高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 摩擦力教学设计及反思

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 摩擦力教学设计及反思，共44页。教案主要包含了重力，力的图示和示意图，弹力，胡克定律等内容，欢迎下载使用。
一、重力
1．定义：由于地球的吸引而使物体受到的力．
2．方向：竖直向下．
3．大小：G＝mg，g是自由落体加速度．
4．作用点——重心
(1)重心：一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫作物体的重心．
(2)决定因素：①物体的形状；②物体的质量分布．
(3)对形状不规则的物体，可以应用二力平衡的知识通过实验来确定其重心位置．如薄板状物体的重心位置可以通过悬挂法来确定．
二、力的图示和示意图
1．力的图示：用有向线段来表示力．
(1)有向线段的长短(严格按标度画)表示力的大小；
(2)箭头表示力的方向．
(3)箭尾(或箭头)表示力的作用点．
2．力的示意图：只用带箭头的有向线段来表示力的方向和作用点，不需要准确标度力的大小．
三、弹力
1．形变：物体在力的作用下形状或体积发生的变化．
2．弹力：发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体产生的力．
3．弹力的方向
(1)压力和支持力的方向：都跟接触面垂直．
(2)绳子的拉力的方向：沿着绳子而指向绳子收缩的方向．
四、胡克定律
1．弹性形变：物体在发生形变后，如果撤去作用力能够恢复原状的形变．
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(填“能”或“不能”)完全恢复原来的形状，这个限度叫作弹性限度．
3．内容：弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比，即F＝kx.
4．劲度系数：式中k叫作弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，符号是N/m.是表示弹簧“软”“硬”程度的物理量．
技巧点拨
一、力的图示和力的示意图
力的图示与力的示意图的画法
二、重力与重心
1．重力的大小
(1)重力的大小G＝mg，只与质量m和重力加速度g有关，与物体的运动状态无关．
(2)重力加速度g与物体所处的纬度和高度有关，在赤道处，g最小，在两极处，g最大(同一高度)；海拔越高，g越小，海拔越低，g越大．
2．重力的方向：竖直向下．竖直向下是指与水平面垂直向下，但是并不等同于垂直于支持面向下，也不等同于指向地心．
3．重力的作用点——重心
(1)重心是物体各部分所受重力的等效作用点，并不是只有物体的重心才受到重力作用．重心的位置除跟物体的形状有关外，还跟物体的质量分布有关．质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心．重心的位置可以在物体上，也可以在物体外．
(2)重心位置的确定方法：对于薄板状物体的重心，可以应用二力平衡的知识通过悬挂法确定．
三、弹力
1．弹力的产生必须同时具备两个条件
(1)两物体直接接触；
(2)两物体接触处发生弹性形变．
2．弹力的方向
(1)支持力和压力的方向：总是垂直于接触面，并指向被支持或被压的物体上．
(2)绳子的拉力方向：总是沿着绳子而指向绳子收缩的方向．
3．弹力有无的判断
(1)对于明显形变的情况，可以根据弹力产生的条件直接进行判断．
(2)对于形变不明显的情况，可利用假设法进行判断．
①假设无弹力：假设撤去接触面，看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：假设接触物体间有弹力，画出假设状态下的受力分析图，判断受力情况与所处状态是否矛盾，若矛盾，
则不存在弹力；若不矛盾，则存在弹力．
如图，接触面光滑，若A处有弹力，则无法使球处于静止状态，故A处无弹力．
四、胡克定律
1．胡克定律F＝kx的理解
(1)x是弹簧的形变量，而不是弹簧形变后的长度．
(2)k为弹簧的劲度系数，反映弹簧本身的属性，由弹簧自身的长度、粗细、材料等因素决定，与弹力F的大小和伸长量x无关．
2．F－x图像是一条过原点的倾斜直线(如图6所示)，直线的斜率表示弹簧的劲度系数k.
图6
3．胡克定律的推论：ΔF＝kΔx.弹簧弹力的变化量ΔF跟弹簧形变量的变化量Δx成正比．
4．胡克定律的适用条件：弹簧在弹性限度内发生形变．
例题精练
1．（2021•聊城二模）如图所示，劲度系数为k的轻弹簧的一端系于墙上，另一端连接在质量为m的物体A上，用大小相同的物体B推A使弹簧压缩，A、B与水平面间的动摩擦因数分别为μA和μB且μA＜μB，将A、B由静止释放后，A、B向右运动一段距离后会分离，则A、B即将分离时（ ）
A．弹簧形变量为零
B．弹簧的压缩量为
C．弹簧的伸长量为
D．弹簧的压缩量为
【分析】当A、B分离时其相互作用力为0，分别对B、对A根据牛顿第二定律列方程求解。
【解答】解：弹簧压缩时A、B一起运动不会分离，A、B分离时弹簧处于伸长状态；
当A、B分离时其相互作用力为0，对B受力分析，根据牛顿第二定律可得：μBmg＝ma
对A受力分析，根据牛顿第二定律可得：μAmg+kx＝ma，
解得：x＝，故C正确、ABD错误。
故选：C。
【点评】本题主要是考查了牛顿第二定律的知识；利用牛顿第二定律答题时的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、进行正交分解、在坐标轴上利用牛顿第二定律建立方程进行解答。
2．（2020秋•浦东新区期末）如图所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家高超的艺术技巧的结晶，是我国古代青铜艺术的稀世之宝，骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为（ ）
A．马蹄大
B．马是空心的
C．马的重心在飞燕上
D．马的重心位置所在的竖直线通过飞燕
【分析】对马进行受力分析，马处于平衡状态，飞燕对马的支持力和马的重力平衡，这些力与跑得快慢没关系，和马蹄的大小没关系．
【解答】解：ABD、飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞翔的燕子上，和马跑得快慢没关系，和马蹄的大小没关系，而是因为马处于平衡状态，飞燕对马的支持力和马的重力在一条竖直线上，故AB错误，D正确。
C、根据马的形态，马的重心不会在飞燕上，故C错误。
故选：D。
【点评】本题考查了重心的概念，要注意根据共点力的平衡条件进行分析，明确能够静止的主要原因．
随堂练习
1．（2020秋•克拉玛依区校级期末）有一圆形的均匀薄板，若将其中央再挖掉一个小圆板成一个圆环，如图所示，下面说法正确的是（ ）
A．重心向外侧偏移，重力减小
B．重力和重心都没有变
C．重力减小，重心位置没有变
D．重力减小，重心位置不存在
【分析】物体的重力G＝mg，重心是物体各部分所受重力的合力的作用点。规则而密度均匀物体的重心就是它的几何中心。
【解答】解：质量均匀分布的圆形薄板，重心在其几何中心； 其中央挖掉一个小圆，质量仍然均匀分布，关于圆心对称，即形状规则，故其重心仍然在圆心； 由于质量减小，故重力减小；故C正确，ABD错误。
故选：C。
【点评】本题考查了重力与重心的概念，明确重心是物体各部分所受重力的等效作用点。
2．（2020秋•仓山区校级期中）下列有关力的说法中，正确的是（ ）
A．有规则几何形状的物体，其重心就在物体的几何中心
B．手拍桌子时，使手感觉疼的这个力是由于手的形变而产生的
C．物体所受摩擦力的方向可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反
D．被踢出后的足球在地面上向前滚动，是由于受到向前的牵引力作用
【分析】重力的作用点是重心，物体的重心位置与物体的形状和质量分布有关，质量分布均匀形状规则的物体重心在其几何中心；
物体发生形变要恢复原状对与它接触的物体有弹力作用；
滑动摩擦力与物体间的正压力成正比，摩擦力的方向总是与相对运动趋势或相对运动方向相反；
依据惯性概念，即可分析。
【解答】解：A、质量分布均匀形状规则的物体重心在其几何中心，如果物体的质量分布不均匀，有规则几何形状的物体其重心不在它的几何中心，故A错误；
B、手拍桌子时，使手感觉疼的力是由于桌子形变而产生的，故B错误；
C、物体所受摩擦力的方向总是与物体相对运动方向相反，若是摩擦动力，则与运动方向相同，若是摩擦阻力，则与运动方向相反，故C正确；
D、被踢出后的足球在地面上向前滚动，是由于惯性，故D错误。
故选：C。
【点评】本题考查了重心、弹力与摩擦力问题，掌握基础知识是解题的前提与关键，根据题意应用基础知识即可解题，平时要注意基础知识的学习，注意惯性与力的区别。
3．（2021春•瑶海区月考）有一根原长20cm的弹性细绳，其外力F与伸长量x的关系如图所示，将此细绳对折，其两端点固定于天花板同一位置，并在对折点处竖直悬系一物体，然后再缓慢放手，平衡后发现物体下降了2cm，则该物体所受重力约为（ ）
A．0.8NB．1.6NC．3.2ND．6.4N
【分析】根据题意得到细绳对折后每段绳的k为原来的2倍，再根据平衡后，物体所受的重力等于两端绳子的拉力求解.
【解答】解：根据图中外力F与伸长量x的关系可得当伸长量小10cm时，F＝kx，则k的值等于F﹣x图象的斜率，
k＝N/m＝40N/m
将此细绳对折后，每段绳在相同的外力作用下，其伸长量为原来的一半，即
F＝k′x′，且x′＝x，则k′＝2k＝80N/m；
对折后的绳子的伸长量△x＝2cm，
由平衡条件可得：G＝2k′△x＝2×80×0.02N＝3.2N，故C正确，ABD错误。
故选：C。
【点评】本题的关键是求细绳对折后每段绳的k的值，注意在分析物体的受力时，物体受到的绳子的拉力是两段绳的拉力。
4．（2021春•浙江月考）如图所示，轻质弹簧上端固定，下端与小球A连接，小球A通过细线与小球B连接。整体静止时弹簧的长度为L。现对小球A施加一个水平向右的恒力，并对小球B施加一个水平向左的同样大小的恒力，最后达平衡时弹簧的长度记为L′。则下列说法正确的是（ ）
A．L′＝L，弹簧仍竖直B．L′＝L，弹簧向右偏
C．L′＞L，弹簧向右偏D．L′＞L，弹簧向左偏
【分析】以AB组成的系统为研究对象，用共点力平衡分析弹簧弹力的大小、方向即可求解。
【解答】解：以AB整体为研究对象，不加恒力系统静止时，弹簧弹力与系统总重力大小相等，方向相反；当加上恒力后，系统受力分析如图，系统受重力、两个水平恒力F和弹簧弹力，重新达平衡时，系统所受合力为零，水平方向两个拉力等大反向，合力为零，则竖直方向弹簧弹力T 与两个物体的重力平衡，即仍与系统总重力大小相等，方向相反，所以弹簧仍在竖直方向，弹簧长度L′＝L，故A正确，BCD错误。
故选：A。
【点评】本题考查了共点力平衡的应用，难点在于要知道分析弹簧的方向其实就是分析弹簧弹力的方向。
知识点二：摩擦力
一、滑动摩擦力
1．定义：两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力．
2．方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动的方向相反．
3．大小
(1)滑动摩擦力的大小跟接触面上压力的大小成正比，还跟接触面的粗糙程度、材质等有关．
(2)公式：Ff＝μFN.
(3)动摩擦因数μ：它的值跟两接触面的材料和粗糙程度有关．动摩擦因数μ＝eq \f(Ff,FN)，Ff在接触面内且与相对运动方向相反，FN与接触面垂直．
二、静摩擦力
1．定义：相互接触的两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动时，这时的摩擦力叫作静摩擦力．
2．方向：总是沿着接触面，跟物体相对运动趋势的方向相反．
3．最大静摩擦力：静摩擦力有一个最大值Fmax，在数值上等于物体即将开始运动时的拉力．
4．静摩擦力的大小：两物体之间实际产生的静摩擦力F在0与最大静摩擦力Fmax之间，即0