高一物理上学期 21 力重力弹力 新人教版必修1.docx
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高一物理上学期21力重力弹力新人教版必修1
【步步高】2013年高考物理大一轮第二章第1课时力、重力、弹力新人教版必修1
考点内容
要求
考纲解读
形变、弹力、胡克定律
Ⅰ
高考着重考查的知识点有:
力的合成与分解、弹力、摩擦力概念及其在各种形态下的表现形式.对受力分析的考查涵盖了高中物理的所有考试热点问题.此外,基础概念与实际联系也是当前高考命题的一个趋势.
考试命题特点:
这部分知识单独考查一个知识点的试题非常少,大多数情况都是同时涉及到几个知识点,而且都是牛顿定律、功和能、电磁学的内容结合起来考查,考查时注重物理思维与物理能力的考核.
滑动摩擦力、静摩擦力、动摩擦因数
Ⅰ
矢量和标量
Ⅰ
力的合成与分解
Ⅱ
共点力的平衡
Ⅱ
实验:
探究弹力与弹簧伸长量的关系
实验:
验证力的平行四边形定则
第1课时 力、重力、弹力
导学目标
1.掌握力的基本概念.2.掌握重力的大小、方向及重心的概念.3.掌握弹力方向判断及大小计算的基本方法.
一、力的认识
[基础导引]
1.举出具体的实例来说明:
(1)力能够改变物体的运动状态或使物体产生形变;
(2)每一个力,都有一个施力物体和一个受力物体.
2.请你用一个点代表受力物体,作出以下几个力的图示,并指明施力物体和受力物体.
(1)水平桌面对放在桌面上的书产生5N竖直向上的支持力.
(2)某人用800N的力沿与水平线成30°角斜向右上方拉一辆小车.
(3)静止于倾角为30°斜面上的物体对斜面产生1000N的压力.
[知识梳理]
1.力的作用效果
(1)改变物体的____________.
(2)使物体发生________.
2.力的性质
(1)物质性:
力不能脱离________而存在,没有“施力物体”或“受力物体”的力是____________的.
(2)相互性:
力的作用是________的.施力(受力)物体同时也是受力(施力)物体.
(3)矢量性:
力是矢量,既有________,又有________,力的运算遵循________________定则或__________定则.
3.力的图示及示意图
(1)力的图示:
从力的作用点沿力的方向画出的____________________(包括力的三要素).
(2)力的示意图:
受力分析时作出的表示物体受到某一力的____________.
:
力的图示与受力示意图有什么区别?
二、重力
[基础导引]
把一个放在水平地面上、长为l的匀质链条竖直向上刚好拉直时,它的重心位置升高多少?
把一个放在水平地面上、棱长为a的均匀正方体,绕其一条棱翻转时,其重心位置升高的最大高度是多少?
[知识梳理]
1.产生:
由于地球对物体的________而使物体受到的力.
2.大小:
G=________.
3.g的特点
(1)在地球上同一地点g值是一个不变的常数.
(2)g值随着________的增大而增大.
(3)g值随着高度的增大而减小.
4.方向:
________向下
5.重心
(1)相关因素
①物体的____________.②物体的____________.
(2)位置确定
①质量分布均匀的规则物体,重心在其____________;
②对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板,重心可用__________确定.
:
重力就是地球对物体的万有引力,这个说法对吗?
为什么?
三、弹力
[基础导引]
1.质量均匀的钢管,一端放在水平地面上,另一端被竖直绳悬吊着(如图1所示),钢管受到几个力的作用?
各是什么物体对它的作用?
画出钢管受力的示意图.
2.如图2所示,一根筷子放在光滑的碗内,筷子与碗壁、碗边都没有摩擦.作示意图表示筷子受到的力.
图1 图2
[知识梳理]
1.弹力
发生____________的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力.
(1)产生的两个必要条件
①物体直接________;②发生____________.
(2)弹力的方向
弹力的方向总是与物体形变的方向________.
2.胡克定律
(1)内容:
弹簧发生____________时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成________.
(2)表达式:
F=________.
①k是弹簧的______________,单位为N/m;k的大小由弹簧________决定.
②x是弹簧长度的__________,不是弹簧形变以后的长度.
:
弹力的方向与受力物体、施力物体的形变方向存在何种关系?
考点一 弹力方向的判断
考点解读
1.根据物体产生形变的方向判断
物体所受弹力的方向与施力物体形变的方向相反,与自身形变的方向相同.
2.根据物体的运动状态判断
物体的受力必须与物体的运动状态符合,依据物体的运动状态,由共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向.
3.几种接触弹力的方向
弹力
弹力的方向
面与面接触的弹力
垂直于接触面,指向受力物体
点与面接触的弹力
过接触点垂直于接触面(或接触面的切面),指向受
力物体
球与面接触的弹力
在接触点与球心连线上,指向受力物体
球与球接触的弹力
垂直于过接触点的公切面,指向受力物体
4.绳和杆的弹力的区别
(1)绳只能产生拉力,不能产生支持力,且绳子弹力的方向一定沿着绳子收缩的方向.
(2)杆既可以产生拉力,也可以产生支持力,弹力的方向可能沿着杆,也可能不沿杆.
典例剖析
例1 画出下列物体A受力的示意图.
思维突破 判断弹力方向时需特别关注的是:
(1)绳与杆的区别,绳的拉力一定沿绳,杆的弹力可沿任意方向.
(2)有形变才有弹力,只接触无形变时不产生弹力,如上题中(3)小题.(3)利用牛顿定律,根据物体运动状态确定弹力的方向.
跟踪训练1 画出下图中物体A所受弹力的示意图.(所有接触面均光滑)
考点二 弹力大小的计算
考点解读
1.分析判断弹力的方向是计算弹力大小的基础.
2.处于平衡状态的物体所受弹力大小根据平衡方程计算.
3.有加速度的物体所受弹力大小根据牛顿第二定律计算.
典例剖析
图3
例2 如图3所示,用轻质细杆连接的A、B两物体正沿着倾角为θ
的斜面匀速下滑,已知斜面的粗糙程度是均匀的,A、B两物体与斜
面的接触情况相同.试判断A和B之间的细杆上是否有弹力.若有
弹力,求出该弹力的大小;若无弹力,请说明理由.
思维突破 本例是一道通过计算判断弹力有无的题目,涉及三种重要的物理思维方法:
一种是假设法;一种是整体法和隔离法.本例中先用整体法求出动摩擦因数,再用隔离法计算弹力大小;一种是正交分解法.在垂直斜面和沿斜面两个方向上列方程,从而解出杆的拉力.
图4
跟踪训练2两个完全相同的小球A和B,质量均为m,用长度相同的
两根细线悬挂在水平天花板上的同一点O,再用长度相同的细线连
接A、B两小球,如图4所示.然后用一水平向右的力F拉小球A,
使三线均处于直线状态,此时OB线恰好位于竖直方向,且两小球都静止,小球可视为质点,则拉力F的大小为( )
A.0B.
mgC.
mgD.mg
考点三 弹簧模型
考点解读
中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”也是理想化模型,具有如下几个特性:
(1)弹簧产生的弹力遵循胡克定律F=kx,其中x是弹簧的形变量.
(2)轻:
即弹簧(或橡皮绳)的重力可视为零.由此特点可知,同一弹簧的两端及其中间各点的弹力大小相等.
(3)弹簧既能受拉力,也能受压力(沿着弹簧的轴线),橡皮绳只能受拉力,不能受压力,分析含弹簧问题时要特别注意.
(4)由于弹簧和橡皮绳受力时,其形变较大,发生形变需要一段时间,所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能突变.但是,当弹簧和橡皮绳被剪断时,它们所受的弹力立即消失.
典例剖析
图5
例3 如图5所示,斜面倾角为60°,10kg的物体通过弹簧与斜面上的固定板相连,已知弹簧的劲度系数k=100N/m,当弹簧长度为22cm和8cm时,物体分别位于A点和B点,且此两点是物体刚好可以平衡的点,试求斜面与物体间的动摩擦因数.
思维突破 当不能确定弹簧处于拉伸状态还是压缩状态时,一般情况下可以假设其处于某种状态,列出相应的方程,因为伸长量x=L-L0而压缩量x=L0-L,两者均与弹力反向,故无论假设是否正确,均不影响计算结果.
图6
跟踪训练3 如图6所示,在动力小车上固定一直角硬杆ABC,分
别系在水平直杆AB两端的轻弹簧和细线将小球P悬吊起来.轻
弹簧的劲度系数为k,小球P的质量为m,当小车沿水平地面以
加速度a向右运动而达到稳定状态时,轻弹簧保持竖直,而细线
与杆的竖直部分的夹角为θ,试求此时弹簧的形变量.
3.“假设法”判断弹力的有无
图7
例4 如图7所示,用两根细线把A、B两小球悬挂在天花板上的
同一点O,并用第三根细线连接A、B两小球,然后用某个力F
作用在小球A上,使三根细线均处于直线状态,且OB细线恰
好沿竖直方向,两小球均处于静止状态.则该力可能为图中的
( )
A.F1B.F2C.F3D.F4
方法提炼 “假设法”或“撤离法”:
可以先假设有弹力存在,然后判断是否与研究对象所处状态的实际情况相符合.还可以设想将与研究对象接触的物体“撤离”,看研究对象能否保持原来的状态,若能,则与接触物体间无弹力;若不能,则与接触物体间有弹力.
图8
跟踪训练4 如图8所示,小车内放有一物体,物体刚好可放入车箱
中,小车在水平面上向右运动,下列说法正确的有( )
A.若小车做匀速运动,则物体只受两个力作用
B.若小车做匀加速运动,则物体受到车箱前壁的作用
C.若小车做匀减速运动,则物体受到车箱前壁的作用
D.若小车做匀速运动,则物体受三个力作用
A组 力的基本概念和重力
1.关于力的概念,下列说法正确的是( )
A.一个受力物体可能受到两个施力物体的作用力
B.力可以从一个物体传给另一个物体
C.只有相互接触的物体之间才可能存在力的作用
D.一个受力物体可以不对其他物体施力
2.下列关于力及重力的说法中正确的是( )
A.相距一定距离的两磁体间有相互作用力,说明力的作用可以不需要物质传递
B.物体的运动状态没有发生改变,物体也可能受到力的作用
C.形状规则的物体,其重心一定在其几何中心
D.物体重力的大小总是等于它对竖直弹簧秤的拉力
B组 弹力的分析与判断
图9
3.两刚性球a和b的质量分别为ma和mb、直径分别为da和db(da>db).将a、
b球依次放入一竖直放置、内直径为d(da 所示.设a、b两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为F1和F2,筒底所 受的压力大小为F.已知重力加速度大小为g.若所有接触面都是光滑的,则 ( ) A.F=(ma+mb)g,F1=F2 B.F=(ma+mb)g,F1≠F2 C.mag D.mag 4.如图10所示,质量为m的小球置于倾角为30°的光滑斜面上,劲度系数为k的轻弹簧一端系在小球上,另一端固定在P点,小球静止时,弹簧与竖直方向的夹角为30°,则弹簧的伸长量为( ) 图10 A. B. C. D. 图11 5.如图11所示,将四块相同的坚固石块垒成圆弧形的石拱,其中第3、 4块固定在地基上,第1、2块间的接触面是竖直的,每块石块的两个侧面间所夹的圆心角为30°.假定石块间的摩擦力可以忽略不计,则第1、2块石块间的作用力和第1、3块石块间的作用力的大小之比为( ) A. B. C. D. 课时规范训练 (限时: 30分钟) 1.下列说法错误的是( ) A.力是物体对物体的作用 B.只有直接接触的物体间才有力的作用 C.用脚踢出去的足球,在向前飞行的过程中,始终受到向前的力来维持它向前运动 D.甲用力把乙推倒,说明甲对乙的作用力在先,乙对甲的作用力在后 2.如图1所示,A、B两物体的重力分别是GA=3N、GB=4N,A用悬绳挂在天花板上,B放在水平地面上,A、B间的轻弹簧上的弹力F=2N,则绳中张力F1和B对地面的压力F2的可能值分别为 ( ) 图1 A.7N和10N B.5N和2N C.1N和6N D.2N和5N 3.如图2所示,质量为m的物体悬挂在轻质支架上,斜梁OB与竖直方 向的夹角为θ.设水平横梁OA和斜梁OB作用于O点的弹力分别为F1 和F2,以下结果正确的是( ) 图2 A.F1=mgsinθ B.F1= C.F2=mgcosθ D.F2= 图3 4.(2011·江苏·1)如图3所示,石拱桥的正中央有一质量为m的对称 楔形石块,侧面与竖直方向的夹角为α,重力加速度为g.若接触 面间的摩擦力忽略不计,则石块侧面所受弹力的大小为( ) A. B. C. mgtanαD. mgcotα 图4 5.如图4所示,两根相距为L的竖直固定杆上各套有质量为m的小球, 小球可以在杆上无摩擦地自由滑动,两小球用长为2L的轻绳相连, 今在轻绳中点施加一个竖直向上的拉力F,恰能使两小球沿竖直杆向 上匀速运动.则每个小球所受的拉力大小为(重力加速度为g)( ) A. B.mgC. F/3D.F 图5 6.如图5所示,AC、CD、BD为三根长度均为l的轻绳,A、B两 端被悬挂在水平天花板上,相距2l.现在C点上悬挂一个质量为m 的重物,为使CD轻绳保持水平,在D点上可施加力的最小值为 ( ) A.mgB. mg C. mgD. mg 7.如图6所示,质量均为m的小球A、B用两根不可伸长的轻绳连接后悬挂于O点,在外力F的作用下,小球A、B处于静止状态.若要使两小球处于静止状态且悬线OA与竖直方向的夹角θ保持30°不变,则外力F的大小( ) 图6 A.可能为 mgB.可能为 mg C.可能为 mgD.可能为mg 图7 8.如图7所示,完全相同的质量为m的A、B两球,用两根等长的细线悬 挂在O点,两球之间夹着一根劲度系数为k的轻弹簧,静止不动时, 弹簧处于水平方向,两根细线之间的夹角为θ,则弹簧的长度被压缩了 ( ) A. B. C. D. 复习讲义 基础再现 一、 基础导引 1. (1)玻璃杯从桌子上掉下,在重力作用下,运动得越来越快;被掷出去的铅球,在重力作用下沿曲线落回地面;蹦蹦床在人的压力作用下,向下凹;橡皮筋在拉力作用下变得细长. (2)人坐在凳子上,人对凳子有一个压力,该力的施力物体是人,受力物体是凳子. 2. 知识梳理 1. (1)运动状态 (2)形变 2. (1)物体 不存在 (2)相互 (3)大小 方向 平行四边形 三角形 3. (1)有刻度的有向线段 (2)有向线段 思考: 力的图示要求精确画出力的大小、方向和作用点,在相同标度下用线段的长短表示力的大小,指向表示力的方向,箭尾(或箭头)表示力的作用点;受力示意图着重于力的方向,不要求作出标度. 二、 基础导引 a 知识梳理 1.吸引 2.mg 3. (2)纬度 4.竖直 5. (1)①几何形状 ②质量分布 (2)①几何中心 ②悬挂法 思考: 不对.理由是: (1)重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力,但不能认为重力就是地球对物体的吸引力. (2)地球对物体的引力除产生重力外,还要提供物体随地球自转所需的向心力. 三、 基础导引 1.钢管受到三个力的作用: 重力G、地面的支持力F1、绳 的拉力F2(如图所示).重力G的施力物体是地球,地面的支持力 F1的施力物体是地面,绳的拉力F2的施力物体是绳. 2.筷子受三个力作用: 重力G、碗对筷子一端的支持力F1、另一端 的支持力F2,如图所示. 知识梳理 1.弹性形变 (1)①接触 ②弹性形变 (2)相反 2. (1)弹性形变 正比 (2)kx ①劲度系数 自身 ② 变化量 思考: 弹力的方向与施力物体的形变方向相反,与受力物体的形变方向相同. 课堂探究 例1 跟踪训练1 例2 无弹力,理由见解析 跟踪训练2 B 例3 0.14 跟踪训练3 见解析 解析 FTsinθ=ma,FTcosθ+F=mg,F=kx 联立解得: x=m(g-acotθ)/k 讨论: (1)若a x=m(g-acotθ)/k (2)若a=gtanθ,则弹簧伸长x=0 (3)若a>gtanθ,则弹簧压缩 x=m(acotθ-g)/k 例4 BC 跟踪训练4 AC 分组训练 1.A 2.B 3.A 4.C 5.B 课时规范训练 1.BCD 2.BC 3.D 4.A 5.C 6.C 7.BCD 8.C
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