《创新设计》高考物理一轮复习教师用书Word文.docx
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《创新设计》高考物理一轮复习教师用书Word文
第1讲 重力 弹力
形变、弹性 (考纲要求Ⅰ)
1.重力
(1)产生:
由于地球的吸引而使物体受到的力.
(2)大小:
与物体的质量成正比,即G=mg.可用弹簧测力计测量重力.
(3)方向:
总是竖直向下的.
(4)重心:
其位置与物体的质量分布和形状有关.
2.弹力
(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
①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.
②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.
(3)弹力
①定义:
发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,会对与它接触的物体产生力的作用.
②产生条件
物体相互接触且发生弹性形变.
③方向:
弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反.
判断正误,正确的划“√”,错误的划“×”.
(1)重力的方向竖直向下,但不一定与接触面垂直.( )
(2)物体所受弹力方向与自身形变的方向相同.( )
(3)绳、杆的弹力方向一定沿绳、杆.( )
(4)面面接触(或点面接触)的物体间的弹力垂直于面(或切面)并指向受力物体.( )
答案
(1)√
(2)√ (3)× (4)√
胡克定律 (考纲要求Ⅰ)
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.
(1)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.
(2)x是弹簧长度的变化量,不是弹簧形变以后的长度.
基础自测
1.(多选)如图2-1-1所示,两辆车在以相同的速度做匀速运动,根据图中所给信息和所学知识你可以得出的结论是( ).
图2-1-1
A.物体各部分都受重力作用,但可以认为物体各部分所受重力集中于一点
B.重力的方向总是垂直向下的
C.物体重心的位置与物体形状或质量分布有关
D.力是使物体运动的原因
解析 物体各部分都受重力作用,但可以认为物体各部分所受重力集中于一点,这个点就是物体的重心,重力的方向总是和水平面垂直,是竖直向下而不是垂直向下,所以A正确,B错误;从图中可以看出,汽车(包括货物)的形状和质量分布发生了变化,重心的位置就发生了变化,故C正确;力不是使物体运动的原因而是改变物体运动状态的原因,所以D错误.
答案 AC
2.(单选)玩具汽车停在模型桥面上,如图2-1-2所示,下列说法正确的是( ).
图2-1-2
A.桥面受向下的弹力,是因为桥梁发生了弹性形变
B.汽车没有发生形变,所以汽车不受弹力
C.汽车受向上的弹力,是因为桥梁发生了弹性形变
D.汽车受向上的弹力,是因为汽车发生了形变
解析 汽车与桥面相互挤压都发生了形变,B错;由于桥面发生弹性形变,所以对汽车有向上的弹力,C对,D错;由于汽车发生了形变,所以对桥面产生向下的压力,A错.
答案 C
3.(单选)在图中,A、B均处于静止状态,则A、B之间一定有弹力的是( ).
解析 假设将与研究对象接触的物体逐一移走,如果研究对象的状态发生变化,则表示它们之间有弹力;如果状态无变化,则表示它们之间无弹力.四个选项中当B选项中的B物体移走后,A物体一定会摆动,所以B选项中A、B间一定有弹力.
答案 B
4.(单选)在半球形光滑碗内斜搁一根筷子,如图2-1-3所示,筷子与碗的接触点分别为A、B,则碗对筷子A、B两点处的作用力方向分别为( ).
图2-1-3
A.均竖直向上
B.均指向球心O
C.A点处指向球心O,B点处竖直向上
D.A点处指向球心O,B点处垂直于筷子斜向上
解析 碗对筷子A、B两点处的作用力属于弹力,而接触的弹力总是垂直于接触面,因而寻找接触面便成为确定弹力方向的关键.在A点处,当筷子滑动时,筷子与碗的接触点在碗的内表面(半球面)上滑动,所以在A点处的接触面是球面在该点的切面,此处的弹力与切面垂直,即指向球心O.在B点处,当筷子滑动时,筷子与碗的接触点在筷子的下表面上滑动,所以在B点处的接触面与筷子平行,此处的弹力垂直于筷子斜向上.故选项D正确.
答案 D
5.(单选)一根轻质弹簧,当它上端固定、下端悬挂重为G的物体时,长度为L1;当它下端固定在水平地面上,上端压一重为G的物体时,其长度为L2,则它的劲度系数是( ).
A. B. C. D.
解析 设弹簧原长为L0,由胡克定律知,G=k(L1-L0),
G=k(L0-L2),联立可得k=,D对.
答案 D
热点一 弹力的有无及方向的判断
1.弹力有无的判断“四法”
(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.此方法多用来判断形变较明显的情况.
(2)假设法:
对形变不明显的情况,可假设两个物体间弹力不存在,看物体能否保持原有的状态,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.
(4)替换法:
可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换,看能否发生形态的变化,若发生形变,则此处一定有弹力.
2.弹力方向的确定
【典例1】 如图2-1-4所示,在一个正方体的盒子中放有一个质量分布均匀的小球,小球的直径恰好和盒子内表面正方体的边长相等,盒子沿倾角为α的固定斜面滑动,不计一切摩擦,下列说法中正确的是( ).
图2-1-4
A.无论盒子沿斜面上滑还是下滑,球都仅对盒子的下底面有压力
B.盒子沿斜面下滑时,球对盒子的下底面和右侧面有压力
C.盒子沿斜面下滑时,球对盒子的下底面和左侧面有压力
D.盒子沿斜面上滑时,球对盒子的下底面和左侧面有压力
解析 先以盒子和小球组成的系统为研究对象,无论上滑还是下滑,用牛顿第二定律均可求得系统的加速度大小为a=gsinα,方向沿斜面向下,由于盒子和小球始终保持相对静止,所以小球的加速度大小也是a=gsinα,方向沿斜面向下,小球沿斜面向下的重力分力大小恰好等于所需的合外力,因此不需要左、右侧面提供弹力.故选项A正确.
答案 A
【跟踪短训】
1.画出下图2-1-5中物体A所受弹力的示意图.(所有接触面均光滑)
图2-1-5
答案
热点二 弹力大小的计算
弹力大小的计算方法
(1)对于难以观察的微小形变,可以根据物体的受力情况和运动情况,运用物体平衡条件或牛顿第二定律来确定弹力大小.
(2)对有明显形变的弹簧、橡皮条等物体,弹力的大小可以由胡克定律F=k·Δx计算.
图2-1-6
【典例2】 图2-1-6所示为位于水平面上的小车,固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ,在斜杆的下端固定有质量为m的小球.下列关于杆对球的作用力F的判断中,正确的是( ).
A.小车静止时,F=mgsinθ,方向沿杆向上
B.小车静止时,F=mgcosθ,方向垂直于杆向上
C.小车向右做匀速运动时,一定有F=mg,方向竖直向上
D.小车向右做匀加速运动时,一定有F>mg,方向可能沿杆向上
审题指导 审题关键词:
固定曲杆.
杆发生微小弹性形变―→杆上的弹力方向具有多种可能性―→需借助相关物体的运动状态来判断(不能直接判断).
解析 小球受重力和杆的作用力F处于静止或匀速运动状态时,由力的平衡条件知,二力必等大反向,有F=mg,方向竖直向上.小车向右做匀加速运动时,小球有向右的恒定加速度,根据牛顿第二定律知,mg和F的合力应水平向右,如图所示,由图可知,F>mg,方向可能沿杆向上.
答案 CD
反思总结 轻杆弹力的确定方法
杆的弹力与绳的弹力不同,绳的弹力始终沿绳指向绳收缩的方向,但杆的弹力方向不一定沿杆的方向,其大小和方向的判断要根据物体的运动状态来确定,可以理解为“按需提供”,即为了维持物体的状态,由受力平衡或牛顿运动定律求解得到所需弹力的大小和方向,杆就会根据需要提供相应大小和方向的弹力.
【跟踪短训】
2.如图2-1-7所示,四个完全相同的弹簧都处于水平位置,它们的右端受到大小皆为F的拉力作用,而左端的情况各不相同:
图2-1-7
①弹簧的左端固定在墙上;②弹簧的左端受大小也为F的拉力作用;③弹簧的左端拴一小物块,物块在光滑的桌面上滑动;④弹簧的左端拴一小物块,物块在有摩擦的桌面上滑动.
若认为弹簧质量都为零,以L1、L2、L3、L4依次表示四个弹簧的伸长量,则有( ).
A.L2>L1B.L4>L3 C.L1>L3D.L2=L4
解析 弹簧伸长量由弹簧的弹力(F弹)大小决定.由于弹簧质量不计,这四种情况下,F弹都等于弹簧右端拉力F,因而弹簧伸长量均相同,故选D项.
答案 D
物理建模 1.轻杆、轻绳、轻弹簧模型
模型阐述
轻杆、轻绳、轻弹簧都是忽略质量的理想模型,与这三个模型相关的问题在高中物理中有相当重要的地位,且涉及的情景综合性较强,物理过程复杂,能很好地考查学生的综合分析能力,是高考的常考问题.
三种模型
轻杆
轻绳
轻弹簧
模型图示
续表
模
型
特
点
形变特点
只能发生微小形变
柔软,只能发生微小形变,各处张力大小相等
既可伸长,也可压缩,各处弹力大小相等
方向特点
不一定沿杆,可以是任意方向
只能沿绳,指向绳收缩的方向
一定沿弹簧轴线,与形变方向相反
作用效果特点
可提供拉力、推力
只能提供拉力
可以提供拉力、推力
大小突变特点
可以发生突变
可以发生突变
一般不能发生突变
自由杆和固定杆中的弹力方向
类型
特征
受力特征
自由杆
可以自由转动
杆受力一定沿杆方向
固定杆
不能自由转动
不一定沿杆方向,由物体所处状态决定
【典例1】 甲、乙两图中的杆都保持静止,试画出甲、乙两图O点受杆的作用力的方向.(O为结点)
图2-1-8
解析 甲为自由杆,受力一定沿杆方向,如下图甲所示的FN1.乙为固定杆,受力由O点所处状态决定,此时受力平衡,由平衡条件知杆的支持力FN2的方向与mg和F1的合力方向相反,如下图乙所示.
答案 如解析图所示
【典例2】 一轻弹簧两端分别连接物体a、b,在水平力作用下共同向右做匀加速运动,如图2-1-9所示,在水平面上时,力为F1,弹簧长为L1,在斜面上时,力为F2,弹簧长为L2,已知a、b两物体与接触面间的动摩擦因数相同,则轻弹簧的原长为( ).
图2-1-9
A. B.
C. D.
解析 设物体a、b的质量分别为m1、m2,与接触面间的动摩擦因数为μ,弹簧原长为L0,在水平面上时,以整体为研究对象有F1-μ(m1+m2)g=(m1+m2)a,①
隔离a物体有k(L1-L0)-μm1g=m1a,②
联立解得k(L1-L0)=F1,③
同理可得k(L2-L0)=F2,④
联立③④可得轻弹簧的原长为L0=,C对.
答案 C
反思总结 如何理解理想化模型——“轻弹簧”与“橡皮筋”
(1)弹簧与橡皮筋产生的弹力遵循胡克定律F=kx,x是指形变量.
(2)“轻”即指弹簧(或橡皮筋)的重力不计,所以同一弹簧的两端及中间各点的弹力大小相等.
(3)弹簧既能受拉力,也能受压力(沿弹簧轴线),分析弹簧问题时一定要特别注意这一点,而橡皮筋只能受拉力作用.
(4)弹簧和橡皮筋中的弹力均不能突变,但当将弹簧(或橡皮筋)剪断时,其弹力立即消失.
即学即练 (2013·石家庄质检,18)如图2-1-10所示,一个“Y”形弹弓顶部跨度为L,两根相同的橡皮条自由长度均为L,在两橡皮条的末端用一块软羊皮(长度不计)做成裹片.若橡皮条的弹力与形变
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