高中物理 第二章 力章末总结 教科版必修1.docx
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高中物理第二章力章末总结教科版必修1
第二章力章末总结
[目标定位] 1.进一步熟练判定弹力方向,能根据平衡法、假设法确定弹力的有无和方向.2.进一步熟练掌握静摩擦力、滑动摩擦力方向的判定和大小的计算方法.3.学会对物体进行受力分析的方法.
一、几种常见弹力的方向
1.弹簧两端的弹力方向,与弹簧中心轴线相重合,指向弹簧恢复原状的方向.
2.轻绳对物体的弹力方向,沿绳指向绳收缩的方向.
3.面与面接触时弹力的方向,垂直于接触面并指向受力物体.
4.点与面接触时弹力的方向,过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)并指向受力物体.
5.轻杆对物体的弹力的方向不一定(填“一定”或“不一定”)沿杆.
二、静摩擦力
1.运动的物体可以(填“可以”或“不可以”)受静摩擦力.
2.静摩擦力可以是阻力,也可以是动力.
3.静摩擦力的方向可以与运动方向相反,也可以与运动方向相同,但一定跟相对运动趋势的方向相反.
4.静摩擦力的大小随着产生静摩擦力的外力的变化而变化,但有一最大值f静max,静摩擦力的范围0 三、滑动摩擦力 1.静止的物体可以(“可以”或“不可以”)受滑动摩擦力. 2.滑动摩擦力可以是阻力,也可以是动力. 3.滑动摩擦力的方向可以与运动方向相反,也可以与运动方向相同,但一定跟相对运动的方向相反. 4.滑动摩擦力f=μN,f与正压力N成正比. 一、弹力有无的判定 1.对于形变比较明显的情况,我们采用直接法进行判断,即根据弹力产生的条件判断: (1)物体间相互接触; (2)发生弹性形变. 2.对于形变不明显的情况,可用利用假设法进行判断: (1)假设无弹力: 在该处将与研究对象接触的另一物体去掉,看此物体还能否在原位置保持原来的状态,若能保持原来的状态则说明物体间无弹力作用;否则,有弹力作用. (2)假设有弹力: 就是假设与研究对象接触的物体对研究对象施加了弹力,画出假设状态下的受力分析图,判断受力情况与存在状态是否矛盾,若矛盾,则不存在弹力,若不矛盾,则此弹力存在. 例1 判断下图中小球是否受到弹力作用,若受到弹力,请指出其施力物体. 解析 因为各接触面间的形变属于微小形变,所以采用假设法来判断小球是否受斜面的弹力.若将三个图中的斜面去掉,则甲图中小球无法在原位置静止,乙和丙两图中小球仍静止. 因此: 甲图中小球受到斜面的弹力,施力物体是斜面,同时受细绳的弹力,施力物体是细绳;乙图中小球只受到细绳的弹力,施力物体是细绳,不受斜面的弹力;丙图中小球只受水平面的弹力,施力物体是水平面,不受斜面的弹力. 答案 见解析 借题发挥 (1)误认为只要有接触一定存在弹力作用,而忽略了弹力产生的另一个条件——发生弹性形变. (2)误认为只要有形变就有弹力,而忽略了弹力产生的另一个条件——接触. 针对训练 如图所示,各接触面是光滑的,则A、B间可能无弹力作用的是( ) A B C D 解析 利用假设法,撤去B物体之后,A、C选项中的A球均能保持原来的状态,所以A、C选项中两物体间无弹力作用,B、D选项中,撤去B物体之后,A球均不能保持原来的静止状态,所以B、D选项中,两物体间存在弹力. 答案 AC 二、静摩擦力有无及方向的判断 1.静摩擦力产生的条件: 接触面间有压力,粗糙且有相对运动趋势. 2.平衡条件法 当相互接触的两物体处于静止状态或匀速直线运动状态时,可根据二力平衡条件判断静摩擦力的存在与否及其方向. 3.假设法 利用假设法进行判断时,可按以下思路进行分析: 例2 如图1所示,A、B叠放在水平面上,水平力F作用在A上,使二者一起向左做匀速直线运动,下列说法正确的是( ) 图1 A.A、B之间无摩擦力 B.A受到的静摩擦力水平向右 C.B受到A的静摩擦力水平向左 D.地面对B的滑动摩擦力水平向右 解析 对A物体: 由于A匀速运动,由二力平衡可知,B对A的摩擦力必与F等大反向,故A错,B正确;对B物体: 由力的作用的相互性,B对A的摩擦力一定与A对B的摩擦力反向,故B受到A的摩擦力水平向左,故C正确;对A、B整体分析,由于A、B一起向左匀速运动,则地面对B有滑动摩擦力,且水平向右,故D正确. 答案 BCD 针对训练 若例题中的水平力F作用在物体B上,A、B一起做匀速直线运动,如图2所示,则( ) 图2 A.A、B之间无摩擦力 B.A受到的摩擦力水平向右 C.B与地面之间无摩擦力 D.地面对B的摩擦力水平向右 解析 假设B对A有摩擦力,则A受力不平衡,不可能做匀速直线运动,故B对A无摩擦力,故A正确,B错误;由于A、B一起匀速运动,故把A、B作为一个整体,B相对于地面向左滑动,故地面对B有摩擦力,且方向水平向右,故C错误,D正确. 答案 AD 三、摩擦力的计算 1.计算摩擦力时,应先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力. 2.静摩擦力用平衡条件计算,其大小只与平行于接触面方向的力有关,与垂直接触面方向的力无关.静摩擦力在0 3.滑动摩擦力用f=μN计算,其中N为接触面受到的正压力.或用平衡条件计算,其大小只与垂直接触面方向的力有关,与沿接触面方向的力无关. 例3 如图3所示,用水平力F将木块压在竖直墙壁上,已知木块重力G=6N,木块与墙壁间的动摩擦因数μ=0.25,求: 图3 (1)当F=25N时,木块没有动,木块受到的摩擦力为多大? (2)当F增大为30N时,木块仍静止,木块受到的摩擦力为多大? (3)当F=10N时木块沿墙面下滑,此时木块受到的摩擦力为多大? (4)当F=6N时,木块受到的摩擦力为多大? 解析 分析木块的受力情况,如图所示. (1) (2)木块静止,根据二力平衡,竖直方向上的静摩擦力等于重力,Ff=G=6N,与压力大小无关. (3)木块沿墙面下滑时,木块与墙壁间的摩擦力为滑动摩擦力, Ff=μFN FN=F 所以Ff=μF=0.25×10N=2.5N. (4)当F=6N时,木块与墙壁间的摩擦力也为滑动摩擦力, 所以Ff=μF=0.25×6N=1.5N. 答案 (1)6N (2)6N (3)2.5N (4)1.5N 四、物体的受力分析 受力分析的一般步骤 1.明确研究对象,即首先确定我们要分析哪个物体的受力情况,研究对象可以是单个物体(质点、结点),也可以是两个(或多个)物体组成的整体; 2.隔离分析: 将研究对象从周围物体中隔离出来,分析周围有哪些物体对它施加了力的作用; 3.按重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序,依据各力的方向,画出各力的示意图. 例4 A、B、C三个物体如图4所示放置在水平面上,所有接触面均不光滑,有一个水平向右的力F作用在物体C上,使A、B、C一起向右做匀速运动,则( ) 图4 A.B对A的静摩擦力方向水平向左 B.B对A的静摩擦力方向水平向右 C.C对A的静摩擦力方向水平向左 D.A对C的静摩擦力方向水平向右 解析 物体B相对地面水平向右运动,所受地面的滑动摩擦力方向向左,因B匀速运动,故A对B的静摩擦力方向水平向右,从而B对A的静摩擦力方向水平向左,A正确,B错误;物体A水平向右匀速运动,B对它的静摩擦力方向水平向左,因而C对A的静摩擦力方向水平向右,A对C的静摩擦力方向水平向左,C、D错误.故选A. 答案 A 针对训练 (2013四川成都期中)如图5所示,小球A重力大小为G,上端被竖直轻线悬挂于O点,下端与桌面接触,设线对小球的拉力为T,桌面对小球的支持力为N,关于小球A静止时,G、T、N大小关系可能正确的是( ) 图5 A.T=0,N=GB.T=G,N=0 C.T+N=GD.T-N=G 答案 ABC 弹力有无的判定 1.下列各图中P、Q两球之间不存在弹力的是(所有接触面都是光滑的)( ) 解析 A图中若两球间若有弹力则小球Q将向右运动,所以P、Q间无弹力;B图两球间若有弹力则小球将向两边运动,所以P、Q间无弹力;C图两球间若无弹力则小球P将向下运动,所以P、Q间有弹力;D图两球间若无弹力则小球P将向右下运动,所以P、Q间有弹力.故选AB. 答案 AB 静摩擦力有无及方向的判断 2.(2013四川双流期中)将一物块分成相等的A、B两部分靠在一起,下端放置在地面上,上端用绳子拴在天花板,绳子处于竖直伸直状态,整个装置静止.则( ) 图6 A.绳子上拉力可能为零 B.AB之间一定存在弹力 C.地面与物体间可能存在摩擦力 D.AB之间可能存在摩擦力 解析 对A分析,有A所受的重力、B对A的支持力和摩擦力三个力平衡,则绳子拉力为零;若A只有绳子的拉力与重力,则AB间没有摩擦力存在,AB之间不存在弹力,故A、D正确,B错误;对整体分析,整体可能受总重力、支持力,拉力.根据整体平衡知,在水平方向方向上地面对B无摩擦力.故C错误. 答案 AD 摩擦力的计算 3.(2013成都六校联考)如图7所示,一块木板B放在水平地面上,木块A放在B的上面,A的右端通过水平的轻弹簧称固定在直立的墙壁上.现在用水平力F拉动B,使它以速度v运动,稳定后弹簧称的读数为T.下列说法正确的是( ) 图7 A.地面受到的滑动摩擦力大小为T B.木块A受到的滑动摩擦力的大小为T C.若木板B以2v的速度运动,稳定后A受到的摩擦力大小为2T D.若以2F的水平力拉木板运动,稳定后A受到的摩擦力大小为2T 解析 长木板处于平衡状态,长木板所受的拉力和两个摩擦力是平衡力,故此时长木板所受的地面对它的滑动摩擦力为F-T,所以地面受到的滑动摩擦力大小为F-T,故A错误;由于此时木块A处于平衡状态,所以此时木块A所受的摩擦力大小等于T,故B正确;若长木板以2v的速度运动时,A仍然受滑动摩擦力,稳定后A受到的摩擦力大小为T,故C错误;若用2F的力作用在长木板上,此时木块A仍处于平衡状态,所以此时A所受的摩擦力的大小仍等于T,故D错误. 答案 B 4.如图8所示,GA=20N,GB=10N,A与水平面的滑动摩擦因数μ=0.4,其余摩擦不计,求下列 (1) (2)两种情况下物体A受什么摩擦力? 大小如何? (假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力) 图8 (1)F1=0时由静止释放B物体; (2)F2=10N由静止释放B物体; (3)若要使A匀速运动,所加的竖直方向的力F的大小是多少? 解析 (1)F1=0时,A所受最大静摩擦力为f=μmAg=8N,此时mBg>f,故A将运动,故A所受摩擦力为滑动 摩擦力,大小为f=μmAg=8N; (2)当F2=10N时,A所受最大静摩擦力为f=(F2+mAg)μ=12N,此时mBg<f,故A静止,A所受摩擦力为静摩擦力,大小为f=mBg=10N.(3)若A匀速运动,此时滑动摩擦力大小等于B的重力大小,故此时有: μ(mAg+F)=mBg,代入数据得: F=5N.故所加的竖直方向的力F的大小是5N. 答案 (1)滑动摩擦力 8N (2)静摩擦力 10N (3)5N 物体的受力分析 5.如图9所示,A、B、C三物块叠放并处于静止状态,水平地面光滑,其他接触面粗糙,以下受力分析正确的是( ) 图9 A.A与墙面间存在压力 B.A与墙面间存在静摩擦力 C.A物块共受3个力作用 D.B物块共受5个力作用 解析 以三个物体组成的整体为研究对象,水平方向上: 地面光滑,对C没有摩擦力,因为三者处于静止状态,所以墙对A没有压力,因而也没有摩擦力,故A、B错误;对A: 若撤去墙壁或B物块,A都不能处于静止状态,所以它受到重力,B的支持力和B的摩擦力三个力作用,故C正确;对AB整体研究水平方向上: 墙对A没有压力,则由平衡条件分析可知,C对B没有摩擦力,再对B分析: 受到重力、A的压力和摩擦力、C的支持力,共四个力作用,故D错误.故选C. 答案 C (时间: 60分钟) 题组一 弹力有无的判定 1.如图10所示,一小球用两根轻绳挂于天花板上,球静止,绳1倾斜,绳2恰好竖直,则小球所受的作用力有( ) 图10 A.1个B.2个 C.3个D.4个 答案 B 2.(2013宜宾期中)在图中,a、b表面均光滑,天花板和地面均水平.a、b间一定有弹力的是( ) 解析 两物体间产生弹力的条件除了相互接触外,还要相互挤压产生弹性形变.A、C、D图中A、B间虽有相互接触,但不一定相互挤压,故选B. 答案 B 3.如图11所示,将一个钢球分别放在量杯、口大底小的普通茶杯和三角烧杯中,钢球与各容器的底部和侧壁相接触,处于静止状态.若钢球和各容器都是光滑的,各容器的底部均处于水平面内,则以下说法中正确的是( ) 图11 A.各容器的侧壁对钢球均无弹力作用 B.各容器的侧壁对钢球均有弹力作用 C.量杯的侧壁对钢球无弹力作用,其余两种容器的侧壁对钢球均有弹力作用 D.口大底小的普通茶杯的侧壁对钢球有弹力作用,其余两种容器的侧壁对钢球均无弹力作用 解析 假设容器侧壁对钢球有弹力作用,作出各容器中钢球的受力分析图分别如图a、b、c所示,可见三种情况均与钢球静止的题设条件相矛盾,所以原假设不成立,各容器的侧壁对钢球均无弹力作用.因此,本题正确选项为A. 答案 A 题组二 静摩擦力有无及方向的判断 4.(2013~2014浙江高一期中)如图12所示,一人站在自动扶梯的水平踏板上,随扶梯斜向上匀速运动,以下说法正确的是( ) 图12 A.人受到重力和支持力的作用 B.人受到重力、支持力和向右的摩擦力的作用 C.人受到重力、支持力和向左的摩擦力的作用 D.人受到重力、支持力和与速度方向相同的摩擦力的作用 解析 人做匀速直线运动,则人处于平衡状态,受重力和支持力,若受摩擦力,一定沿水平方向,没有力与摩擦力平衡,故B、C、D错. 答案 A 5.(2013福建高一期末)如图13所示,物体放在水平桌面上,在水平方向上共受三个力作用,即F1、F2和摩擦力作用,物块处于静止状态,其中F1=10N,F2=2N,若撤去F1,物体仍静止不动,则物块受到的摩擦力是( ) 图13 A.8N,方向向右B.8N,方向向左 C.2N,方向向右D.2N,方向向左 解析 在未撤去力之前,物体静摩擦力为8N,因此当撤掉F1,F2不足以推动物体,因此静摩擦力为2N,方向向右,C正确. 答案 C 6.如图14所示,手用力握住一个竖直的瓶子,瓶子重为250N,当瓶子静止时,瓶子受到______(选填“静”或“滑动”)摩擦力的作用.摩擦力的大小为________N,摩擦力的方向________(选填“竖直向上”“竖直向下”“水平向右”或“水平向左”).如果在手和瓶子间抹了洗洁精,需要增大手握瓶子的力才能握住瓶子,此时瓶子受到摩擦力大小________(选填“变大”“变小”或“不变”). 图14 解析 当瓶子静止时,瓶子受到静摩擦力作用,根据平衡有: f=mg=250N,方向与重力的方向相反,竖直向上.静摩擦力大小与正压力大小无关,增大压力,瓶子所受的静摩擦力不变,仍然等于重力. 答案 静 250 竖直向上 不变 题组三 摩擦力的计算 7.如图15所示,在水平桌面上放一木块,用从零开始逐渐增大的水平拉力F拉着木块沿桌面运动,则木块所受的摩擦力Ff随拉力F变化的图象正确的是( ) 图15 解析 当木块不受拉力时(F=0),桌面对木块没有摩擦力(Ff=0).当木块受到的水平拉力F较小时,木块仍保持静止,但出现向右运动的趋势,桌面对木块产生静摩擦力,其大小与F相等,方向相反.随着水平拉力F不断增大,木块向右运动的趋势增强,桌面对木块的静摩擦力也相应增大,直到水平拉力F足够大时,木块开始滑动,桌面对木块的静摩擦力达到最大值Fmax.在这个过程中,由木块水平方向二力平衡条件知,桌面对木块的静摩擦力Ff始终与拉力F等大反向,即随着F的增大而增大.木块滑动后,桌面对它的阻碍作用是滑动摩擦力,它小于最大静摩擦力,并且在木块继续滑动的过程中保持不变. 答案 D 8.如图16所示,物体a、b和c叠放在水平桌面上,水平力Fb=5N、Fc=10N分别作用于物体b、c上,a、b和c仍保持静止.以f1、f2、f3分别表示a与b、b与c、c与桌面间的静摩擦力的大小,则( ) 图16 A.f1=5N,f2=0,f3=5N B.f1=5N,f2=5N,f3=0 C.f1=0,f2=5N,f3=5N D.f1=0,f2=10N,f3=5N 解析 以a为研究对象,根据a处于静止状态,可知b对a的静摩擦力大小f1=0,否则a水平方向所受的合力不为零,不能保持静止.以ab整体为研究对象,根据两者所处静止状态,可得f2=Fb=5N.再以三个物体整体为研究对象,根据整体处于静止状态,得: f3=Fc-Fb=10N-5N=5N,方向水平向左.所以f1=0,f2=5N,f3=5N.故选C. 答案 C 题组四 物体的受力分析 9.如图17所示,物体A、B、C叠放在水平桌面上,水平力F作用于C物体,使A、B、C以共同速度向右匀速运动,且三者相对静止,下面关于摩擦力的说法正确的是( ) 图17 A.A不受摩擦力作用 B.B不受摩擦力作用 C.C不受摩擦力作用 D.以A、B、C为整体,整体受到的摩擦力为零 解析 对整体分析可知,整体水平方向受拉力做匀速直线运动,故A应受到地面的摩擦力,故A、D错误;对B分析可知,B水平方向不受外力,AB间没有相对运动的趋势,故B不受摩擦力,故B正确;对C分析可知,C水平方向受向右的拉力,匀速直线运动,所以C受到向左的摩擦力,故C错误.故选B. 答案 B 10.(2013重庆高一期末)如图18所示,用水平力F推乙物块,使甲、乙、丙三个完全相同的物块沿粗糙水平地面一起做匀速直线运动,各物块受力的情况是( ) 图18 A.甲物块不受任何摩擦力的作用 B.乙物块只受到一个摩擦力的作用 C.丙物块受到三个摩擦力的作用 D.丙受到6个力的作用 解析 因整体匀速向右,以三者整体为研究对象,受到重力、支持力、向右的推力F和地面水平向左的摩擦力作用.以甲为研究对象: 只受到重力和支持力作用,若受到乙的摩擦力,则不能匀速,所以A正确;隔离乙: 受到重力、甲对乙的压力和丙对乙的支持力,以及水平推力和丙对其向左的摩擦力,5个力作用,B正确;最后隔离丙: 受到重力、乙对丙的压力和地面对丙的支持力,以及乙对丙向右的摩擦力和地面对丙的向左的摩擦力,共5个力作用,故C、D错误. 答案 AB 11.(2013成都六校联考)如图19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.在这过程中下面木块移动的距离为( ) 图19 A. B. C. D. 答案 C 12.(2013~2014湖北高一期中)如图20所示,物体A重GA=40N,物体B重GB=20N,A与B、B与地的动摩擦因数相同.用水平绳将物体A系在竖直墙壁上,水平力F向右拉物体B,当F=30N时,才能将B匀速拉出.求接触面间的动摩擦因数多大? 图20 解析 设接触面间的动摩擦因数为μ,物体A与B间的摩擦力为F1=μGA.物体B与地面间的滑动摩擦力为F2=μ(GA+GB).将B匀速拉出,拉力大小与两个摩擦力的合力大小应相等,有F=μGA+μ(GA+GB)=μ(2GA+GB)即30=μ(2×40+20)解得,μ=0.30 答案 0.30 13.如图21所示,质量5kg的活塞夹在一个粗糙的竖立气缸内,活塞与缸壁间的最大静摩擦力为10N.现在利用轻质绳子通过两个光滑定滑轮将活塞与质量M的铁锭相连.问要使活塞相对缸壁静止,铁锭质量M的范围.(取g=10m/s2) 图21 解析 当铁锭质量最大时,活塞有向上滑的趋势,则活塞受到向下的静摩擦力, 此时Mg=mg+F=(50+10)N=60N 所以最大质量为6kg 当铁锭质量最小时,活塞有向下滑的趋势,则活塞受到向上的静摩擦力, 此时Mg=mg-F=(50-10)N=40N 所以最小质量为4kg 所以铁锭质量M的范围为4kg≤M≤6kg. 答案 4kg≤M≤6kg
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