高中物理高考 第1讲　重力、弹力、摩擦力 教案

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第1讲 重力、弹力、摩擦力
知识点 重力
1．产生：由于eq \x(\s\up1(01))地球的吸引而使物体受到的力。
2．大小：物体受到的重力G与物体的质量m的关系是G＝eq \x(\s\up1(02))mg，其中g是自由落体加速度。
3．方向：总是eq \x(\s\up1(03))竖直向下。
4．重心：其位置与物体的eq \x(\s\up1(04))质量分布和eq \x(\s\up1(05))形状有关。
知识点 形变、弹力、胡克定律 Ⅰ
1．形变
物体在力的作用下eq \x(\s\up1(01))形状或eq \x(\s\up1(02))体积的变化叫作形变。
2．弹性
(1)弹性形变：物体发生形变后，如果撤去作用力能够eq \x(\s\up1(03))恢复原状，这种形变叫作弹性形变。
(2)弹性限度：如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后物体不能完全恢复原来的eq \x(\s\up1(04))形状，这个限度叫作弹性限度。
3．弹力
(1)定义：发生eq \x(\s\up1(05))形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体产生的作用力。
(2)产生的条件
①物体间直接eq \x(\s\up1(06))接触；②接触处发生eq \x(\s\up1(07))弹性形变。
(3)方向：总是与物体弹性形变的方向eq \x(\s\up1(08))相反。
4．胡克定律
(1)内容：在弹性限度内，弹簧发生eq \x(\s\up1(09))弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成eq \x(\s\up1(10))正比。
(2)表达式：F＝eq \x(\s\up1(11))kx。k叫作弹簧的eq \x(\s\up1(12))劲度系数，由弹簧自身的性质决定，单位是eq \x(\s\up1(13))牛顿每米，用符号eq \x(\s\up1(14))N/m表示。x是弹簧长度的eq \x(\s\up1(15))变化量，不是弹簧形变以后的长度。只知弹簧弹力大小时，弹簧可能处于拉伸状态，也可能处于eq \x(\s\up1(16))压缩状态，两种情况都要考虑。
知识点 滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力 Ⅰ
1．滑动摩擦力和静摩擦力的对比
续表
2．滑动摩擦力大小的计算公式Ff＝μF压中μ为比例常数，称为动摩擦因数，其大小与两个物体的材料和接触面的粗糙程度有关。
说明：最大静摩擦力Fmax略大于滑动摩擦力Ff。
一 堵点疏通
1．自由下落的物体所受重力为零。( )
2．相互接触的物体间一定有弹力。( )
3．轻绳、轻杆的弹力方向一定沿绳、杆。( )
4．运动的物体也可以受静摩擦力。( )
5．接触处的摩擦力一定与弹力方向垂直。( )
6．两物体接触处的弹力增大时，接触面间的摩擦力大小可能不变。( )
答案 1.× 2.× 3.× 4.√ 5.√ 6.√
二 对点激活
1．下列关于重力和重心的说法正确的是( )
A．物体所受的重力就是地球对物体产生的吸引力
B．物体静止时，对水平支持物的压力就是物体的重力
C．用细线将物体悬挂起来，静止时物体的重心一定在悬线所在的直线上
D．重心就是物体所受重力的等效作用点，故重心一定在物体上
答案 C
解析 重力是由于地球吸引产生的，是物体所受地球的万有引力的一个分力，两者一般不相等，A错误。压力和重力是两种性质不同的力，B错误。由平衡条件知，被细线悬挂的物体静止时，细线拉力和重力平衡，重心在重力作用线上，则一定在悬线所在的直线上，C正确。重心的位置跟物体的形状、质量分布有关，是重力的等效作用点，但不一定在物体上，如折弯成直角的均匀直杆，D错误。
2．如图所示，一本书放在水平桌面上保持静止，下列说法中正确的是( )
A．书对桌面的压力就是书受到的重力
B．书对桌面的压力是由于桌面发生形变产生的
C．书对桌面的压力与桌面对书的支持力都是弹力
D．书对桌面的压力是书发生形变的原因
答案 C
解析 书对桌面的压力是弹力，与书受到的重力是两种不同性质的力，A错误；书对桌面的压力是由于书发生形变而产生的，B、D错误；书对桌面的压力与桌面对书的支持力都是弹力，C正确。
3．(多选)一重为100 N的木箱放在水平地板上，至少要用35 N的水平推力，才能使它从原地开始运动。木箱从原地移动以后，用30 N的水平推力，就可以使木箱继续做匀速直线运动。由此可知( )
A．木箱与地板间的最大静摩擦力为35 N
B．木箱所受的滑动摩擦力为30 N
C．木箱与地板间的动摩擦因数为0.35
D．木箱与地板间的动摩擦因数为0.3
答案 ABD
解析 由题意知，木箱与地板间的最大静摩擦力为35 N，滑动摩擦力为30 N，由Ff＝μFN，FN＝mg，联立得μ＝eq \f(Ff,mg)＝eq \f(30 N,100 N)＝0.3，故A、B、D正确，C错误。
考点1 弹力的分析与计算
1.弹力有无的判断“四法”
(1)条件法：根据物体是否直接接触并发生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)假设法：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运动状态，若运动状态不变，则此处可能不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定有弹力。
(3)状态法：根据物体的运动状态，利用牛顿第二定律或共点力的平衡条件判断弹力是否存在。
(4)替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能否发生形状的变化，若发生形变，则此处一定有弹力。
2．弹力方向的确定
3．弹力大小的计算方法
(1)对有明显形变的弹簧、橡皮条等物体，弹力的大小可以由胡克定律F＝kx计算。
(2)对于难以观察的微小形变，可以根据物体的受力情况和运动情况，运用共点力的平衡条件或牛顿第二定律来确定弹力大小。
例1 画出下图中物体A受力的示意图(各接触面均光滑)。
(1)杆上的弹力的方向一定沿杆吗？
提示：不一定，杆上的弹力的方向要根据牛顿第二定律或平衡条件来判断。
(2)相互接触的物体间弹力的有无可以用什么方法判断？
提示：条件法、假设法、状态法、替换法。
尝试解答
轻杆和轻绳上弹力的分析
(1)“动杆”和“定杆”上的弹力
①动杆：若轻杆用光滑的转轴或铰链连接，当杆处于平衡时杆所受到的弹力方向一定沿着杆，轻杆只能起到“拉”或“推”的作用，否则会引起杆的转动。如图甲所示，若C为转轴，则轻杆在缓慢转动中，弹力方向始终沿杆的方向。
②定杆：若轻杆被固定不发生转动，则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向。如图乙所示。定杆的弹力方向应根据物体的运动状态，由平衡条件或牛顿第二定律分析判断，如例1中(4)。
(2)轻绳上的弹力
①同一条轻绳没有弯折时，绳上的拉力处处相等。例如图甲中AB段绳上的拉力处处相等。
②当轻绳绕过光滑的滑轮或挂钩时，由于滑轮或挂钩对绳无约束，因此绳上的力的大小是处处相等的，即滑轮或挂钩只改变力的方向，不改变力的大小。例如图乙中，BC、BD两段绳中的拉力大小都等于重物的重力。
③当轻绳某处打有死结时，由于结点对绳有约束，因此绳上的力的大小可能不是处处相等。例如图丙中，绳AOB中，AO和OB两段绳中拉力大小不相等。
[变式1－1] (2020·江苏省南通市、泰州市高三上学期期末)(多选)如图所示，一小球固定在轻杆上端，AB为水平轻绳，小球处于静止状态，则杆对小球的作用力方向可能是( )
A．F1 B.F2
C．F3 D.F4
答案 BC
解析 小球处于静止状态，则杆对小球的作用力方向在重力与绳子拉力夹角的对顶角范围内(不含水平方向)，如图所示，所以杆对小球的作用力方向可能是F2或F3，故B、C正确，A、D错误。
[变式1－2] 如图，两个弹簧的质量不计，劲度系数分别为k1、k2，它们一端固定在质量为m的物体上，另一端分别固定在Q、P点，当物体平衡时上面的弹簧处于原长。若把固定的物体换为质量为2m的物体(弹簧不变，且弹簧的形变均在弹性限度内)，当物体再次平衡时，物体比第一次平衡时的位置下降了x，则x为( )
A.eq \f(mg,k1＋k2) B.eq \f(k1k2,mgk1＋k2)
C.eq \f(2mg,k1＋k2) D.eq \f(k1k2,2mgk1＋k2)
答案 A
解析 当物体的质量为m时，下方弹簧被压缩的长度为x1＝eq \f(mg,k1)；当物体的质量变为2m时，物体比第一次平衡时的位置下降了x，则此时上方弹簧伸长的长度为x，下方弹簧被压缩的长度为x1＋x，由胡克定律和平衡条件得k2x＋k1(x1＋x)＝2mg，联立解得x＝eq \f(mg,k1＋k2)，故A正确，B、C、D错误。
考点2 摩擦力的分析与计算
1.静摩擦力的有无及方向的判断方法
(1)假设法
(2)状态法：根据平衡条件、牛顿第二定律，判断静摩擦力的有无及方向。
(3)牛顿第三定律法：先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向。
2．求解摩擦力的技巧
例2 (多选)如图所示，甲物体在沿斜面的推力F的作用下静止于乙物体上，乙物体静止在水平面上，现增大外力F，两物体仍然静止，则下列说法正确的是( )
A．乙对甲的摩擦力一定增大
B．乙对甲的摩擦力可能减小
C．乙对地面的摩擦力一定增大
D．乙对地面的摩擦力可能减小
(1)乙对甲原来一定有摩擦力吗？
提示：不一定，要看甲的重力沿斜面的分力与F的大小关系。
(2)乙对地面一定有摩擦力吗？
提示：一定，以甲、乙整体为研究对象，可判断整体相对地面有向右的运动趋势，则地面对乙的静摩擦力水平向左，则由牛顿第三定律知，乙对地面的摩擦力水平向右。
尝试解答 选BC。
设甲的质量为m，斜面倾角为θ，若F＝mgsinθ，乙对甲的摩擦力为零，F增大，Ff增大，方向沿斜面向下；若F>mgsinθ，乙对甲的摩擦力沿斜面向下，Ff＝F－mgsinθ，F增大，Ff增大；若F