第8讲 弹力和摩擦力 新版初中物理竞赛补充基础版讲练

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第8讲  弹力与摩擦力8.1 学习提要   我们已经知道可以从不同的角度对力进行分类。比如按力的性质分，有重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等。在第7讲已经学习了其中的重力，本讲主要学习弹力和摩擦力。 8.1.1 弹力1. 概念物体发生形变时，由于要恢复原状，对使它发生形变的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。2. 弹力产生的条件弹力是接触力，只有在两个直接接触的物体间才有可能产生弹力的作用，而形变是产生弹力的必要条件。例如：如图8-1所示，木块A靠在墙壁上，虽然木块A与墙壁接触，但没挤压，故物体间无弹力作用。若作用一个向左的推力在木块A上， 则木块A对墙壁有挤压，使A与墙壁都发生了形变，此时A与墙壁间就有弹力作用。因此，弹力产生的条件可理解为两个物体间相互挤压。3. 方向弹力的方向与物体发生形变的外力方向相反，并始终与接触面垂直。例如：书放在桌面上，书压桌面，对桌面施加向下的弹力，此力就是桌面受到的压力，而桌面要恢复原状，会对书施加一个向上的弹力，此力就是桌面对书的支持力。4. 大小弹力的大小跟物体材质和发生的形变的大小有关。 8.1.2  摩擦力1. 概念当两个相互挤压的物体的接触面间粗糙且有相对运动或相对运动趋势时，接触面间产生的阻碍物体发生相对运动的力叫做摩擦力。2. 方向摩擦力的方向与物体间相对运动或相对运动趋势方向相反，并与接触面相切。3. 分类摩擦力分为滑动摩擦力、静摩擦力和滚动摩擦力。（1）滑动摩擦力：当相互接触的两个物体之间发生相对滑动时所受的力叫做滑动摩擦力。它的作用是阻碍物体的相对滑动，其大小与接触面的粗糙程度和接触面间的压力大小有关。（2）静摩擦力：两个相对静止的互相接触并有挤压的物体之间若有相对运动趋势，就会产生静摩擦力。其大小随外力的变化而变化，但变化有一定的范围。例如：静止在地面上的箱子，用水平力推它，它并没有动，表明箱子与地面存在静摩擦力，此时静摩擦力的大小等于水平推力。当推力逐渐增大，摩擦力也随之增大，当推力增大到某一值时，箱子刚好开始运动，这时的静摩擦力叫最大静摩擦力。静摩擦力常常不是定值，是随推力的变化而变化的，方向也有可能改变。（3）滚动摩擦力：物体在滚动时也受到阻碍运动的滚动摩擦，在接触面间粗糙程度和压力相同的情况下，物体间滚动摩擦力远小于滑动摩擦力。说明：摩擦力不一定是阻力，有时可作为使物体运动的动力。 8.2 难点解释8.2.1 弹簧弹力大小的确定胡克定律：在弹性限度内，弹簧弹力的大小和弹簧伸长（或缩短）的长度成正比。数学表达式为：，式中k称为弹簧的劲度系数，单位是N/m，Δl为弹簧的形变量。如果k值越大，表明弹簧越硬，反之弹簧则越软。胡克定律一定要在弹性限度内才适用，超过了弹性限度，形变不能恢复，胡克定律就不满足了。伸长（缩短）的长度=|伸长到的长度（l）- 原长（lo）|。在解题时要搞清楚“伸长了”、“伸长到”和“原长”的含义。 8.2.2 滑动摩擦力的大小两个物体间滑动摩擦力的大小可使用f=μ N来计算，其中N为物体间的压力的大小，μ为物体间的滑动摩擦因数（μ与物体材料、接触面的光滑程度有关，与接触面的大小、相对运动的速度无关。）   8.3 例题解析8.3.1 弹力方向的判定例1 请具体判断图8-2中各物体所受弹力的方向。其中，（a）、（b）为静止在支持面上的木块；（c）为静止在水平面上的球；（d）为叠压在直筒中两个相同的光滑球；（e）为靠在台阶上的均匀直棒；（f）为斜靠在碗面上的均匀直棒；（g）为静止悬吊在天花板下的木块；（h）为悬挂在两个定点间的一根均匀绳。   8.3.2  摩擦力的判定例2  如图8-4所示， 物体A在斜面上静止不动，则物体A（     ）一定受到摩擦力作用一定不受到摩擦力作用可能受到摩擦力作用无法判断  8.3.3   传动系统摩擦的判定例3 如图8-5所示是皮带与传动的示意图，O1是主动轮，O2是从动轮，两轮水平放置，当主动轮顺时针匀速转动时，重10牛的物体同皮带一起运动，皮带与两轮之间无相对滑动。若物体与皮带间最大静摩擦力为5牛，则图中皮带上P、Q两处所受的摩擦力的方向是（             ）向上、向下向下、向上向上，向上向下、向下  8.3.4    弹簧劲度系数的计算例4 一根劲度系数为k的轻弹簧，将其分成两根，使其中一根的长度为另一根长度的2倍，则这两根弹簧的劲度系数分别为多少？ A  卷支持力方向总于接触面_________，而摩擦力的方向总与接触面____________。物体的重力为10N，用30N的力把物体压在竖直墙面上不动，如图8-6所示。则物体受到的摩擦力的方向__________，这个力的施力物体是____________。在使用弹簧测力计测量物体的重力时，物体一共受到___个力的作用。一根绳子受200N的拉力就会被拉断。如果两人沿反方向同时拉绳，每个用力为_________N时，绳子就会被拉断。如果将绳的一端固定，一个人用力拉绳的另一端，则该人用力为___________N时，绳子就会被拉断。如图8-7所示，物体M在被皮带机由低处向高处输送的过程中，它受到的摩擦力的方向为_____________。下述各力中，根据力的性质名的是（    ）弹力                                      B. 拉力动力                                      D.支持力关于弹力产生的原因，下列说法中正确的是（    ）木块在桌面上受到向上的弹力，是由于木块发生微小的形变而产生的木块对桌面向下的弹力，是由于桌面发生微小的形变而产生的挂在悬线下的物体受到向上的拉力，是由于悬线发生微小形变而产生的挂在悬线下的物体受到向上的拉力，是由于物体发生微小形变而产生的下列关于弹力和摩擦力的说法中，正确的是（    ）相互接触的物体之间必有弹力作用相互有弹力作用的物体必定相互接触相互有弹力作用的物体之间必定有摩擦力存在相互有摩擦力作用的物体之间可能没有弹力作用如图8-8所示，一均匀直杆搁在光滑固定半圆槽上，则槽口处对杆的支持力方向必（    ）沿a方向    沿b方向  沿c方向  以上都不对一个弹簧测力计，将其弹簧截去原长的1/5，然后再调好零点，用此弹簧测力计称同一物体的重力，则弹簧测力计的示数跟原来相比是（       ）偏大偏小不变无法判定小明用两个相同的弹簧测力计首尾相连来测物体的重力，物体重为40N，则两个弹簧测力计的读数为（     ）都是40N都是20N上面的弹簧测力计读数大于下面的弹簧测力计上面的弹簧测力计读数小于下面的弹簧测力计下列关于摩擦力的说法中，正确的是（     ）摩擦力的大小一定与压力成正比摩擦力一定是阻力摩擦力的方向一定与物体运动的方向相反运动的物体也可能受到静摩擦力的作用胶鞋的鞋底一般都做有花纹，其主要目的是（     ）美观 减小行走时的阻力增大摩擦省料假设一切物体间的摩擦力突然消失，下列现象中不可能发生的是（       ）静止在水平面上的汽车更容易开动静止在水平路面上的汽车难以开动我们将无法写字，因为钢笔会从手中滑下来沿铁轨方向的微风能吹动火车如图8-9所示，木块放在粗糙的水平桌面上，外力F1、F2沿水平方向作用在木块上，木块处于静止状态，其中F1=10N，F2=2N。若撤去力F1，则木块受到的摩擦力是（       ）8N，方向向右8N，方向向左2N，方向向右2N，方向向左画出图8-10中物体A所受到的弹力，各个接触面或点均光滑。如图8-11所示，斜面上的小球在细绳拉力的作用下处于静止，受到30N的重力，斜面对它的支持力是20N，请用力的图示法把这两个力表示出来。物体在水平拉力F作用下，沿水平粗糙地面向右运动，当拉力逐渐增大时，请判断物体所受摩擦力如何变化，并简要说明理由。  物体在水平拉力F作用下，沿水平粗糙地面向右运动，当物体运动速度逐渐增大时，请判断物体所受摩擦力如何变化，并简要说明理由。   摩擦力是否可以作为动力，请举一例并简要说明。   B  卷一根长度为10cm的弹簧受到2N的拉力作用后，长度为11cm。如果这根弹簧受到3N拉力的作用，弹簧长度比不受拉力时的长度增加了________cm；当弹簧长度变为13cm时，它受到的拉力是_________N。一根质量可以忽略不计的轻弹簧，某人用两手握住它的两端，分别用100N的力向两边拉，弹簧伸长4cm，则这弹簧的劲度系数k=_________×103N/m（取两位有效数字）。一物块重10N，置于水平板上，它与板间的最大摩擦力为3N，动摩擦因数为0.25。（1）如果此时对物体不再施加任何外力，它受到的摩擦力是________N；(2)当分别对物体施加2N、3N、4N向右的水平拉力时，它受到的摩擦力各是______N、_______N、________N，方向向_____________。如图8-12所示，水平桌面上放着一个重为100N的木块，木块与桌面间的动摩擦因数μ=0.25，若在木块上施加一水平拉力F=26N时，能够刚好拉动木块，则木块与地面间的最大静摩擦力为________N，若施加的水平拉力F=15N，则木块所受的摩擦力为_________ N。如图8-13所示，一根质量为m、长度为L的均匀长方木条放在水平桌面上，木条与桌面间的滑动摩擦系数为μ，用水平力F推动木条前进。当木条经过8-13所示位置时，桌面对它的摩擦力等于_____________。关于弹力，下列说法中正确的是（     ）物体只要相互接触就有弹力作用直接接触而又发生弹性形变的两物体之间必然有弹力作用压力的方向总是垂直于支持面并指向被支持的物体弹力的大小与物体受到的重力成正比关于弹力，下列说法中错误的是（     ）通常所说的压力、支持力和绳的拉力都是弹力压力和支持力的方向总是垂直于接触面两端绷紧的轻绳其中一端所受拉力的作用线可能与轻绳垂直两端绷紧的轻绳其中一端所受拉力的作用线一定与轻绳重合下列关于重力、弹力和摩擦力的说法，正确的是（     ）物体的重心一定在物体的几何中心上劲度系数越大的弹簧，产生的弹力越大动摩擦因数与物体之间的压力成反比，与滑动摩擦力成正比两个确定的物体间的静摩擦力的大小可在一定范围内变化盛满水的碗璧受到水对它的作用力，其力的示意图如图8-14所示，其正确的是（     ） 实验室中的一个弹簧测力计因弹簧断裂而损坏。小强看到弹簧断裂处很靠近弹簧的一端，他就去掉断裂的一小段弹簧，将剩余较长一段弹簧重新安装好，并校准了零刻度。那么，用这个修复的弹簧测力计测量时，测量值与原来测量值相比较，结果是（     ）测量值比原来测量值小测量值比原来测量值大由于弹簧取自原弹簧测力计，且校准了零刻度，因此测量值与原来测量值一致以上三种情况都可能出现一弹簧测力计的钩上挂了几个钩码，弹簧测力计示数为G，若将弹簧测力计倒过来，将钩码挂在圆环上，手提测力计挂钩，则弹簧测力计的示数将（    ）小于G大于G等于G无法确定关于产生摩擦力的条件，下列说法中正确的是（    ）相互压紧的粗糙物体之间总有摩擦力存在相对运动的物体间一定有滑动摩擦力存在只有相互挤压和有相对运动的物体之间才有摩擦力的作用只有相互挤压和发生相对运动或有相对运动趋势的粗糙物体之间才有摩擦力的作用在平直的马路上，某人骑自行车加速前进，有关车轮所受摩擦力方向的说法中正确的是（   ）前、后车轮所受摩擦力方向都向后前、后车轮所受摩擦力方向都向后前轮所受摩擦力方向向后，后轮所受摩擦力方向向前前轮所受摩擦力方向向前，后轮所受摩擦力方向向后 用手握住油瓶的颈部，油瓶不会滑落，与此有关的下列说法中正确的是（        ）手受到向下的静摩擦力手受到向上的静摩擦力瓶子不受摩擦力作用手不受摩擦力的作用如图8-15所示，木块受逐渐增大的水平压力F作用，木块在沿粗糙墙面下滑的过程中，墙面对木块的摩擦力（       ）为零逐渐增大逐渐减小不为零但大小不变画出图8-16中物体A所受到的弹力，各个接触面或点均光滑。一弹簧受大小为10N的拉力作用时，总长为7cm，受大小为20N的拉力作用时，总长为9cm。求：（1）弹簧的原长；（2）弹簧伸长3cm时所受力的大小。（设以上情况均在弹簧测量范围内。）     如图8-17所示，小车A上放一木块B，在下列情况下，A、B均相对静止，试分析B受到的摩擦力。（1）小车A在水平面上静止；（2）小车A突然开始向右启动。   如图8-18所示，a、b、c为三个物块，M、N为两个轻质弹簧，R为跨过光滑定滑轮的轻绳，它们的连接如图8-18所示并处于平衡状态。请讨论弹簧N、M所处的状态（拉伸、压缩或不伸不缩）。 质量为10kg的物体在30N的水平拉力作用下沿水平地面运动，物体与地面间滑动摩擦系数为0.2，那么该物体所受滑动摩擦力的大小为多少？