湖南省衡阳县2015-2016学年高中物理上学期期末复习四 三种性质力的理解和分析学案

期末复习学案四 三种性质力的理解和分析
一、力、重力、弹力和胡克定律
1、力和力的图示
(1)运动状态的变化：只要一个物体的速度变化了，不管是速度的大小还是速度的方向改变了，物体的运动状态就发生变化．
(2)力的作用效果：力能使物体的运动状态或形状发生改变．
(3)力是物体与物体之间的相互作用；力是矢量，不但有大小，而且有方向．
(4)力的图示：可以用带箭头的线段表示力．线段按一定比例(标度)画出，它的长短表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭尾(或箭头)表示力的作用点，线段所在的直线叫做力的作用线．
(5)力的示意图：只需要表示出力的方向和作用点的线段．
2、重力
(1)重力定义：由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力．
(2)大小：G＝mg.
(3)方向：总是竖直向下．
(4)重心：一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心．形状规则、质量均匀分布的物体的重心在几何中心上．
3、弹力和胡克定律
(1)弹力：发生形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生的力．
(2)几种弹力的方向
压力和支持力的方向都垂直于物体的接触面．
绳的拉力沿着绳且指向绳收缩的方向．
(3) 胡克定律
内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比．
公式：F＝kx，其中k为弹簧的劲度系数，单位：牛顿每米，符号：N/m，它的大小反映了弹簧的“软”、“硬”程度．
【例1】(2015福建泉州一中期末)如图所示，重物A和B用跨过滑轮的细绳相连，滑轮挂在静止的轻弹簧下，已知A重40N，B重18N，滑轮重4N，弹簧的劲度系数500N/m，不计绳重和摩擦，求物体A对支持面的压力和弹簧的伸长量。
针对训练 如下图所示，A、B两物体的重力分别是GA＝3 N，GB＝4 N．A用细线悬挂在顶板上，B放在水平面上，A、B间轻弹簧中的弹力F＝2 N，则细线中的张力T及B对地面的压力N的可能值分别是(　　)
A．5 N和6 N B．5 N和2 N C．1 N和6 N D．1 N和2 N
二、摩擦力
1、静摩擦力
(1)定义：两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动时产生的摩擦力叫做静摩擦力．
(2)方向：总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反．
(3)大小：当相对运动趋势增强时，静摩擦力也随着增大，但有一个限度，这个静摩擦力的最大值叫做最大静摩擦力．而两物体间实际发生的静摩擦力F在0与Fmax之间，即0＜F≤Fmax.
2、滑动摩擦力
(1)定义：当一个物体在另一个物体表面滑动时，会受到另一个物体阻碍它滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力．
(2)方向：总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动的方向相反．
(3)大小：两个物体间的滑动摩擦力的大小跟压力成正比，用公式表示为F＝μFN，其中μ是比例常数(它是两个力的比值，没有单位)，叫做动摩擦因数，它的数值跟相互接触的两个物体的材料有关，还跟接触面的情况(如粗糙程度)有关.
【例2】(2015安庆二中期末)摩擦力的实验中,用弹簧测力计水平拉一放在水平桌面上的小木块,小木块的运动状态和弹簧测力计的读数如下表所示(每次实验时,木块与桌面的接触面相同),则由下表分析可知( )
实验次数 小木块的运动状态 弹簧测力计读数(N)
1 静止 0.3
2 静止 0.5
3 直线加速 0.6
4 匀速直线 0.4
5 直线减速 0.2
A．木块受到的最大摩擦力为0.6 N
B．木块受到的最大静摩擦力可能为0.5 N
C．在这五次实验中,木块受到的摩擦力大小都是相同的
D．在这五次实验中,木块受到的摩擦力大小各不相同
针对训练 木块A、B分别重50 N和60 N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25；夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了2 cm，弹簧的劲度系数为400 N/m.A、B、弹簧组成的系统置于水平地面上静止不动．现用F＝1 N的水平拉力作用在木块B上，如下图所示，求力F作用后木块A、B所受摩擦力的大小．(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
三、物体的受力分析
受力分析的一般步骤
1．明确研究对象，即首先确定我们要分析哪个物体的受力情况，研究对象可以是单个物体(质点、结点)，也可以是两个(或多个)物体组成的整体；
2．隔离分析：将研究对象从周围物体中隔离出来，分析周围有哪些物体对它施加了力的作用；
3．按重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序，依据各力的方向，画出各力的示意图．
【例3】如下图所示，斜面小车M静止在光滑水平面上，一边紧贴墙壁．若再在斜面上加一物体m，且M、m相对静止，此时小车受力个数为（ ）
A．3 B．4 C．5 D．6
针对训练 如下图所示，木箱A中放一个光滑的铁球B，它们一起静止于斜面上，如果对铁球B(不包括木箱A)进行受力分析，则铁球B受力个数为（ ）
A．3个 B．4个 C．2个 D．1个
课时训练
1．关于重力的大小及重心的位置，以下说法中正确的是（ ）
A．重力是物体本身具有的力，大小与物体的质量成正比
B．静止在水平面上的物体对水平面的压力一定小于其所受的重力
C．重力只作用在物体的重心上，重心的位置总在物体的几何中心
D．重力是由于地球对物体的吸引而产生的，重力的施力物体是地球
2．人民英雄纪念碑坐落在天安门广场上．关于纪念碑对广场地面的压力F，下列说法正确的是( )
A．F就是纪念碑所受的重力
B．F是由于广场地面发生微小形变而产生的
C．F的作用点在纪念碑上
D．F的作用点在广场地面上
3．(2015福州八中期末)下列关于摩擦力的说法正确的是( )
A．相互压紧的粗糙物体间必有摩擦力
B．静摩擦力不一定随正压力增大而增大
C．静止的物体一定不会受到滑动摩擦力作用
D．摩擦力方向一定不会与物体运动方向相同
4．如下图所示，物体A、B、C叠放在水平桌面上，水平力F作用于C物体，使A、B、C以共同速度向右匀速运动，且三者相对静止，下面关于摩擦力的说法正确的是( )
A．A不受摩擦力作用
B．B不受摩擦力作用
C．C不受摩擦力作用
D．以A、B、C为整体，整体受到的摩擦力为零
5．(2015杭州期末联考)如图所示，某商场的台阶式自动扶梯，台阶面水平，扶手是成一定倾角的斜面。某顾客乘坐扶梯，随手将一小物体放在了倾斜扶手上，人、物体随梯一起匀速运动。匀速上行时，人受台阶的摩擦力为，扶手上物体受摩擦力为；匀速下行时，人受台阶的摩擦力为，扶手上物体受摩擦力为。关于这些摩擦力，下列说法正确的是( )
A．、、、均沿扶手向上
B．、均沿扶手向上，、均沿扶手向下
C．、均为零，沿扶手向上，均沿扶手向下
D．、均为零，、均沿扶手向上
6．(2015四川资阳期末)某钢管舞演员握住竖直的钢管表演各种舞蹈动作，关于她的一些运动，下列说法中正确的是( )
A．若沿钢管匀速上滑，她受到的摩擦力的方向是向下的
B．若沿钢管匀速下滑，她受到的摩擦力的方向是向上的
C．若匀速向上攀爬，她握钢管的力越大，受到的摩擦力也越大
D．她沿钢管匀速下滑时，手对钢管的握力比减速下滑时大
7．(2015哈尔滨六中期末)A、B、C是三个质量、材料完全一样的物块，三物块通过两根轻弹簧M、N相连接，弹簧M的劲度系数为k1，弹簧N的劲度系数为k2，k1=3k2．现三物块静止在水平面上，两弹簧均处于拉伸状态，且伸长量均为．由此可以判断，物块与水平面间的最大静摩擦力的大小至少应等于( )
A．k1Δx B．k2Δx C．（k1－k2）Δx D．（k1＋k2）Δx
8．如下图所示，A物体沿竖直墙自由下滑，B，C，D物体均静止．各接触面均粗糙．下列说法正确的是( )
A．A物体受到三个力作用 B．B物体受到三个力作用
C．C物体受到三个力作用 D．D物体受到三个力作用
9．(2015福建泉州一中期末)如图，质量为m的小球搁在光滑的斜面上，斜面倾角为α，悬挂小球的细线处于竖直张紧的状态，则细线上的拉力( )
A．小于mg B．大于mg C．等于mg D．等于零
10．如下图所示一个M＝2 kg的物体放在μ＝0.2的粗糙水平面上，用一条质量不计的细绳绕过定滑轮和一只m0＝0.1 kg的小桶相连，已知：M受到的最大静摩擦力Fmax＝4.5 N，滑轮上的摩擦不计，g取10 N/kg，求在以下情况中，M受到的摩擦力的大小．
(1)只挂m0处于静止状态时．
(2)只挂m0但在M上再放一个M′＝3 kg的物体时．
(3)只在桶内加入m1＝0.33 kg的砂子时．
(4)只在桶内加入m2＝0.5 kg的砂子时．
答案精析
【例1】
【答案】压力为22N（3分），弹簧伸长量0.08m（4分）
【解析】对A，支持面对物体A的支持力N= GB- GA=40-18=22N，由牛顿第三定律，物体A对支持面的压力N’= N=22N，方向竖直向下。
对滑轮的轴心，F=kx=2GB+ G轮，故弹簧的伸长量x==0.08m
针对训练
【答案】BC
【解析】弹簧如果处于被拉伸的状态，它将有收缩到原状的趋势，会向下拉A，向上提B，则B项正确；如果处于被压缩的状态，将向两边恢复原状，会向上顶A，向下压B，则C项正确，故选B、C
【例2】
【答案】B
【解析】当木块受到的拉力等于0.5N时，木块仍静止，而当拉力等于0.6N时做加速运动，故可知木块受到的最大静摩擦力可能为0.5 N，选项B正确A错误；1、2两次实验的静摩擦力分别为0.3N和0.5N，而3、4、5三次实验中摩擦力均为滑动摩擦力，都等于0.4N，故选项CD错误；故选B。
针对训练
【答案】8 N　9 N
【解析】没有施加力F时，木块A、B受力平衡，所受静摩擦力等于弹簧的弹力，即
FA＝FB＝F弹＝kx＝400×0.02 N＝8 N
木块B受到地面的最大静摩擦力为：FBm＝μGB＝0.25×60 N＝15 N
施加F后，对木块B有：F＋F弹则B所受摩擦力仍为静摩擦力，其大小为：FB′＝F＋F弹＝9 N
施加F后，木块A所受摩擦力仍为静摩擦力，大小为FA′＝F弹＝8 N
【例3】
【答案】B
【解析】先对物体m受力分析，受到重力、支持力和静摩擦力；再对M受力分析，受重力、m对它的垂直向下的压力和沿斜面向下的静摩擦力，同时地面对M有向上的支持力，共受到4个力；故选B
针对训练
【答案】A
【解析】对B球受力分析，受重力、斜面对球垂直斜面向上的支持力和箱子对球平行斜面向上的支持力，三力平衡：共3个力．
课时训练
1．【答案】D
【解析】重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，而不是物体本身具有的力．物体重力的计算式G＝mg，其中g的值与物体所处的地理位置有关，同一地点，g值相同，物体的重力与物体的质量成正比，不同地点，不同高度，g值一般不同，因此，不能说物体的重力大小与物体的质量成正比，A错误；静止在水平面上的物体，对水平面的压力大小等于物体的重力，B错误；重心是物体所受重力的等效作用点，重心的位置与物体的形状和质量分布均有关，只有形状规则、质量均匀分布时，重心的位置才总在物体的几何中心，故C也错误；由重力的产生可知，D项正确．
2．【答案】D
【解析】既然F是纪念碑对广场地面的压力，那么F的施力物体是纪念碑，受力物体是广场，A错误；F是由于纪念碑发生微小形变而产生的，B错误；F的作用点在广场地面上，C错误，D正确．
3．【答案】B
【解析】产生摩擦力的条件是：相互压紧的粗糙物体之间，如果有相对运动或者相对运动的趋势时会产生摩擦力，故选项A错误；静摩擦力大小与外力的大小有关，与正压力无关，不一定随正压力增大而增大，选项B正确；静止的物体如果相对一运动的物体有相对滑动，也可能受到滑动摩擦力作用，选项C错误；摩擦力方向与物体运动方向可以相同，也可以相反，但是与相对运动方向一定相反，选项D错误；故选B。
4．【答案】B
【解析】对整体分析可知，整体水平方向受拉力做匀速直线运动，故A应受到地面的摩擦力；故A、D错误；对B分析可知，B水平方向不受外力，AB间没有相对运动的趋势，故B不受摩擦力，故B正确；对C分析可知，C水平方向受向右的拉力做匀速直线运动，所以C受到向左的摩擦力，故C错误．故选B
5．【答案】D
【解析】当电梯匀速上行时，人受重力、支持力的作用，若电梯对人有摩擦力，则人不可能做匀速直线运动，故不受摩擦力；同理可知，当电梯匀速下行时，人也不受摩擦力，即、均为零；无论是匀速上行还是下行，物体所受的摩擦力都等于物体的重力在沿扶手向下的分力，方向沿扶手向上，即、均沿扶手向上，故选：D．
6．【答案】B
【解析】钢管舞演员若沿钢管匀速上滑，她受到的摩擦力的方向是向上的，选项A错误；若沿钢管匀速下滑，她受到的摩擦力的方向是向上的，选项B正确；若匀速向上攀爬，所受的摩擦力等于重力，大小不变，故选项C错误；她沿钢管匀速下滑时，所受的摩擦力等于重力，大小不变，选项D错误；故选B。
7．【答案】A
【解析】对A进行受力分析，A受到向右弹簧的拉力和向左的摩擦力，处于静止，故有
对B进行受力分析，B受到弹簧M给的向左的弹力，弹簧N给的向右的弹力，因为，所以还受到向右的摩擦力，故有，
对C进行受力分析，C受到N给的向左的弹力，向右的摩擦力，故有，所以
地面给的最大静摩擦力应能使得A物体保持静止，所以最大静摩擦力为，故A正确
8．【答案】BC
【解析】A：A物体沿竖直墙自由下滑，“自由”说明物体A与竖直墙之间不接触，没有弹力和摩擦力，因此A只受重力作用，故A选项错误；
B：B物体处于静止状态，受到重力、弹力、摩擦力三个力的作用，故B正确；
C：C物体受到重力和两个绳子的拉力，故C正确；
D：D物体处于静止状态，受到重力、支持力、绳子的拉力和摩擦力四个力的作用，故D错误．
9．【答案】C
【解析】悬挂小球的细线处于竖直张紧的状态，根据平衡条件可知，细线上的拉力T=mg。选项C正确。
10．【答案】(1)1 N　(2)1 N　(3)4.3 N　(4)4 N
【解析】(1)因为m0g＝1 N(2)在M上再放一个M′＝3 kg的物体，M仍静止，仍受静摩擦力F2＝F1＝m0g＝1 N.
(3)因为(m0＋m1)g＝4.3 N(4)因为(m0＋m2)g＝6 N>Fmax，故物体运动，受到滑动摩擦力作用，所以F4＝μFN＝μMg＝4 N.
B
A
α