高中物理學(xué)案階段提升課第3章相互作用

第3章重力、彈力的分析與計(jì)算(科學(xué)思維——科學(xué)驗(yàn)證)1．彈力有無的判斷方法：假設(shè)法思路假設(shè)將與研究對(duì)象接觸的物體解除接觸，判斷研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否發(fā)生改變。若運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，則此處不存在彈力；若運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，則此處一定存在彈力例證圖中細(xì)線豎直、斜面光滑，因去掉斜面后，小球的狀態(tài)不變，故小球只受細(xì)線的拉力，不受斜面的支持力替換法思路可以將硬的、形變不明顯的施力物體用軟的、易形變的物體來替換，看能否維持原來的力學(xué)狀態(tài)。一般側(cè)壁或斜面用海綿來替換，硬桿用輕彈簧或細(xì)繩來替換例證如圖所示，如果用細(xì)繩代替桿BC，很明顯達(dá)不到這種效果，B點(diǎn)會(huì)移動(dòng)，因此在B點(diǎn)，桿有支持力的作用2.彈力方向的判斷：(1)根據(jù)物體所受彈力方向與施力物體形變的方向相反判斷。(2)根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件確定彈力的方向。3．計(jì)算彈力大小的方法：(1)根據(jù)胡克定律進(jìn)行求解。(2)根據(jù)力的平衡條件進(jìn)行求解。(1)防止“多力”的有效途徑是找出力的施力物體，若某力有施力物體則它實(shí)際存在，無施力物體則它不存在。(2)按正確的順序(即一重、二彈、三摩擦、四其他)。如圖所示，水平地面上堆放著圓木，關(guān)于圓木P在支撐點(diǎn)M、N處受力的方向，下列說法正確的是()A．M處受到的支持力豎直向上B．N處受到的支持力豎直向上C．M處受到的靜摩擦力沿MN方向D．N處受到的靜摩擦力沿水平方向【解析】選A。M處受到的支持力的方向與地面垂直向上，即豎直向上，故A正確；N處受到的支持力的方向與圓木P垂直且向上，不是豎直向上，故B錯(cuò)誤；圓木相對(duì)于地面有向左運(yùn)動(dòng)的趨勢，則在M處受到的摩擦力沿地面向右，故C錯(cuò)誤；因圓木P有沿圓木向下的運(yùn)動(dòng)趨勢，所以N處受到的摩擦力沿MN方向，故D錯(cuò)誤。1.(水平2)(2021·撫州高一檢測)木塊A、B分別重50N和60N，它們與水平地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.2，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。夾在A、B之間的輕彈簧被壓縮了2cm，彈簧的勁度系數(shù)為400N/m。系統(tǒng)置于水平地面上靜止不動(dòng)?，F(xiàn)用F＝2N的水平拉力作用在木塊B上，如圖所示。則在力F作用后()A．木塊A所受摩擦力大小是12NB．木塊A所受摩擦力大小是10NC．木塊B所受摩擦力大小是10ND．木塊B所受摩擦力大小是12N【解析】選C。根據(jù)題意可知兩木塊的最大靜摩擦力為fAmax＝50×0.2N＝10NfBmax＝60×0.2N＝12N此時(shí)彈簧彈力為F1＝kx＝400N/m×0.02m＝8N用F＝2N的水平拉力作用在木塊B上，木塊B受到彈簧向右的彈力為8N，拉力為2N，共10N，小于最大靜摩擦力，故B受靜摩擦力為10N，向左；此時(shí)木塊A受到向左的彈力為8N，小于最大靜摩擦力，故A不動(dòng)，受靜摩擦力為8N，方向向右；綜上分析可知C正確，A、B、D錯(cuò)誤。2．(水平4)如圖所示，一根彈性桿的一端固定在傾角為30°的斜面上，桿的另一端固定一個(gè)重力為2N的小球，小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，則彈性桿對(duì)小球的彈力()A.大小為2N，方向平行于斜面向上B．大小為2N，方向垂直于斜面向上C．大小為2N，方向豎直向上D．大小為1N，方向沿桿的切線方向【解析】選C。要注意活動(dòng)桿的彈力一定沿著桿，而固定桿的彈力可以沿任意方向。對(duì)小球受力分析，小球受到重力G和彈性桿對(duì)小球的彈力F，由于小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈力與重力平衡，故彈性桿對(duì)小球的彈力方向應(yīng)豎直向上，大小F＝G＝2N，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】如圖，在水平桌面上放置一斜面體P，兩長方體物塊a和b疊放在P的斜面上，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。若將a與b、b與P、P與桌面之間摩擦力的大小分別用f1、f2和f3表示。則()A.f1＝0，f2≠0，f3≠0 B．f1≠0，f2＝0，f3＝0C．f1≠0，f2≠0，f3＝0 D．f1≠0，f2≠0，f3≠0【解析】選C。物塊a相對(duì)于b，物塊b相對(duì)于P，都有沿斜面下滑的趨勢，所以a與b、b與P之間的摩擦力f1、f2不為零，把物塊a和b及斜面P看成一個(gè)整體，P與桌面之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢，P與桌面之間摩擦力f3為零，所以選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤。探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系(科學(xué)探究)1．測量長度及作圖的技巧：(1)長度測量：測量有關(guān)長度時(shí)，應(yīng)區(qū)別彈簧原長L0、實(shí)際總長L及伸長量x，明確三者之間的關(guān)系。(2)作圖技巧：①建立平面直角坐標(biāo)系時(shí)，兩軸上單位長度所代表的物理量的值要適當(dāng)，不可過大，也不可過小。②描線的原則：盡量使各點(diǎn)落在一條直線上，少數(shù)點(diǎn)分布于線兩側(cè)，描出的線不應(yīng)是折線，而應(yīng)是平滑的直線。2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的三種方法：(1)圖像法：根據(jù)測量數(shù)據(jù)，在建好直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，以彈簧的彈力F為縱軸，彈簧的伸長量x為橫軸，根據(jù)描點(diǎn)的情況，作出一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線。(2)列表法：將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中，研究測量的數(shù)據(jù)，可發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，彈力與彈簧伸長量的比值是一常數(shù)。(3)函數(shù)法：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，找出彈力與彈簧伸長量的函數(shù)關(guān)系。橡皮筋也像彈簧一樣，在彈性限度內(nèi)伸長量x與彈力F成正比，即F＝kx，k的值與橡皮筋的原長L、橫截面積S有關(guān)，理論與實(shí)驗(yàn)都證明k＝eq\f(YS,L)，其中Y是由材料決定的常數(shù)，材料力學(xué)中稱之為楊氏模量。(1)某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測得該橡皮筋的一些數(shù)據(jù)，作出了外力F與伸長量x之間的關(guān)系圖像如圖所示，由圖像可求得該橡皮筋的勁度系數(shù)k＝________N/m。(2)若橡皮筋的原長為10.0cm，橫截面積為1.0mm2，則該橡皮筋的楊氏模量Y的大小是________N/m2(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)?！窘馕觥?1)橡皮筋的勁度系數(shù)是F-x圖像的斜率，由圖像得k＝eq\f(15.0,3.0×10－2)N/m＝500N/m。(2)根據(jù)公式k＝eq\f(YS,L)知，Y＝eq\f(kL,S)＝eq\f(500×10.0×10－2,1.0×10－6)N/m2＝5.0×107N/m2。答案：(1)500(2)5.0×107(水平4)某同學(xué)用如圖所示的裝置做探究彈力和彈簧伸長關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。他先測出不掛鉤碼時(shí)彈簧下端指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，然后在彈簧下端掛上鉤碼，并逐個(gè)增加鉤碼，測出指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度，所得數(shù)據(jù)列表如下：(重力加速度g取10m/s2)鉤碼質(zhì)量m/(×102g)01.002.003.004.005.006.007.00標(biāo)尺刻度x/(×10－2m)15.0018.9422.8226.7830.6634.6042.0054.50(1)根據(jù)所測數(shù)據(jù)，在如圖的坐標(biāo)紙上作出彈簧指針?biāo)傅臉?biāo)尺刻度x與鉤碼質(zhì)量m的關(guān)系曲線。(2)根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以判斷，在____N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長關(guān)系滿足胡克定律。這種規(guī)格的彈簧勁度系數(shù)為________N/m。【解析】(1)描點(diǎn)作圖，如圖所示。(2)從圖像可以看出在0～5.00N范圍內(nèi)彈力大小與彈簧伸長關(guān)系滿足胡克定律。根據(jù)胡克定律F＝kx得：k＝eq\f(ΔF,Δx)＝eq\f(5.00,0.35－0.15)N/m＝25.00N/m。答案：(1)見解析圖(2)0～5.0025.00【補(bǔ)償訓(xùn)練】某同學(xué)在探究彈力與彈簧伸長的關(guān)系時(shí)，設(shè)計(jì)了如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置。他先測出不掛鉤碼時(shí)彈簧的自然長度，然后在彈簧下端依次掛1、2、3、4、5個(gè)鉤碼，待靜止時(shí)，測出彈簧相應(yīng)的總長度。每只鉤碼的質(zhì)量都是10g。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示。(彈力始終未超出彈簧的彈性限度，g取10N/kg)鉤碼質(zhì)量/g01020304050彈簧總長度/cm5.005.506.006.507.007.50彈力大小/N00.10.20.30.40.5(1)試根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在圖乙所示的坐標(biāo)紙上作出彈簧彈力大小F