江苏省常熟市梅李中学物理必修一《2.1力的概念 重力 弹力 摩擦力》教案

【知识要点】
(一)力的概念：力是
1．力的基本特征（1）力的物质性：力不能脱离物体 （2）力的相互性：力的作用是 。（3）力的矢量性：力是矢量，既有 ，又有 。（4）力的独立性：力具有
2．力的分类：
（1）按力的性质分类：如 （万有引力）、 、 、分子力、电场力、磁场力、核力……（按现代物理学理论，物体间的相互作用分四类：长程相互作用有 相互作用、 相互作用；短程相互作用有 相互作用和 相互作用。宏观物体间只存在前两种相互作用。）
（2）按力的效果分类：如压力、支持力、拉力、动力、阻力、向心力、回复力 ……
（3）按产生条件分：场力（非接触力）、接触力
（二）常见的三类力。
1.重力：重力是 。（注意：重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力。由于重力远大于向心力，一般情况下近似认为重力等于万有引力。）
（1）重力的大小：重力大小等于
（2）重力的方向：
（3）重力的作用点——重心：重力总是作用在物体的各个点上，但为了研究问题简单，我们认为一个物体的重力集中作用在 上，这一点称为物体的重心．（重力的 作用点）
注：物体重心的位置与物体的质量 和 有关
① 物体的重心在物体的几何中心。
②不规则物体的重心可用 求出重心位置。
2．弹力：发生弹性形变的物体，由于要 ，对跟它接触的物体会产生 的作用，这种力叫做弹力。（弹性形变是产生弹力的必要条件，如果物体只是接触而没有互相挤压，就不会产生弹力。 反过来，如果已知两个物体之间没有弹力，则可以判断此两个物体之间没有发生挤压。）
⑴弹力产生的条件：①物体直接 ； ②物体发生 形变。
⑵弹力的方向：跟物体 的方向相同。
①压力、支持力的方向总是 于接触面指向被压或被支持的物体。
②绳对物体的拉力总是沿着绳 的方向。
③杆对物体的弹力 沿杆的方向。如果轻直杆只有两个端点受力而处于平衡状态，则轻杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向。
⑶弹力的大小：对有明显形变的弹簧，弹力的大小可以由胡克定律计算。对没有明显形变的物体，如桌面、绳子等物体，弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定。
胡克定律可表示为（在弹性限度内）： ，还可以表示成 ，即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比。
3．滑动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上存在 滑动的时候，要受到另一个物体 它们相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力。
（1）产生条件：①接触面是 ；②两物体接触面上有 ；③两物体间有 滑动
（2）方向：总是沿着接触面的 方向，且与 方向相反。
（3）大小：与正压力成正比，即 ，其中的 表示正压力，正压力不一定等于重力G
4．静摩擦力：当一个物体在另一个物体表面上有 时，所受到的另一个物体对它的力，叫做静摩擦力。
（1）产生条件：①接触面是粗糙的；②两物体接触面上有压力；③两物体有
（2）方向：沿着接触面的切线方向，且与相对运动趋势方向相反。
（3）大小：由受力物体所处的运动状态、根据平衡条件或牛顿第二定律来计算。其可能的取值范围是 0＜Ff≤Fsm
注：摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度。通常情况下摩擦力方向可能和物体运动方向相同（作为动力），可能和物体运动方向相反（作为阻力），也可能和物体速度方向垂直（作为匀速圆周运动的向心力），在特殊情况下，可能成任意角度。
【典例精析】
例1.下列说法正确的是( )
A．大小、方向都相同的两个力，作用效果不一定相同
B．物体重力的大小等于它压紧水平支持物的力的大小
C．重心就是物体上最重的一点
D．拳击运动员用尽全力击出一拳却未击中对方,故出拳过程中只有施力物体而没有受力物体
例2. 如图所示，细绳竖直拉紧，小球和光滑斜面接触，并处于静止状态，则小球受到的力是（ ）
A．重力、绳的拉力
B．重力、绳的拉力、斜面的弹力
C．重力、斜面的弹力
D．绳的拉力、斜面的弹力
例3.如图所示，小车上固定着一根弯成α角的曲杆，杆的另一端固定一个质量为m的球，试分析下列情况下杆对球的弹力的大小和方向： （1）小车静止；
（2）小车以加速度a水平向右运动；
（3）小车以加速度a=gtanα水平向右运动.
例4.如图所示，劲度系数为k2的轻质弹簧，竖直放在桌面上，上面压一质量为m的物块，另一劲度系数为k1的轻质弹簧竖直地放在物块上面，其下端与物块上表面连接在一起，要想使物块在静止时下面弹簧承受物重的2/3，应将上面弹簧的上端A竖直向上提高多大的距离
例5.长直木板的上表面的一端放有一铁块，木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与水平面的夹角α变大)，另一端不动，如图示所示，写出木板转动过程中摩擦力与角α的关系式，并分析随着角α的增大、摩擦力怎样变化？(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(α＜90°)
【随堂训练】
1．下列关于力的说法， 正确的是( )
A．两个物体一接触就会产生弹力 B．物体的重心不一定在物体上
C．滑动摩擦力的方向和物体运动方向相反
D．悬挂在天花板上的轻质弹簧在挂上重2N的物体后伸长2cm静止， 那么这根弹簧伸长1cm后静止时， 它的两端各受到1N的拉力
2．如图所示，在粗糙的水平面上叠放着物体A和B，A和B间的接触面也是粗糙的，如果用水平拉力F拉A，但A、B仍保持静止，则下面的说法中正确的是（ ）。
A．物体A与地面间的静摩擦力的大小等于F B．物体A与地面的静摩擦力的大小等于零
C．物体A与B间的静摩擦力的大小等于F D．物体A与B间的静摩擦力的大小等于零
3．一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到两个拉力作用，拉力的大小如图所示，物体处于静止状态，则：
（1）若只撤去10N的拉力，则物体能否保持静止状态？
（2）若只撤去2N的力，物体能否保持静止状态？
4．如图所示，在两块木板中间夹着一个50 N重的木块A，左右两边对木板的压力F均为150 N，木板和木块间的动摩擦因数为0.2，如果想从下面把这木块拉出来，需要多大的力？如果想从上面把它拉出来，需要多大的力？
【巩固提高】
1．关于力的说法中正确的是 （ ）
A．力可以离开施力物体或受力物体而独立存在 B．对于力只需要说明其大小，而无需说明其方向
C．一个施力物体只能有一个受力物体 D．一个受力物体可以有几个施力物体
2 .关于重力的论述中正确的是（ ）
A．物体受到的重力是由于地球对物体的吸引而产生的 B．只有静止的物体才受到重力的作用
C．无论是静止的还是运动的物体都受到重力的作用 D．物体静止时比它运动时所受到的重力要大些
3．木箱重G1，人重G2，人站在木箱里用力F向上推木箱，如图所示，则有（ ）
A．人对木箱底的压力大小为(G2 + F)
B．人对木箱底的压力大小为(G2—F)
C．木箱对地面的压力大小为(G2 + G1—F)
D．木箱对地面的压力大小为(G1 +G2)
4．如图所示，两根相连的轻质弹簧，它们的劲度系数分别为ka = 1×103N/m、kb = 2×103N/m，原长分别为la = 6cm、lb = 4cm，在下端挂一个物体G，物体受到的重力为10N，平衡时，下列判断中正确的是 （ ）
A．弹簧 a 下端受的拉力为 4 N，b 的下端受的拉力为 6 N
B．弹簧 a 下端受的拉力为 10 N，b 的下端受的拉力为 10 N
C．弹簧 a 长度变为 7cm，b 的长度变为 4.5 N
D．弹簧 a 长度变为 6.4cm，b 的长度变为 4.3 N
5．如图所示，一根弹性杆的一端固定在倾角为300的斜面上，杆的另一端固定一个重力为2N的小球，小球处于静止状态时，弹性杆对小球的弹力（ ）
A．大小为2N，方向平行于斜面向上 B．大小为1N，方向平行于斜面向上
C．大小为2N，方向垂直于斜面向上 D．大小为2N，方向竖直向上
6．把一重为G的物体，用一个水平推力F = kt（k是为恒量，t为时间）压在竖直的足够高的平整的墙上，如图所示．从t = 0开始物体所受的摩擦力f随时间t的变化关系是图下图中的（ ）
7．手握直立的瓶子处于静止状态，下列说法中正确的是 （ ）
A．握力增大时，瓶子受到的静摩擦力也增大 B．握力增大时，瓶子受到的最大静摩擦力也增大
C．握力增大时，瓶子受到的静摩擦力却保持不变 D.向瓶中倒入水时，瓶子受到的静摩擦力将随之增大
8．运动员用双手握住竖直的竹秆匀速攀上和匀速下滑时，他所受到的摩擦力分别为F1和F2，那么它们的关系是：（ ）
A．F1向上，F2向下，F1 = F2 B．F1向下，F2向上，F1 > F2
C．F1向上，F2向上，F1 = F2 D．F1向上，F2向下，F1 > F2
9．如图所示，放在水平地面上的物体a上叠放着物体b，a和b间用轻质弹簧相连，已知弹簧处于压缩状态，整个装置处于静止状态，则关于a、b的受力分析正确的是：（ ）
A．b受到向右的摩擦力 B．a受到m对它的向左的摩擦力
C．地面对a的摩擦力向右 D．地面对a无摩擦力作用
10．一物块m在水平力拉动下，沿静止的水平传送带由A端运动到B端，如图甲所示，这时所受摩擦力为F1；现开动机械让传送带向左匀速传动，再次将同样的物块m由传送带的左端匀速拉动右端，这时所受摩擦力大小为F2，如图乙所示．则F1、F2的大小关系满足（ ）
A．F1 = F2 B．F1 < F2
C．F1 > F2 D．上述三种情况都有可能
11．用弹簧秤测定一个木块A和木块B间的动摩擦因数，有图示的两种装置．
(1) 为了能够用弹簧秤读数表示滑动摩擦力，图示装置的两种情况中，木块A是否都一定都要作匀速运动？
(2) 若木块A做匀速运动，甲图中A、B间的摩擦力大小是否等于拉力Fa的大小？
(3) 若A、B的重力分别为100N和150N，甲图中当物体A被拉动时，弹簧秤的读数为60N，拉力Fa = 110N，求A、B间的动摩擦因数
12．如图所示，重力为G1 = 10N的物体A与重力为G2 = 50N的物体B用跨过定滑轮的轻绳连接，B放在水平桌面上，且绳BO呈水平状态，AO段处于竖直状态．已知B与水平桌面间的最大摩擦力Fm = 8N，为了使A、B均保持静止状态，则可对B施加一个水平向左的拉力F，试确定拉力F的大小应满足的条件．
2.1参考答案
【知识要点】
(一)力的概念：力是物体对物体的作用。
1．力的基本特征（1）力的物质性：力不能脱离物体而独立存在。（2）力的相互性：力的作用是相互的。（3）力的矢量性：力是矢量，既有大小，又有方向。（4）力的独立性：力具有独立作用性。
特别需要指出的是：力是物体对物体的作用，它是不能离开物体而独立存在的，当一个物体受到力的作用时，则必定有另一个物体来产生这一作用力,不存在没有受力物体或施力物体的“力”。同时，被作用的物体也会产生一个大小相等、方向相反的反作用力去作用于另一物体。
2．力的分类：
（1）按力的性质分类：如重力（万有引力）、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力、核力……（按现代物理学理论，物体间的相互作用分四类：长程相互作用有引力相互作用、电磁相互作用；短程相互作用有强相互作用和弱相互作用。宏观物体间只存在前两种相互作用。）
（2）按力的效果分类：如压力、支持力、拉力、动力、阻力、向心力、回复力 ……
（3）按产生条件分：场力（非接触力）、接触力
（二）常见的三类力。
1.重力：重力是由于地球的吸引而使物体受到的力。（注意：重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力。由于重力远大于向心力，一般情况下近似认为重力等于万有引力。）
（1）重力的大小：重力大小等于mg，g是常数，通常等于9.8N/kg。
（2）重力的方向：竖直向下。
（3）重力的作用点——重心：重力总是作用在物体的各个点上，但为了研究问题简单，我们认为一个物体的重力集中作用在物体的一点上，这一点称为物体的重心．（重力的等效作用点）
注：物体重心的位置与物体的质量分布和形状有关：
①质量分布均匀的规则物体的重心在物体的几何中心。
②不规则物体的重心可用悬挂法求出重心位置。
2．弹力：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力。（弹性形变是产生弹力的必要条件，如果物体只是接触而没有互相挤压，就不会产生弹力。 反过来，如果已知两个物体之间没有弹力，则可以判断此两个物体之间没有发生挤压。）
⑴弹力产生的条件：①物体直接相互接触； ②物体发生弹性形变。
⑵弹力的方向：跟物体恢复原状的方向相同。
①压力、支持力的方向总是垂直于接触面指向被压或被支持的物体。
②绳对物体的拉力总是沿着绳收缩的方向。
③杆对物体的弹力不一定沿杆的方向。如果轻直杆只有两个端点受力而处于平衡状态，则轻杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向。
⑶弹力的大小：对有明显形变的弹簧，弹力的大小可以由胡克定律计算。对没有明显形变的物体，如桌面、绳子等物体，弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定。
胡克定律可表示为（在弹性限度内）：F=kx，还可以表示成ΔF=kΔx，即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比。
3．滑动摩擦力：一个物体在另一个物体表面上存在相对滑动的时候，要受到另一个物体阻碍它们相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力。
（1）产生条件：①接触面是粗糙；②两物体接触面上有压力；③两物体间有相对滑动。
（2）方向：总是沿着接触面的切线方向，且与相对运动方向相反。
（3）大小：与正压力成正比，即Fμ=μFN ，其中的FN表示正压力，正压力不一定等于重力G。
4．静摩擦力：当一个物体在另一个物体表面上有相对运动趋势时，所受到的另一个物体对它的力，叫做静摩擦力。
（1）产生条件：①接触面是粗糙的；②两物体接触面上有压力；③两物体有相对运动的趋势．
（2）方向：沿着接触面的切线方向，且与相对运动趋势方向相反。
（3）大小：由受力物体所处的运动状态、根据平衡条件或牛顿第二定律来计算。其可能的取值范围是 0＜Ff≤Fm。
注：摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度。通常情况下摩擦力方向可能和物体运动方向相同（作为动力），可能和物体运动方向相反（作为阻力），也可能和物体速度方向垂直（作为匀速圆周运动的向心力），在特殊情况下，可能成任意角度。
【典例精析】
A （大小和方向都相同的两个力，如果作用在不同的物体上，那么所产生的作用效果可以是不同的，故A是正确的；只有在物体与水平支持物间保持平衡状态时物体重力的大小才有可能等于它压紧水平支持物的力的大小；物体上各部分都受到重力的作用，好象集中作用于物体上的一点，该点叫物体的重心，故重心并不是物体上最重的一点，物体的重心也有可能不在物体上；D选项中若对双方运动员而言，由于拳未击中对方，故不存在相互作用力，但对出拳方而言，在出拳过程中，他的手臂肌肉和骨骼之间产生力的作用，其施力物体为肌肉，受力物体为骨骼。）
A （若无斜面，则小球仍能保持静止，故选项A正确；若存在弹力，则物体所受力的合力不为零，与物体静止矛盾，因此不存在弹力。）
当弹力方向不易确定时，可根据物理规律作合理假设。
（1）根据物体平衡条件知，杆对球产生的弹力方向竖直向上，且大小等于球的重力mg。
(2)选小球为研究对象，因小球具有水平向右的加速度，所以弹力的方向应斜向右上方，假设小球所受弹力方向与竖直方向的夹角为θ(如图所示)，根据牛顿第二定律有：
Fsinθ=ma， Fcosθ=mg
解得：F=m， tanθ=
(3)由（2）知F=m=mg/cosα,tanθ=,θ=a，即弹力方向沿杆向上
解决本题的关键是明确每根弹簧的状态变化。有效的办法是明确每根弹簧的初末状态，必要时画出直观图。
末态时物块受力分析如图所示，其中F1′、F2′分别是弹簧k1、k2的作用力。物块静止时有F1′+F2′=mg ①
初态时，弹簧k２(压缩)的弹力F２=mg ②
末态时，弹簧k２(压缩)的弹力F２′=mg ③
弹簧k2的长度变化量
Δx2=ΔF2/k2=(F2-F2′)/k2=
由①③式得F1′=mg/3
初态时，弹簧k1(原长)的弹力F1=0
末态时，弹簧k1(伸长)的弹力F1′=mg/3
弹簧k1的长度变化量Δx1=ΔF1/k1=(F1′-F1)/k1=mg/3k１
由几何关系知所求为Δx1+Δx２=mg(k1+k２)/3k１k2.
本题的关键是明确是静摩擦还是动摩擦；根据平衡条件或牛顿运动定律来求静摩擦，根据滑动摩擦力公式求动摩擦.
物体受力分析如图所示
①转动较小角度时，压力FＮ=FN′=mgcosα较大，最大静摩擦力较大，而重力沿斜面向下的分力mgsinα较小，因此，铁块受静摩擦力作用，由力的平衡条件知，静摩擦力F静=mgsinα,α增大，F静增大.
②随着α增大，压力FＮ=FN′=mgcosα减小，最大静摩擦力减小，而重力沿斜面向下的分力mgsinα增大，因此，当角α超过某一值时，铁块受滑动摩擦力作用，由F滑=μFN知，F滑=μmgcosα，α增大，F滑减小.
综合①②知，α增大时，摩擦力先增大后减小.
【随堂训练】
BD
AD
3．最大静摩擦力fm≥8N，若只撤去10N的拉力，则物体能保持静止；若只撤去2N的力，物体可能保持静止，也可能产生滑动。
4．（1）10 N (2) 110 N
【巩固提高】
1．D
2. 〖解析〗重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，但要区分地球对物体的吸引力与重力，如图2-1-1所示，地球对物体的吸引力为F指向地心O，由于地球上的物体要随地球自转，故F分解为垂直于地轴的F向和另一个分力G（与水平面垂直），前者提供物体随地球转动的向心力，后者即为重力。重力的大小与物体的运动状态无关，大小仅由重力加速度g和质量有关，根据上述分析，故A、C正确．
〖点评〗本题要求学习者对重力的概念有所理解。
3．A D
4．BC
5．D
6．B
7．BCD
8．C
9．ABD