2019年高考物理一輪復習 第2章 相互作用 第1節(jié) 重力 彈力 摩擦力學案 新人教版

第一節(jié)重力彈力摩擦力 全國卷三年考點考情考綱考點要求2015年2016年2017年命題趨勢形變、彈性、胡克定律卷T17·6分考查重點：對彈力、摩擦力的理解和大小的計算，力的合成與分解的方法，物體的受力分析，共點力平衡條件的綜合應(yīng)用.考查形式：對本章內(nèi)容的考查以選擇題為主，若和其他知識綜合考查，有時也會出現(xiàn)在計算題中.滑動摩擦力、動摩擦因數(shù)、靜摩擦力卷T20·6分矢量和標量力的合成和分解共點力的平衡卷T24·12分卷T19·6分卷T14·6分卷T17·6分卷T21·6分卷T16·6分實驗二：探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系實驗三：驗證力的平行四邊形定則卷T22·6分說明：處理物體在粗糙面上的問題，只限于已知相對運動趨勢或已知運動方向的情況(對應(yīng)學生用書第20頁)教材知識速填知識點1重力彈力1重力(1)產(chǎn)生由于地球的吸引而使物體受到的力(2)大小與物體的質(zhì)量成正比，即Gmg.可用彈簧秤測量重力(3)方向總是豎直向下(4)重心其位置與物體的質(zhì)量分布和形狀有關(guān)2彈力(1)產(chǎn)生條件兩物體相互接觸兩物體發(fā)生彈性形變(2)方向彈力的方向總是與施力物體形變的方向相反幾種典型的彈力的方向如下：壓力：垂直于支持面而指向被壓的物體支持力：垂直于支持面而指向被支持的物體細繩的拉力：沿繩指向繩收縮的方向輕桿的彈力：不一定沿桿，要根據(jù)運動狀態(tài)具體分析(3)大小彈簧類彈力在彈性限度內(nèi)遵從胡克定律：Fkx.非彈簧類彈力大小應(yīng)根據(jù)平衡條件或動力學規(guī)律求解易錯判斷(1)只要物體發(fā)生形變就會產(chǎn)生彈力作用(×)(2)物體所受彈力方向與自身形變的方向相同()(3)重力的方向一定指向地心(×)知識點2摩擦力1靜摩擦力與滑動摩擦力名稱靜摩擦力滑動摩擦力產(chǎn)生條件接觸面粗糙接觸處有彈力兩物體間有相對運動趨勢接觸面粗糙接觸處有彈力兩物體間有相對運動大小0<FfFfmFfFN方向與受力物體相對運動趨勢的方向相反與受力物體相對運動的方向相反作用效果總是阻礙物體間的相對運動趨勢總是阻礙物體間的相對運動2. 動摩擦因數(shù)(1)定義：彼此接觸的物體發(fā)生相對運動時，滑動摩擦力和正壓力的比值，.(2)決定因素：接觸面的材料和粗糙程度易錯判斷(1)滑動摩擦力的方向一定與物體運動方向相反(×)(2)運動的物體可能受到靜摩擦力的作用()(3)靜摩擦力一定是阻力，滑動摩擦力不一定是阻力(×)(4)物體間的摩擦力越大，動摩擦因數(shù)越大(×)教材習題回訪考查點：重力、重心的理解1(魯科必修1P62T2改編)關(guān)于重力和重心，下列說法正確的是( ) A物體受到的重力是由于地球吸引而產(chǎn)生的B物體的重心一定在物體上C自由下落的石塊速度越來越大，說明它受到的重力越來越大D質(zhì)量為m的物體受到的重力大小為mg，只要m一定，它受到的重力大小就保持不變答案A考查點：摩擦力的理解2(粵教版必修1P74T9改編)(多選)關(guān)于摩擦力，有人總結(jié)了四條“不一定”，其中說法正確的是( ) A摩擦力的方向不一定與物體的運動方向相同B靜摩擦力的方向不一定與運動方向共線C受靜摩擦力或滑動摩擦力的物體不一定靜止或運動D靜摩擦力一定是阻力，滑動摩擦力不一定是阻力答案ABC考查點：靜摩擦力的分析3. (魯科必修1P76T3)如圖2­1­1所示，用水平力F將一物體壓在豎直墻壁上靜止不動設(shè)物體受墻的壓力為N，摩擦力為Ff.那么，當F增大時，下列說法正確的是( ) 圖2­1­1AN增大，F(xiàn)f增大BN增大，F(xiàn)f不變CN增大，F(xiàn)f減小D條件不足，不能確定答案B考查點：摩擦力的計算4(粵教必修1P58T2)一個重600 N的物體放在水平地面上，要使它從原地移動，最小要用190 N的水平推力，若移動后只需180 N的水平推力即可維持物體勻速運動，那么：(1)物體與地面間的最大靜摩擦力有多大？(2)物體與地面間的滑動摩擦力有多大？(3)當用250 N的水平推力使物體運動后，物體受到的摩擦力有多大？ 【導學號：84370043】答案(1)190 N(2)180 N(3)180 N(對應(yīng)學生用書第21頁)彈力的分析與計算1彈力有無的判斷“三法”假設(shè)法思路假設(shè)將與研究對象接觸的物體解除接觸，判斷研究對象的運動狀態(tài)是否發(fā)生改變?nèi)暨\動狀態(tài)不變，則此處不存在彈力；若運動狀態(tài)改變，則此處一定存在彈力例證圖中細線豎直、斜面光滑，因去掉斜面體，小球的狀態(tài)不變，故小球只受細線的拉力，不受斜面的支持力替換法思路用細繩替換裝置中的桿件，看能不能維持原來的力學狀態(tài)如果能維持，則說明這個桿提供的是拉力；否則，提供的是支持力例證圖中輕桿AB、AC，用繩替換桿AB，原裝置狀態(tài)不變，說明桿AB對A施加的是拉力；用繩替換桿AC，原狀態(tài)不能維持，說明桿AC對A施加的是支持力狀態(tài)法思路由運動狀態(tài)分析彈力，即物體的受力必須與物體的運動狀態(tài)相符合，依據(jù)物體的運動狀態(tài)，由二力平衡(或牛頓第二定律)列方程，求物體間的彈力例證升降機以ag加速下降時物體不受底板的彈力作用2.彈力方向確定的常見模型題組通關(guān)1(2018·西寧模擬)圖中各物體均處于靜止狀態(tài)圖中畫出了小球A所受彈力的情況，其中正確的是( ) A B C DC一般來講輕質(zhì)桿對物體的彈力不一定沿著桿的方向，選項A中小球只受重力和桿的彈力且處于靜止狀態(tài)，由二力平衡可得小球受到的彈力應(yīng)豎直向上，所以A錯選項B中因為繩豎直向上，如果左邊的繩有拉力的話，豎直向上的那根繩就會發(fā)生傾斜，所以左邊的繩沒有拉力，故B錯對于球與面接觸的彈力方向，過接觸點垂直于接觸面(即在接觸點與球心的連線上)，即D中大半圓對小球的支持力FN2應(yīng)是沿著過小球與圓弧接觸點的半徑，且指向圓心的彈力，所以D錯球與球相接觸的彈力方向，垂直于過接觸點的公切面(即在兩球心的連線上)，而指向受力物體，由上可知C正確2(2018·聊城模擬)小車上固定一根彈性直桿A，桿頂固定一個小球B(如圖2­1­2所示)，現(xiàn)讓小車從光滑斜面上自由下滑，在下列圖所示的情況中桿發(fā)生了不同的形變，其中正確的是( ) 圖2­1­2C小車在光滑斜面上自由下滑，則加速度agsin (為斜面的傾角)，由牛頓第二定律可知小球所受重力和桿的彈力的合力沿斜面向下，且小球的加速度等于gsin ，則桿的彈力方向垂直于斜面向上，桿不會發(fā)生彎曲或傾斜，C正確靜摩擦力的有無及方向判斷1假設(shè)法利用假設(shè)法判斷的思維程序如下：2狀態(tài)法此法關(guān)鍵是先判明物體的運動狀態(tài)(即加速度的方向)，再利用牛頓第二定律(Fma)確定合力，然后通過受力分析確定靜摩擦力的大小及方向3牛頓第三定律法此法的關(guān)鍵是抓住“力是物體間的相互作用”，先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向，再根據(jù)“力的相互性”確定另一物體受到的靜摩擦力的方向題組通關(guān)3如圖2­1­3所示，物體A、B在力F作用下一起以大小相等的速度沿F方向勻速運動，關(guān)于物體A所受的摩擦力，下列說法正確的是( ) 【導學號：84370044】甲 乙圖2­1­3A甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力，且方向均與F相同B甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力，且方向均與F相反C甲、乙兩圖中物體A均不受摩擦力D甲圖中物體A不受摩擦力，乙圖中物體A受摩擦力，方向和F相同D用假設(shè)法分析：甲圖中，假設(shè)A受摩擦力，與A做勻速運動在水平方向所受合力為零不符，所以A不受摩擦力；乙圖中，假設(shè)A不受摩擦力，A將相對B沿斜面向下運動，則知A受沿F方向的摩擦力正確選項是D.4(多選)(2018·南京模擬)如圖2­1­4所示，A、B、C三個物體質(zhì)量相等，它們與傳送帶間的動摩擦因數(shù)也相同三個物體隨傳送帶一起勻速運動，運動方向如圖中箭頭所示則下列說法正確的是( ) 圖2­1­4AA物體受到的摩擦力方向向右B三個物體中只有A物體受到的摩擦力是零CB、C受到的摩擦力方向相同DB、C受到的摩擦力方向相反BCA物體與傳送帶一起勻速運動，它們之間無相對運動或相對運動趨勢，即無摩擦力作用，A錯誤；B、C兩物體雖運動方向不同，但都處于平衡狀態(tài)，由沿傳送帶方向所受合力為零可知，B、C兩物體均受沿傳送帶方向向上的摩擦力作用，故B、C正確，D錯誤5將一物體分成相等的A、B兩部分靠在一起，下端放置在地面上，上端用繩子拴在天花板上，繩子處于豎直伸直狀態(tài)，整個裝置靜止，則( ) 【導學號：84370045】圖2­1­5A繩子上拉力可能為零B地面受的壓力可能為零C地面與物體間可能存在摩擦力DA、B之間不可能存在摩擦力A假設(shè)繩子上的拉力為零，則A、B受力如圖所示，整個裝置可以靜止，A正確，D錯誤由于A無法對B提供向上的力，地面對B的支持力不能為零，根據(jù)牛頓第三定律，地面受的壓力不能為零，B錯誤對A、B整體分析，系統(tǒng)不受水平方向的其他力，故地面與物體間不可能存在摩擦力，C錯誤選A.反思總結(jié)判斷摩擦力有無及方向的三點注意(1)靜摩擦力的方向與物體的運動方向沒有必然關(guān)系，可能相同，也可能相反，還可能成一定的夾角.(2)分析摩擦力方向時，要注意靜摩擦力方向的“可變性”和滑動摩擦力方向的“相對性”.(3)受靜摩擦力的物體不一定是靜止的，受滑動摩擦力作用物體也不一定是運動的.摩擦力大小的計算1靜摩擦力大小的計算(1)物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速直線運動)，利用力的平衡條件來求解其大小(2)物體有加速度時，若只有摩擦力，則Ffma.若除摩擦力外，物體還受其他力，則F合ma，先求合力再求摩擦力(3)為了處理問題的方便，最大靜摩擦力常常按等于滑動摩擦力處理2滑動摩擦力大小的計算(1)滑動摩擦力的大小可以用公式FfFN計算(2)結(jié)合研究對象的運動狀態(tài)(靜止、勻速運動或變速運動)，利用平衡條件或牛頓運動定律列方程求解多維探究考向1靜摩擦力大小的計算1如圖2­1­6所示，滑塊A置于水平地面上，滑塊B在一水平力作用下緊靠滑塊A(A、B接觸面豎直)，此時A恰好不滑動，B剛好不下滑已知A與B間的動摩擦因數(shù)為1，A與地面間的動摩擦因數(shù)為2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力A與B的質(zhì)量的比值為( ) 【導學號：84370046】圖2­1­6A. B.C. D.題眼點撥“A恰好不滑動”說明A受地面最大靜摩擦力；“B剛好不下滑”說明B在豎直方向上重力與最大靜摩擦力相平衡BB恰好不下滑時，1FmBg，A恰好不滑動，則F2(mAgmBg)，所以，選項B正確2(多選)如圖2­1­7甲所示，放在固定斜面上的物體，受到一個沿斜面向上的力F作用，始終處于靜止狀態(tài)，F(xiàn)的大小隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示則在0t0時間內(nèi)物體所受的摩擦力Ff隨時間t的變化規(guī)律可能為下列選項中的(取沿斜面向上為摩擦力Ff的正方向)( ) 甲 乙圖2­1­7BCD物體在斜面上始終處于平衡狀態(tài)，沿斜面方向受力平衡方程為Fmgsin Ff0，解得Ffmgsin F，若初態(tài)mgsin F，則選項B正確；若初態(tài)mgsin >F，則選項C正確；若初態(tài)mgsin <F，則選項D正確如圖所示，質(zhì)量為m的木塊P在質(zhì)量為M的長木板ab上滑行，長木板放在水平地面上一直處于靜止狀態(tài)若ab與地面間的動摩擦因數(shù)為1，木塊P與長木板ab間的動摩擦因數(shù)為2，則長木板ab受到地面的摩擦力大小為( ) A1Mg B1(mM)gC2mg D1Mg2mgC木塊P相對長木板ab向右滑動，受到向左的滑動摩擦力，大小為Ff12N2mg；力的作用是相互的，故木塊P對長木板ab有向右的滑動摩擦力，故長木板ab有向右滑動的趨勢，受到地面對其向左的靜摩擦力；根據(jù)共點力平衡條件有Ff2Ff1，因而Ff22mg，故選C.考向2滑動摩擦力大小的計算3(2017·全國卷)如圖2­1­8所示，一物塊在水平拉力F的作用下沿水平桌面做勻速直線運動若保持F的大小不變，而方向與水平面成60°角，物塊也恰好做勻速直線運動物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)為( ) 圖2­1­8A2 B.C. D.C設(shè)物塊的質(zhì)量為m.據(jù)平衡條件及摩擦力公式有拉力F水平時，F(xiàn)mg拉力F與水平面成60°角時，F(xiàn)cos 60°(mgFsin 60°)聯(lián)立解得.故選C.4如圖2­1­9所示，物塊A放在傾斜的木板上，木板的傾角分別為30°和45°時物塊所受摩擦力的大小恰好相等，則物塊和木板間的動摩擦因數(shù)為( ) 圖2­1­9A. B.C. D.題眼點撥“傾角摩擦力大小恰好相等”說明兩種情況下一種是靜摩擦力，一種是滑動摩擦力C當木板傾角為30°時，物塊受到的是靜摩擦力，其大小等于mgsin .當木板傾角是45°時，物塊受到的是滑動摩擦力，其大小等于mgcos 45°.由題意可得mgcos 45°mgsin 30°.解得.故選C.一長方形木板放置在水平地面上，在木板的上方有一條狀豎直擋板，擋板的兩端固定于水平地面上，擋板跟木板之間并不接觸現(xiàn)在有一個方形物塊在木板上沿擋板以某一速度運動，同時方形木板以相同大小的速度向左運動，木板的運動方向與豎直擋板垂直，已知物塊跟豎直擋板和水平木板間的動摩擦因數(shù)分別為1和2，物塊的質(zhì)量為m，則豎直擋板對物塊的摩擦力大小為( ) A0 B.12mgC.12mg D.12mgB因為v1和v2數(shù)值大小相等，以木板為參考系，物塊相對于木板的運動方向如圖中v物，則tan 1，得45°.則木板對物塊的摩擦力方向與v物方向相反，如圖木板對物塊的摩擦力大小Ff2mg，物塊對擋板的壓力FNFf·cos 45°2mg，物塊對擋板的摩擦力Ff1FN12mg，故B項正確反思總結(jié)摩擦力計算的三點注意(1)在確定摩擦力的大小之前，首先分析物體所處的狀態(tài)，分清是靜摩擦力還是滑動摩擦力.(2)滑動摩擦力有具體的計算公式，而靜摩擦力要借助平衡條件或牛頓第二定律求解.(3)“FfFN”中FN并不總是等于物體的重力.摩擦力的突變問題母題(2018·洛陽模擬)如圖2­1­10所示，粗糙長木板l的一端固定在鉸鏈上，木塊放在木板上，開始木板處于水平位置當木板向下轉(zhuǎn)動，角逐漸增大的過程中，摩擦力Ff的大小隨角變化最有可能的是( ) 圖2­1­10題眼點撥“水平位置”說明初始時刻摩擦力為零；“向下轉(zhuǎn)動，角逐漸增大”說明前一階段為靜摩擦，后一個階段為滑動摩擦B當Ff為靜摩擦力時Ffmgsin ，即Ff按正弦規(guī)律變化；當木塊滑動后Ff為滑動摩擦力，F(xiàn)fFNmgcos ，即Ff按余弦規(guī)律變化，故選項B正確母題遷移遷移1“靜靜”突變1一木塊放在水平桌面上，在水平方向共受到三個力即F1、F2和摩擦力的作用，木塊處于靜止狀態(tài)，如圖2­1­11所示，其中F110 N，F(xiàn)22 N，若撤去F1，則木塊受到的摩擦力為( ) 【導學號：84370047】圖2­1­11A10 N，方向向左 B6 N，方向向右C2 N，方向向右 D0題眼點撥“木塊處于靜止F110 N，F(xiàn)22 N”說明木塊受最大靜摩擦大于等于8 N.C當物體受F1、F2及摩擦力的作用而處于平衡狀態(tài)時，由平衡條件可知物體所受的摩擦力的大小為8 N，方向向左可知最大靜摩擦力Ffmax8 N當撤去力F1后，F(xiàn)22 N<Ffmax，物體仍處于靜止狀態(tài)，由平衡條件可知物體所受的靜摩擦力大小和方向發(fā)生突變，且與作用在物體上的F2等大反向選項C正確遷移2“動靜”突變2(2018·湛江模擬)如圖2­1­12所示，質(zhì)量為1 kg的物體與地面間的動摩擦因數(shù)0.2，從t0開始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同時受到一個水平向左的恒力F1 N的作用，g取10 m/s2，向右為正方向，該物體受到的摩擦力Ff隨時間變化的圖象是(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)( ) 圖2­1­12A物體向右減速過程中，受滑動摩擦力作用，方向水平向左，F(xiàn)f1mg2 N，物體速度減為零后，因F<mg，物體將保持靜止，此時Ff2F1 N，方向水平向右，故A正確如圖所示，把一重為G的物體，用一水平方向的推力Fkt(k為恒量，t為時間)壓在豎直的足夠高的平整墻上，從t0開始物體所受的摩擦力Ff隨t的變化關(guān)系是選項圖中的( ) A B C DB開始時物體加速下滑，加速度為g，受到推力后，物體受滑動摩擦力，F(xiàn)fFNFkt，mgktma，則物體做加速度逐漸減小的加速運動，當mgkt時物體有最大速度，之后mg<kt，物體做加速度逐漸增大的減速運動，減速到0后靜止在豎直墻面，此時摩擦力突變?yōu)殪o摩擦力，且等于G.故B正確遷移3“靜動”突變3如圖2­1­13甲所示，質(zhì)量為m的半球體靜止在傾角為的平板上，當從0緩慢增大到90°的過程中，半球體所受摩擦力Ff與的關(guān)系如圖乙所示，已知半球體始終沒有脫離平板，半球體與平板間的動摩擦因數(shù)為，最大靜摩擦力與滑動摩擦力相等，重力加速度為g，則( ) 【導學號：84370048】甲 乙圖2­1­13AOq段圖象可能是直線Bq段圖象可能是直線CqDpD半球體在平板上恰好開始滑動的臨界條件是：mgsin mgcos ，故有：tan ，解得：，即q，故C錯誤；在0之間時，F(xiàn)f是靜摩擦力，大小為mgsin ；在之間時，F(xiàn)f是滑動摩擦力，大小為mgcos ；綜合以上分析得其Ff與關(guān)系如圖中實線所示，故A、B錯誤；當時，F(xiàn)fmgsin ，即p，故D正確遷移4“動動”突變4如圖2­1­14所示，斜面固定在地面上，傾角為37°(sin 37°0.6，cos 37°0.8)質(zhì)量為1 kg的滑塊以初速度v0從斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足夠長，該滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.7)，則該滑塊所受摩擦力F隨時間變化的圖象是下圖中的(取初速度v0的方向為正方向，g10 m/s2)( ) 圖2­1­14C滑塊上升過程中受到滑動摩擦力作用，由FFN和FNmgcos 聯(lián)立得F5.6 N，方向為沿斜面向下當滑塊的速度減為零后，由于重力的分力mgsin mgcos ，滑塊下滑，滑塊受的摩擦力方向為沿斜面向上，故選項C正確反思總結(jié)用臨界法分析摩擦力突變問題的三點注意(1)題目中出現(xiàn)“最大”“最小”和“剛好”等關(guān)鍵詞時，一般隱藏著臨界問題.(2)靜摩擦力是被動力，其存在及大小、方向取決于物體間的相對運動的趨勢，而且靜摩擦力存在最大值.存在靜摩擦的連接系統(tǒng)，相對滑動與相對靜止的臨界條件是靜摩擦力達到最大值.(3)研究傳送帶問題時，物體和傳送帶的速度相等的時刻往往是摩擦力的大小、方向和運動性質(zhì)的分界點.14