(共90张PPT)
一、如何理解摩擦力中的“相对”二字
1.相对运动(相对静止)的理解
(1)相对运动(相对静止)是指对于两个物体来说,每个物体相对对方是运动的(或静止的),即它们以对方为参考系是运动的(或静止的).运动(或静止)是指以其他物体(研究地面上物体的运动时,通常以地面为参考系)为参考系时它们是运动的(或静止的).
(2)相对运动趋势,是指想有相对运动,但没有实际的相对运动(但物体对地不一定没有运动).
摩擦力的产生条件、摩擦力的方向、摩擦力的效果都与相对运动或相对运动趋势有关,而不是与物体运动有关.
2.摩擦力产生条件与“相对”
摩擦力产生的条件之一是物体之间有相对运动或相对运动的趋势,而不是物体有运动或运动趋势,运动的物体可能不受摩擦力的作用,静止的物体则可能受到摩擦力的作用,物体是否受摩擦力与物体是否运动无关.
3.摩擦力的作用效果与“相对”
摩擦力阻碍的是接触物体之间的相对运动或相对运动的趋势,而不是阻碍物体的运动.对于物体的运动来说,摩擦力可以是阻力也可以是动力.
例如物体在粗糙的地面上滑行时,物体受到的摩擦力对物体来说是阻力,传送带靠摩擦力将物体由低处送到高处时,物体受到的摩擦力对物体来说是动力,切莫认为“摩擦力总是阻力,总是阻碍物体的运动”.
4.摩擦力的方向与“相对”
摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势的方向相反,而不是与运动方向相反.摩擦力的方向可以与运动方向相同,也可以与运动方向相反,摩擦力做动力时,摩擦力与运动方向一般是同向的,摩擦力做阻力时,摩擦力与运动方向一般是反向的.
摩擦力还可以与物体的运动方向成一定角度,比如加速行驶的火车车厢后壁有一张纸附在上面不下落,它受到向上的静摩擦力以阻止它下滑,但它对地的运动方向是水平向前的.可见摩擦力的方向与运动方向间没有必然联系.
(1)两个物体间的相对运动或相对运动趋势的方向总是相反的.
(2)两个物体间若存在摩擦力,摩擦力总是成对出现,方向相反.
【典例1】下列关于摩擦力的说法,正确的是
A.相互接触的两物体间一定存在摩擦力
B.摩擦力总是阻碍物体的运动
C.相对静止的物体间,也可能存在摩擦力作用
D.只有静止的物体才受静摩擦力作用,运动的物体不会受静摩擦力作用
【解题指导】求解此题应把握以下两点:
【标准解答】选C.相互接触挤压,接触面粗糙,有相对运动或相对运动的趋势,是摩擦力产生的三个条件,三个条件必须同时满足,才产生摩擦力,A错误;摩擦力的效果总是阻碍物体间的相对运动而不是运动,B错误;相对静止的物体间,也可能存在摩擦力,比如,推地面上的桌子但没推动时,桌子仍受到地面的静摩擦力,C正确;静止的物体和运动的物体都可能受到静摩擦力的作用,比如,被传送带送到高处的物体,受到传送带的静摩擦力作用,D错误.
【规律方法】 有关摩擦力的几个注意问题
(1)不论物体是静止还是运动,都可能受静摩擦力或滑动摩擦力.
(2)摩擦力并不总是阻碍物体的运动,它既可作动力,又可作阻力.
(3)摩擦力的方向可以与物体的运动方向相反,也可以与运动方向相同.
【变式训练】关于摩擦力,下列说法正确的是( )
A.人走路时,脚和地面之间的摩擦力是阻碍人运动的
B.滑动摩擦力的方向总是与物体运动方向相反
C.受静摩擦力作用的物体一定是静止不动的
D.摩擦力的方向可以与物体的运动方向相同
【解析】选D.人走路当脚向后蹬地时,脚相对地面有向后的运动趋势,受到向前的摩擦力,此力对人的运动来说为动力,A错误;滑动摩擦力的方向一定与物体的相对运动方向相反而不是运动方向,B错误;运动的物体也可能受静摩擦力作用,C错误;摩擦力的方向一定与相对运动方向相反,可以与运动方向相同,比如摩擦力作动力时,D正确.
二、静摩擦力的有无和方向的判断
1.静摩擦力有无的判断
(1)条件法:接触面间有压力,粗糙且有相对运动趋势.
(2)假设法:假设接触面光滑,如物体改变原来的运动状态,则存在摩擦力,反之,不存在摩擦力.
2.静摩擦力方向的判断方法
(1)直接法
对于相对运动趋势比较明显的情况,可以根据“静摩擦力的方向沿着接触面与相对运动趋势的方向相反”直接判断.
(2)利用假设法判断
若物体的相对运动趋势不易判断,可假设接触面光滑,看物体会怎样相对运动,根据相对运动的方向判断物体间的相对运动趋势的方向从而判断静摩擦力的方向.
(3)根据物体的运动状态判断
看除要研究的摩擦力外,物体所受的其他作用力与物体的运动状态是否满足相应的受力特点(目前主要应用二力平衡的规律),若需要向左的摩擦力才能使物体的受力情况与运动情况满足相应的规律,则摩擦力向左;若需要向右的摩擦力才能使物体的受力情况与运动情况满足相应的规律,则摩擦力向右.
(4)利用力的作用效果分析
如果相互接触的物体间存在摩擦力,则必有相应的作用效果,或平衡其他作用力或改变受力物体的运动状态,可利用作用效果确定摩擦力的方向.
(5)根据力的相互性判断
若甲、乙两物体间有摩擦力,并且能判断出甲对乙的摩擦力的方向,则乙对甲的摩擦力的方向与甲对乙的摩擦力的方向相反.
由于摩擦力也是成对出现的,判断摩擦力时一定要明确该力的受力物体和施力物体,摩擦力的方向与受力物体的运动方向或运动趋势的方向相反.
【典例2】如图所示,A、B两物块竖
直叠放在水平面上.今用水平力F拉B
物块,两物块均静止,那么物块A和B
是否受静摩擦力作用呢?
【解题指导】物体所受摩擦力不易确定时,可应用假设法、运动状态法等方法判断.
【标准解答】本题可以结合运动状态来判断,假设A受到静摩擦力作用,该摩擦力方向一定与接触面相切,即沿水平方向.根据力的作用效果知,A物块在摩擦力作用下不可能处于静止状态.因此与题意是相矛盾的,故A物块不受静摩擦力作用.再对B进行分析,B受到向右的拉力F作用处于平衡状态,由二力平衡特点,则B一定受到地面产生的向左的静摩擦力作用.
【规律方法】 确定摩擦力方向的关键
在判断摩擦力方向时,弄清物体相对运动或相对运动趋势的方向是关键.相对运动(趋势)是指受力物体相对于相接触的物体的运动(趋势),而不一定是相对于地面的运动.物体的相对运动并不一定与物体的实际运动(相对地)方向相同,两者方向可能相同,也可能相反.如汽车上的木箱,当汽车突然加速时,箱子相对汽车向后滑动,与实际运动方向相反;汽车急刹车时,木箱相对车向前滑动,与实际运动方向相同.
牢记:摩擦力的方向与相对运动(趋势)方向相反,而不是与运动方向相反.
【互动探究】若力F作用在A上且两物块仍静止,试分析A、B受摩擦力的情况.
【解析】对于A物块,假设A、B之间接触面光滑,在力F作用下,不可能保持静止状态,将会向右运动,故A相对B有向右运动的趋势,所以物块A受到向左的静摩擦力作用.对于B物块,由于B给A一个向左的静摩擦力作用,由牛顿第三定律知,A物块将给B物块一个向右的静摩擦力作用.假设B与地面间光滑,B物块将在此静摩擦力作用下向右运动而不可能处于静止状态,因此B物块受到地面对它向左的静摩擦力作用.综上分析,A物块受到B物块对它向左的静摩擦力作用,B物块受到A物块和地面对它的两个静摩擦力作用.
答案:见解析
【变式备选】如图所示,
皮带运输机可以把物体从地面
匀速运往高处,也可以把物体
从高处匀速运往地面,则这两
种情况下关于物体受到的摩擦
力的方向说法正确的是( )
A.运往高处时物体受到的摩擦力沿皮带向上
B.运往高处时物体受到的摩擦力沿皮带向下
C.运往地面时物体受到的摩擦力沿皮带向上
D.运往地面时物体受到的摩擦力沿皮带向下
【解析】选A、C.无论将物体运到高处还是运到低处,匀速运动时物体相对传送带的运动趋势都是沿皮带向下的,所以受到的摩擦力沿皮带向上,A、C正确.
三、摩擦力大小的计算
1.滑动摩擦力的大小
(1)公式法:根据公式f=μN计算.
①正压力N是物体与接触面间的压力,不一定等于物体的重力,N的大小根据受力情况确定.
②动摩擦因数μ与材料和接触面的粗糙程度有关,而与物体间的压力、接触面的大小无关.
(2)二力平衡法:物体处于平衡状态(匀速运动、静止)时,根据二力平衡条件求解.
2.静摩擦力的大小
(1)大小取值范围:0(2)计算方法:根据受力情况和二力平衡条件确定,大小总等于使物体发生相对运动趋势的外力.
(3)最大静摩擦力fmax=μ0N.
μ0为最大静摩擦因数,最大静摩擦力fmax略大于滑动摩擦力,一般情况下,为分析问题方便,可认为二者相等.
(1)计算摩擦力时,应先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力.
(2)滑动摩擦力f的大小与物体运动的速度大小无关,与接触面的面积无关.
(3)静摩擦力可在0~fmax之间变化,不能用公式f=μN计算,且静摩擦力与正压力无关.
【典例3】如图所示,物体A、B叠放
在水平桌面上,方向相反的水平拉力
Fa、Fb分别作用于物体A、B上,使
A、B一起在桌面上做匀速直线运动,
已知A、B始终保持相对静止,且Fb=2Fa.以 fA表示A受到的摩擦力大小,以fB表示B受到桌面的摩擦力的大小,则
A.fA=0, fB=Fa
B.fA=0,fB=2Fa
C.fA=Fa,fB=Fa
D.fA=Fa, fB=2Fa
【解题指导】审题时应重点关注以下两点:
【标准解答】选C.对A来说,水平方向受两个力Fa和摩擦力fA,根据二力平衡fA=Fa.对B来说,水平方向受三个力的作用,向右的Fb ,向左的是A给它的摩擦力大小等于Fa和地面给它的摩擦力fB,根据受力平衡,地面给它的摩擦力fB= Fb-Fa=Fa.
【规律方法】 静摩擦力与滑动摩擦力的判断
正确求出摩擦力大小的关键是先明确所求摩擦力为哪种摩擦力,判断思路是:物体间有相对滑动时一定是滑动摩擦力;物体静止或匀速运动时若平行接触面方向的合外力(摩擦力除外)小于最大静摩擦力则为静摩擦力,若平行接触面方向的合外力大于最大静摩擦力则为滑动摩擦力.
【变式训练】(2011·周口高一检测)
某同学要重新布置自己的房间.他用200 N的水平推力匀速推动质量为50 kg的书桌,求:
(1)书桌与地面间的动摩擦因数是多少?
(2)如果要在同样情况下匀速移动质量为150 kg书柜,他用200 N的力能拉动书柜吗?为什么?(g取10 m/s2)
【解析】(1)根据摩擦力公式,书桌与地面间的动摩擦因数为μ= = =0.4
(2)书柜与桌面间的最大静摩擦力至少为
f=μN=0.4×1 500 N=600 N
要拉动书柜至少需要600 N的力,他拉不动书柜.
答案:(1)0.4 (2)不能 拉力小于最大静摩擦力
【典例】图中是一皮带传动装置
示意图,A为主动轮,B为从动轮.
试判断A轮上的P点、B轮上的Q点
所受到的摩擦力的方向.(皮带和
轮间不打滑)
【解题指导】求解本题应注意以下两点:
【标准解答】A是主动轮,A轮的转动将带动皮带的运转,A轮上的P点相对于皮带有向前运动的趋势,从而皮带对A轮上的P点有一个向后的静摩擦力,该静摩擦力的方向与A轮的转动方向相反(沿该点的切线方向向后),如图中fA.B是从动轮,皮带带动B轮运转,B轮上的Q点相对于皮带有向后的运动趋势,从而皮带对B轮上的Q点有一个向前的静摩擦力,该静摩擦力的方向与B轮的转动方向相同(沿该点的切线方向向前),如图中fB.
答案:见标准解答图
对摩擦力的方向特点认识不清导致错误
重庆打黑风暴,特警队员起了重要作用,
在一次日常训练中,队员用双手握住一
根固定的竖直铁杆,他匀速向上爬时受
到的摩擦力为f上,他匀速下滑时受到
的摩擦力为f下,则
A.f上方向向上,f上=mg
B.f上方向向下,f上=mg
C.f下方向向上,f上D.f下方向向下,f上 =mg
【正确解答】当特警队员向上爬时,手和铁杆之间没有相对滑动,在重力的作用下,身体有向下的相对运动趋势,此时队员受静摩擦力,方向向上,大小和重力相等.当队员匀速下滑时铁杆给手的摩擦力方向向上,大小和重力相等,故A正确.
正确答案:A
【易错分析】本题易错选项及错误原因具体分析如下:
1.置于水平地面上的物体,在水平拉力F作用下向前运动,当拉力F增大时,速度也随之增大,物体所受的滑动摩擦力将( )
A.增大 B.减小
C.不变 D.不能确定
【解析】选C.物体所受滑动摩擦力的大小由物体间的压力和动摩擦因数决定,与物体运动的快慢无关,与物体所受拉力的大小无关,所以C项正确.
2.下列现象中,哪些物体受到了滑动摩擦力的作用( )
A.同学们在操场的跑道上跑步锻炼身体时的脚
B.同学们在饮水机上接水时手提着的水桶
C.慢慢行驶在校园内的汽车的轮胎
D.同学们考试过程中写字时的钢笔笔尖
【解析】选D.前三个选项中,两个物体的接触面没有发生相对运动,它们之间的摩擦力属于静摩擦力;D选项中,钢笔笔尖在写字过程中相对纸面滑动,受到的摩擦力为滑动摩擦力.
3.在港口货运码头的水平坚硬地面上,一名工人用水平力推一个箱子,想让它移动到另一位置,但都没有推动,其原因是( )
A.推力小于箱子所受的重力
B.推力小于箱子所受的静摩擦力
C.推力小于箱子所受的滑动摩擦力
D.推力小于箱子所受的最大静摩擦力
【解析】选D.用水平力推一个箱子,箱子在水平方向受推力和静摩擦力,箱子没有推动,说明推力小于最大静摩擦力,而推力等于箱子所受的静摩擦力,A、B、C错误,D正确.
4.马拉着自重600 N的雪橇在水平冰面上做匀速直线运动,马需用的水平拉力为18 N.若在雪橇上载货500 kg,马要用多大的水平力可使雪橇仍做匀速直线运动 雪橇和冰面间的滑动摩擦因数为多大 (g取10 N/kg)
【解析】由f=μN得
μ=f/N= =0.03
雪橇和货物对冰面的压力
N1=600 N+500×10 N=5 600 N
马的拉力应等于摩擦力,
则F=f=μN1=0.03×5 600 N=168 N
答案:168 N 0.03
一、选择题(本题包括5小题,每小题5分,共25分.每小题至少一个选项正确)
1.关于摩擦力,下列说法正确的是( )
A.受到静摩擦力的物体不一定是静止的
B.受到滑动摩擦力的物体不一定是运动的
C.具有相对运动的两个物体之间一定有滑动摩擦力
D.只能在两个静止的物体之间才能有静摩擦力
【解析】选A、B.静止的物体也可能受到滑动摩擦力,比如物体在桌面上滑动时,桌面是静止的,但受到物体给它的滑动摩擦力;运动的物体也可能受到静摩擦力,比如,被传送带传送到高处的物体受到传送带的静摩擦力,A、B正确,D错误.滑动摩擦力的产生需要三个条件:①物体间接触且挤压;②接触面粗糙;③物体间有相对运动,三个条件必须同时满足,C错误.
2.如图所示,水平地面上的L形
木板M上放着小木块m,M与m间有
一个处于压缩状态的弹簧,整个
装置处于静止状态,下列说法正确的是( )
A.M对m的摩擦力方向向右
B.M对m的摩擦力方向向左
C.地面对M的摩擦力方向向右
D.地面对M无摩擦力的作用
【解析】选A、D.由于弹簧的弹力作用,使得m相对M有向左的运动趋势,M相对m有向右的运动趋势,所以m受到的摩擦力方向向右,M受到的摩擦力向左,A正确、B错误;对于M和m组成的整体来说,相对地面没有运动趋势,不受地面的摩擦力,C错误、D正确.
3.(2011·济宁高一检测)用如图所示
的方法可以测定木块A与长木板B之间
的滑动摩擦力的大小.把一个木块A放
在长木板B上,长木板B放在光滑水平
地面上,在恒力F作用下,长木板B在水平面上运动,水平弹簧测力计的示数为T.下列说法正确的是( )
A.木块A受到的滑动摩擦力的大小等于T
B.木块A受到的滑动摩擦力的大小等于F
C.若长木板B以2v的速度匀速运动时,木块A受到的摩擦力的大小等于2T
D.若用2F的力作用在长木板B上,木块A受到的摩擦力的大小等于2F
【解析】选A.木块A受到的摩擦力与长木板B的受力及运动状态无关,只要A处于静止状态,长木板B对木块A的摩擦力都等于T,故A正确,B、C、D错误.
4.如图所示,攀岩运动员双手紧握竖直
绳匀速攀上和匀速滑下时,所受的摩擦
力分别为F1和F2,则下列情况中正确的
是( )
A.F1向下,F2向上,且F1=F2
B.F1向下,F2向上,且F1>F2
C.F1向下,F2向上,且F1D.F1向上,F2向上,且F1=F2
【解析】选D.运动员无论是匀速上爬,还是匀速下滑,在竖直方向上只受到两个力——重力和摩擦力,且二力等大,反向.即两种情况下运动员受到的摩擦力大小相等,方向均是竖直向上的,故D选项正确.
5.(2011·珠海高一检测)三个质量相同的物体,与水平桌面间的动摩擦因数相同,由于所受水平拉力不同,A做匀速运动,B做加速运动,C做减速运动,那么它们受到的摩擦力大小关系应是( )
A.fB>fA>fC B.fAC.fB=fA=fC D.不能比较大小
【解析】选C.三个物体相对桌面运动,均受滑动摩擦力,f=μN,三个物体的质量相同,故它们受到的弹力相等,摩擦力相等,C正确.
二、非选择题(本题包括3小题,共25分,要有必要的文字叙述)
6.(7分)如图所示,在甲图中,小孩用80 N的水平力推木箱,木箱不动,则木箱此时受到的静摩擦力大小为____
_____ N;在乙图中,小孩用至少100 N的水平力推木箱,木箱才能被推动,则木箱与地面间的最大静摩擦力大小为 _____ N;在丙图中,小孩把木箱推动了,若此时木箱与地面间摩擦力大小为90 N,木箱对地面的压力大小为200 N,则木箱与地面间动摩擦因数μ=_____ .
【解析】根据二力平衡,小孩用80 N的水平力推木箱时,摩擦力f=80 N,用100 N的力才能推动,说明最大静摩擦力
fmax=100 N,推动以后,箱子与地面间为滑动摩擦力,根据
f=μN可得μ=0.45
答案:80 100 0.45
【方法技巧】计算静摩擦力大小的几大误区
(1)误将静摩擦力看做滑动摩擦力,想当然的认为静摩擦力与压力成正比.
(2)当物体受力变化后,误认为静摩擦力不变,认为静摩擦力的大小仍为之前的数值.
(3)误认为摩擦力的大小与物体的运动状态有关,物体运动越快,所受摩擦力越大.
7.(8分)(2011·吉林高一检测)在
图中,若两物体的重力分别为
GA=20 N,GB=40 N.A,B间的动摩擦
因数μ1=0.2,B与地面间的动摩擦
因数μ2=0.4.用力F作用在B上后,A,B间、B与地面间都发生了相对滑动.求各接触面间摩擦力的大小.
【解析】设A,B间和B与地面间的摩擦力大小分别为f1和f2.
A,B间的压力NA=GA=20 N
B与地面间的压力NB=GA+GB=60 N
故f1=μ1NA=0.2×20 N=4 N
f2=μ2NB=0.4×60 N=24 N
答案:4 N 24 N
8.(挑战能力)(10分)乒乓球
是一项技术性很强的运动,
如图是张怡宁正在处理一个
旋转球的瞬间,若球的旋转
及张怡宁的动作如图中箭头
所示,试分析球拍与乒乓球
之间的摩擦力的方向.
【解析】球拍斜向上运动,接触面
处球斜向下旋转,故接触面处球相
对球拍有斜向下的运动趋势,所以
乒乓球所受摩擦力斜向上,球拍相
对乒乓球有斜向上运动的趋势,所
以球拍所受的摩擦力方向斜向下.
如图所示.
答案:乒乓球所受摩擦力方向斜向上 球拍所受摩擦力方向斜向下(共79张PPT)
一、对牛顿第三定律的理解
1.表达式:F=-F′(负号表示方向相反)
2.对作用力和反作用力的理解(三个特征、四种性质)
三个特征:
(1)等值,即大小总是相等的.
(2)反向,即方向总是相反的.
(3)共线,即二者总是在同一直线上.
四种性质:
(1)异体性:即作用力和反作用力是分别作用在彼此相互作用的两个物体上.
(2)同时性:即作用力和反作用力同时产生,同时变化,同时消失.
(3)相互性:即作用力和反作用力总是相互的、成对出现的.
(4)同性性,即二者性质总是相同的.
(1)作用力和反作用力分别作用在两个物体上,其作用效果分别体现在各自的受力物体上,所以作用力和反作用力产生的效果不能抵消.
(2)牛顿第三定律是个普遍定律,它的成立不受条件限制,作用力与反作用力的关系与物体运动状态无关,与参考系的选取无关.
【典例1】(2011·徐州高一检测)关于作用力和反作用力,下列说法中正确的是
A.物体相互作用时,先有作用力而后才有反作用力
B.作用力和反作用力大小相等、方向相反,在一条直线上,因此它们的合力为零
C.弹力的反作用力一定是弹力
D.马能将车拉动,是因为马拉车的力大于车拉马的力
【解题指导】分析作用力和反作用力时应注意作用力和反作用力的三个特征及四种性质.
【标准解答】选C.作用力和反作用力是同时产生、同时变化、同时消失的,没有先后之分,A错误;作用力和反作用力大小相等、方向相反,在一条直线上,作用在两个相互作用的物体上,不能求合力,B错误;作用力和反作用力是同一性质的力,C正确;马拉车的力和车拉马的力是一对作用力和反作用力,它们大小相等,D错误.
【规律方法】判断作用力和反作用力的方法
(1)看做用点,作用力和反作用力应作用在两个物体上;
(2)看产生的原因,作用力和反作用力是由于相互作用而产生的,一定是同一性质的力.
【变式训练】2010年8月28日首届世界武博会在北京举行,女子柔道无差别级金牌由我国天津21岁女孩秦茜轻松赢得.在秦茜放倒对手的一瞬间,关于两者之间的相互作用力,以下说法正确的是( )
A.秦茜和对手之间的作用力是一对平衡力
B.秦茜对对手的作用力大于对手对秦茜的作用力
C.秦茜和对手之间的作用力是等大的
D.秦茜和对手之间的作用力的性质可以不相同
【解析】选C.秦茜和对手之间的作用力是一对作用力和反作用力,一定等大反向,性质相同,但是分别作用在两个人身上,不是平衡力,故C正确,A、B、D错误.
【变式备选】(2011·滕州高一检测)鸡蛋掉在石头上,鸡蛋碎了,关于鸡蛋和石头间的相互作用力,正确的说法是( )
A.石头对鸡蛋的力大于鸡蛋对石头的力
B.石头对鸡蛋的力小于鸡蛋对石头的力
C.石头对鸡蛋的力等于鸡蛋对石头的力
D.以上说法均不对
【解析】选C.鸡蛋和石头间的相互作用力是一对作用力与反作用力,作用力与反作用力总是大小相等的,故C正确,A、B、D错误.
二、作用力与反作用和二力平衡的比较
(1)作用力与反作用力是“异体、共线、反向、等大、同性、同存”.
(2)平衡力是“同体、共线、反向、等大”.
【典例2】如图所示,水平力F把一个物体紧压在墙上静止不动,以下说法中正确的是
A.作用力F与墙壁对物体的压力是一对作用力和反作用力
B.作用力F与物体对墙壁的压力是一对平衡力
C.物体的重力与墙壁对物体的静摩檫力是一对平衡力
D.物体的重力与墙壁对物体的静摩檫力是一对作用力和反作用力
【解题指导】区别二力平衡和作用力与反作用力应注意二力是否作用在同一物体上,或者看二力是否因为相互作用而产生.
【标准解答】选C.作用力F与墙壁对物体的压力作用在同一物体上,大小相等,方向相反,在一条直线上,是一对平衡力,A错误;作用力F作用在物体上,而物体对墙壁的压力作用在墙壁上,这两个力既不是平衡力,也不是作用力与反作用力,B错误;物体在竖直方向上受竖直向下的重力,还受墙壁对物体竖直向上的静摩擦力,因物体处于静止,故这两个力是一对平衡力,C正确,D错误.
【规律方法】 区别作用力、反作用力和平衡力的方法
区别作用力、反作用力和平衡力最简单的方法是看作用点,一对平衡力的作用点一定作用在同一个物体上,而作用力、反作用力的作用点一定分别作用在两个物体上,但只作用在两个物体上的力也不能说是作用力、反作用力,还必须是因为相互作用而产生.
【变式训练】如图所示,吊于电梯天花
板上的物体处于静止状态,下列说法中
正确的是( )
A.绳对物体的拉力和物体对绳的
拉力是作用力与反作用力
B.物体的重力和物体对绳的拉力是一对平衡力
C.物体的重力与绳对物体的拉力是作用力与反作用力
D.物体的重力的反作用力作用在绳上
【解析】选A.绳对物体的拉力和物体对绳的拉力是物体和绳直接相互作用而产生,是作用力与反作用力的关系,A对.物体的重力和物体对绳的拉力受力物体不一致,不是一对平衡力,B错.物体的重力与绳对物体的拉力均作用在物体上,二力为平衡力,C错.物体重力的反作用力作用在地球上,D错.
【典例】甲、乙两队进行拔河比赛,结果甲队获胜.有位同学解释甲队获胜的原因是因为甲队的拉力大于乙队的拉力,请你分析一下,这位同学的解释正确与否?(绳子的质量可忽略不计)
【解题指导】解答此题应把握以下两点:
【标准解答】拔河比赛时,能不能拉动对方,取决于对方所受的拉力与地面所施加的最大静摩擦力的大小关系.根据牛顿第三定律,可知甲队拉乙队的力与乙队拉甲队的力总是大小相等的.拔河比赛时,甲、乙两队水平方向受力情况如图所示.
由于地面给甲队的最大静摩擦力大于地面给乙队的最大静摩擦力,所以当甲队对乙队的拉力大于地面给乙队的最大静摩擦力时,乙队被拉动,而甲队仍没被拉动,故甲队就能获胜.
对牛顿第三定律的理解不到位导致错误
一个大人跟一个小孩站在水平地面上手推手比力气,结果大人把小孩推了过去,对这个过程中作用于双方的力,下列说法中正确的是
A.大人推小孩的力一定比小孩推大人的力大
B.大人推小孩的力一定比小孩推大人的力小
C.大人推小孩的力与小孩推大人的力大小一定相等
D.只有在大人把小孩推动了的过程中,大人的推力才比小孩的推力大,如果能出现短暂的相持过程,此时两人的推力一样大
【正确解答】根据牛顿第三定律可知,在推手时,不管谁推动了谁,其实相互间的推力总是大小相等、方向相反的,之所以还有胜有负,是因为他们各自所受的合力不同,即主要看地面给他们的静摩擦力哪个大哪个小.故C正确,A、B、D错误.
正确答案:C
【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下:
1.(2011·衡水高一检测)下列叙述中正确的是( )
A.作用力与反作用力一定是同种性质的力
B.作用力与反作用力总是同时产生,同时消失
C.作用力与反作用力有时可以是平衡力
D.作用力与反作用力方向一定是相同的
【解析】选A、B.据作用力与反作用力的同性质和同时性可知,作用力与反作用力的性质一定相同,且同时产生,同时消失,A、B正确;作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,作用在两个物体上,故它们不可能是平衡力,C、D错误.
2.下列说法中正确的是( )
A.甲物体受乙物体的作用,则乙物体一定同时受到甲物体的作用
B.甲物体对乙物体的作用一定是作用力,而乙物体对甲物体的作用一定是反作用力
C.若把甲、乙两物体看成质点,则甲、乙两物体间的作用力和反作用力一定在甲、乙两物体的连线上
D.若甲物体对乙物体的作用力竖直向上,则乙物体对甲物体的作用力也一定竖直向上
【解析】选A、C.物体间的作用是相互的,甲物体受到乙物体的作用,乙物体必定同时受到甲物体的作用,且作用力与反作用力一定大小相等、方向相反,作用在同一条直线上,相互作用的两个力中,其中任何一个力都可以叫做作用力,另一个叫做反作用力,综上所述,A、C正确,B、D错误.
3.如图所示,两个弹簧测力计钩在一起,两边通过定滑轮各挂一个质量均为m的重物,则弹簧测力计的读数大小为( )
A.2mg B.mg C.0 D.无法判断
【解析】选B.弹簧测力计是一种测力工具,使用时,挂钩端与被测力相接触,另一端固定,其实固定端也要受力,且等于被测力.本题中一端的重物起到固定的作用,弹簧测力计的读数就等于挂钩端物体的重力,故B正确.
4.关于作用力、反作用力和一对平衡力的认识,正确的是
( )
A.一对平衡力的合力为零,作用效果相互抵消,一对作用力与反作用力的合力也为零,作用效果也相互抵消
B.作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失,且性质相同,平衡力的性质却不一定相同
C.作用力和反作用力同时产生、同时变化、同时消失,且一对平衡力也是如此
D.先有作用力,接着才有反作用力,一对平衡力却是同时作用在同一个物体上
【解析】选B.作用力与反作用力作用在两个不同的物体上,作用效果不能抵消,A错误;作用力与反作用力具有同时性、性质相同的特点,平衡力不一定具备这些特点,B正确,C、D错误.
一、选择题(本题包括6小题,每小题5分,共30分.每小题至少一个选项正确)
1.一物体受绳的拉力作用由静止开始前进,先做加速运动,然后改为匀速运动,最后改做减速运动,则下列说法中正确的是( )
A.加速前进时,绳拉物体的力大于物体拉绳的力
B.减速前进时,绳拉物体的力小于物体拉绳的力
C.只有匀速前进时,绳拉物体的力与物体拉绳的力大小相等
D.不管物体如何前进,绳拉物体的力与物体拉绳的力大小总相等
【解析】选D.不论物体加速、匀速还是减速运动,绳拉物体的力与物体拉绳的力总是作用力与反作用力,大小相等、方向相反,故D正确,A、B、C错误.
2.如图是中国运动员黄珊汕在第16届广州亚运会女子蹦床比赛中的精彩镜头,黄珊汕在与蹦床接触的时候,与黄珊汕相联系的共有几对作用力与反作用力(忽略空气阻力)( )
A.一对 B.两对 C.三对 D.四对
【解析】选B.与蹦床接触时,黄珊汕共受两个力,即重力和蹦床对她的支持力,这两个力的反作用力分别是她对地球的引力和对蹦床的压力,故共有两对作用力与反作用力,B正确.
3.(2011·南京高一检测)一根轻绳
的上端悬挂在天花板上,下端挂一
个灯泡,则( )
A.灯泡受的重力和灯泡对绳的拉力
是一对平衡力
B.灯泡受的重力和绳对灯泡的拉力
是一对作用力和反作用力
C.灯泡对绳的拉力和绳对灯泡的拉
力是一对作用力和反作用力
D.绳对天花板的拉力和天花板对绳的拉力是一对平衡力
【解析】选C.灯泡受的重力和灯泡对绳的拉力的受力物体分别为灯泡和绳,两个力的性质也不相同,这两个力既不是平衡力,也不是作用力与反作用力,故A错;灯泡受的重力与绳对灯泡的拉力是一对平衡力,B错误;一对作用力与反作用力的特点是:成对出现在相互作用的物体之间,大小相等,方向相反,作用在同一直线上;分别作用在相互作用的两个物体上;同时存在,同时消失;一定是同一种性质的力.灯泡对绳的拉力和绳对灯泡的拉力是一对作用力与反作用力,C正确;绳对天花板的拉力和天花板对绳的拉力是一对作用力与反作用力,D错误.
4.黄河岸滩多为沙土,较为松软,春天游玩的汽车常陷入其中,在汽车下陷时( )
A.汽车对滩地地面的压力等于汽车受到的重力
B.汽车对滩地地面的压力大于汽车受到的重力
C.汽车对滩地地面的压力大于滩地地面对汽车的支持力
D.汽车对滩地地面的压力等于滩地地面对汽车的支持力
【解析】选D.汽车受重力G和滩地地面对它的支持力F,在汽车下陷时,汽车的加速度方向向下,根据牛顿第二定律得G-F=ma,所以F【方法技巧】 对作用力与反作用力的错误认识
(1)错误地认为等大、反向、共线、作用在不同物体上的两个力就是作用力与反作用力.
(2)错误地认为作用力等于反作用力是有条件的,认为在非平衡系统中作用力大于反作用力.
(3)错误地认为作用力在先,反作用力在后.
(4)混淆作用力与反作用力和平衡力,错误地认为作用力与反作用力就是一对平衡力.
(5)错误地认为物体运动状态的改变是作用力大于反作用力的缘故.
5.(2011·厦门高一检测)以下关于物体间作用力的说法,正确的有( )
A.起重机用钢索加速吊起货物时,钢索对货物的力大于货物对钢索的力
B.子弹能射入木块是因为子弹对木块的力大于木块对子弹的阻力
C.人向前走,是因为地面对人脚的作用力大于脚对地面的作用力
D.将图钉按入木板,图钉对木板的力和木板对图钉的力大小是相等的
【解析】选D.起重机钢索对货物的拉力和货物对钢索的拉力、子弹对木块的力与木块对子弹的力、地面对人脚的力和脚对地面的力、图钉对木板的力和木板对图钉的力都是作用力和反作用力;作用力和反作用力总是大小相等,故A、B、C错误,D正确.
6.有人设计了一种交通工具,如图所示,在平板车上装了一个电风扇,风扇转动时吹出的风全部打到竖直固定在小车中间的风帆上,靠风帆受力而向前运动.对这种设计,下列分析中正确的是( )
A.根据牛顿第二定律,这种设计能使小车运行
B.根据牛顿第三定律,这种设计能使小车运行
C.这种设计不能使小车运行,因为它违反了牛顿第二定律
D.这种设计不能使小车运行,因为它违反了牛顿第三定律
【解析】选D.风扇吹出的风吹到风帆上时,根据牛顿第三定律,风会给风扇一个反向的反作用力,因此对于整个装置而言,作用力和反作用力是内力,小车不会运行,故选D.
二、非选择题(本题包括2小题,共20分,要有必要的文字叙述)
7.(10分)如图所示,用弹簧测力计悬挂一个重G=10 N的金属块,使金属块部分浸在台秤上的水杯中(水不会溢出).若弹簧测力计的示数变为T′=6 N,求台秤示数的变化量.
【解析】金属块受重力、拉力、浮力三力平衡,故F+T′=G,浮力F=4 N,其反作用力作用于水且向下,故台秤示数增加4 N.
8.(挑战能力)(10分)作用力和反作用力大小相等,不仅发生在相互接触的物体间,不接触的物体间的作用力和反作用力大小也相等.有几个同学为了验证这一规律,设计了实验.取两辆小车、两只弹簧测力计、一个电磁铁、一个软铁棒,就可以验证上述关系.将上述器材放在光滑的水平面上,组装如图所示,请动手做一做,并回答下列问题:
电磁铁不接电源时,两弹簧测力计的读数为______.当电
磁铁接电源后,两弹簧测力计读数大小______.
当电磁铁中的电流逐渐增大时,两弹簧测力计的读数同
时______(选填“增大”、“减小”或“不变”),且总
______.
【解析】电磁铁不通电时,两小车间无相互作用力,弹簧测力计处于原长状态,读数为零.通电后电磁铁吸引软铁棒,由牛顿第三定律,它们相互吸引的力大小相等,小车处于平衡状态,每辆车所受弹簧测力计拉力与两车间吸引力大小相等,故两弹簧测力计读数相等.当电流增大时,两车相互吸引的力增大,弹簧测力计读数随之增大.
答案:零 相等 增大 相等(共82张PPT)
一、对物体的受力分析的理解
1.受力分析
把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有力找出来,并画出受力示意图,这就是受力分析.
2.受力分析的一般顺序
一般先分析重力;再分析弹力,环绕物体一周,找出跟研究对象接触的物体,并逐个分析这些物体对研究对象是否有弹力作用;然后分析摩擦力,对凡有弹力作用处逐一进行分析;最后是其他力.
3.受力分析常用的方法
(1)整体法与隔离法
整体法、隔离法在受力分析时要灵活选用:
①当所涉及的物理问题是整体与外界作用时,应用整体分析法,可使问题简单明了,而不必考虑内力的作用.
②当涉及的物理问题是物体间的作用时,要应用隔离分析法,这时系统中物体间相互作用的内力就会变为各个独立物体的外力.
(2)假设法
在受力分析时,若不能确定某力是否存在,可先对其作出存在或不存在的情况假设,然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在.
5.受力分析要注意的五个问题
(1)研究对象的受力图,通常只画出根据性质命名的力,不要把按效果分解的力或合成的力分析进去,受力图完成后再进行力的合成或分解,以免造成混乱.
(2)区分内力和外力:对几个物体组成的系统进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内力,不能在受力图中出现;当把其中的某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成外力,要画在受力图上.
(3)防止“添力”;找出各力的施力物体,若没有施力物体,则该力一定不存在.
(4)防止“漏力”:严格按照重力、弹力、摩擦力、其他力的步骤进行分析是防止“漏力”的有效办法.
(5)受力分析时还要密切注意物体的运动状态,运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力的有无及方向.
(1)为避免多力,应注意:
①分析出的所有力都应找到相应的施力物体;
②不能把研究对象对其他物体的作用力也分析进去;
③不能同时考虑合力和分力.
(2)为避免漏力,应做到:
①养成“一重二弹三摩四其他”的顺序分析受力的习惯;
②分析弹力、摩擦力这些接触力时,围绕研究对象,对接触面逐一分析.
【典例1】(2011·淮北高一检测)如图所示,物体b在水平推力F作用下,将物体a挤压在竖直墙壁上.a、b处于静止状态,对于a、b两物体的受力情况,下列说法正确的是
A.a受到两个摩擦力的作用
B.a共受到四个力的作用
C.b共受到三个力的作用
D.a受到墙壁的摩擦力的
大小不随F的增大而增大
【解题指导】在分析a受到的摩擦力时应注意静摩擦力与弹力大小无关.
【标准解答】选A、D.要使b处于平衡状态,a须对b产生一个竖直向上的摩擦力,则a受到b的摩擦力向下(大小等于b的重力),a要处于平衡状态,还要受到墙壁竖直向上的摩擦力,由整体受力平衡知a受到墙壁的摩擦力大小不变,由a、b的受力知它们分别受到5个、4个力的作用,综上所述可知A、D正确.
【规律方法】 判断力是否存在的方法
(1)依据力的产生条件
根据各种性质的力产生的条件进行判断,如弹力产生的条件是相互接触且发生弹性形变;摩擦力产生的条件是相互接触、有弹力且有相对运动或相对运动趋势.
(2)依据作用力和反作用力的关系
利用作用力和反作用力的关系来检验力是否存在,因为研究对象所受的每个力都有施力物体或反作用力,找不到施力物体或没有反作用力的力是不存在的.
(3)依据物体所处的运动状态
力的作用效果与物体的运动状态之间有着相互制约的关系.对有些力是否存在,或力的方向难以确定时,可依据物体所处的运动状态,运用物体的平衡条件或牛顿运动定律来判断.
【变式训练】(2011·长沙高一检测)如图所示,一物体在粗糙的水平地面上受斜向上的恒定拉力F作用而做匀速直线运动,则下列说法正确的是( )
A.物体可能只受两个力作用
B.物体可能受三个力作用
C.物体可能不受摩擦力作用
D.物体一定受四个力
【解析】选D.物体做匀速直线运动,处于平衡状态,恒定拉力F有水平向右的分力,物体必然受到水平向左的摩擦力,因此物体一定受到竖直向上的地面的支持力,故物体一定受拉力、重力、支持力、摩擦力四个力的作用,A、B、C错误,D正确.
二、对重力及重心的理解
重力的施力物体是地球,其本质是万有引力在地球表面附近的一种表现.它是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力,但由于地球自转的影响,重力并不等同于万有引力.
1.对重力大小的理解
(1)在同一地点,重力的大小与质量成正比.
(2)在不同地点,某一物体的重力的大小与物体所处的纬度位置有关,在纬度越高的位置,所受重力越大;其重力的大小还与物体的海拔高度有关,在同一地点,位置越高,重力越小.
(3)重力的大小与物体的运动状态无关,与物体是否受其他力无关.
2.对重力方向的理解
重力的方向总是竖直向下,竖直向下不是垂直于支撑面向下,也不是指向地球球心.
3.对重心的理解
(1)重心是重力的等效作用点,并非物体的全部重力都作用于重心.
(2)重心的位置可以在物体上,也可以在物体外,如一个圆形平板的重心在板上,而一个铜环的重心就不在环上.
(3)重心在物体上的相对位置与物体的位置、放置状态及运动状态无关,但一个物体的质量分布或形状发生变化时,其重心在物体上的位置也发生变化.
(4)质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上;对形状不规则的薄物体,可用支撑法或悬挂法来确定其重心.
用测力计测量物体重力时,应使物体处于静止或匀速直线运动状态,根据二力平衡,测力计的示数在数值上等于重力的大小.
【典例2】如图所示,把一个平放着的,边长为l的匀质立方体绕bc棱翻转,使对角面AbcD处于竖直平面内,则它的重心位置升高了多少
【解题指导】审题时应重点关注以下几点:
【标准解答】匀质立方体的重心
位于中心,也就是对角面AbcD两
对角线Ac,bD的交点O,立方体平
放时O点离地面的高度h= .
当把立方体绕bc棱翻转到使对角
面AbcD处于竖直平面内时,O点离地面的高度等于O点到bc棱的距离,即等于对角面边长Ab或cD的一半,故后来O点离地
面的高度h′= .所以翻转后这个匀质立方体的重心
位置升高了Δh=h′-h= - =
答案:
【规律方法】 质量分布均匀、形状规则的物体的重心位置
(1)根据质量分布均匀,形状规则的特点,确定出物体的重心就是它的几何中心.
(2)根据物体的位置变化情况,借助几何知识确定物体重心位置的变化.
【变式训练】一条放在地面上长为L的柔软匀质粗绳,将其一端向上提至粗绳刚好离地时,它的重心位置升高了多少 长为L的均匀直钢管平放在水平地面上,现抬起一端,使其与水平面成30°角时,它的重心位置升高了多少
【解析】匀质粗绳放在地面上时重心在地面上,将它一端
上提至下端刚要离地时,重心在 高度,重心升高了 ;
均匀钢管平放时重心在地面上,将其抬至与水平面成
30°角时,重心即钢管的中心上升 ×sin30°= .
答案:
【变式备选】(2011·宁波
高一检测)一椭圆形且质量分布均
匀的物体,半长轴长50 cm,半短
轴长20 cm,开始时平放在水平面上如图所示,若要将该物体在竖直面内翻转180°,翻转过程中,重心最高上升了多少[半长轴(半短轴)为椭圆边缘上两点间最大(最小)距离的一半]?
【解析】开始时,物体重心距地面为20 cm,要翻转物体,需将物体推过竖直位置,竖直位置时,物体重心距地面为50 cm,所以重心最高上升了50 cm-20 cm=30 cm.
答案:30 cm
【典例】月球表面重力加速度是地球表面重力加速度g的
,g取10 m/s2,一位举重运动员在地球上最多能举起120 kg的杠铃,他在月球上时最多能举起
A.重为120 N的杠铃
B.质量为720 kg的杠铃
C.重为1 200 N的杠铃
D.质量为120 kg的杠铃
【解题指导】运动员的承受力没有发生变化,由于重力加速度的变化,运动员能举起的最大质量发生了变化.
【标准解答】选B、C.根据题意可知运动员的最大承受力F=mg=120×10 N=1 200 N,运动员的承受力在地球上和月球上是相同的,故在月球上仍能举起重为1 200 N的重
物,A错误,C正确.再根据G=mg′得m=
= =720 kg,故B正确,D错误.
受力分析时易添力或漏力
在水平桌面上叠放着木块P和Q,用水平力F推Q,使P、Q两木块一起沿水平桌面匀速滑动,如图所示,以下说法中正确的是
A.P受三个力,Q受六个力
B.P受四个力,Q受六个力
C.P受两个力,Q受五个力
D.P受两个力,Q受四个力
【正确解答】对P受力分析可得:受重力和支持力,对Q受力分析可得:受重力、木块P的压力、地面的支持力、外力F和地面的摩擦力,故C对,A、B、D错.
正确答案:C
【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下:
1.在16届广州亚运会的足球比赛中,一前锋队员面对对方的守门员,用脚轻轻地将球一挑,足球在空中划过一道弧线进入球门.若不计空气阻力,使足球在空中飞行时运动状态发生变化的力的施力物体是( )
A.前锋队员 B.地球
C.守门员 D.足球
【解析】选B.足球在空中受重力作用而改变运动状态,其施力物体是地球.
2.一个物体所受重力在下列哪种情况下要发生变化.把它
( )
A.从赤道拿到南极 B.把它放到水里
C.让它自由下落 D.让它加速运动
【解析】选A.从赤道到两极,g值增大,物体所受重力增大,A正确;同一地点,物体所受重力大小与物体所处的状态和环境无关,B、C、D错误.
3.如图所示,一物体在
水平力F1=12 N、F2=4 N
的作用下静止于水平地
面上,则该物体所受到
的力的个数为( )
A.2个 B.3个
C.4个 D.5个
【解析】选D.对物体受力分析可得:受重力、地面的支持力、水平力F1和F2、地面对物体向左的大小为8 N的摩擦力,故D对,A、B、C错.
4.从效果上看,物体的各部分受到的重力作用可以认为都集中于一点,这一点叫做物体的重心,以下关于物体重心的说法中正确的是( )
A.物体的重心不一定在物体上
B.重心的位置与物体的质量分布无关
C.任何形状的物体,其重心都与它的几何中心重合
D.有规则形状的质量分布均匀的物体,它的重心在几何中心上
【解析】选A、D.物体重心的位置与其形状和质量分布有关,B、C错,D正确;物体的重心可以在物体上,也可能在物体之外,A正确.
5.(2011·青岛高一检测)画出图中物体A所受重力的示意图.
【解析】如图所示
答案:见解析图
一、选择题(本题包括6小题,每小题5分,共30分.每小题至少一个选项正确)
1.(2011·蚌埠高一检测)下列关于重力的说法正确的是
( )
A.飞机沿着水平方向飞行时不受重力作用
B.质量分布均匀,形状规则的物体的重心一定在物体上
C.重力是由于物体受到地球的吸引而产生的力
D.一人站在体重计上称体重,保持立正姿势称的体重为G,当其缓慢地把一条腿伸出台面,体重计指针稳定后读数小于G
【解析】选C.地球附近物体都受重力作用,大小与物体运动状态无关,A、D错误.由重力的定义知,C正确.质量分布均匀,形状规则的物体的重心也可能在物体外,如圆环,B错误.
2.(2011·济南高一检测)北京时间2010年8月29日晚,中国男篮迎战土耳其男篮世锦赛小组赛第二个对手科特迪瓦队.易建联在一次进攻中将篮球向空中斜抛出去,篮球在空中划过一道弧线进入篮筐.若不计空气阻力,篮球在空中飞行时受力情况是( )
A.只受重力
B.受重力和易建联给球的力
C.只受易建联给球的力
D.只受篮筐给球的力
【解析】选A.易建联刚刚抛球时对球有力的作用,球离开易建联的手后,就没有了相互作用力,B、C错误;篮筐和球接触时才有力的作用,D错误;故篮球在空中飞行时只受重力作用,A正确.
3.如图,P是位于水平的粗糙桌面上的物块,用跨过定滑轮的轻绳将P与小盘相连,小盘内有砝码,小盘与砝码总质量为m.在P运动的过程中,若不计空气阻力,则关于P在水平方向上受到的作用力与相应的施力物体,下列说法正确的是( )
A.拉力和摩擦力,施力物体是地球和桌面
B.拉力和摩擦力,施力物体是绳和桌面
C.重力mg和摩擦力,施力物体是地球和桌面
D.重力mg和摩擦力,施力物体是绳和桌面
【解析】选B.对P受力分析,在水平方向上受绳子拉力,施力物体为绳子,还受到滑动摩擦力作用,施力物体为桌面,故A、C、D均错误,B正确.
4.如图所示,物体B、C放置于A上,水平力
FA=10 N,FC=5 N,系统均静止.用f1、f2、
f3分别表示B与C间、B与A间、A与地面间的
摩擦力大小,则( )
A.f1=5 N、f2=10 N、f3=10 N
B.f1=5 N、f2=5 N、f3=15 N
C.f1=5 N、f2=5 N、f3=5 N
D.f1=5 N、f2=5 N、f3=10 N
【解析】选C.研究C知f1=FC=5 N,研究B、C整体知f2=FC
=5 N,研究A、B、C整体,知f3+FC=FA.故f3=5 N,C正确.
5.(2011·徐州高一检测)如图所
示,位于斜面上的物体M在沿斜
面向上的力F作用下而处于静止
状态,对M的受力情况,下列说
法正确的是( )
A.可能受三个力作用 B.可能受四个力作用
C.一定受三个力作用 D.一定受四个力作用
【解析】选A、B.对M进行受力分析,M受重力、斜面的支持力、 推M的力F,M与斜面挤压处是否有摩擦力,是沿斜面向上还是沿斜面向下由F与mgsinα决定,所以A、B正确,C、D错误.
6.如图所示,一个空心均匀球壳里面
注满水,球的正下方有一个小孔.在水
由小孔慢慢流出的过程中,空心球壳
和水的共同重心将会( )
A.一直下降 B.一直上升
C.先升高后降低 D.先降低后升高
【解析】选D.重心的位置跟物体的形状和质量分布有关.当注满水时,球壳和水的重心均在球心,故它们共同的重心在球心.随着水的流出,球壳的重心虽然仍在球心,但水的重心逐渐下降.开始一段时间内,球壳内剩余的水较多,随着水的重心的下降,球壳和水共同的重心也下降;后一段时间内,球壳内剩余的水较少,随着水的重心的下降,球壳和水共同的重心升高;最后,水流完时,重心又回到球心.故球壳和水的共同重心将先降低后升高,D正确.
【方法技巧】物体重心位置的确定方法
(1)质量分布均匀,形状规则的物体,其重心在其几何中心.
(2)当物体的形状或质量分布发生变化时,重心的位置可能会发生变化.
(3)重心是重力的等效作用点,重心可以在物体上,也可以不在物体上.
(4)薄板形物体的重心可用悬挂法确定.
二、非选择题(本题包括2小题,共20分,要有必要的文字叙述)
7.(10分)如图所示,重100 N的物体放在
水平面上,它与水平地面间的动摩擦因数
μ=0.25,最大静摩擦力为30 N,今用一水
平拉力F作用于木块,
(1)当F的大小由8 N增大到28 N时,地面对物体的摩擦力大小为多少
(2)当F的大小由35 N减小到28 N时,地面对物体的摩擦力大小为多少
【解析】(1)当F的大小由8 N增大到28 N时,自始至终拉力F小于最大静摩擦力fm,即F(2)当F的大小由35 N减小到28 N时,由于开始拉力F大于最大静摩擦力fm,即F>fm,物体处于运动状态,受滑动摩擦力
f滑的作用,且有f滑=μN=μmg=0.25×100 N=25 N.整个变化过程中拉力F大于滑动摩擦力f滑,物体都处于运动状态.所以当F=28 N时,f=f滑=25 N.
答案: (1)28 N (2)25 N
8.(挑战能力)(10分)一个质量为60 kg的人,在地球上的重力为588 N,在月球上的重力为98 N.该人做摸高运动时,在地球上其重心最大能升高0.5 m,那么在月球其重心升高的最大高度为多少?
【解析】人在地球和月球上的质量相等,由G=mg得,地球表面的自由落体加速度
g= = =9.8 m/s2,
月球表面的自由落体加速度
g′= = =1.63 m/s2,
设人在地球上触摸高度为h,在月球上触摸高度为h′,
由vt2-v02=2as,得 =
解得h′= = ×0.5 m=3.0 m.
答案:3.0 m(共19张PPT)
一、摩擦力与压力
1.弹力与摩擦力的关系
(1)两物体间有弹力产生,不一定产生摩擦力;但两物体间有摩擦力产生,必定有弹力产生.
(2)同一接触面上产生的弹力和摩擦力的方向相互垂直.
(3)滑动摩擦力的大小与同一接触面上的弹力(压力)大小成正比,而静摩擦力(除最大静摩擦力外)大小与压力无关.
2.摩擦力大小的计算
摩擦力的大小与速度的大小及接触面积的大小无关.在计算摩擦力的大小之前,首先判断是滑动摩擦力还是静摩擦力.
(1)滑动摩擦力的大小用f=μN计算,N是接触面间的压力,并不一定等于物体的重力.
(2)静摩擦力的计算一般根据物体的运动情况(静止或匀速运动)利用平衡条件求解.最大静摩擦力的大小可以近似等于滑动摩擦力的大小.
3.对于摩擦力的认识要注意“四个不一定”
(1)摩擦力不一定是阻力.
(2)静摩擦力不一定比滑动摩擦力小.
(3)静摩擦力的方向不一定与运动方向共线,但一定沿接触面的切线方向.如图,A、B一起向右做匀加速运动,则A所受摩擦力方向与运动方向不一致.
(4)摩擦力不一定越小越好,因为摩擦力既可以作阻力,也可以作动力.
4.摩擦力的判断
静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反,但“趋势”是不容易直接观察到的,我们可以假设接触面光滑,让其运动,其运动的方向就是“趋势”的方向.
滑动摩擦力的判断相对较简单,只要两物体间粗糙,有挤压,有相对滑动,两物体间一定存在滑动摩擦力.
【典例1】(2011·哈师大附中高一检测)关于摩擦力,以下说法正确的是
A.滑动摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反
B.相互接触物体间的滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动
C.摩擦力的大小一定与接触面之间的压力成正比
D.摩擦力的方向可以与物体的运动方向垂直
【解析】选B、D.滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动,与物体相对运动的方向相反,不一定与物体的运动方向相反,A错误、B正确;滑动摩擦力的大小一定与接触面之间的压力成正比,静摩擦力的大小与正压力无关,C错误;静摩擦力的方向可以与物体的运动方向成任意夹角,D正确.
二、物体的受力分析
1.物体受力的判断依据
(1)条件判断:根据力的产生条件是否满足来判断物体是否受到某个力的作用;
(2)效果判断:根据力的作用效果是否得以体现来判断物体是否受到某个力的作用;
(3)相互作用判断:利用力的作用的相互性,即施力物体同时也是受力物体,从一个物体是否受到某个力的作用来判断另一个物体是否受到相应的力的作用.
2.受力分析的步骤
(1)明确研究对象,即首先要确定我们要分析哪个物体的受力情况.
(2)按一定的顺序去分析:先重力,后接触力(弹力、摩擦力).其中重力是非接触力,应先予以标出;弹力在接触且发生形变处存在;摩擦力在有弹力存在的接触面上才可能有.
(3)画受力分析图,一定要判断受力情况与物体的运动状态是否相符合,是否“多力”(即出现无施力物体的力)、“丢力”.
3.受力分析的方法
(1)整体法与隔离法:整体法研究系统外的物体对系统整体的作用,不考虑系统内物体间的相互作用;隔离法研究系统内物体之间的相互作用.
(2)假设法:是受力分析有效的辅助方法.当不容易确定某力的有无或方向时,可先假设该力有或无(或方向),看引起的结果是否符合给定的运动状态或形变效果.
4.受力分析时需注意的问题
(1)在进行受力分析时,一定要注意,我们分析的是物体“受到”的力,而不是物体对外施加的力.
(2)区分内力和外力:对几个物体的整体进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内力,不能在受力示意图中出现;当把某一物体单独隔离分析时,原来内力变成了外力,要画在受力示意图上.
【典例2】画出图中物体A所受力的示意图,并写出力的名称和施力物体.
【解析】(a) A受重力G、推力F、支持力N,墙壁对A向左的弹力F′,施力物体分别是地球、推A的物体、地面、墙壁.
(b) A受竖直向下的重力G、垂直于斜面向上的支持力N、沿斜面向下的滑动摩擦力f,施力物体分别是地球、斜面、斜面.
(c) A受重力G、支持力N、滑动摩擦力f,施力物体分别是地球、水平面、水平面.
(d) A受重力G、拉力F、弹力N,施力物体分别是地球、绳子、墙壁.
答案:见解析(共52张PPT)
实验图像分析
【典例1】(2010·福建高考)某实验小组研究橡皮筋伸长与所受拉力的关系.实验时,将原长约200 mm的橡皮筋上端固定,在竖直悬挂的橡皮筋下端逐一增挂钩码(质量均为20 g),每增挂一只钩码均记下对应的橡皮筋伸长量;当挂上10只钩码后,再逐一把钩码取下,每取下一只钩码,也记下对应的橡皮筋伸长量.根据测量数据,作出增挂钩码和减挂钩码时的橡皮筋伸长量Δl与拉力F关系的图像如图所示.从图像中可以得出 ______ .(填选项前的字母)
A.增挂钩码时Δl与F成正比,而减挂钩码时Δl与F不成正比
B.当所挂钩码数相同时,增挂钩码时橡皮筋的伸长量比减挂钩码时的大
C.当所挂钩码数相同时,增挂钩码时橡皮筋的伸长量与减挂钩码时的相等
D.增挂钩码时所挂钩码数过多,导致橡皮筋超出弹性限度
【标准解答】选D.由于橡皮筋下端悬挂的钩码太多,导致超出橡皮筋的弹性限度,使橡皮筋无法及时恢复原状,两条曲线才有差异,且是非线性的.
实验数据的处理
【典例2】某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系,并测弹簧的劲度系数k.做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架台上,然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧,并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上.当弹簧自然下垂时,指针指示的刻度数值记作L0;弹簧下端挂一个 50 g 的砝码时,指针指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个50 g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L2;…;挂七个50 g的砝码时,指针指示的刻度数值记作L7.
(1)表中记录的是该同学已测出的6个值,其中有两个数值在记录时有误,它们的代表符号分别是 _______ 和 _______ .
测量记录表:
(2)实验中,L3和L7两个值还没有测定,请你根据图示将这两个测量值填入记录表中.
(3)为充分利用测量数据,该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差,分别计算出了三个差值:d1=L4-L0=6.90 cm,d2=L5-L1=6.90 cm,d3=L6-L2=7.00 cm.
请你给出第四个差值:d4=_______=_______cm.
(4)根据以上差值,可以求出每增加50 g砝码的弹簧平均伸长量ΔL.ΔL用d1、d2、d3、d4表示的式子为ΔL=_______,代入数据解得ΔL=_______cm.
(5)计算弹簧的劲度系数k=_______N/m. (g取9.8 m/s2)
【标准解答】(1)通过对6个值的分析比较可知记录有误的是L5、L6.
(2)用最小刻度是毫米的刻度尺测量时,正确读数并记录到毫米的下一位,即L3=6.85 cm,L7=14.05 cm.
(3)利用逐差法并结合已求差值可知第四个差值
d4=L7-L3=14.05 cm-6.85 cm=7.20 cm.
(4)ΔL=
=
=1.75 cm.
(5)根据ΔF=k·ΔL
又ΔF=mg
所以k= =
=
=28 N/m.
答案:(1)L5 L6
(2)6.85(6.84~6.86) 14.05(14.04~14.06)
(3)L7-L3 7.20(7.18~7.22)
(4) 1.75 (5)28
1.(2011·西城区高一检测)同学们通过实验探究,得到了在发生弹性形变时,弹簧的弹力与弹簧伸长量的关系.下列说法中能反映正确的探究结果的是( )
A.弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成正比
B.弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成反比
C.弹簧的弹力跟弹簧的伸长量的平方成正比
D.弹簧的弹力跟弹簧的伸长量无关
【解析】选A.在弹性限度内弹簧的弹力跟弹簧的伸长量成正比.故A正确.
2.一个实验小组在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”的实验中,使用两条不同的轻质弹簧a和b,得到弹力与弹簧长度的图像如图所示,下列表述正确的是( )
A.a的原长比b的长
B.a的劲度系数比b的大
C.a的劲度系数比b的小
D.测得的弹力与弹簧的长度成正比
【解析】选B.由F=kx=k(l-l0)知弹力F跟弹簧的伸长或缩短的长度成正比,D错误;F-l图线的斜率大小等于弹簧劲度系数的大小,故B正确、C错误,当F=0时,l=l0,结合题图知a的原长比b的短,A错误.
3.在“探究弹力和弹簧伸长量的关系”实验中,以下说法正确的是( )
A.弹簧被拉伸时,不能超出其弹性限度
B.测弹簧的原长时,应将弹簧平放在水平桌面上
C.用悬挂钩码的方法给弹簧施加拉力时,应保证弹簧处于竖直位置且平衡
D.用几个不同的弹簧分别测出几组拉力与伸长量,得出拉力与伸长量之比相等
【解析】选A、C.本实验中应以同一根弹簧为实验对象,在弹性限度内通过增减钩码的数目来改变对弹簧的拉力,从而探究弹力与弹簧伸长的关系;但在测原长时,应把弹簧竖直悬挂,自然伸长时测量,这样可以避免弹簧自身重力对测量结果的影响.故选A、C.
4.(2011·宜宾高一检测)小明想知道弹簧测力计的测力原理,于是他在实验室中做了实验,数据如表所示,请你帮他分析数据并总结出结论.
弹簧原长:10 cm
结论:弹簧的伸长和所受拉力的关系是: _________ .
【解析】由题表知,当拉力F1=2 N时,弹簧伸长量x1=1 cm;
拉力F2=4 N时,伸长量x2=2 cm;拉力F3=6 N时,伸长量x3=
3 cm,即F1∶F2∶F3=x1∶x2∶x3,表明弹簧的伸长(量)和所
受拉力成正比.
答案:弹簧的伸长和所受拉力成正比
5.某同学在竖直悬挂的弹簧下加挂钩码,做实验研究弹力与弹簧伸长量的关系.下表是该同学记录的实验数据,实验时弹簧伸长量始终未超过弹性限度.(g取10 m/s2)
(1)在所给坐标纸(如图)上建立坐标系,并标出合适的标度,根据实验数据作出弹力F跟弹簧伸长量x关系的图像.
(2)根据图像可计算出弹簧的劲度系数为_____N/m.(保留三位有效数字)
【解析】 (1)计算弹簧的弹力及相应伸长量如表:
以F为纵坐标,x为横坐标,坐标标度如图,描点并连接成平滑的直线.
(2)k= = ≈25.9 N/m
答案:(1)见解析 (2)25.9(共97张PPT)
一、弹力的产生和弹力有无的判断方法
1.弹力的成因
相互接触的物体间不一定存在弹力,只有当两个物体相互挤压或拉伸产生弹性形变时,由于物体要恢复原状,才在接触位置对与它接触的物体产生弹力.所以弹力产生的直接原因是由施力物体发生形变引起的.
2.弹力产生的过程
3.弹力有无的判断方法
(1)直接法
对于形变比较明显的情况,可以根据弹力产生的条件判断,下列两个条件必须同时满足才有弹力产生:
①物体间相互接触;
②发生弹性形变.
(2)利用假设法判断
要判断物体在某一接触位置是否受弹力作用,可假设将在此处与物体接触的物体去掉,看物体是否在该位置保持原来的状态,若能保持原来的状态,则说明物体间无弹力作用;否则有弹力作用.
(3)根据物体的运动状态判断
看除了要研究的弹力外,物体所受的其他作用力与物体的运动状态是否满足相应的规律(目前主要应用二力平衡的规律),若满足,则无弹力存在;若不满足,则有弹力存在.
(4)利用力的作用效果分析
如果相互接触的物体间存在弹力,则必有相应的作用效果,或平衡其他作用力或改变受力物体的运动状态,可利用作用效果确定弹力的有无.
判断弹力有无时应灵活选用判断方法.当直接法不易判断时,可考虑运动状态判断法.
【典例1】判断图中小球是否受到弹力作用,若受到弹力,请指出其施力物体.
【解题指导】若不易确定物体是否受弹力,可考虑利用假设法、效果法、运动状态法进行判断.
【标准解答】用假设法来判断小球是否受斜面的弹力,若将三个图中的斜面去掉,则甲图中小球无法在原位置静止,乙和丙两图中小球仍静止,所以,甲图中小球受到斜面的弹力,施力物体是斜面,同时受细绳的弹力,施力物体是细绳;乙图中小球只受到细绳的弹力,施力物体是细绳,不受斜面的弹力;丙图中小球只受水平面的弹力,施力物体是水平面,不受斜面的弹力.
【规律方法】 判断弹力有无的两大误区
(1)误认为只要有接触一定存在弹力作用,而忽略了弹力产生的另一个条件——发生弹性形变.
(2)误认为有形变一定有弹力,忽略了弹性形变与范性形变(撤去外力后不能恢复原状的形变)的区别.
【变式训练】(2011·蚌埠高一检测)下列关于弹力的几种说法,其中正确的是( )
A.只要两物体接触就一定产生弹力
B.静止在水平面上的物体所受重力就是它对水平面的压力
C.静止在水平面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变
D.只要物体发生形变就一定有弹力产生
【解析】选C.两物体接触并发生弹性形变才产生弹力,A、D错误.静止在水平面上的物体重力的施力物体是地球,受力物体是物体,而压力的施力物体是该物体,受力物体是水平面,两力不同,B错误,C正确.
二、弹力方向的确定
1.弹力方向的规律:
发生弹性形变的物体,由于恢复原状产生弹力,所以弹力的方向由施力物体的形变的方向决定,弹力的方向总与施力物体形变的方向相反.
(1)一个物体对另一物体的作用力不一定垂直于接触面,但一个物体对另一物体的支持力一定垂直于接触面.
(2)轻杆的弹力方向较为复杂,一般根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向.
【典例2】(2011·漳州高一检测)在半球形光滑容器内放置一细杆,细杆与容器的接触点分别为A、B两点,如图所示,容器上A、B两点对细杆的作用力的方向分别为
A.均竖直向上
B.均指向球心
C.A点处的弹力指向球心O,B点处的弹力竖直向上
D.A点处的弹力指向球心O,B点处的弹力垂直于细杆向上
【解题指导】求解此题应把握以下三点:
【标准解答】选D.支持力、压力的方向垂直于接触面或其切面.在A点,杆的端点跟球面接触,弹力的方向垂直于该处球面的切面,指向球心;在B点,容器的边缘跟杆的侧面接触,该处的支持力应垂直于杆向上,D正确,A、B、C错误.
【规律方法】 判断弹力方向的步骤
(1)确定物体之间弹力作用的类型;
(2)确定产生弹力的物体;
(3)找出使物体发生形变的外力方向;
(4)确定物体形变的方向;
(5)确定物体产生的弹力方向.
【变式训练】如图所示,光滑球A在
斜面上,被竖直挡板挡住而处于静止
状态,关于球A所受的弹力,以下说
法正确的是( )
A.A物体仅受一个弹力作用,弹力的方向垂直斜面向上
B.A物体受两个弹力作用,一个水平向左,一个垂直斜面向下
C.A物体受两个弹力作用,一个水平向右,一个垂直斜面向上
D.A物体受三个弹力作用,一个水平向右,一个垂直斜面向上,一个竖直向下
【解析】选C.球A受重力竖直向下,与竖直挡板和斜面都有挤压.斜面给它一个支持力,垂直斜面向上;挡板给它一个压力,水平向右,故选项C正确.
【变式备选】画出图中物体所受弹力的示意图,题图中各接触面均光滑,各物体均静止.
【解析】绳的弹力沿着绳指向绳收缩的方向,图(a)中物块与斜面之间是平面与平面接触,支持力垂直于接触面指向被支持的物体;图(b)中球面与球面接触,支持力的方向沿两球心的连线指向小球.
答案:见解析
三、对胡克定律的理解及应用
1.关于胡克定律应注意以下四点
(1)成立条件:在弹性限度内.
(2)弹簧的形变量x:弹簧伸长(或缩短)的长度,不是弹簧的原长.
(3)劲度系数k:反映了弹簧的“软”、“硬”程度,由弹簧本身的性质决定.
(4)推论式:ΔF=kΔx,式中ΔF、Δx分别表示弹力的变化量和形变的变化量.
2.弹力与弹簧伸长量的关系图像表示(如图)
3.弹力大小的计算
(1)应用胡克定律F=kx求解.
(2)除弹簧这样的弹性体之外的弹力大小的计算,一般要借助物体的运动状态所遵循的物理规律求解.比如悬挂在竖直细绳上的物体处于静止状态时,物体受细绳向上的拉力和重力作用.根据二力平衡,可知细绳的拉力大小等于物体重力的大小.
【典例3】(2010·新课标全国卷)一根轻质弹簧一端固定,用大小为F1的力压弹簧的另一端,平衡时长度为l1;改用大小为F2的力拉弹簧,平衡时长度为l2.弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,该弹簧的劲度系数为
A. B.
C. D.
【解题指导】正确写出弹簧伸长量和压缩量是解题的切入点和关键.
【标准解答】选C.设弹簧的劲度系数为k,原长为l0,根据胡克定律有:F1=k(l0-l1),F2=k(l2-l0),由以上两式解得: k= ,C正确.
【规律方法】 正确区分弹簧的长度和弹簧的形变量
(1)弹簧的形变量指弹簧伸长或被压缩的长度,弹簧的长度则是弹簧的实际长度,弹簧被拉伸时l=l0+x,弹簧被压缩时l=l0-x.
(2)弹簧的弹力大小与弹簧的形变量成正比,而不是与弹簧的长度成正比.
【变式训练】(2011·济南高一检测)如图
所示,重为10 N的物体悬挂在弹簧的下端
时,弹簧伸长了2 cm,现换用另一重为20 N
的物体悬挂在弹簧的下端(仍在弹性限度内),
这时弹簧的伸长量、劲度系数分别是( )
A.2 cm,500 N/m B.2 cm,1 000 N/m
C.4 cm,500 N/m D.4 cm,1 000 N/m
【解析】选C.由胡克定律F=kx知弹簧的劲度系数k=
= =500 N/m,弹簧上的弹力与自由端施加的力是
相等的,弹力F′=20 N,则x′= = =0.04 m
=4 cm,故C正确.
胡克定律的另一种表述ΔF=kΔx
设劲度系数为k的弹簧,在形变量为x1、x2时产生的弹力分别为F1、F2,则根据胡克定律F=kx,有F1=kx1,F2=kx2,两式相减得F1-F2=k(x1-x2),即ΔF=kΔx.
【典例】如图所示的装置可用来测定弹簧的劲度系数.被测弹簧一端固定于A点,另一端用细线绕过定滑轮挂钩码,旁边附有一竖直放置的刻度尺.当挂两个钩码时,线上一定点P对应的刻度线如图中的ab虚线所示,当挂三个钩码时,P点对应的刻度线如图中的cd虚线所示.已知每个钩码的质量为50 g,重力加速度g取9.8 m/s2,则被测弹簧的劲度系数为________N/m.
【解题指导】分析出从挂两个钩码到挂三个钩码,弹簧弹
力的变化及P点位置的变化,应用ΔF=kΔx求解.
【标准解答】当弹簧的弹力增加ΔF=0.49 N时,弹簧的伸
长量增加Δx=7×10-3 m,
由ΔF=kΔx得
k= = =70 N/m
答案:70
对弹簧形变的理解不到位导致错误
如图所示,轻弹簧的两端各受F=10 N的拉力作用,弹簧平衡时伸长了5 cm(在弹性限度内),那么下列说法中正确的是
A.弹簧的弹力为20 N
B.该弹簧的劲度系数k为400 N/m
C.该弹簧的劲度系数k为200 N/m
D.根据公式k=F/x,弹簧的劲度系数k会随弹簧弹力F的增大而增大
【正确解答】弹簧的弹力为F=10 N,x=0.05 m,由胡克定律F=kx得k=F/x=10 N/0.05 m=200 N/m,故C正确,A、B错误;弹簧的劲度系数由弹簧本身的性质决定,不随弹簧弹力F的增大而增大,D错误.
正确答案:C
【易错分析】本题易错选项及错误原因分析如下:
1.关于弹性形变,下列说法正确的是( )
A.物体形状的改变叫弹性形变
B.一根钢筋用力弯折后的形变就是弹性形变
C.物体在外力停止作用后,能够恢复原来形状的形变,叫弹性形变
D.物体在外力停止作用后的形变,叫弹性形变
【解析】选C.弹性形变指物体在外力停止作用后,能够恢复原状的形变,C正确、A、D错误;钢筋用力弯折后,无法恢复到原来形状,不属于弹性形变,B错误.
2.下列关于弹力的说法中正确的是( )
A.直接接触的两个物体间必然有弹力存在
B.不接触的物体间也可能存在弹力
C.只要物体发生形变就一定有弹力
D.在直接接触且发生弹性形变的物体间才产生弹力
【解析】选D.弹力产生的两个条件(1)两物体接触,(2)发生弹性形变.两个条件必须同时具备,所以,D正确,A、B、C错误.
3.关于弹力的方向,下列说法中正确的是( )
A.放在水平桌面上的物体所受弹力的方向是竖直向上的
B.放在斜面上的物体所受斜面的弹力的方向是竖直向上的
C.将物体用绳吊在天花板上,绳所受物体的弹力方向是竖直向上的
D.物体间相互挤压时,弹力的方向垂直接触面指向受力物体
【解析】选A、D.放在水平桌面上的物体所受弹力为支持力,其方向垂直于桌面向上,故A正确;放在斜面上的物体所受斜面的支持力方向垂直于斜面向上,故B错,弹力的方向垂直接触面指向受力物体,故D正确;绳子对物体的拉力总是沿绳子收缩的方向,而物体对绳子的弹力方向指向绳子伸长的方向,故C错.
4.(2011·桂林高一检测)锻炼身体用的拉力器,并列装有四根相同的弹簧,每根弹簧的自然长度都是40 cm,某人用600 N的力把它们拉长至1.6 m,则( )
A.人的每只手受到拉力器的拉力为300 N
B.每根弹簧产生的弹力为150 N
C.每根弹簧的劲度系数为93.75 N/m
D.每根弹簧的劲度系数为500 N/m
【解析】选B.人的每只手受到拉力器的拉力为600 N,A错误;由于人用600 N的力拉并列装有四根相同弹簧的拉力器,故每根弹簧产生的弹力为150 N,B正确;又由于每根弹簧的伸长量为x=1.6 m-0.4 m=1.2 m,根据胡克定律F=kx,得k=125 N/m.故C、D错误.
5.一根弹簧原长为20 cm,当用15 N的力拉它时,弹簧长为
25 cm.
(1)求此弹簧的劲度系数.
(2)若此弹簧受21 N的压力,则弹簧长度变为多少?
【解析】(1)弹簧原长l0=20 cm=0.2 m,
现在长度l=25 cm=0.25 m
由胡克定律F=kx=k(l-l0)得
劲度系数k= = =300 N/m
(2)由胡克定律F=kx=k(l0-l)
l=l0- =(20- ×102) cm=13 cm.
答案:(1)300 N/m (2)13 cm
一、选择题(本题包括6小题,每小题5分,共30分.每小题至少一个选项正确)
1.(2011·南通高一检测)杂技演员有
高超的技术,如图所示,能轻松地顶
住从高处落下的坛子,关于他顶坛时
头顶受到的压力产生的直接原因是( )
A.坛的形变
B.头的形变
C.物体受到的重力
D.人受到的重力
【解析】选A.头顶受到的压力的施力物体是坛子,受力物体是头顶,它产生的直接原因是坛的形变,间接原因是物体受到的重力,A项正确.
2.关于胡克定律,下列说法正确的是( )
A.由F=kx可知,在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变量x成正比
B.由k= 可知,劲度系数k与弹力F成正比,与弹簧的长度改变量x成反比
C.弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的因素决定的,与弹簧的弹力F的大小和形变量x的大小无关
D.弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时弹力的大小
【解析】选A、C、D.根据胡克定律可知:F∝x,其中x为弹簧的形变量,k为劲度系数,由弹簧本身决定,与弹簧的形变量x无关,故A、C、D正确,B错误.
3.体育课上一学生将足球踢向斜台,如图所示,下列关于足球与斜台作用时斜台给足球的弹力方向的说法正确的是
( )
A.沿v1的方向
B.沿v2的方向
C.先沿v1的方向后沿v2的方向
D.沿垂直于斜台斜向左上方的方向
【解析】选D.足球与斜台的作用是球面与平面的相互作用,足球所受弹力方向垂直于斜台指向足球,即斜向左上方的方向,故D正确.
4.(2011·苏州高一检测)如图所示,
一根弹性杆的一端固定在倾角为30°
的斜面上,杆的另一端固定一个重
力为4 N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4 N,方向平行于斜面向上
B.大小为2 N,方向平行于斜面向上
C.大小为4 N,方向垂直于斜面向上
D.大小为4 N,方向竖直向上
【解析】选D.小球受重力和杆的弹力两个力的作用,且重力的方向竖直向下,由于小球处于静止状态,根据二力平衡条件可知,弹力与重力大小相等,方向相反,故弹力大小为4 N,方向竖直向上,D正确.
5.如图所示,弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计,物重G=1 N,则弹簧测力计A和B的示数分别为( )
A.1 N,0 B.0,1 N
C.2 N,1 N D.1 N,1 N
【解析】选D.图中弹簧测力计A、B的受力情况是一样的,都是左右两端各受1 N的拉力,此时弹簧测力计的读数都是1 N.
6.(2011·枣庄高一检测)如图所示,
两个弹簧质量不计,两个小球重力
均为2 N,则A、B两弹簧在静止时
弹力分别为( )
A.2 N,2 N B.4 N,4 N
C.2 N,4 N D.4 N,2 N
【解析】选D.将两个小球作为一个
整体,根据力的平衡可知,A弹簧的
弹力等于两球的重力和即4 N,B弹簧
的弹力等于下面小球的重力,即2 N,故只有D正确.
二、非选择题(本题包括2小题,共20分,要有必要的文字叙述)
7.(10分)画出图中小球A所受的弹力方向.
【解析】球A所受的弹力如图所示.
答案:见解析图
【方法技巧】画弹力示意图的方法
准确作出某物体所受弹力的示意图应遵循以下思路:
1.确定受哪几个弹力.弹力是接触力,一般与该物体接触的有几个物体(或几个接触点),该物体就可能受到几个弹力.物体是否受某个弹力要具体用弹力的产生条件或假设法来确定.
2.作力的示意图.从弹力的作用点沿弹力的方向作出各弹力的示意图,通常各弹力的作用点画于物体的同一点上.由于弹力方向垂直于接触面,所以确定弹力方向时应垂直于物体间的接触面或切面的方向.
8.(挑战能力)(10分)如图,为一轻质弹簧的长度l和弹力F大小的关系,试由图线确定:
(1)弹簧的原长;
(2)弹簧的劲度系数;
(3)弹簧伸长了15 cm时弹力的大小.
【解析】(1)由图可知l=10 cm时,弹簧弹力为零,所以
弹簧原长为10 cm.
(2)由图可知,l=15 cm时,弹簧弹力为10 N,
由胡克定律F=kx,即
F=k(l-l0)
得k=2 N/cm
(3)弹簧伸长15 cm时,由胡克定律F=kx
得F=30 N
答案:(1)10 cm (2)2 N/cm (3)30 N