2023年新教材高中物理本章小结3第3章相互作用课件粤教版必修第一册

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第三章　相互作用本章小结构建知识网络归纳专题小结专题1　摩擦力问题的解题思路摩擦力是高中物理学习的一个难点，也是历届高考考查的热点．由于摩擦力存在条件的复杂性、方向的隐蔽性、两类摩擦力大小计算的差异性和静摩擦力大小的多变性，使摩擦力的分析成为对物体进行受力分析中最棘手的问题之一．1．摩擦力问题的分析思路．(1)假设法判断是否存在摩擦力．假设接触面间光滑，即不存在摩擦，通过推理分析得出某种结论，再与实际物理情境比较是否符合，进而确定摩擦力．(2)正确理解运动、静止与相对运动、相对静止的概念，区分两类摩擦力．通常情况下，我们一谈到运动、静止，潜意识中是以地球或地面上静止的物体为参考系．而恰恰如此，使我们对“相对运动或相对静止”同“运动和静止”的概念混淆在一起，不能正确地判断出摩擦力的方向．谈到这里，我们应当强调“相对运动或相对静止”是针对与研究对象接触的物体而言的．2．正确分析、计算两类摩擦力的方向和大小．(1)滑动摩擦力方向的判断．滑动摩擦力的方向总是与物体“相对运动”的方向相反．所谓相对运动方向，是把与研究对象接触的物体作为参考系，研究对象相对该物体运动的方向．当研究对象参与几种运动时，相对运动方向应是相对接触物体的合运动方向．(2)弄清滑动摩擦力大小的有关因素．①当物体间存在滑动摩擦力时，其大小可由公式Ff＝μFN计算，由此可看出它只与接触面间的动摩擦因数μ及正压力FN有关，而与相对运动速度大小、接触面积的大小无关．②物体之间有几个接触面，就可能有几个摩擦力，注意分析接触面个数及各接触面的正压力．(3)静摩擦力方向的判断方法．静摩擦力方向总是与物体的相对运动趋势方向相反，与物体的运动方向无关．因此，判断静摩擦力方向的关键是弄清“相对运动趋势方向”．具体思路：假设研究对象与被接触物体之间光滑，若它们之间发生相对滑动，则其相对滑动方向便是原先的相对运动趋势方向；若它们之间不发生相对滑动，则说明它们之间原先并无相对运动趋势．(4)静摩擦力大小的计算方法．正压力是静摩擦力产生的条件之一，但静摩擦力的大小与正压力无关(最大静摩擦力除外)．当物体处于平衡状态时，静摩擦力的大小由平衡条件F合＝0来求；而物体处于非平衡态的某些静摩擦力的大小应由牛顿第二定律(后续章节学习)来求．例1　如图所示，质量分别为m、M的A、B两物体在水平力作用下共同向右运动，其x－t图像如图所示．若已知A与B之间的动摩擦因数为μ1，B与地面间的动摩擦因数为μ2，求：(1)A与B之间的摩擦力F1；(2)B受到地面的摩擦力F2(重力加速度为g)．解析：由A、B共同运动的x－t图像知A、B两物体共同做匀速运动，(1)隔离A，由二力平衡知A受到的摩擦力为零．(2)选A、B整体为研究对象，则F2＝μ2(M＋m)g，方向水平向左．答案：(1)0　(2)μ2(M＋m)g，方向水平向左例2　用长15 cm的弹簧竖直吊起一个木块，稳定后弹簧长为23 cm，用这个弹簧在水平桌面上水平匀速拉动该木块，如图所示，弹簧长度为17 cm，求木块与桌面间的动摩擦因数．答案：0.25专题2　物体的受力分析物体之所以处于不同的运动状态，是由于它的受力情况不同．要研究物体的运动，必须分析物体的受力情况．正确分析物体的受力情况，是研究力学问题的关键，也是同学们必须掌握的基本功．(1)确定研究对象，并把受力物体从系统中隔离出来；(2)先分析物体所受的重力，然后依次分析各接触面上的弹力，再分析存在弹力的各接触面上的摩擦力；(3)最后分析其他力的情况；(4)检查所画的受力图，既不能多力，也不能漏力．例3　如图甲所示，重力为G的长木板AB，A端靠在光滑墙壁上，AB上放置一木块m，整个系统处于静止状态，请画出木板AB的受力图．解析：(1)明确研究对象是木板AB，把木板AB从图中隔离出来，单独画在图乙处．(2)画出物体AB的重力示意图G.(3)找出其他物体与AB的接触处：木板与墙在A处相接触、与地面在B处相接触、与物块m在C处相接触．一共有三处与外界接触．(4)在A处，由于墙面是光滑的，那么木板AB在A处只受向右的(支持力)弹力F1作用．在B处，受地面竖直向上的弹力F2(支持力)．假设地面光滑，木板AB可向右滑动，所以地面给木板B端一个向左的摩擦力F3作用．在C处，m对木板有一个垂直木板向下的(压力)弹力F4，又因为m静止在木板AB上，m要受到木板AB向上的静摩擦力作用，所以木板受到m施加的向下的静摩擦力F5的作用．答案：如图乙所示．专题3　力的正交分解法同一直线上的两个或多个力，其合力可由代数运算求得，当物体受到多个不共线的力时，其合力用平行四边形定则求解很不方便，此时我们可以考虑利用正交分解法，即把各力正交分解在互相垂直的坐标轴上，分别求出两个不同方向上的合力Fx和Fy.1．“分”的目的是为了更方便地“合”．2．正交分解时建立坐标轴的原则．(1)静力学中，以少分解力和容易分解力为原则，一般情况下应使尽可能多的力落在坐标轴上．(2)在动力学中，一般情况下应以加速度方向和垂直加速度方向为坐标轴方向建立坐标系．3．简化问题．若物体在多个力的作用下处于静止或匀速直线运动状态．我们也可以用正交分解的方法把力分解到互相垂直的方向上，结合二力平衡的知识在两坐标方向上列方程，Fx＝0和Fy＝0.这样，可使不在同一直线上的力的合成转化为同一直线上力的合成，使问题简化．解：建立合适的直角坐标系，使各力与坐标轴的夹角为特殊角，以F2的方向为x轴的正方向，如图所示．将F1、F3、F4分别向x轴、y轴进行正交分解得F2x＝20 N，F2y＝0，四个力在x轴上的合力Fx＝F1x＋F2x＋F3x＋F4x＝20 N，在y轴上的合力Fy＝F1y＋F2y＋F3y＋F4y＝－20 N，专题4　动态平衡问题的分析 1．对平衡状态的理解．(1)两种平衡状态：共点力作用下的平衡状态包括静止状态和匀速直线运动状态．(2)“静止”和“v＝0”的区别与联系：总之，平衡状态是指a＝0的状态．2．动态平衡及其分析方法．动态平衡是指物体的状态发生缓慢变化，可以认为任一时刻都处于平衡状态．分析此类问题时，常用方法有：(1)图解法：对研究对象进行受力分析，再根据平行四边形定则或三角形法则画出不同状态下力的矢量图(画在同一个图中)，然后根据有向线段(表示力)长度的变化判断各个力的变化情况．(2)解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出因变参量与自变参量的一般函数，然后根据自变参量的变化确定因变参量的变化．例5　如图所示，一小球放置在木板与竖直墙面之间．设墙面对球的弹力大小为FN1，木板对球的弹力大小为FN2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置．不计摩擦，在此过程中 (　　)A．FN1始终减小，FN2始终增大B．FN1始终减小，FN2始终减小C．FN1先增大后减小，FN2始终减小D．FN1先增大后减小，FN2先减小后增大解法二：图解法．对球受力分析，球受3个力，分别为重力G、墙对球的弹力FN1和板对球的弹力FN2.当板逐渐放至水平的过程中，球始终处于平衡状态，即FN1与FN2的合力F始终竖直向上，大小等于球的重力G.如图乙所示，由图可知FN1的方向不变，大小逐渐减小，FN2的方向发生变化，大小也逐渐减小，故B正确．答案：B典练素养提升1．[模型建构、科学推理]如图甲所示为某公司研制的“双动力智能型救援机器人”，其两个对称安装的长长的手臂前端有“铁夹”．在某次救援活动中，机器人用铁夹恰好竖直抓取到重力为G的长方形水泥制品，水泥制品在空中处于静止状态，如图乙所示，则 (　　)A．水泥制品受到的摩擦力大小一定等于GB．水泥制品受到的摩擦力方向可能竖直向下C．若铁夹的位置稍向上移，水泥制品受到的摩擦力变大D．若增大铁夹对水泥制品的挤压，水泥制品受到的摩擦力变大【答案】A　【解析】水泥制品在竖直方向只受重力和摩擦力．并且重力与摩擦力大小一定相等，重力方向竖直向下，故摩擦力方向竖直向上，A正确，B、C错误；增大铁夹对水泥制品的挤压，水泥制品受到摩擦力大小仍等于重力，D错误．2．[模型建构、科学推理]如图所示是用涂料滚来粉刷墙壁的示意图．使用时，用撑竿推着涂料滚沿墙壁上下滚动，把涂料均匀地粉刷到墙壁上，撑竿的质量和墙壁对涂料滚的摩擦均不计，而且撑竿足够长．粉刷工人站在离墙壁某一距离处缓缓上推涂料滚，使撑竿与墙壁间的夹角θ越来越小，该过程中撑竿对涂料滚的推力为F1，墙壁对涂料滚的支持力为F2，下列说法正确的是 (　　)A．F1、F2均减小　 B．F1、F2均增大C．F1减小，F2增大　 D．F1增大，F2减小【答案】A　3．[科学推理]如图所示，两段等长细线串接着两个质量相等的小球a、b，悬挂于O点．现在两个小球上分别加上水平方向的外力，其中作用在b球上的力大小为F，作用在a球上的力大小为2F，则此装置平衡时的位置可能是 (　　)【答案】C　4．[科学推理](多选)如图所示，质量为m、顶角为α的直角劈和质量为M的正方体放在两竖直墙和一水平面间，处于静止状态．若不计一切摩擦，则 (　　)A．水平面对正方体的弹力大小为(M＋m)gC．正方体对直角劈的弹力大小为mgcos αD．直角劈对墙面的弹力大小为mgsin α【答案】AB　5．[模型建构、科学推理]如图所示，两相同的竖直木桩ab、cd固定，一不可伸长的轻绳两端分别固定在a、c端，绳长为L，一质量为m的物体A通过轻质光滑挂钩挂在轻绳中间，静止时轻绳两端夹角为120°.若把轻绳换成自然长度为L的橡皮筋，物体A悬挂后仍处于静止状态，橡皮筋处于弹性限度内．若重力加速度大小为g，关于上述两种情况，下列说法正确的是 (　　)A．轻绳的弹力大小为2mgB．轻绳的弹力大小为mgC．橡皮筋的弹力大于mgD．橡皮筋的弹力大小可能为mg【答案】B　【解析】静止时轻绳夹角为120°，由于物体A的拉力的方向竖直向下，所以三个力之间的夹角都是120°.根据矢量的合成可知，三个力的大小是相等的，故轻绳的弹力大小为mg，A错误，B正确；若把轻绳换成自然长度为L的橡皮筋，橡皮筋受到拉力后长度增长，杆之间的距离不变，所以物体A静止后物体A两侧橡皮筋之间的夹角一定小于120°，两个分力之间的夹角减小，而合力不变，所以两个分力减小，即橡皮筋的弹力小于mg，C、D错误．6．[科学推理]如图所示，OA为遵从胡克定律的弹性轻绳，其一端固定于天花板上的O点，另一端与静止在水平地面上的滑块A相连，滑块A与地面间的动摩擦因数恒定．当弹性轻绳处于竖直位置时，滑块A对地面有压力作用．现有一水平力F作用于A，使A向右缓慢地沿直线运动，则在运动过程中 (　　)A．地面对A的支持力保持不变B．地面对A的摩擦力保持不变C．地面对A的摩擦力变小D．地面对A的摩擦力增大【答案】C　【解析】弹性轻绳处于竖直方向时，设其伸长量为x1，劲度系数为k1，则受力分析如图甲所示．根据平衡条件，得T1＋N1＝G，T1＝kx1.向右拉至某一位置时，受力如图乙所示，其中θ为此时弹性轻绳与水平面的夹角，根据正交分解和力的平衡条件，可得T2sin θ＋N2＝G，T2cos θ＋f＝F，T2＝kx2.设弹性轻绳自然长度为l，则l＋x1＝(l＋x2)sin θ，所以有N2＝G－k(l＋x1)＋klsin θ，θ减小时，即地面对A的支持力减小，而f＝μN2，A与地面间的摩擦力变小．所以C正确．7．[科学探究]某同学利用如图甲所示装置做“探究弹簧弹力大小与其长度的关系”的实验．(1)在安装刻度尺时，必须使刻度尺保持__________状态．(2)他通过实验得到如图乙所示的弹力大小F与弹簧长度x的关系图像．由此图像可得该弹簧的原长x0＝________cm，劲度系数k＝________N/m.(3)他又利用本实验原理把该弹簧做成一把弹簧测力计，当弹簧测力计上的示数如图丙所示时，该弹簧的长度x＝__________cm.【答案】(1)竖直　(2)4　50　(3)10【解析】(1)悬挂重物后，弹簧沿竖直方向伸长，要测量弹簧沿竖直方向上的伸长量，刻度尺要保持竖直状态．