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人教版高中物理新教材同步讲义 必修第一册第3章 章末素养提升(含解析)
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章末素养提升
物理观念 | 三种常见的力 | 1.重力:方向竖直向下,大小为G=mg,作用点在重心上 2.弹力:在接触面上产生的弹力方向与接触面垂直,绳产生的弹力方向沿绳并指向绳收缩的方向 大小:弹力的大小与形变量有关,在弹性限度内,形变量越大,弹力越大 胡克定律:在弹性限度内,弹簧发生弹性形变时,弹簧弹力F的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比,即F=kx 3.摩擦力 (1)滑动摩擦力:①方向:沿接触面的切线,与相对运动方向相反 ②大小:Ff=μF压 (2)静摩擦力:①方向:沿接触面的切线,与相对运动趋势方向相反 ②大小:0<F≤Fmax |
牛顿第三定律 | 1.内容:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上 2.作用力与反作用力的特点 (1)同时产生,同时变化,同时消失 (2)同种性质 (3)分别作用在两个相互作用的物体上 3.知道一对作用力和反作用力与一对平衡力的区别 | |
力的合成和分解 | 1.合力与分力:等效替代关系 2.遵守的定则:平行四边形定则、三角形定则 3.合力大小范围:|F1-F2|≤F≤F1+F2 | |
共点力的平衡 | 1.平衡状态:物体受到几个力作用时,保持静止或匀速直线运动状态 2.平衡条件:F合=0或Fx=0,Fy=0 | |
科学思维 | 等效思想 | 1.重心是物体重力的等效作用点 2.合力和分力是等效替代的关系 |
假设法和条件法 | 1.根据弹力产生的条件或假设法(结合运动状态)判断弹力的有无和方向 2.根据摩擦力产生的条件或假设法(结合运动状态)判断摩擦力的有无和方向 | |
整体法和隔离法 | 正确选取研究对象,初步会应用整体和隔离的思想对物体进行受力分析 | |
平衡问题的解法 | (1)合成法;(2)正交分解法;(3)图解法 | |
数学方法的应用 | 应用作图和三角函数知识、相似三角形法求解合力或分力 | |
科学探究 | 1.能提出与“弹簧形变量和弹力间关系”的探究方案有关的物理问题。 2.能根据测量数据描绘弹簧弹力与形变量关系的图像(F-x图像)。能对F-x图像进行分析,得到弹簧弹力和形变量的定量关系,求出弹簧的劲度系数,知道测量误差产生的原因。 3.能根据等效思想设计“探究两个互成角度的力的合成规律”实验方案并进行交流。理解“等效”是指橡皮条的形变量及方向都相同,能用合适的方法记录力的方向。 4.能选择合适的标度,作出合力与分力的图示,能总结、归纳合力与分力之间所遵循的规律,知道实验误差产生的原因。 | |
科学态度 与责任 | 1.通过重力、弹力和摩擦力在生产和生活中的应用,认识到物理学与生产生活的紧密联系。 2.学习生产生活中增大或者减小摩擦力的实例,具有将摩擦力知识应用于生产生活的意识。 |
例1 躺椅在生活中用途广泛,图甲中人双脚离地而坐,图乙中人双脚着地而坐,两图中位于地面上的人和椅子都保持静止状态,下列说法正确的是( )
A.甲中人对躺椅的压力是由椅子发生形变产生的
B.甲中人不同的躺姿会改变躺椅对人的合力
C.乙中人脚用力蹬地时,躺椅对人背部摩擦力一定沿椅面向上
D.乙中人脚用力蹬地时,脚对地的摩擦力大小与躺椅对地的摩擦力大小相等
答案 D
解析 题图甲中人对躺椅的压力是由人发生形变产生的,A错误;题图甲中人不同的躺姿,躺椅对人的作用力均与人的重力大小相等,方向相反,B错误;题图乙中人脚用力蹬地时,如果人的背部相对于躺椅有向上运动的趋势时,人背部所受摩擦力一定沿椅面向下,C错误;以人和躺椅整体为研究对象,题图乙中人脚用力蹬地时,地对脚的摩擦力和地对躺椅的摩擦力等大反向,由牛顿第三定律知:脚对地的摩擦力大小和地对脚的摩擦力大小相等,可得脚对地的摩擦力大小与躺椅对地的摩擦力大小相等,D正确。
例2 (2022·上海市七宝中学高一开学考试)木块A、B分别重50 N和60 N,它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25(设滑动摩擦力等于最大静摩擦力)。夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2 cm,弹簧的劲度系数为400 N/m。系统置于水平地面上静止不动。现用F=1 N的水平拉力作用在木块B上。力F作用后木块所受摩擦力情况是( )
A.木块A所受摩擦力大小是8 N,木块B所受摩擦力大小是7 N
B.木块A所受摩擦力大小是8 N,木块B所受摩擦力大小是9 N
C.木块A所受摩擦力大小是11.5 N,木块B所受摩擦力大小是9 N
D.木块A所受摩擦力大小是11.5 N,木块B所受摩擦力大小是7 N
答案 B
解析 未加F时,木块A在水平方向上受弹簧的弹力F1及静摩擦力FA作用,且
FA=F1=kx=8 N
木块B在水平方向上受弹簧弹力F2和静摩擦力FB作用,且
FB=F2=kx=8 N
在木块B上施加F=1 N的向右的拉力后,由于
F2+F<μFNB=15 N
故木块B所受摩擦力仍为静摩擦力,其大小
FB′=F2+F=9 N
木块A的受力情况不变。故木块A所受摩擦力大小是8 N,木块B所受摩擦力大小是9 N,故B正确。
例3 (多选)(2023·龙岩第一中学高一阶段练习)如图,质量分别为m1、m2的两个物体A和B通过轻弹簧连接,在力F的作用下一起沿水平方向向右做匀速直线运动,力F与水平方向成θ角。已知物体A与水平面之间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,则下列对物体A所受支持力FN和摩擦力Ff的表述正确的是( )
A.FN=(m1+m2)g-Fsin θ
B.FN=(m1+m2)g-Fcos θ
C.Ff=Fcos θ
D.Ff=μ(m1+m2)g-μFsin θ
答案 ACD
解析 以物体A、B及轻弹簧组成的整体为研究对象,由平衡条件可得,竖直方向满足Fsin θ+FN=(m1+m2)g,可得FN=(m1+m2)g-Fsin θ,水平方向满足Fcos θ=Ff,A、C正确,B错误;由滑动摩擦力的定义可得Ff=μFN=μ(m1+m2)g-μFsin θ,D正确。
例4 (多选)如图所示,质量为m的木块A放在质量为M的三角形斜劈上,现用大小均为F、方向相反的水平力分别推A和B,它们均静止不动,则( )
A.A与B之间一定存在摩擦力
B.B与地面之间可能存在摩擦力
C.B对A的支持力可能小于mg
D.地面对B的支持力的大小一定等于(M+m)g
答案 CD
解析 对A、B整体受力分析,受到重力(M+m)g、支持力FN1和已知的两个推力,对于整体,由于两个推力刚好平衡,故整体与地面间没有摩擦力,且有FN1=(M+m)g,故B错误,D正确;再对木块A受力分析,至少受重力mg、已知的推力F、B对A的支持力FN2,当推力F沿斜面的分力大于重力沿斜面的分力时,摩擦力的方向沿斜面向下;当推力F沿斜面的分力小于重力沿斜面的分力时,摩擦力的方向沿斜面向上;当推力F沿斜面的分力等于重力沿斜面的分力时,摩擦力为零。在垂直斜面方向上有FN2=mgcos θ+Fsin θ(θ为斜劈倾角),由于F、θ未知,故B对A的支持力可能小于mg,故A错误,C正确。
例5 如图所示,一固定的“∩”形支架两端连有一根长为L的轻绳,光滑轻质圆环下端悬挂质量为m的重物跨在轻绳上(圆环可沿轻绳滑动)。开始时绳子固定在支架上等高的M、N两点,绳中拉力为F,现保持绳子左端固定且绳长不变,将绳子右端从N点沿竖直支架缓慢移至P点,再从P点沿圆弧支架向左端缓慢移至Q点。关于绳子拉力F的变化,下列说法正确的是( )
A.从N→P→Q的过程中,拉力F一直不变
B.从N→P→Q的过程中,拉力F先不变,再减小
C.从N→P→Q的过程中,拉力F一直变大
D.从N→P→Q的过程中,拉力F先增大,再减小
答案 B
解析 以圆环为研究对象,受力分析如图所示
根据平衡条件有F=,在绳子右端从N点沿竖直支架缓慢移至P点的过程中,设两直杆间的距离为x,根据数学知识有,sin θ=,可知θ保持不变,故拉力F保持不变,在从P点沿圆弧支架向左端缓慢移至Q点的过程中,θ不断减小,则F不断减小。故选B。
绳长不变类问题的解题方法
1.不计滑轮和绳子之间的摩擦时,动滑轮两侧绳中张力大小相等,左右两侧绳与竖直方向间夹角也相等。
2.在移动固定细绳一端的悬点位置时,细绳与竖直方向间的夹角是否变化,要看细绳两端水平方向上的间距是否变化。