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第二章相互作用高考考纲备考建议内容要求说明本章在全国卷中占有较高的分值,考查频率最高的是摩擦力及共点力的平衡,常以选择题的形式出现,对理解能力要求较高;也有与牛顿运动定律、能量以及电磁学等知识相结合的计算题,难度中等偏下.考生要熟记弹力、摩擦力方向的判断和大小的分析与计算规律,熟练掌握受力分析技巧、动态平衡问题、极值与临界问题的解题思路.滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力Ⅰ处理物体在粗糙面上的问题,只限于已知相对运动趋势或已知运动方向的情况形变、弹性、胡克定律Ⅰ矢量和标量Ⅰ力的合成和分解Ⅱ共点力的平衡Ⅱ实验二:探究弹力和弹簧伸长的关系实验三:验证力的平行四边形定则第1课时重力弹力摩擦力基础回顾核心探究演练提升基础回顾自主梳理·融会贯通知识梳理一、重力1.产生:由于的吸引而使物体受到的力.2.大小:与物体的质量成,即G=.可用测量.3.方向:总是.4.重心:物体所受重力的等效点,其位置与物体的分布和有关.二、形变、弹力、胡克定律1.形变:物体或的变化.(1)弹性形变:当撤去外力作用后物体能的形变.地球正比mg弹簧测力计竖直向下各部分质量形状形状体积恢复原状(2)弹性限度:当形变超过一定限度时,撤去外力后,物体就不能恢复,这个限度叫弹性限度.2.弹力(1)定义:发生弹性形变的物体由于要,对与它的物体产生力的作用.(2)产生条件:物体相互且发生.(3)方向:总是与引起形变的作用力的方向.3.胡克定律(1)内容:在内,弹力和弹簧形变大小(伸长或缩短的量)成.(2)表达式:F=.其中k的大小由弹簧决定.原状恢复原状接触接触弹性形变相反弹性限度正比kx自身性质拓展思考弹簧弹力F与形变量x的关系图像如图所示,这是一条通过原点的倾斜直线.则(1)图像的斜率k表示什么物理意义?(2)ΔF与Δx之间是什么关系?答案:(1)斜率k=,表示弹簧的劲度系数.(2)弹力的变化量ΔF跟弹簧形变的变化量Δx成正比,ΔF=kΔx.Fx三、摩擦力1.滑动摩擦力(1)产生条件①接触面;②接触处有;③两物体间有.(2)定义:两个物体相互接触并挤压,当它们沿接触面发生运动时,每个物体的接触面上都会受到对方作用的相对运动的力.(3)大小及方向:①大小:f=μN.公式中μ为比例常数,称为动摩擦因数,其大小与两个物体的材料和接触面的粗糙程度有关.②方向:总是跟物体的接触面,并且跟它们的方向相反.2.静摩擦力(1)产生条件:①接触面;②接触处有;③两物体有.粗糙弹力相对运动相对阻碍相切相对运动粗糙弹力相对运动趋势(2)定义:当两个彼此接触且相互挤压的物体之间没有发生相对滑动,但它们之间存在时,在它们的接触面上会产生一种阻碍物体间发生的力.(3)大小和方向①大小:0f≤fmax.②方向:总是跟物体间相对运动趋势的方向.相对运动的趋势相对运动相反拓展思考水平地面光滑,物块A与长木板B都向右运动,A与B之间的接触面粗糙,则(1)若vA=vB,B对A摩擦力作用;(2)若vAvB,B对A有向的摩擦力作用;(3)若vAvB,B对A有向的摩擦力作用.答案:(1)没有(2)左(3)右自主检测1.思考判断(1)自由下落的物体所受重力为零.()(2)相互接触的物体间一定有弹力.()(3)物体处在水平面时,其间弹力与重力大小一定相等.()(4)轻绳或轻杆的弹力方向一定沿绳或杆.()(5)运动的物体也可以受静摩擦力.()(6)接触处的摩擦力一定与弹力方向垂直.()答案:(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√2.如图所示,两辆车在以相同的速度做匀速运动,根据图中所给信息和所学知识你可以得出的结论是()A.物体各部分都受重力作用,但可以认为物体各部分所受重力集中于一点B.重力的方向总是垂直向下的C.物体重心的位置与物体形状或质量分布无关D.力是使物体运动的原因A解析:物体各部分都受重力作用,但可以认为物体各部分所受重力集中于一点,这个点就是物体的重心,重力的方向总是和水平面垂直,是竖直向下而不是垂直向下,所以选项A正确,B错误;从图中可以看出,汽车(包括货物)的形状和质量分布发生了变化,重心的位置就发生了变化,故选项C错误;力不是使物体运动的原因而是改变物体运动状态的原因,所以选项D错误.3.(多选)在日常生活及各项体育运动中,有弹力出现的情况比较普遍,如图所示的情况就是一个实例.当跳水运动员踩压跳板把跳板弯曲到最低点时,下列说法正确的是()A.跳板发生形变,运动员的脚没有发生形变B.运动员受到的支持力,是跳板发生形变而产生的C.此时跳板对运动员的支持力和运动员的重力等大D.跳板弯曲到最低点时,跳板对运动员的支持力达最大BD解析:发生相互作用的物体均要发生形变,故A错误;发生形变的物体,为了恢复原状,会对与它接触的物体产生弹力的作用,故B正确;在最低点跳板的形变最大,弹力达最大,且跳板对运动员的支持力大于运动员的重力,将使运动员向上加速运动,故C错误,D正确.核心探究分类探究·各个击破考点一重力、弹力的分析与计算1.弹力有无的判断方法依据适用情况条件法物体是否直接接触并发生弹性形变形变较明显的情况假设法假设两个物体间弹力不存在,确定物体能否保持原有的状态形变不明显状态法牛顿第二定律或共点力平衡条件已知物体运动状态2.常见弹力的方向3.弹簧类弹力计算的思维程序(1)判断弹簧的形变形式和形变量:从弹簧端点的实际位置与弹簧处于原长时端点的位置对比判断弹簧的形变形式和形变量x,并由形变形式判断弹力的方向.(2)由胡克定律计算弹力的大小.4.微小形变的弹力的分析与计算对于难以观察的微小形变,首先分析物体的受力情况和运动情况,然后根据物体的运动状态,利用共点力的平衡条件或牛顿第二定律来确定弹力大小.【典例1】画出图中物体A受力的示意图.〚核心点拨〛(1)固定的杆对物体的弹力不一定沿杆方向,应根据牛顿第二定律或平衡条件来判断杆的弹力方向.(2)相互接触的物体间弹力的有无,可以用假设法判断.解析:图(1)中两个支持面对A的弹力的方向是垂直于支持面指向A;图(2)中由二力平衡可知固定杆对A的弹力的方向是竖直向上;图(3)中竖直绳A的弹力的方向是竖直向上,若假设斜面对A有垂直斜面向左上方的弹力的作用,由平衡条件可知绳不可能处于竖直,所以斜面对A没有弹力的作用;图(4)中,由牛顿第二定律可知,A的合力一定是水平向右的方向,且F合=mg,由平行四边形定则可知杆对A的弹力的方向是右上方;图(5)中两条绳对A的弹力的方向是沿绳向上.答案:如图所示方法技巧轻绳和轻杆弹力的分析技巧(1)轻绳:①中间没有打结时,轻绳上各处的张力大小相等;②如果轻绳打结,则以结点为界分成不同轻绳,不同轻绳上的张力大小可能不同.(2)轻杆:①固定轻杆的弹力方向不一定沿杆,弹力方向应根据物体的运动状态,由平衡条件或牛顿第二定律分析判断;②有固定转轴(或铰链连接)的轻杆在竖直位置时只能起到“拉”或“推”的作用,弹力方向一定沿杆.多维训练1.[弹力方向的判断]在半球形光滑碗内斜搁一根筷子,如图所示,筷子与碗的接触点分别为A,B,则碗对筷子A,B两点处的作用力方向分别为()A.均竖直向上B.均指向球心OC.A点处指向球心O,B点处竖直向上D.A点处指向球心O,B点处垂直于筷子斜向上D解析:A处属于点与曲面接触,弹力的方向沿半径指向球心O;B处属于点与平面接触,弹力方向垂直于筷子斜向上,故D正确.2.[加速情形下的弹力的分析]如图所示,小车内一根轻质弹簧和一条与竖直方向成α角的细绳拴接一小球,弹簧恰好处于竖直,下列关于小车运动及有关力的说法,其中正确的是()DA.当小车静止时,细绳一定对小球有拉力的作用B.当小车匀速运动时,细绳一定对小球有拉力的作用C.当小车和小球一起在水平面上加速运动,且相对静止时,细绳不一定对小球有拉力的作用D.当小车和小球一起在水平面上加速运动,且相对静止时,轻弹簧不一定对小球有弹力的作用解析:当小车静止或匀速运动时,弹簧的弹力等于重力,即F=mg,绳上的拉力T=0,故A,B错误.当小车和小球向右做匀加速直线运动且a=gtanα时,弹簧弹力F=0,绳的拉力T=,所以细绳一定对小球有拉力的作用,而轻弹簧不一定对小球有弹力的作用,故C错误,D正确.cosmg考点二摩擦力的分析与计算1.摩擦力方向的判断方法(1)静摩擦力的方向假设法状态法根据平衡条件、牛顿第二定律,通过受力分析确定静摩擦力的方向转换对象法先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向(2)滑动摩擦力的方向滑动摩擦力的方向总与物体间的相对运动方向相反,而“相对运动”的含义是指相对跟它接触的物体而言,与运动方向(对地)无必然联系.2.摩擦力大小的计算(1)滑动摩擦力的大小公式法若μ已知,则F=μN,N是两物体间的正压力,其大小不一定等于重力状态法若μ未知,可结合物体的运动状态和其他受力情况,利用平衡条件或牛顿第二定律列方程求解(2)静摩擦力的大小①物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动),利用力的平衡条件求解.②物体有加速度时,应用牛顿第二定律F合=ma求解.③最大静摩擦力与接触面间的压力成正比,其值大于滑动摩擦力,但通常认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力.【典例2】(2018·河北衡水模拟)如图所示,与水平面夹角为30°的固定斜面上有一质量m=1.0kg的物体.细绳的一端与物体相连,另一端经摩擦不计的定滑轮与固定的弹簧测力计相连.物体静止在斜面上,弹簧测力计的示数为9.8N.关于物体受力的判断,下列说法正确的是()BA.斜面对物体的摩擦力大小为9.8NB.斜面对物体的摩擦力大小为4.9N,方向沿斜面向下C.斜面对物体的支持力大小为4.9N,方向竖直向上D.斜面对物体的支持力大小为4.9N,方向垂直斜面向上3〚审题指导〛题干关键隐含信息1.0kg的物体在倾角为30°的斜面上物体的重力沿斜面向下的分力G1=mgsin30°=4.9N,垂直斜面向上的分力G2=mgcos30°=4.9N弹簧测力计的示数为4.9N细绳对物体有沿斜面向上4.9N的拉力物体静止在沿斜面方向与垂直斜面方向应用平衡条件列方程3解析:假设物体受到斜面的摩擦力f沿斜面向上,对于物体由平衡条件有F+f-mgsin30°=0,N-mgcos30°=0,解得f=-4.9N,N=4.9N,则f方向沿斜面向下,N方向垂直斜面向上,选项B正确,A,C,D错误.3误区警示计算摩擦力大小的注意点(1)分清摩擦力的性质:是静摩擦力还是滑动摩擦力,静摩擦力大小不能用f=μN计算.(2)找准正压力的大小:滑动摩擦力用公式f=μN计算,其中的N表示正压力,即使水平面时,N与重力G大小也不一定相等.(3)静摩擦力大小计算:要根据物体的受力情况和运动情况共同确定,其可能的取值范围是0f≤fmax.【典例3】如图所示,把弹簧测力计的一端固定在墙上,用力F水平向左拉金属板,金属板向左运动,此时测力计的示数稳定(图中已把弹簧测力计的示数放大画出),则物块P与金属板间的滑动摩擦力的大小是N.若用弹簧测力计测得物块P重13N,根据表中给出的动摩擦因数,可推算出物块P的材料为.材料动摩擦因数金属—金属0.25橡胶—金属0.30木头—金属0.20皮革—金属0.28解析:分析物块P的受力情况可知,物块P受金属板给P的滑动摩擦力f,方向向左,受弹簧测力计向右的拉力T,由二力平衡可知,f=T,测力计读数为2.60N,所以f=2.60N;又根据f=μG可得μ==0.2,从表中对比得知,物块P的材料为木头.fG答案:2.60木头多维训练1.[摩擦力概念的理解](多选)关于摩擦力,有人总结了四条“不一定”,其中说法正确的是()A.摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相同B.静摩擦力的方向不一定与运动方向共线C.受静摩擦力或滑动摩擦力的物体不一定静止或运动D.静摩擦力一定是阻力,滑动摩擦力不一定是阻力ABC解析:摩擦力的方向与跟它相接触的物体的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反,与它的运动方向可能相同,也可能相反,也可能不在一条直线上,故A,B正确;运动的物体可能受静摩擦力作用,如随传送带一起加速