的运动趋势方向相同;
B.B相对A的运动趋势方向沿斜面向上,相对斜面的运动趋势沿斜面向下;
C.A对B的静摩擦力的方向沿斜面向上;
D.斜面相对B的运动趋势方向沿斜面向上。
4、甲、乙两图中,A、B在力F作用下一起以相同速度沿力F方向作匀速运动。
则物体A所受摩擦力方向为:
(D)
A.甲、乙两图中A受摩擦力方向均与F相同;
B.甲、乙两图中A受摩擦力方向均与F相反;
C.甲、乙两图中A物体均不受摩擦力;
D.甲图中A不受摩擦,乙图中A受摩擦力方向和F相同。
二、能力提高
5、如图是主动轮P通过皮带带动从动轮Q的示意图,A与B、C与D分别是皮带与轮缘相互接触的点,则下面判断正确的是:
(ACD)
A.如果皮带不打滑,此时A与B、C与D处于相对静止状态;
B.B点相对于A点运动趋势的方向与B点的运动方向相反;
C.D点相对C点运动趋势的方向与C点的运动方向相反;
D.主动轮受到的摩擦力是阻力,从动轮受到的摩擦力是动力。
★注:
不打滑的皮带轮间,同一轮上具有相同的角速度,同一皮带上(包括与皮带接触的各点)具有相同的线速度。
6、如图,物体A、B一起叠放在水平地面上,外力F作用于物体A上,使它们一起向右运动。
试分析物体B受到的摩擦力方向。
析:
若匀速运动,则fB=0;若加速运动,则fB向右;右减速运动,则fB向左.
三、学科内综合
【例题精解】如图所示,放在水平桌面上的物体A重为10N,物体B重5N。
A、B间用绳通过定滑轮相连,处于静止状态。
现在A上施一外力F,当F的值由零逐渐增大到10N的过程中,物体A始终静止。
试讨论A所受静摩擦力的大小、方向如何变化。
解析:
当F=0时,A所受的摩擦力为5N,方向向左;当F由0增大到5N时,静摩擦力逐渐减小至0,方向向左;当F由5N增大到10N的过程中,摩擦力由0增大到5N,方向向右。
★小结:
要注意矢量的方向性,由于方向不同而出现多种可能的答案。
7、汽车在平直公路上匀速前进,则(设驱动轮在后)(C)
A.前、后轮受到的摩擦力均向后;B.前轮受到的摩擦力向前,后轮受到的摩擦力向后;
C.前轮受到的摩擦力向后,后轮受到的摩擦力向前;D.前后轮均不受到摩擦力
★扩展:
人走路时的摩擦力方向?
拖拉机轮子受摩擦力方向?
越野赛车等?
8、如图所示,一重为80N的物体被两挡板夹住,动摩擦因数为0.5,两板两边分别施以100N的压力。
现要用一平行于木板的水平力将物体匀速拉出,则此水平力的大小方向如何?
解:
分析物体受力如图所示,由于物体是被匀速拉出,故受力平衡。
由图可知,摩擦力的方向是沿F与G合力的反方向,即物体运动的速度方向是沿F与G的合力方向。
故f=2μN=2⨯100⨯0.5=100N,G=80N
故F=
=60N。
方向水平向外。
讨论:
若要将物体水平匀速拉出,则外力的最小值如何?
【小结】本题考查摩擦力的方向,即摩擦力总是与相对运动方向相反。
第3课时
§2-3摩擦力大小计算
【教学内容】摩擦力的大小计算
【知识目标】①理解掌握摩擦力的计算公式;②灵活运用摩擦力公式计算有关问题;③学会应用所学知识解决实际问题。
【能力目标】①力是日常生活中最为常见的物理现象,通过观察和分析日常生活,培养学生的分析能力和观察能力;②培养学生的运用所学知识解决生产生活中的有关实际问题;③培养学生综合分析问题的能力和创新意识。
【教学过程】
★补:
静摩擦力和动摩擦力关系。
将一物块放在水平木块上,然后缓慢抬起木块一端,使夹角θ增大,则其摩擦力与θ变化关系有:
相对木块静止时:
f静=mgsinθ
相对木块滑动时:
f滑=μmgcosθ.
一、双基训练
1、判断下列说法正误,并说明理由
(1)对于同一物体,正压力越大,则其受到的滑动摩擦力就越大;()_____________________
(2)物体运动越快,滑动摩擦力就越大;()________________________
(3)物体所受牵引力越大,静摩擦力就越大;()________________________
(4)滑动摩擦力与物体间的接触面的粗糙程度有关;()_____________________
(5)物体质量越大,所受摩擦力越大。
()_______________________
(正确,错误,错误,正确,错误)
2、关于由滑动摩擦力公式推出的μ=f/N,下面说法正确的是:
(D)
A.动摩擦因数μ与摩擦力f成正比,f越大,μ越大;
B.动摩擦因数μ与正压力N成反比,N越大,μ越小;
C.μ与f成正比,与N成反比;
D.μ的大小由两物体接触面的情况及其材料决定,与f、N大小无关
3、用手施水平力将物体压在竖直墙壁上,这时:
(C)
A.如物体静止,压力加大,物体受的静摩擦力也加大;
B.如物体静止,压力减小,物体受的静摩擦力也减小;
C.如物体静止,物体所受静摩擦力为定值,与压力大小无关;
D.如物体静止,增大物体重力,物体受的静摩擦力仍不变,为原来的大小。
4、重15牛的物体与地面的动摩擦因数为0.2,速度方向如图所示,若物体受到合力为10N,则水平的作用力F之值为:
(C)
A.10N;B.13N;C.7N;D.40N。
二、能力提高
5、如图所示,一木块放在水平面上,在水平方向共受到三个力,即F1=10N、F2=2N和摩擦力作用,木块处于静止状态。
若撤去力F1,则木块在水平方向受到的合力为:
('92,全国)(D)
A.10N,方向向左;B.6N,方向向右;C.2N,方向向右;D.零
6、在粗糙水平地面上放一物体A,A上再放一质量为m的物体B,A、B之间的动摩擦因数为μ,施一水平力F于A,试计算下列情况下,A对B的摩擦力大小
①当A、B一起匀速运动时,f=________;(0)
②当A、B一起以加速度a向右匀加速运动时,f=_______;(ma)
③当F足够大,以至A、B发生相对运动时,f=________;(μmg)
④当A、B发生相对运动,且B物体的
伸于A的外面时,f=______;(μmg)
7、如图所示,甲、乙、丙三个物体,质量相同,与地面动摩擦因数相同,受到三个大小相同的作用力F,它们受到的摩擦力的大小关系是:
(D)
A.三者相同;B.乙最大;C.丙最大;
D.已知条件不够,无法判断谁最大。
析:
不知道物体的运动状态,故无法判断是静摩擦还是滑动摩擦力。
三、学科内综合
【例题精解】一物块m从某曲面上的Q点自由滑下,通过一粗糙的静止传送带后,
落到地面P点(如图),若传送带的皮带轮沿逆时针方向转动起来,使传送带也随之运动,再把该物块放到Q点自由滑下,那么:
A.它仍落在P点;B.它将落在P点左边;
C.它将落在P点的右边;D.无法判断落点,因为它可能落不到地面上来。
析:
对于下滑的物体,由于受到皮带的滑动摩擦力没有变化,相对地面的位移也没有变化,滑上皮带时的初速度也没有变化,物体一直做减速运动,故落地点不变。
讨论:
若皮带顺时针转动呢?
则若v皮>v0,则物体将加速运动,物块将落在P点右边;若v皮 选A。 ★小结: 决定物体运动状态的因素是合外力和初速度,与物体间的相对运动快慢无关。 注意参照物的选择—通常取大地为参照。 8、把一重为G的物体用一个水平的推力F=kt(k为恒量,t为时间)压在竖直的足够高的平整的墙上,则在t=0开始,物体所受的摩擦力f随时间变化的关系是右图中的哪一个? (B) 析: 开始时,物体加速下滑,滑动摩擦力一直增大;当摩擦力增大到等于重力后,物体开始作减速运动,但摩擦力继续增大,f>mg;当速度减到0时,物体停止运动,此时,摩擦力立即变为静摩擦力,大于等于mg。 9、如图所示,有两本完全相同的书A、B,书重均为5N,若将两本书等分成若干份后,交叉地叠放在一起置于光滑桌面上,并将书A固定不动,用水平向右的力F把书B抽出。 现测得一组数据如下: 实验次数 1 2 3 4 … N 将书分成的份数 2 4 8 16 … 逐页交叉 力F的大小(N) 4.5 10.5 22.5 46.5 … 190.5 根据以上数据,试求: (1)若将书分成32份,力F应为多大? (2)该书的页数。 (3)若两本书任意两张纸之间的动摩擦因数μ相同,则μ为多少? 解: 设每本书的总质量为m,当分成2份时,F=μ +μ +μ = (1+2+3)=3μmg 得: μ=F/3mg=4.5/(3×5)=0.3 当分成4份时,F= (1+2+3+…+7) 当分成32份时,有: F= (1+2+3+…+63)=63μmg 故F=63×0.3×5=94.5N 设书有N页,当逐页交叉时有: 190.5= [1+2+3+…+(2N-1)],解得: N=64页 ★小结: 学会用归纳法与演绎法分析问题。 第4课时 §2-4物体受力情况分析 【教学内容】物体受力情况分析 【知识目标】①掌握物体受力情况分析的基本思路和方法;②灵活地分析物体的受力。 【能力目标】①物体受力情况分析是中学物理中一种最为基础的内容,也是最为重要的内容,因此掌握受力分析至关重要;②力是日常生活中最为常见的物理现象,通过观察和分析日常生活,培养学生的分析能力和观察能力;③培养学生的运用所学知识解决生产生活中的有关实际问题;④培养学生综合分析问题的能力和创新意识。 【教学过程】 一、双基训练 1、画出如图中A、B各物体所受的力,其中球面和竖直墙面光滑,其它接触面粗糙,物体质量均匀分布。 (略) 2、如图所示,A、B、C三个物体叠放在桌面上,在A的上面再加一个作用力F,则C物体受到竖直向下的作用力除了自身的重力之外还有: (A) A.1个力;B.2个力; C.3个力;D.4上力。 3、如图所示,一个人用20N的力,拉一质量为10kg的物体,施力方向由水平方向开始逐渐增大与水平方向的夹角,直到竖直方向为止,始终未拉动物体,在施力过程中下列说法正确的是(AB) A.物体受的合力始终为零B.物体所受的支持力逐渐变小 C.物体所受的摩擦力总大于20ND.物体始终受四个力的作用 二、能力提高 【例题精解】如图所示,位于斜面上的物块M在沿斜面向上的力F作用下,处于静止状态,则关于斜面作用于物块的静摩擦力的说法中正确的是 A.方向可能沿斜面向上B.方向可能沿斜面向下 C.大小可能为零D.大小可能等于F 分析: 物块M处于静止状态,设斜面的倾角为α,设斜面向上的方向为正方向,且设静摩擦力f为正,根据平衡条件有: F+f-mgsinα=0f=mgsinα-F 当mgsinα>F时,f>0,即f沿斜面向上,选A 当mgsinα 当mgsinα=F时,f=0,即物体不受静摩擦力作用,选C 当F= mgsinα时,即f=F,选D ★小结: 注意静摩擦力方向不定问题,用假设法分析。 4、如图所示,A、B两物体相互接触静止在水平面上,今有两个水平推力F1、F2分别作用在A、B上,A、B两物体仍保持静止,则A、B之间的作用力的大小是: (D) A.一定等于零;B.不等于零,但小于F1; C.一定等于F1;D.以上分析均不对。 5、如图,一光滑木棒放在内壁光滑的半圆形碗内处于静止状态,O为圆心,试分析木棒的受力情况。 ★注: 物体受三力平衡时,这三力要么平行,要么共点。 利用共点的性质可以确定第三个未知的力。 6、如图所示,人站在小车上,用水平力F=100N拉绳子,绳子另一端绕过定滑轮,拴在木板的一端,整个系统静止,对地面对木板的摩擦力方向为,大小为________。 (水平向右,200N) 三、学科内综合 7、吊在大厅天花板上的电扇重力为G,静止时固定杆对它的拉力为T,扇叶水平转动起来后,杆对它的拉力为T',则(C) A.T=G,T'=TB.T=G,T'>T C.T=G,T' 8、质量分别为M、m和m0的三物块作如图所示的联结,绳子不可伸长,且绳子和滑轮的质量、滑轮的摩擦均不计,若m随M一起沿水平桌面作匀速运动,则可断定: ('90,全国)(A) A.物块M与桌面之间有摩擦力,大小为m0g; B.物块M与m之间有摩擦力,大小为m0g; C.桌面对M、m对M都有摩擦力,两者方向相同,合力小于m0g; D.桌面对M、m对M都有摩擦力,两者方向相反,合力等于m0g 10、大天平的左盘上有一个密闭的笼子,笼子里有一只小鸟蹬在底板上,天平处于平衡状态。 现若小鸟飞起来并停留在空中,则天平还平衡吗? 析: 仍平衡。 鸟对空气的压力大于等于空气对鸟的支持力,空气对底板的压力大于也等于鸟的重力。 第5课时 §2-5力的合成与分解 【教学内容】力的处理方法 【知识目标】①理解掌握力的基本处理方法;②知道如何分解、合成和正交分解力;③学会应用基本知识解决实际问题。 【能力目标】①力的处理是最基础的物理知识,培养学生探索解决问题的方法技巧;②培养学生的运用所学知识解决生产生活中的有关实际问题;③培养学生综合分析问题的能力和创新意识。 【教学过程】 一、双基训练 1、基本概念填空 (1)共点力是指: 物体受到的几个力作用于一点,或它们的作用线相交于一点。 (2)共点力作用下物体的平衡条件是合外力为零,即∑F=0。 (3)把一个力分解为几个分力的过程叫力的分解;_求几个力的合力的过程_叫力的合成。 (4)正交分解法是指: 把一个力分解在两个相互垂直的方向上的一种分解方法,建立坐标的一般原则是: 使尽量多的力落在坐标轴上. (5)若物体受共点力作用平衡,则其中一个力必与其余所有力的合力等大反向。 2、三个方向不同的且在同一水平面上的共面力作用在一个质量为2kg的物体上,物体作匀速直线运动,已知F1=6N,F2=7N,F3=8N,那么这三个力的合力大小是________N,F1和F2这两个力的合力大小是_______N。 若撤去F1,则物体的加速度是_______________m/s2 3、如图所示,重物的质量为m,轻细线AO和BO的A、B端是固定的。 平衡时AO是水平的,BO与水平面的夹角为θ,AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小是: () A.F1=mgcosθB.F1=mgctgθ C.F2=mgsinθD.F2=mg/sinθ 4、如图所示,一重为G的物体放在粗糙水平面上,它与水平面的动摩擦因数为μ,若对物体施一与水平面成θ角的力F,使物体作匀速直线运动,则下列说法中正确的是: () A.物体所受摩擦力与拉力的合力方向竖直向上; B.物体所受的重力、支持力、摩擦力的合力与F等大反向; C.物体所受的重力、支持力、摩擦力的合力等于Fcosθ D.物体所受的摩擦力大小也可等于μ(G-Fsinθ) 5、作用在同一物体上的两个力: F1=5N,F2=4N,它们的合力不可能的是: () A.9N;B.5N;C.2N;D.10N。 【例题精解】物体受共点力T1、T2、T3作用而做匀速直线运动,则这三个力可能选取的数值为: A.15N、5N、6N;B.3N、6N、4N;C.1N、2N、10N;D.1N、6N、3N。 二、能力提高 6、如图所示,三根质量和形状都相同的光滑圆柱体,它的重心位置不同,搁在两墙上,为了方便,将它们的重心画在同一截面图上,重心位置分别用1、2、3标出,设N1、N2、N3分别为三根圆柱体对墙的压力,则() A.N1=N2=N3;B.N1<N2<N3; C.N1>N2>N3;D.N1=N2>N3 7、如图所示,斜面上放一物体A恰能在斜面上保持静止,如果在物体A的水平上表面再轻放一重物,下面说法中正确的是: () A.物体A将开始加速下滑;B.物体A仍保持静止; C.物体A所受的摩擦力增大; D.物体A所受的合力增大。 ★注: 等效法的运用,此处相当于增大了物体的重力。 8、如图所示,有五个力作用于一点P,构成一个正六边形的两个邻边和三条对角线,设F3=10N,则这五个力的合力大小为(
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