高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力综合与测试学案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册第三章 相互作用——力综合与测试学案设计，共15页。学案主要包含了物理思维方法，重力，物体的受力分析，共点力的平衡等内容，欢迎下载使用。
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eq \a\vs4\al( 相互作,用——力)
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(力,学,中,常,见,的,三,种,力)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(重力\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(产生原因：由于__地球的吸引__而使物体受到的力,方向：__竖直向下__,大小：G＝mg,重心：是重力的等效作用点，形状规则、质量分布均匀的物体的重心在几何中心，,物体的重心__不一定__在物体上)),弹力\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(产生：物体直接接触，接触处产生了__形变__,方向：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__,大小：弹力的大小与__形变量__有关，形变量越大，弹力越__大__))))))
eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(力,学,中,常,见,的,三,种,力)\b\lc\{(\a\vs4\al\c1(\a\vs4\al(摩,擦,力)\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(滑动摩擦力\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(产生：物体接触且__相互挤压__，接触面粗糙，有__相对__运动,方向：沿接触面的切线，与__相对运动__方向相反,大小：Ff＝__μFN__)),静摩擦力\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(产生：物体接触且__相互挤压__，接触面粗糙，有__相对__运动趋势,方向：沿接触面的切线，与__相对运动趋势__方向相反,大小：0F1
解析：根据图可知，甲和丙的弹簧秤读数相等即F1＝F3＝mg，乙图中弹簧秤的读数F2＝mgcs 30°＝eq \f(\r(3),2)mg，故有F1＝F3>F2，所以选项A、B正确。
9．(2018·江苏省苏州实验中学高一上学期期中)如图所示，用与竖直方向成θ角(θ＜45°)的倾斜轻绳a和水平轻绳b共同固定一个小球，这时绳b的拉力为T1，现保持小球在原位置不动，使绳b在原竖直平面内逆时针转过θ角固定，绳b的拉力变为T2；再转过θ角固定，绳b的拉力为T3，则( AD )
A．T1＝T3＞T2 B．T1＜T2＜T3
C．T1＝T3＜T2 D．绳a的拉力减小
解析：以小球为研究对象，分析受力：重力、a、b两绳的拉力T、T2，根据平衡条件得知，T和T2的合力方向竖直向上，大小与重力相等，保持不变，作出b绳在三个不同位置时，两个拉力的变化，如图，由图得到，T1＝T3＞T2。由图看出，绳a的拉力减小，故A、D正确。
10．如图所示，A、B、C、D四个人做杂技表演，B站在A的肩上，双手拉着C和D，A撑开双手水平支持着C和D。若四个人的质量均为m，他们的臂长相等，重力加速度为g，不计A手掌与C、D身体间的摩擦。则下列结论正确的是( ABC )
A．A受到地面的支持力为4 mg
B．B受到A的支持力为3 mg
C．B受到C的拉力约为 eq \f(2\r(3),3)mg
D．C受到A的推力约为 eq \f(2\r(3),3)mg
解析：把四人看成整体，分析受力，由二力平衡可知A受到地面支持力为4 mg。把BCD看成整体，分析受力，由二力平衡可知B受到A的支持力为3 mg。由题图可知，B手臂与竖直方向的夹角大约为30°，设B对C的拉力为F1，A对C的推力为F2，对C分析受力，由受力分析和力的平衡条件可得，F1cs 30°＝mg，解得F1＝eq \f(2\r(3),3)mg。F1sin 30°＝F2，解得F2＝mgtan 30°＝eq \f(\r(3),3)mg，故选项A、B、C正确，D错误。
第Ⅱ卷(非选择题 共60分)
二、填空题(共3小题，共18分。把答案直接填在横线上)
11．(5分)如图，把一个弹簧测力计的一端固定在墙上，用另一个弹簧测力计水平向左拉金属板，金属板向左运动，此时两个测力计的示数稳定(图中已把弹簧测力计的示数放大画出)，则物块P与金属板间的滑动摩擦力的大小是__2.60__ N。若用弹簧测力计测得物块P重13 N，根据表中给出的动摩擦因数，可推算出物块P的材料为__木头__。
解析：分析物块P的受力情况可知，物块P受金属板给P的滑动摩擦力Ff，方向向左，受弹簧测力计向右的拉力F，由二力平衡可知，Ff＝F，测力计读数为2.60 N，所以Ff＝2.60 N；又根据Ff＝μG可得：μ＝eq \f(Ff,G)＝0.2，从表中对比得知，物块P为木头。
12．(6分)如图(甲)所示，用铁架台、弹簧和多个已知质量且质量相等的钩码，探究在弹性限度内弹簧弹力与弹簧伸长的关系实验。
(1)实验中还需要的测量工具有__毫米刻度尺__ 。
(2)如图(乙)所示，根据实验数据绘图，纵轴是钩码质量m，横轴是弹簧的形变量x，由图可知：图线不通过原点的原因是由于__弹簧自身重力__;_弹簧的劲度系数k＝__5.0__ N/m(g取10 m/s2) (计算结果保留2位有效数字)；
(3)如图(丙)所示，实验中用两根不同的弹簧a和b，画出弹簧弹力F与弹簧长度L的F－L图像。下列正确的是( B )
A．a的原长比b的长
B．a的劲度系数比b的大
C．a的劲度系数比b的小
D．弹力与弹簧长度成正比
解析：(1)实验需要测量弹簧伸长的长度，故需要刻度尺；
(2)由k＝eq \f(ΔF,Δx)＝eq \f(57.5×10－3×10,12－0.5×10－2) N/m＝5.0 N/m。由图可知，当F＝0时，x＝0.5 cm，说明没有挂重物时，弹簧伸长，是由于弹簧自身的重力造成的。故图线不过原点的原因是由于弹簧有自重，实验中没有考虑(或忽略了)弹簧的自重。
(3)F－L图像横坐标的截距表示原长，故b的原长比a的长，选项A错误；由k＝eq \f(ΔF,Δx)＝eq \f(ΔF,ΔL)知，a的劲度系数比b的大，选项B正确、C错误；图线的物理意义是表明弹簧的弹力大小和弹簧伸长量大小成正比，选项D错误。
13．(7分)(2018·重庆巴蜀中学高一上学期期中)在“验证力的平行四边形定则”实验中：
(1)部分实验步骤如下，请完成有关内容：
A．将一根橡皮筋的一端固定在贴有白纸的竖直平整木板上，另一端绑上两根细线。
B．在其中一根细线上挂上5个质量相等的钩码，使橡皮筋拉伸，如图甲所示，记录__钩码个数(或细线拉力)__、__橡皮筋与细线结点的位置O__、__细线的方向__。
C．将步骤B中的钩码取下，分别在两根细线上挂上4个和3个质量相等的钩码，用两光滑硬棒B、C使两细线互成角度，如图乙所示，小心调整B、C的位置，使__橡皮筋与细线结点的位置与步骤B中结点位置重合__，记录__钩码个数和对应的细线方向__。
(2)如果力的平行四边形定则得到验证，那么图乙中eq \f(cs α,cs β)＝__eq \f(3,4)__。
解析：(1)根据实验原理可知，图甲中需要记录合力的大小和方向后，画出来的合力是实际值，该实验中根据钩码个数来表示拉力大小，因此需要记录的是：钩码个数(或细线拉力)，橡皮筋与细线结点的位置O，细线的方向；该实验采用“等效代替”法，因此在用两个绳套拉橡皮筋时，要将橡皮筋与细线结点拉到与步骤B中结点位置重合，同时记录钩码个数和对应的细线方向。
(2)根据O点处于平衡状态，正交分解有：
竖直方向：4mgsin α＋3mgsin β＝5mg①
水平方向：4mgcs α＝3mgcs β②
联立①②解得：eq \f(cs α,cs β)＝eq \f(3,4)。
三、论述、计算题(本题共4小题，共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14．(9分)(2018·新疆建设兵团二师华山中学高一上学期期中)如图所示，质量为2 kg的物体放在水平地板上，用一原长为8 cm的轻质弹簧水平拉该物体，当其刚开始运动时，弹簧的长度为11 cm，当弹簧拉着物体匀速前进时，弹簧的长度为10.5 cm，已知弹簧的劲度系数k＝200N/m。(g均取10 m/s2)求：
(1)物体所受的最大静摩擦力为多大？
(2)物体所受的滑动摩擦力为多大？
(3)物体与地板间的动摩擦因数是多少？
答案：(1)6 N (2)5 N (3)0.25
解析：(1)当物体刚开始被拉动时，弹簧的伸长量为Δx1＝11 cm－8 cm＝3 cm，根据胡克定律可得：弹簧的弹力为：F1＝kΔx＝200 N/m×0.03 m＝6 N，此时物体所受的最大静摩擦力等于弹簧的弹力，即Ffmax＝6 N。
(2)当物体匀速滑动时，弹簧的伸长量为Δx2＝10.5 cm－8 cm＝2.5 cm，根据胡克定律可得：弹簧的弹力为：F2＝kΔx2＝200 N/m×0.025 m＝5 N，此时物体所受的滑动摩擦力等于弹簧的弹力，即Ff＝5 N。
(3)由滑动摩擦力公式可得：Ff＝μF N＝μmg，求得μ＝0.25。
15．(10分)(2019·北京市东城区高一学期期末)三段不可伸长的轻绳OA、OB、OC共同悬挂一质量为m的物块，如图所示，其中A端、B端都固定，OB沿水平方向，OA与竖直方向的夹角为θ，重力加速度用g表示，请：
(1)画出结点O受力的示意图；
(2)求OA绳上拉力的大小F。
答案：(1) (2)F＝eq \f(mg,cs θ)
解析：(1)以结点O为研究对象，受力图见答案。
(2)根据平衡条件，结合受力图可知：F＝eq \f(mg,cs θ)。
16．(11分)(2020·天津市部分高中高一上学期期中联考)如图所示，某人用轻绳牵住一只质量m＝0.6 kg的氢气球，因受水平风力的作用，系氢气球的轻绳与水平方向成37°角。已知空气对气球的浮力为15 N，人的质量M＝50 kg，且人受的浮力忽略不计(g取10 N/kg，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8)。求：
(1)水平风力的大小；
(2)人对地面的压力大小；
(3)若水平风力增强，人对地面的压力如何变化？(要求说明理由)
答案：(1)12 N
(2)491 N
(3)不变
解析：(1)对氢气球进行受力分析，并分解如图：
由平衡条件列式：
竖直方向：F浮＝mg＋Tsin 37°
水平方向：F风＝Tcs 37°
解得：F风＝12 N，T＝15 N
(2)对人进行受力分析，并分解如图：
由平衡条件列式：
竖直方向：F N＝Mg－Tsin 37°＝500 N－15×0.6 N＝491 N
(3)若风力增强，只改变了水平方向的力，视气球及人为一整体可知，竖直方向上的受力情况没改变，人对地面的压力不变。
17．(12分)(2018·浙江省9＋1联盟高一上学期联考)如图所示，质量为m1的物体甲通过三段轻绳相连，三段轻绳的结点为O，轻绳OB水平且B端与站在水平面上的质量为m2的人相连，轻绳OA与竖直方向的夹角θ＝37°，物体甲及人均处于静止状态。(已知sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8，tan 37°＝0.75，g取10 m/s2。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)求：
(1)轻绳OA、OB受到的拉力是多大？
(2)人受到的摩擦力是多大？方向如何？
(3)若人的质量m2＝60 kg，人与水平面之间的动摩擦因数为μ＝0.3，则欲使人在水平面上不滑动，物体甲的质量m1最大不能超过多少？
答案：(1)eq \f(5,4)m1g eq \f(3,4)m1g (2)eq \f(3,4)m1g 方向水平向左
(3)24 kg
解析：(1)以结点O为研究对象，如图，沿水平方向和竖直方向建立直角坐标系，将FOA分解，由平衡条件有：
FOB－FOAsin θ＝0，FOAcs θ－m1g＝0
联立得：FOA＝eq \f(m1g,cs θ)＝eq \f(5,4)m1g
FOB＝m1gtan θ＝eq \f(3,4)m1g
故轻绳OA、OB受到的拉力分别为eq \f(5,4)m1g、eq \f(3,4)m1g
(2)人水平方向受到OB绳的拉力和水平面的静摩擦力，
f＝FOB＝eq \f(3,4)m1g 方向水平向左
(3)当甲的质量增大到人刚要滑动时，质量达到最大，此时人受到的静摩擦力达到最大值。
当人刚要滑动时，静摩擦力达到最大值fm＝μm2g
由平衡条件得：FOBm＝fm
又FOBm＝m1mgtan θ＝eq \f(3,4)m1mg
联立得：m1m＝eq \f(4FOBm,3g)＝eq \f(4μm2g,3g)＝24 kg
即物体甲的质量m1最大不能超过24 kg。
比较项目
力的种类
产生原因
或条件
大小
方向
作用点
联系
重力
由于地球的吸引
与物体的质量成正比，G＝mg
总是竖直向下
在物体的重心上
弹力是产生摩擦力的必要条件之一
弹力
物体之间接触且发生弹性形变
由弹性形变的大小决定
与物体的形变方向相反
在接触面上
摩擦力
物体之间接触且发生弹性形变、接触面粗糙、发生相对运动或有相对运动趋势
静摩擦力与引起相对运动趋势的切向外力相等，滑动摩擦力
f＝μF N
与接触面相切，跟相对运动方向或相对运动趋势方向相反
在接触面上
(A)材料
动摩擦因数
金属—金属
0.10
橡胶—金属
0.50
木头—金属
0.20
皮革—金属
0.28