届高三物理精细化复习讲义相互作用与物体的平衡第一节重力与弹力.docx
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届高三物理精细化复习讲义相互作用与物体的平衡第一节重力与弹力
第2章相互作用与物体的平衡
【新课标考纲】
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高考指数
专家解读
1.滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力Ⅰ
2.形变、弹力、胡克定律Ⅰ
3.矢量和标量Ⅰ
4.力的合成和分解Ⅱ
5.共点力的平衡Ⅱ
6.实验二:
探究弹力和弹簧伸长量的关系
7.实验三:
验证力的平行四边形定则
★★
★★
★
★★★★★
★★★★★
★
★★★
1.有关弹力、摩擦力问题.其中对弹簧的弹力的分析及应用在高考中出现的频率很高,静摩擦力大小和方向的分析计算也是必考内容.2.物体的平衡问题.常考查重力、弹力、摩擦力三力平衡问题,或与电场力、磁场力等综合的平衡问题.
3.合力与分力问题,共点力的合成问题.常结合实例分析合力与分力的等效替代特征,如交通运输、体育竞技、人体骨骼等.此为Ⅱ类要求,是高考热点.
【知识框架】
第1节力、重力与弹力
一、力的概念:
力是物体对物体的作用。
1.力的基本特征
(1)力的物质性:
力不能脱离物体而独立存在。
(2)力的相互性:
力的作用是相互的。
(3)力的矢量性:
力是矢量,既有大小,又有方向。
(4)力的独立性:
力具有独立作用性。
特别需要指出的是:
力是物体对物体的作用,它是不能离开物体而独立存在的,当一个物体受到力的作用时,则必定有另一个物体来产生这一作用力,不存在没有受力物体或施力物体的“力”。
同时,被作用的物体也会产生一个大小相等、方向相反的反作用力去作用于另一物体。
2.力的分类:
①按性质分类:
重力、弹力、摩擦力
、分子力、电磁力、核力等(受力分析时一定要分析的力)一定有施、受力物体。
②按效果分类:
拉力、压力、支
持力、动力、阻力、向心力、回复力、下滑力、分力、合力、斥力、吸力、浮力等
③按研究对象分类:
内力和外力。
④按作用方式分类:
重力、电场力、磁场力等为场力,即非接触力,弹力、摩擦力为接触力。
(提问:
效果相同,性质一定相同吗?
性质相同效果一定相同吗?
大小方向相同的两个力效果一定相同吗?
)
3.力的效果
(1)加速度或改变运动状态
(2)形变
4.力的测量工具:
测力计,可以用弹簧称测量
5.单位:
牛顿简称牛.符号N(SI制中:
kgm/s2)
意义:
使质量为1千克的物体产生1米/秒2加速度力的大小为1牛顿.
6.力的表示方法:
三要素表示、力的图示和示意图
力的三要素是:
大小、方向、作用点.
(1)力的图示:
用一根带箭头的线段表示出力的三要素,称为力的图示.要选择合适的比例(标度),要求严格。
说明:
改变任一方面作用效果都改变。
(2)力的示意图:
若只要求正确地表示出物体的受力个数和受力的方向,按大致比例画出力的大小,称为力的示意图.
示意图着重于受力个数和各力的方向画法,不要求作出标度.
【复习巩固题】
1、关于力的概念,下列哪些说法是正确的()
A.力是使物体产生形变和速度的原因
B.一个力必定联系着两个物体,其中每个物体既是受力物体又是施力物体
C.只要两个力的大小相同,它们产生的效果一定相同
D.两个物体相互作用,其相互作用力可以是不同性质的力
2、下列各组力全部以效果命名的是()
A、弹力、动力、斥力、分子力B、重力、弹力、摩擦力、电磁力
C、阻力、磁力、动力、支持力D、压力、拉力、牵引力、浮力
2、重力
1、产生原因:
由于地球对物体的吸引而使物体受到的力叫重力.
说明:
重力是由于地球的吸引而产生的力,但它并不就等于地球时物体的引力.重力是地球对物体的万有引力的一个分力,另一个分力提供物体随地球旋转所需的向心力。
由于物体随地球自转所需向心力很小,所以计算时一般可近似地认为物体重力的大小等于地球对物体的引力。
其一个分力使得物体随地球自转所需的向心力,(赤道处较大);另一个力为重力。
(在南北两极较大)地球附近的物体都受重力作用,重力的施力物体是地球。
重力的大小与纬度和距地面的高度有关。
重力在不同纬度的地方不同,南北两极较大,赤道处较小。
离地面不同高度的地方不同,离地越高的地方越小,但是在处理物理问题时,在地球表面和地球表面附近某一高度的地方,一般认为物体受的重力不变。
一个物体受的重力不受运动状态的影响,与是否还受其它力作用也无关。
在超重、矢重和卫星上也还受重力作用,
2、大小:
G=mg(说明:
物体的重力的大小与物体的运动状态及所处的状态都无关)g=9.8N/kg可以用弹簧测力计测量
3、方向:
竖直向下(说明:
不可理解为跟支承面垂直).
不等同于指向地心,只有赤道和两极处重力的方向才指向地心。
4、重心:
物体各部分都受重力作用,效果上认为集中到一个点上,这个点就叫重心,即是说重力的作用点。
即:
重心是物体各部分所受重力合力的作用点.
说明:
(l)重心可以不在物体上.物体的重心与物体的形状和质量分布都有关系。
重心是一个等效的概念。
重心是一个等效替代点,不要认力只有重心处受重力,物体的其它部分不受重力。
(2)有规则几何形状、质量均匀的物体重心在它的几何中心.质量分布不均匀的物体,其重心随物体的形状和质量分布的不同而不同。
5、物体重心位置的确定方法
(1)悬挂法:
适用范围:
质量分布均匀的薄板(原理:
二力平衡)
例、如图所示,矩形均匀薄板长AC=60cm,宽CD=10cm,在B点用细线悬挂,板处于平衡状态,AB=35cm,则悬线和板边缘CA的夹角α=.
(2)
杠杆法
例、如图所示,有一等边三角形ABC,在B、C两处各放一个质量为m的小球,在A处放一个质量为2m的小球,求这个系统组成的重心在何处。
【复习巩固题】
1、关于物体的重心的说法中,正确的是( )
A.因物体的重心是重力的作用点,所以物体的重心一定在物体上
B.任何有规则形状的物体,其重心必在其几何中心
C.物体的形状改变时,它的重心位置很可能也随着改变
D.物体的重心可能在物体上,也可能在物体外
2、设想从某一天起,地球引力减小一半,那么对漂浮在水面上的船来说,下列说法中正确的是:
()
A.船受到的重力将减小,船的吃水深度将不变
B.船受到的重力将减小,船的吃水深度将减小
C.船受到的重力将不变,船的吃水深度将不变
D.船受到的重力将不变,船的吃水深度将减小
3、弹力
1、定义:
直接接触的物体间由于发生弹性形变(即是相互挤压)而产生的力.
2、产生条件:
直接接触,有弹性形变。
3、方向:
弹力的方向与施力物体的形变方向相反(与形变恢复方向相同),作用在迫使物体发生形变的物体上。
弹力是法向力,力垂直于两物体的接触面
●弹力方向的判定
【复习巩固题】
1、如图所示,一匀质木棒,搁置于台阶上保持静止,下图关于木棒所受的弹力的示意图中正确的是()
2、如图所示,一重为10N的球固定在支杆AB的上端,今用一段绳子水平拉球,使杆发生弯曲,已知绳的拉力为7.5N,则AB杆对球的作用力( ).
A.大小为7.5N
B.大小为10N
C.方向与水平方向成53°角斜向右下方
D.方向与水平方向成53°角斜向左上方
3、小车上固定一根弹性直杆A,杆顶固定一个小球B(如图所示),现让小车从光滑斜面上自由下滑,在下图的情况中杆发生了不同的形变,其中正确的是( ).
4、
●弹力有无的判定
弹力有无的判断方法
(1)根据弹力产生的条件直接判断:
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)利用假设法判断:
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.如下面的例子。
(3)根据物体的运动状态分析:
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.例如,如图所示,小球A在车厢内随车厢一起向右运动.可根据小球的运动状态分析车厢后壁对球A的弹力的情况:
①若车厢和小球做匀速直线运动,则小球A受力平衡,所以车厢后壁对小球无弹力.
②若车厢和小球向右做加速运动,则由牛顿第二定律可知,车厢后壁对小球的弹力水平向右.
【总结】
【复习巩固题】
1、在图中,A、B均处于静止状态,则A、B之间一定有弹力的是( ).
2、如图所示,小球A的重力为G=20N,上端被竖直悬线挂于O点,下端与水平桌面相接触,悬线对球A、水平桌面对球A的弹力大小可能为( )
A.0,GB.G,0
C.
,
D.
G,
G
3、如图所示,小车内有一固定光滑斜面,一个小球通过细绳与车顶相连,细绳始终保持竖直.关于小球的受力情况,下列说法正确的是( )
A.若小车静止,绳对小球的拉力可能为零
B.若小车静止,斜面对小球的支持力一定为零
C.若小车向右运动,小球一定受两个力的作用
D.若小车向右运动,小球一定受三个力的作用
四、弹力的计算方法
1.一般物体之间的弹力,要利用平衡条件或牛顿第二定律来计算.
2.弹簧的弹力,由胡克定律(F=kx)计算.
①弹簧、橡皮条类:
它们的形变可视为弹性形变。
(在弹性限度内)弹力的大小跟形变关系符合胡克定律遵从胡克定律力F=kX。
(重点)
上式中k叫弹簧劲度系数,单位:
N/m,跟弹簧的材料、粗细,直径及原长都有关系;
X是弹簧的形变量(拉伸或压缩量)切不可认为是弹簧的原长。
②一根张紧的轻绳上的张力大小处处相等。
③非弹
簧类的弹力是形变量越大,弹力越大,一般应根据物体所处的运动状态,利用平衡条件或动力学规律(牛顿定律)来计算。
【复习巩固题】
1、(高考题)如图所示,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:
①中弹簧的左端固定在墙上,②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用,③中弹簧的左端拴一小物块,物块在光滑的桌面上滑动,④中弹簧的左端拴一小物块,物块在有摩擦的桌面上滑动。
若认为弹簧的质量都为零,以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量,则有()
A.l2>l1B.l4>l3C.l1>l3D.l2=l4
2、在如图所示的三种情况中,砝码的质量均为M,滑轮的摩擦可不计,则三个弹簧测力计的示数T1、T2、T3的大小关系是()
A.T1=T2 3、(2010年新课标高考题)一根轻质弹簧一端固定,用大小为F1的力压弹簧的另一端,平衡时长度为l1;改用大小为F2的力拉弹簧,平衡时长度为l2.弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,该弹簧的劲度系数为( ). A. B. C. D. 4、(2013年惠安模拟)如图所示,两木块的质量分别为m1和m2,两轻质弹簧的劲度系数分别为k1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.在此过程中下面木块移动的距离为多少? 5、(2011年池州模拟)如图所示,原长分别为L1和L2,劲度系数分别为k1和k2的轻质弹簧竖直悬挂在天花板上,两弹簧之间有一质量为m1的物体,最下端挂着质量为m2的另一物体,整个装置处于静止状态.求: (1)这时两弹簧的总长. (2)若用一个质量为M的平板把下面的物体竖直缓慢地向上托起,直到两弹簧的总长度等于两弹簧的原长之和,求这时平板受到下面物体m2的压力. ●常见理想模型中弹力比较: 类别 轻绳 轻杆 轻弹簧 特征 轻、软、不可伸长,即绳中各处的张力大小相等 轻,不可伸长,亦不可压缩 轻,既可被拉伸,也可被压缩,弹簧中各处弹力均相等 产生力的 方向及 特点 只能产生拉力,不能产生压力,拉力的方向沿绳子收缩的方向 既能产生压力,又能产生拉力,弹力方向不一定沿杆的方向 既能产生压力,又能产生拉力,力的方向沿弹簧轴线 大小 计算 运用平衡方程或牛顿第二定律求解 运用平衡方程或牛顿第二定律求解 除运用平衡方程或牛顿第二定律外,还可应用胡克定律F=kx求解 变化情况 弹力可以发生突变 弹力只能渐变 【复习巩固题】 1、如图所示,竖直放置在水平面上的轻质弹簧上放着质量为2kg的物体A,处于静止状态。 若将一个质量为3kg的物体B竖直向下轻放在A上的一瞬间,则A对B的压力大小为(取g=10m/s2)() A.30NB.0 C.15ND.12N 2、(09·广东物理)某缓冲装置可抽象成图所示的简单模型。 图中 为原长相等,劲度系数不同的轻质弹簧。 下列表述正确的是() A.缓冲效果与弹簧的劲度系数无关 B.垫片向右移动时,两弹簧产生的弹力大小相等 C.垫片向右移动时,两弹簧的长度保持相等 D.垫片向右移动时,两弹簧的弹性势能发生改变 【课后巩固题】 一、选择题(共8题) 1、(2013年上海十校二次联考)下列关于重力的说法中正确的是( ) A.只有静止在地面上的物体才会受到重力 B.重力是由于地球的吸引而产生的,它的方向竖直向下 C.质量大的物体受到的重力一定比质量小的物体受到的重力大 D.物体对支持面的压力必定等于物体的重力 2、如图所示,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( ). 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 3、如图所示,重为G的质点M与三根相同的螺旋形轻弹簧相连,静止时,相邻两弹簧的夹角均为120°,已知弹簧A、B对质点的作用力均为2G,则弹簧C对质点作用力可能为 ( ). A.2GB.GC.0D.3G 4、(2013年北京东城区)如图所示,一箱苹果沿着倾角为θ的斜面,以速度v匀速下滑.在箱子的中央有一只质量为m的苹果,它受到周围苹果对它作用力的方向( ) A.沿斜面向上 B.沿斜面向下 C.竖直向上 D.垂直斜面向上 5、如图所示,质量均为m的甲、乙两同学,分别静止于水平地面的台秤P、Q上,他们用手分别竖直牵拉一只弹簧秤的两端,稳定后弹簧秤的示数为F,若弹簧秤的质量不计,下列说法正确的是() A.甲同学处于超重状态,乙同学处于失重状态 B.台秤P的读数等于mg-F C.台秤Q的读数为mg-2F D.两台秤的读数之和为2mg 6、(09海南理综)两刚性球a和b的质量分别为 和 、直径分别为 个 ( > )。 将a、b球依次放入一竖直放置、内径为的平底圆筒内,如图所示。 设a、b两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为 和 ,筒底所受的压力大小为 .已知重力加速度大小为g。 若所以接触都是光滑的,则() A. B. C. D. 7、如图所示,轻质弹簧的劲度系数为k,小球重G,平衡时小球在A处,今用力F压小球至B处,使弹簧缩短x,则此时弹簧的弹力为() A.kxB.kx+G C.G-kxD.以上都不对 8、如图所示,在水平传送带上有三个质量分别为m1、m2、m3的木块1、2、3,1和2及2和3间分别用原长为L,劲度系数为k的轻弹簧连接起来,木块与传送带间的动摩擦因数均为μ,现用水平细绳将木块1固定在左边的墙上,传送带按图示方向匀速运动,当三个木块达到平衡后,1、3两木块之间的距离是 二、计算题(共2题) 9、(2012·长治模拟)如图所示,在光滑的水平杆上穿两个重均为2N的球A、B,在两球之间夹一弹簧,弹簧的劲度系数为10N/m,用两条等长的线将球C与A、B相连,此时弹簧被压短了10cm,两条线的夹角为60°,求: (1)杆对A球的支持力为多大? (2)C球的重力为多大? 10、(2012·铜陵模拟)如图所示,倾角为θ的光滑斜面ABC放在水平面上,劲度系数分别为k1、k2的两个轻弹簧沿斜面悬挂着,两弹簧之间有一质量为m1的重物,最下端挂一质量为m2的重物,此时两重物处于平衡状态,现把斜面ABC绕A点缓慢地顺时针旋转90°后,重新达到平衡.试求m1、m2分别沿斜面移动的距离.
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