2.1彈力摩擦力

1、第二章相互作用一、三年高考考點(diǎn)統(tǒng)計(jì)與分析從近三年高考試題考點(diǎn)分布可以看出，高考對(duì)本章，涉及的解題方法主要有力的合成法、正交分解法、整體法高考對(duì)本章內(nèi)容主要以選擇題形式考查，對(duì)靜摩內(nèi)容的考查重點(diǎn)有：彈力、摩擦力的分析與計(jì)算，共點(diǎn)力平衡的條件及應(yīng)用和隔離法的應(yīng)用等，擦力的分析、物體受力分析及平衡條件的應(yīng)用是本章的?？純?nèi)容，二、2021年高考考情預(yù)測(cè)(1) 共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件的應(yīng)用，平衡條件推論的應(yīng)用；共點(diǎn)力作用下的平衡又常與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、功能關(guān)系相結(jié)合，有時(shí)還與電場(chǎng)及磁場(chǎng)中的帶電體的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合,是高考命題的熱點(diǎn)，(2) 以生活中的實(shí)際問題為背景考查力學(xué)知識(shí)是今后咼考命題的一大趨勢(shì)

2、，備課札記第二章相互作用學(xué)習(xí)目標(biāo)定位考綱下載考情上線1.滑動(dòng)摩擦力、動(dòng)摩擦因數(shù)、靜摩擦力(I ) 2.形變、彈性、胡克定律(I ) 3 .矢 量和標(biāo)量(I )4 .力的合成和分解 (n )咼考地位咼考對(duì)本章中知識(shí)點(diǎn)考查頻率最咼的 是 摩擦力及物體的平衡，題目常以選擇題 的形式 出現(xiàn)，對(duì)理解能力要求較咼，5.共點(diǎn)力的平衡H 實(shí)驗(yàn)二： 探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)三：驗(yàn)證力的平行四邊形定那么考點(diǎn)布設(shè)1. 彈力、摩擦力的產(chǎn)生條件、方向判斷及大小計(jì)算，2 .力的合成與分解的方法及平行四邊 形定 那么的應(yīng)用，3 .物體的平衡條件及其應(yīng) 用，第1單元彈力摩擦力廠彈力想一想如圖2- 1 - 1所示的甲、乙

3、、丙三個(gè)小球均處于靜止?fàn)顟B(tài)，各接觸面均光滑，請(qǐng)思考三個(gè)小球各受幾個(gè)彈力作用？并指出彈力的具體方向，圖 21-1提示：甲受一個(gè)彈力作.一 .，,力向垂用直于水平面豎直向上；丙受兩個(gè)彈力作用，一個(gè)水平向左，另一個(gè)沿半徑方向斜向右上方，記一記1 .彈力(1) 定義：發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用，這種力叫做彈力，(2) 產(chǎn)生條件： 兩物體相互接觸； 發(fā)生彈性形變，(3) 方向：彈力的方向總是與施力物體形變的方向相反，2 .胡克定律(1) 內(nèi)容：彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力的大小F跟彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度x成正比，(2) 表達(dá)式：F = kx, k是彈簧的勁度系數(shù)，單位

4、為牛/米；k的大小由彈簧自身性質(zhì)決定， x是彈簧長(zhǎng)度的變化量 ，不是彈簧形變以后的長(zhǎng)度，試一試 1.一根輕質(zhì)彈簧一端固定 ，用大小為F1的力壓彈簧的另一端，平衡時(shí)長(zhǎng)度為11；改用大 小為F2，該彈簧的勁度系數(shù)的力拉彈簧，平衡時(shí)長(zhǎng)度為12，彈簧的拉伸或壓縮均在彈性限度內(nèi)為()A. B.F2F1l2l1F2 F1l2l1F2 + Fi|2 11d.F2- F1D. |2 + |1解析：選C設(shè)彈簧的原長(zhǎng)為|0,勁度系數(shù)為k,由胡克定律可得，F(xiàn)i= k(l0 li),F2 = k(l2Io),以上兩式聯(lián)立可得:F2 +Fik F + F 門 k ,故C正確，|2|i摩擦力的大小和方向想一想(1)摩擦力

5、的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向不相同就相反，這種說法對(duì)嗎？(2) 物體m沿水平面滑動(dòng)時(shí),受到的滑動(dòng)摩擦力大小一定等于jmg嗎？(3) 滑動(dòng)摩擦力是不是一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)？提示：(1)摩擦力的方向可以與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同，也可以相反，還可以與物體的運(yùn)動(dòng)方向成任何角度，但一定與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，(2) 物體m沿水平面滑動(dòng)時(shí)，對(duì)水平面的壓力不一定為mg,故大小也不一定為jm , g(3) 滑動(dòng)摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí)，促使物體運(yùn)動(dòng)是動(dòng)力，但滑動(dòng)摩擦力一定阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，記一記1 .靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力名稱工程靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力定義兩相對(duì)靜止的物體間的摩擦力兩相對(duì)滑動(dòng)的物體間的摩擦力產(chǎn)生條件(

6、1) 接觸面粗糙(2) 接觸處有彈力(3) 兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)(1) 接觸面粗糙(2) 接觸處有彈力(3) 兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)大小、方向大?。?<FfW Ffm方向：與受力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反大?。篎f j F方向：與受力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反作用效果總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)2摩擦力與彈力的依存關(guān)系兩物體間有摩擦力，物體間一定有彈力，兩物體間有彈力，物體間不一定有摩擦力，試一試 2 .用輕彈簧豎直懸掛質(zhì)量為m的物體，靜止時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量為L(zhǎng),現(xiàn)用該彈簧沿斜面方向拉住質(zhì)量為2m的物體，系統(tǒng)靜止時(shí)彈簧伸長(zhǎng)量也為L(zhǎng),斜面傾角為30 ° ,如圖2-

7、1 - 2所示，那么 物體所受摩擦力()圖 2-1-2A .等于零1B .大小為2mg,方向沿斜面向下3C .大小為2 mg,方向沿斜面向上D .大小為mg,方向沿斜面向上 解析：選A對(duì)豎直懸掛的物體，因處于靜止?fàn)顟B(tài)，故有kL = mg 對(duì)斜面上的物體進(jìn)行受力分析，建立如下列圖的坐標(biāo)系，并假設(shè)摩擦 力方向沿x軸正方向，由平衡條件得：kL + Ff= 2mgsin 30 聯(lián)立兩式解得：Ff= 0,應(yīng)選項(xiàng)A正確,B、C、D錯(cuò)誤，彈力方向的判斷1. 根據(jù)彈力產(chǎn)生的條件直接判斷根據(jù)物體是否直接接觸并發(fā)生彈性形變來判斷是否存在彈力，此方法多用來判斷形變較 明顯的情況，2. 利用假設(shè)法判斷對(duì)形變不明顯的情

8、況 ，可假設(shè)兩個(gè)物體間彈力不存在 ，即把與我們所研究的物體相接觸的 其他物 體去掉，看物體還能否保持原有的狀態(tài)，假設(shè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，那么此處不存在彈力，假設(shè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，那么此 處一定存在彈力，3 .根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ，利用牛頓第二定律或共點(diǎn)力平衡條件判斷彈力是否存在，例如：如圖2- 1 - 3所示，小球A在車廂內(nèi)隨車廂一起向右運(yùn)動(dòng)，可根據(jù)小球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析車廂后壁對(duì)球 A的彈力的情況，(1) 假設(shè)車廂和小球做勻速直線運(yùn)了、|一r動(dòng)一圖 2 - 1 - 3，那么由牛頓第二定律(2) 假設(shè)車廂和小球向右做加速運(yùn),那么小球A受力平衡，所以車廂后壁對(duì)小球無彈力，可知，車廂后壁對(duì)

9、小球的彈力水平4 .幾種接觸彈力的方向彈力彈力的方向面與面接觸的彈力垂直于接觸面，指向受力物體點(diǎn)與面接觸的彈力過接觸點(diǎn)垂直于接觸面(或接觸面的切面),指向受力物體球與面接觸的彈力在接觸點(diǎn)與球心連線上,指向受力物體球與球接觸的彈力垂直于過接觸點(diǎn)的公切面，指向受力物體5.繩和桿的彈力的區(qū)別 (1)繩只能產(chǎn)生拉力，不能產(chǎn)生支持力，且繩子彈力的方向一定沿著繩子收縮的方向，桿既可以產(chǎn)生拉力，也可以產(chǎn)生支持力，彈力的方向可能沿著桿，也可能不沿桿，例1如圖2- 1 -4所示為位于水平面上的小車，固定在小車上的支架的斜桿與豎直桿的夾角為 0,在斜桿的下端固定有質(zhì)量為m的小球，以下關(guān)于桿對(duì)球的作用力F的判斷中，

10、正確的是()圖 2 - 1 - 4A .小車靜止時(shí),F = mgsin 0方向沿桿向上B .小車靜止時(shí),F = mgcos 0方向垂直于桿向上 C .小車向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定有F = mg,方向豎直向上 D .小車向右勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定有F>mg,方向可能沿桿向上審題指導(dǎo)小球的運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)>小球所受 的合力>確定彈力的 大小和方向嘗試解題小球受重力和桿的作用力F處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)，由力的平衡條件知，二力必等大反向，有：F = mg,方向豎直向上，小車向右勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí) 小球有向右的恒定加速度 ，根據(jù)牛頓第二定律知 ,mg和F的合力應(yīng)水平向右，如下列圖，由圖可 知,F>mg,

11、方向可能沿桿向上，答案CD輕桿彈力確實(shí)定方法桿的彈力與繩的彈力不同 ，繩的彈力始終沿繩指向繩收縮的方向，但桿的彈力方向不一定 沿桿的方向，其大小和方向的判斷要根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來確定，可以理解為“按需提供即為了維持物體的狀態(tài) ，由受力平衡或牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解得到所需彈力的大小和方向，桿就會(huì)根據(jù)需要提供相應(yīng)大小和方向的彈力，摩擦力的大小計(jì)算和方向判斷方法按觸血光滑1.靜摩擦力有無及方向的常用判斷方法(1)假設(shè)法：利用假設(shè)法判斷的思維程序如下:一序擦力狀態(tài)法：此法關(guān)鍵是先判明物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(即加速度的方向),再利用牛頓第二定律(F =ma)確定合力，然后通過受力分析確定靜摩擦力的大小及方向，(3)

12、牛頓第三定律法：此法的關(guān)鍵是抓住“力是成對(duì)出現(xiàn)的，先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向,再根據(jù)“力的相互性確定另一物體受到的靜摩擦力方向，(4) 在分析摩擦力的方向時(shí)，要注意靜摩擦力方向的“可變性和滑動(dòng)摩擦力方向的“相對(duì)性，2 .摩擦力大小的計(jì)算(1)滑動(dòng)摩擦力的計(jì)算：滑動(dòng)摩擦力的大小用公式F = F計(jì)算，應(yīng)用此公式時(shí)要注意以下兩點(diǎn)： 卩為動(dòng)摩擦因數(shù)，其大小與接觸面的材料、外表的粗糙程度有關(guān)；Fn為兩接觸面間的正壓力，其大小不一定等于物體的重力， 滑動(dòng)摩擦力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，與接觸面積的大小無關(guān)，(2)靜摩擦力的計(jì)算：其大小、方向都跟產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力密切相關(guān)，但跟接觸面相互

13、擠壓力 Fn無直接關(guān)系，因而靜摩擦力具有大小、方向的可變性，其大小只能依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算假設(shè)為平衡狀態(tài)，靜摩擦力可由平衡條件建立方程求解；假設(shè)為非平衡狀態(tài)，可由動(dòng)力學(xué)規(guī)律建立方程求解，最大靜摩擦力Ffm 是物體將要發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)這一臨界狀態(tài)時(shí)的摩擦力,它的數(shù)值與 FN成正比，在Fn不變的情況下，滑動(dòng)摩擦力略小于 Ffm,而靜摩擦力可在0Ffm間變化，向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中 b受到的摩擦丿J圖 2 1 5例2如圖2 - 1 - 5所示,A、A .方向向左，大小不變B兩物塊疊放在一起1在粗糙的水平面上保持相對(duì)靜止地B .方向向左)，逐漸減小C .方向向右，大小不變D .方向向右，逐

14、漸減小審題指導(dǎo)第一步：抓關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)獲取信息保持相對(duì)靜止物塊B可能受靜摩擦力向右做 勻減速直線運(yùn)動(dòng)加速度水平向左第二步：找突破口要確定物塊 B受到的摩擦力的大小和方向，應(yīng)明確物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確定物塊做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度的大小和方向，利用牛頓第二定律F = ma求解，嘗試解題對(duì)A、B整體受力分析如下列圖，滑動(dòng)摩擦力Ff使整體產(chǎn)生 加速度a,a等于yg不變，對(duì)B受力分析知,B所受靜摩擦力Ff'= mB a =mg,大小不變，方向向左，故A對(duì),B、 C、D 錯(cuò)，答案A應(yīng)用“狀態(tài)法分析靜摩擦力方向時(shí)應(yīng)注意的兩點(diǎn)(1) 明確物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分析物體的受力情況，根據(jù)平衡方程或牛頓第二定律求解靜摩擦力

15、的大小和方向，(2) 靜摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向沒有必然關(guān)系，可能相同，也可能相反，還可能成一定的夾角，中物理中有相當(dāng)重要的地位，且涉及的情景綜合性較強(qiáng)，物理過程復(fù)雜，能很好地考查學(xué)生的綜合分析能力，倍受咼考命題專家的青睞，三種模型輕桿輕繩輕彈簧模型圖示模型特點(diǎn)形變特點(diǎn)只能發(fā)生微小形變?nèi)彳洠荒馨l(fā)生微小形 變，各處張力大小相等即可伸長(zhǎng)也可壓縮，各 處彈力大小相等方向特點(diǎn)不一定沿桿，可以是任意方向只能沿繩，指向繩收縮的方向一定沿彈簧軸線，與形變方向相反作用效果特點(diǎn)可提供拉力、推力只能提供拉力可以提供拉力、推力大小突變特點(diǎn)可以發(fā)生突變可以發(fā)生突變一般不能發(fā)生突變典例如圖2 - 1 - 6所示,

16、水平輕桿的一端固定在墻上，輕繩與豎直方向的夾角為37小球的重力為12 N,輕繩的拉力為 10 N,水平輕彈簧的拉力為9 N,求輕桿對(duì)小球的作用力，解析此題考查輕繩、 輕桿、 輕彈簧中力的方向及大小的特點(diǎn)，解題時(shí)要結(jié)合題意及小球處于平衡狀態(tài)的受力特點(diǎn)，以小球?yàn)檠芯繉?duì)象，受力分析如圖2- 1 - 7所示,小球受四個(gè)力的作用：重力、輕繩的拉力、輕彈簧的拉力、輕桿的作用力，其中輕桿的作用力的方向和大小不能確定，重力、彈簧的設(shè)F與豎直方向夾角為asin a= F1= 3,那么a= 37 ° F5即方向與豎直方向成37 °角斜向下，這個(gè)力與輕繩的拉力恰好在同一條直線上，根據(jù)物體平衡的條件可知，輕桿對(duì)小球的作用力大小為5 N,方向與豎直方向成37 °角斜向上，答案5 N方向與豎直方向成題后悟道37 °角斜向上(1) 對(duì)于彈力方向確實(shí)定，一定要分清情景類型及相關(guān)結(jié)論和規(guī)律，尤其要注意結(jié)合物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，(2) 輕桿對(duì)物體的彈力不一定沿桿，其具體方向與物體所處的狀態(tài)有關(guān)，一般應(yīng)結(jié)合物體平衡或牛頓第二定律分析，如圖2- 1 -8所示，將兩相同的木塊 a、b置于粗糙的水平地面上，中間用一輕彈簧連接 兩側(cè)用細(xì)繩系于墻壁，開始時(shí)a、b均靜止，彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)