(共11张PPT)
专题二 相互作用与物体的平衡
一、力
1.力
(1)概念:力是物体和物体之间的相互作用.
(2)力的三要素: 、 、 .
(3)画力的图示的步骤:选标度、画线段、标方向,如图所示.
大小
方向
作用点
(4)力的示意图,如图所示.
2.重力
(1)产生:是由于地球的 而使物体受到的力.
(2)大小:G= ,g= m/s2,重力大小可用弹簧测力计测量.
(3)方向: .
(4)重心:是物体各部分所受重力的等效作用点,物体的重心 在物体上.
3.形变
(1)定义:物体发生的 、 、 等变化.
(2)弹性形变:能够 的形变.
4.弹力
(1)定义:发生弹性形变的物体,由于要 ,会对与它 的物体产生力的作用,这种力叫做弹力.
吸引
竖直向下
不一定
伸长
弯曲
恢复原状
恢复原状
9.8
缩短
接触
mg
(2)产生条件:直接 、相互挤压或拉伸且发生 .
(3)方向:总是与物体形变的趋向 ,以使物体恢复原状.
(4)胡克定律:在弹性限度内有 ,式中k为弹簧的劲度系数,其大小只与弹簧本身有关.
5.摩擦力
(1)静摩擦力
①定义:当两个彼此 、 的物体之间没有发生相对滑动,但有相对滑动的 时,接触面上会产生一种 相对滑动趋势的力.这种力叫做静摩擦力.
②产生条件:物体接触且 ;接触面 ;有 .
③方向:总是与接触面相切,与相对滑动趋势方向 .
④大小:0接触
接触
相反
弹性形变
相反
F=kx
挤压
阻碍
相互挤压
粗糙
相对运动趋势
趋势
(2)滑动摩擦力
①定义:当两个物体彼此 和 ,并发生 时,在接触面上产生的一种 相对滑动的力.
②产生条件:物体 且 ;接触面 ;有 .
③方向:总是与接触面相切,与相对运动方向 .
④大小:f= ,μ是动摩擦因数,其大小与相互接触的两个物体的
与 有关.
(3)摩擦力有无及方向的判断方法
①条件判断法;
②用假设法判断;
③用平衡条件判断;
④相互作用判断法.
相对滑动
接触
挤压
阻碍
接触
相互挤压
粗糙
相对运动
相反
μN
材料
粗糙程度
二、力的合成与分解
1.力的合成
(1)定义:求几个力的合力的过程.
(2)方法:用 定则,如图(甲)所示.
平行四边形
(3)两个力的合力范围: .
|F1-F2|≤F≤F1+F2
2.力的分解
(1)遵循 ,力的分解是力的合成的逆运算.
(2)一个已知力究竟怎样分解,一般根据力的作用效果确定,如图(乙)
所示.
平行四边形定则
3.合力与分力: 关系.
等效替代
三、共点力的平衡
1.共点力:如果几个力同时作用在物体上的 [如图(甲)所示],或者它们的 相交于同一点[如图(乙)所示],我们就把这几个力叫做共点力.
作用线
同一点
2.平衡状态
物体处于 状态或 运动状态.
3.共点力平衡条件
静止
4.平衡条件的推论
(1)二力平衡:两个力 .
(2)三力平衡:其中任何一个力与另外两个力的合力 .
(3)多力平衡:其中任何一个力与另外几个力的合力 .
匀速直线
等大反向
等大反向
等大反向
5.共点力平衡的三种解法
(1)分解法;(2)合成法;(3)正交分解法.
点击进入 专题过关专题二 相互作用与物体的平衡
(考试时间:70分钟;满分:100分)
第Ⅰ卷(选择题 60分)
一、选择题(本大题有20小题,每小题3分,共60分.每小题只有一个选项符合题意)
1.下列关于力的说法,正确的是( C )
A.有力作用一定有施力物体,可能没有受力物体
B.力有时能脱离物体而独立存在
C.有受力物体就一定有施力物体
D.只有相互接触的物体才能有作用力
解析:有力作用一定有施力物体和受力物体,施力物体同时也是受力物体,选项A错误,C正确;力不能脱离物体而独立存在,选项B错误;两个物体有力作用不一定相互接触,如磁铁吸引小铁钉就可以不相互接触,选项D错误.
2.对于重力的理解,下列说法正确的是( B )
A.重力大小和物体运动状态有关
B.重力是由于地球的吸引而使物体受到的力
C.重力的方向总是垂直接触面向下的
D.发生超重现象时,物体的重力增大
解析:重力的大小与物体的运动状态无关,物体超重时物体的重力并没有发生变化,故A,D错误;重力是由于地球的吸引而使物体受到的力,故B正确;重力的方向总是竖直向下,与接触面无关,故C错误.
3.如图所示,杂技演员有高超的技术,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 )
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:头顶受到的压力的施力物体是坛子,受力物体是头,它产生的直接原因是坛的形变,间接原因是物体受到重力,A正确.
4.关于物体重心的说法中正确的是( D )
A.重力的作用点叫物体的重心,它一定在物体上
B.任何球形物体的重心一定在其球心上
C.物体只在重心处受力,其他部分不受力
D.物体悬挂静止不动,则物体的重心必与悬点在同一竖直线上
解析:重力的作用点叫物体的重心,重心可以在物体上,也可以在物体外,选项A错误;质量分布不均匀的球形物体的重心可能不在球心上,选项B错误;物体的各部分都受重力,选项C错误;重力的方向竖直向下,物体悬挂静止不动时,物体的重心必与悬点在同一竖直线上,选项D正确.
5.如图所示的情景中,两个物体a,b(a,b均处于静止状态,接触面光滑)间一定有弹力的是( B )
解析:A中,两物体若受水平方向的弹力,则两绳子不会竖直静止,选项A错误;B中,两物体相互挤压,故两物体间一定有弹力,选项B正确;C中,若地面光滑,两物体保持静止,若有挤压,则b将运动,选项C错误;D中,b竖直悬挂,则a,b之间可能没有相互挤压,此时a,b间没有弹力,选项D错误.
6.一个质量均匀的铅球静止在水平的角落里,如图所示,并与竖直的墙面相接触,A,B两点分别是铅球与墙和地面的接触点,则下列说法正确的是( A )
A.铅球受两个力,重力、地面的支持力
B.铅球受三个力,分别是重力、地面的支持力和墙面的弹力
C.只要两个物体相互接触,就会产生弹力
D.只要发生形变就一定产生弹力
解析:物体在竖直方向上受重力和支持力平衡,在水平方向上虽然与墙面接触,但不挤压,不受墙面的弹力,选项A正确,B错误;产生弹力的两个条件是接触和发生弹性形变,故若两个物体相互接触但未发生弹性形变,则不产生弹力,选项C错误;物体发生形变时,不一定是弹性形变,所以形变的物体不一定产生弹力,选项D错误.
7.两个共点力的大小分别是18 N和10 N,对于它们合力的取值范围,下列正确的是( A )
A.8 N≤F≤28 N
B.0≤F≤8 N
C.0≤F≤28 N
D.10 N≤F≤28 N
解析:由两个力的合力取值范围|F1-F2|≤F≤F1+F2可知选项A正确.
8.如图所示,F1,F2是两个互相垂直的共点力,F1=60 N,F2=80 N,F1,F2的合力F的大小为( C )
A.60 N
B.80 N
C.100 N
D.140 N
解析:根据力的平行四边形定则可知,F==100 N,C正确.
9.已知某力的大小为10 N,则不可能将此力分解为下列哪些力( A )
A.3 N,3 N
B.6 N,6 N
C.100 N,100 N
D.400 N,400 N
解析:根据平行四边形定则得到两个分力的合力范围,合力范围为F1+F2≥F≥|F1-F2|,对于选项A,两个力合力的最大值为 3 N+3 N=6 N,小于10 N,故A不可能;对于B选项,6 N与6 N合力最大为12 N,最小0 N,可以为10 N,故B可能;对于C选项, 100 N 与100 N合力最大为200 N,最小为 0 N,可以为10 N,故C可能;对于D选项,400 N与400 N合力最大为800 N,最小为 0 N,可以为10 N,故D可能.
10.手压着桌面向前移动,会明显地感觉到有摩擦阻力阻碍手的移动.当手对桌面的压力增大时,摩擦阻力将( A )
A.增大
B.减小
C.不变
D.先减小后增大
解析:由滑动摩擦力f=μN可知,压力N越大,摩擦力f越大,故A正确.
11.如图所示,放在固定斜面上的物体处于静止状态,它所受静摩擦力的方向是( C )
A.垂直斜面向上
B.垂直斜面向下
C.沿斜面向上
D.沿斜面向下
解析:物体有沿斜面向下滑的趋势,因此,物体所受静摩擦力的方向沿斜面向上.
12.如图所示,放在光滑水平面上的一根轻质弹簧,左端固定在竖直墙壁上,右端在水平恒力F的作用下,在弹性限度内伸长了x,则弹簧的劲度系数和墙壁对弹簧的作用力大小分别是( A )
A.,F
B.,F
C.,2F
D.,2F
解析:由胡克定律F=kx可知,弹簧的劲度系数k=;根据力的作用是相互的,可知墙壁对弹簧的作用力大小也为F,选项A正确.
13.一同学取一根细线,将细线的一端系在右手中指上,另一端系上重物.用一支铅笔的尾部顶在细线上的某一点,使细线的上段保持水平、下段竖直向下,如图所示.细线对手指、铅笔对手掌均有作用力.对这两个力的方向判断都正确的是( D )
解析:由力的分解要按照实际效果去分解可知选项D正确.
14.如图所示,静止在水平桌面上的木块,在水平方向受到推力F1,F2和摩擦力f的作用.已知F1=10 N,F2=2 N,则木块受到的摩擦力大小为( A )
A.8 N B.2 N C.10 N D.12 N
解析:木块处于静止状态,则合力为0,f=F1-F2=8 N,方向向左.
15.物块P的重力是20 N,放在水平地板上,用弹簧测力计竖直向上拉物块.若弹簧测力计的示数为5 N,则地板对物块P的弹力是( C )
A.20 N,方向竖直向上
B.15 N,方向竖直向下
C.15 N,方向竖直向上
D.25 N,方向竖直向上
解析:物块受弹簧测力计的拉力和地板的弹力,两个力的合力与物块的重力平衡,若弹簧测力计的示数为5 N,则地板对物块P产生向上的弹力大小为15 N,故C正确.
16.如图所示,一根轻弹簧原长为x0,其上端固定在天花板上,下端悬挂一个质量为m的木块,木块处于静止状态时测得此时弹簧长度为x(弹簧的形变在弹性限度内,弹簧重力不计),则此弹簧的劲度系数为( D )
A.
B.
C.mg(x-x0)
D.
解析:根据二力平衡可知,弹簧弹力和重力大小相等,故有mg=kΔx=k(x-x0),所以劲度系数为k=,选项A,B,C错误,D正确.
17.如图所示,小华拉行李箱的力与水平方向成30°角,拉力大小为F=20 N,这个力可以分解为沿水平方向的分力F1和沿竖直方向的分力F2,则F1,F2的大小分别为( A )
A.F1=10 N,F2=10 N
B.F1=10 N,F2=10 N
C.F1= N,F2=20 N
D.F1=20 N,F2= N
解析:力的分解遵守平行四边形定则,则水平方向的分力F1=Fcos 30°=10 N,竖直方向的分力F2=Fsin 30°=10 N,故A正确.
18.下列四幅图展示了某同学做引体向上运动前的四种抓杠姿势,其中手臂受力最小的是( B )
解析:两手臂拉力的合力大小等于人的重力,两手臂的夹角越小,手臂拉力越小,所以B图所示情况手臂拉力最小,故B正确.
19.如图所示,物体A所受的重力为 50 N,A与水平地面间的动摩擦因数μ=0.1,在水平拉力作用下向右做匀速直线运动,则拉力( A )
A.方向水平向右,大小为5 N
B.方向水平向左,大小为5 N
C.方向水平向左,大小为50 N
D.方向水平向右,大小为50 N
解析:物体向右匀速运动,则合力为0,拉力F=f=μN=5 N,摩擦力方向向左,拉力方向向右,故A正确.
20.楼道中的电灯被细绳拉成如图(甲)所示的状态,其中OB水平,OA与水平方向的夹角θ=45°,电灯的重力为G,OA绳拉力为F1,OB绳拉力为F2.某同学对结点O正确作出如图(乙)所示的受力图(其中F表示F1和F2的合力),则( C )
A.F1=F2
B.F1C.F1>F2
D.F1=G
解析:由平行四边形定则及三角形知识可知,斜边OA大于直角边OB,即F1>F2.
第Ⅱ卷(非选择题 40分)
二、填空题(本大题有4小题,每小题6分,每空格2分,共24分)
21.一根劲度系数为k=400 N/m的轻质弹簧,当受到F1=8 N的压力作用时,该弹簧缩短了x1= m;当弹簧伸长量x2=0.05 m时,受到的拉力大小F2= N;当弹簧不受力时,劲度系数 (选填“不变”或“改变”).
解析:由胡克定律F=kx,可知弹簧的缩短量x1==0.02 m;当弹簧伸长量x2=0.05 m时,受到的拉力大小F2=kx2=400×0.05 N=20 N;劲度系数只与弹簧本身有关,因此当弹簧不受力时,劲度系数不变.
答案:0.02 20 不变
22.质量为1 kg的物体,静止在水平地面上.物体与地面间的动摩擦因数为0.4,最大静摩擦力与滑动摩擦力大小视为相等.给物体以F1=3 N的水平拉力,则地面对物体的摩擦力f= N;给物体以F2=10 N的水平拉力,则地面对物体的摩擦力f1= N;若给物体的水平拉力变为20 N时,地面对物体的摩擦力f2= N.(g取10 m/s2)
解析:由题可知,物体所受最大静摩擦力大小为fm=μN=0.4×10 N=4 N,水平拉力F1fm,物体受到的是滑动摩擦力,所以f1=4 N,同样水平拉力为20 N时,物体受滑动摩擦力f2=4 N.
答案:3 4 4
23.如图所示,质量为m的小滑块静止在半球体上,它与球心连线跟水平地面的夹角为θ,重力加速度为g,则小滑块受到的摩擦力大小f= ,方向 ,小滑块对半球体的压力大小F= .
解析:小滑块受力如图所示,则
f=mgcos θ,方向沿切线向上(如图所示)
N=mgsin θ,
根据牛顿第三定律,小滑块对半球体的压力大小F=N=mgsin θ.
答案:mgcos θ 沿切线向上 mgsin θ
24.降落伞由于受到水平方向的风力和空气阻力而沿与竖直方向成37°角的直线匀速下降.已知人与伞共重 800 N,则降落伞所受风力为 N,空气阻力为 N,合力为 N.
解析:对人和伞受力分析,如图所示,
根据平衡条件,
有F=Gtan 37°=600 N,f==1 000 N,
又因为降落伞匀速下降,可知合力为0.
答案:600 1 000 0
三、计算题(本大题有2小题,第25题6分,第26题10分,共16分.解题时要求写出必要的文字说明、方程式、演算步骤,只写最后答案而无演算过程的不得分,答案必须明确写出数值和单位)
25.
如图所示,水平地面上有一质量为6 kg的物体,在与水平方向成60°角斜向上,大小为20 N的拉力F作用下匀速运动,求地面对物体的支持力和摩擦力大小.(g取 10 m/s2)
解析:
对物体进行受力分析,如图所示,物体受重力mg、支持力N、拉力F、摩擦力f.建立直角坐标系,对力进行正交分解得
y方向:N+Fsin 60°-mg=0 (2分)
x方向:f-Fcos 60°=0 (2分)
解得N=(60-10)N,f=10 N. (2分)
答案:(60-10)N 10 N
26.
如图所示,轻质弹簧的劲度系数为k=20 N/cm,用其拉着一个重为200 N的物体在水平面上运动,当弹簧的伸长量为4 cm时,物体恰在水平面上做匀速直线运动.求:
(1)物体受到弹力的大小;
(2)物体与地面之间的动摩擦因数.
解析:(1)由F=kx. (3分)
得F=20×4 N=80 N. (2分)
(2)因为物体做匀速运动
则f=F
又因为f=μN=μmg (3分)
故μ===0.4. (2分)
答案:(1)80 N (2)0.4
