高中物理必修《重力彈力摩擦力》教學(xué)課件15

重力彈力摩擦力1．重力(1)產(chǎn)生：由于__________的吸引而使物體受到的力．(2)大小：與物體的質(zhì)量成________，即G＝________.可用______________測(cè)量重力．(3)方向：總是__________的．(4)重心：其位置與物體的__________分布和__________有關(guān)．地球正比mg彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下質(zhì)量形狀2．彈力(1)定義：發(fā)生____________的物體由于要恢復(fù)原狀而對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生的作用力．(2)產(chǎn)生的條件①物體間直接__________；②接觸處發(fā)生__________.(3)方向：總是與物體形變的方向__________.彈性形變接觸彈性形變相反3．胡克定律(1)內(nèi)容：在_____________內(nèi)，彈力的大小跟彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度x成__________.(2)表達(dá)式：F＝__________.k是彈簧的____________，由彈簧自身的性質(zhì)決定，單位是___________，用符號(hào)__________表示．x是彈簧長(zhǎng)度的__________，不是彈簧形變以后的長(zhǎng)度．彈性限度正比kx勁度系數(shù)牛頓每米N/m變化量4．滑動(dòng)摩擦力和靜摩擦力的對(duì)比相對(duì)靜止相對(duì)運(yùn)動(dòng)粗糙壓力相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)粗糙壓力相對(duì)運(yùn)動(dòng)0相反相反相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)1．請(qǐng)判斷下列表述是否正確．(1)重力就是地球?qū)ξ矬w的吸引力．(

)(2)物體的重心一定在物體上．(

)(3)物體所受彈力的方向與其形變方向相同．(

)(4)繩對(duì)物體的拉力方向總是豎直向上．(

)(5)桿的彈力方向不一定沿桿的方向．(

)××√×√(6)摩擦力的方向一定與物體運(yùn)動(dòng)方向相反．(

)(7)靜摩擦力一定是阻力，滑動(dòng)摩擦力不一定是阻力．(

)(8)運(yùn)動(dòng)的物體不可能受到靜摩擦力的作用．(

)(9)正壓力越大，摩擦力可能越大，也可能不變．(

)(10)動(dòng)摩擦因數(shù)與接觸面積有關(guān)，相同材料的兩物體接觸面積越大，動(dòng)摩擦因數(shù)越大．(

)×××√×2．如圖所示，小木塊與小球通過(guò)輕桿連接，在小木塊勻速滑上斜面和勻速滑下斜面過(guò)程中，輕桿對(duì)小球作用力(

)A．上滑時(shí)大 B．下滑時(shí)大C．一樣大 D．無(wú)法判斷3．下列關(guān)于重力和重心的說(shuō)法正確的是(

)A．物體所受的重力就是地球?qū)ξ矬w產(chǎn)生的吸引力B．物體靜止時(shí)，對(duì)水平支持物的壓力就是物體的重力C．用細(xì)線將物體懸掛起來(lái)，靜止時(shí)物體的重心一定在懸線所在的直線上D．重心就是物體所受重力的等效作用點(diǎn)，故重心一定在物體上CC一彈力有無(wú)的判斷[例1](2017·陜西西安調(diào)研)如圖所示，在一個(gè)正方體的盒子中放有一個(gè)質(zhì)量分布均勻的小球，小球的直徑恰好和盒子內(nèi)表面正方體的棱長(zhǎng)相等，盒子沿傾角為α的固定斜面滑動(dòng)，不計(jì)一切摩擦，下列說(shuō)法中正確的是(

)A．無(wú)論盒子沿斜面上滑還是下滑，球都僅對(duì)盒子的下底面有壓力B．盒子沿斜面下滑時(shí)，球?qū)凶拥南碌酌婧陀覀?cè)面有壓力C．盒子沿斜面下滑時(shí)，球?qū)凶拥南碌酌婧妥髠?cè)面有壓力D．盒子沿斜面上滑時(shí)，球?qū)凶拥南碌酌婧妥髠?cè)面有壓力[思維導(dǎo)引]采用假設(shè)法，可假設(shè)小球僅對(duì)盒子的下底有壓力，判斷兩者運(yùn)動(dòng)是否相同．A解析

先以盒子和小球組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，無(wú)論上滑還是下滑，用牛頓第二定律均可求得系統(tǒng)的加速度大小為a＝gsinα，方向沿斜面向下，由于盒子和小球始終保持相對(duì)靜止，所以小球的加速度大小也是a＝gsinα，方向沿斜面向下，小球沿斜面向下的重力分力大小恰好等于所需的合外力，因此不需要盒子的左、右側(cè)面提供彈力．故選項(xiàng)A正確．對(duì)于形變明顯的物體，由形變情況直接判斷彈力情況，對(duì)于形變不明顯的物體通常用“假設(shè)法”和“替換法”，有時(shí)要根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)判定彈力情況．1．彈力方向的確定2．計(jì)算彈力大小的三種方法(1)根據(jù)胡克定律進(jìn)行求解．(2)根據(jù)力的平衡條件進(jìn)行求解．(3)根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行求解．二彈力方向的確定和大小的計(jì)算D[思維導(dǎo)引]①小車靜止時(shí)，分析小球受力，利用平衡條件確定桿對(duì)小球的彈力的大小和方向．②小車加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，分析小球受力，利用牛頓第二定律確定桿對(duì)球的彈力的大小和方向．[例3]緩沖裝置可抽象成如圖所示的簡(jiǎn)單模型，圖中A、B為原長(zhǎng)相等、勁度系數(shù)分別為k1、k2(k1≠k2)的兩個(gè)不同的輕質(zhì)彈簧．下列表述正確的是(

)A．裝置的緩沖效果與兩彈簧的勁度系數(shù)無(wú)關(guān)B．墊片向右移動(dòng)穩(wěn)定后，兩彈簧產(chǎn)生的彈力之比F1∶F2＝k1∶k2

D[思維導(dǎo)引]①分析穩(wěn)定后，兩彈簧之間相互彈力作用的關(guān)系．②利用胡克定律計(jì)算兩個(gè)彈簧的形變量和長(zhǎng)度．解析

裝置的緩沖效果與彈簧的勁度系數(shù)有關(guān)；根據(jù)力的作用是相互的可知：輕質(zhì)彈簧A、B中的彈力是相等的，即k1x1＝k2x2，所以兩彈簧的壓縮量之比x1∶x2＝k2∶k1，故選項(xiàng)D正確．1．靜摩擦力有無(wú)的判斷(1)假設(shè)法靜摩擦力的方向一定與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，利用“假設(shè)法”可以判斷出物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向．假設(shè)法(如圖所示)三靜摩擦力的大小和方向(2)狀態(tài)法此法關(guān)鍵是先判明物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(即加速度的方向)，再利用牛頓第二定律(F＝ma)確定合力，然后通過(guò)受力分析確定靜摩擦力的大小及方向．(3)牛頓第三定律法此法的關(guān)鍵是抓住“力是物體間的相互作用”，先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向，再根據(jù)“力的相互性”確定另一物體受到的靜摩擦力方向．2．靜摩擦力的計(jì)算方法(1)最大靜摩擦力Ffmax的計(jì)算最大靜摩擦力Ffmax只在剛好要發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)這一特定狀態(tài)下才表現(xiàn)出來(lái)．比滑動(dòng)摩擦力稍大些，通常認(rèn)為二者相等，即Ffmax＝μFN.

(2)一般靜摩擦力的計(jì)算一般靜摩擦力F的大小和方向都與產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力密切相關(guān)，跟接觸面間相互擠壓的彈力FN無(wú)直接關(guān)系，因此具有大小、方向的可變性．對(duì)具體問(wèn)題要結(jié)合研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(靜止、勻速運(yùn)動(dòng)或加速運(yùn)動(dòng))，利用平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程求解．[例4](2018·寧夏銀川檢測(cè))指明物體A在以下四種情況下所受的靜摩擦力的方向．(1)物體A靜止于斜面上，如圖甲所示；(2)物體A受到水平拉力F作用而仍靜止在水平面上，如圖乙所示；(3)物體A放在車上，在剎車過(guò)程中A相對(duì)于車廂靜止，如圖丙所示；(4)物體A在水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，隨轉(zhuǎn)臺(tái)一起勻速運(yùn)動(dòng)，如圖丁所示．解析

運(yùn)用假設(shè)法不難判斷出題圖甲斜面上的物體有沿斜面向下滑動(dòng)的趨勢(shì)，所受的靜摩擦力沿斜面向上；題圖乙中的物體A有向右滑動(dòng)的趨勢(shì)，所受靜摩擦力沿水平面向左．對(duì)乙圖中的A物體也可以根據(jù)共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件判定所受靜摩擦力的方向水平向左．題圖丙中，A物體隨車一起向右減速運(yùn)動(dòng)，其加速度方向水平向左，由A物體的受力情況及牛頓第二定律可知，A物體所受靜摩擦力水平向左(與加速度同向)；題圖丁中，A物體隨轉(zhuǎn)臺(tái)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其加速度方向總指向圓心，由A物體的受力情況及牛頓第二定律可知，A受到的靜摩擦力也總指向圓心．答案

見(jiàn)解析應(yīng)用“狀態(tài)法”解題時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題狀態(tài)法是分析判斷靜摩擦力有無(wú)及方向、大小的常用方法，在使用狀態(tài)法處理問(wèn)題時(shí)，需注意以下兩點(diǎn)：(1)明確物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分析物體的受力情況，根據(jù)平衡方程或牛頓定律求解靜摩擦力的大小和方向．(2)靜摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向沒(méi)有必然關(guān)系，可能相同，也可能相反，還可能成一定的夾角．1．產(chǎn)生的條件(1)兩物體相互接觸且擠壓，發(fā)生形變，產(chǎn)生彈力．(2)兩接觸面粗糙．(3)兩物體沿接觸面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)．以上三個(gè)條件必須同時(shí)具備，才會(huì)有滑動(dòng)摩擦力存在．四滑動(dòng)摩擦力的大小和方向2．在計(jì)算滑動(dòng)摩擦力的公式Ff＝μFN中，μ為動(dòng)摩擦因數(shù)，其大小與接觸面的材料、表面的粗糙程度有關(guān)；FN為兩接觸面間的正壓力，其大小不一定等于物體的重力．3．滑動(dòng)摩擦力的大小與物體的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，與接觸面積也無(wú)關(guān)．4．滑動(dòng)摩擦力的方向總是與物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反，但不一定與物體運(yùn)動(dòng)方向相反．[例5](2017·吉林長(zhǎng)春檢測(cè))如圖所示，質(zhì)量為m的工件置于水平放置的鋼板C上，二者間動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，由于固定的光滑導(dǎo)槽A、B的控制，工件只能沿水平導(dǎo)槽運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)使鋼板以速度v1向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)用F拉動(dòng)工件(F方向與導(dǎo)槽平行)使其以速度v2沿導(dǎo)槽運(yùn)動(dòng)，則F的大小為(

)A．等于μmg B．大于μmgC．小于μmg D．不能確定C解析

鋼板以速度v1向右運(yùn)動(dòng)，則工件以等大速度相對(duì)鋼板向左移動(dòng)，設(shè)為v1′，同時(shí)工件被拉動(dòng)也具有另一速度v2，故工件相對(duì)于鋼板的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)是v1′與v2的合成，即如上圖中的速度v.滑動(dòng)摩擦力阻礙二者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故工件所受摩擦力Ff與v方向相反，要使工件沿導(dǎo)槽勻速運(yùn)動(dòng)，所施加的拉力只需與Ff一個(gè)分力平衡，故F<Ff＝μmg.解決摩擦力突變問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)物體受到的外力發(fā)生變化時(shí)，物體受到的摩擦力的種類就有可能發(fā)生突變．解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵是：正確對(duì)物體受力分析和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，從而找到物體摩擦力的突變“臨界點(diǎn)”．常見(jiàn)類型如下：(1)靜—靜“突變”當(dāng)作用在物體上的其他力的合力發(fā)生變化時(shí)，物體仍保持靜止，而所受靜摩擦力方向發(fā)生180°“突變”，則“突變”點(diǎn)是靜摩擦力為零時(shí)．五摩擦力突變問(wèn)題(2)動(dòng)—?jiǎng)印巴蛔儭蹦澄矬w相對(duì)于另一物體滑動(dòng)的過(guò)程中，若相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向變了，則滑動(dòng)摩擦力方向發(fā)生“突變”，“突變”點(diǎn)為兩物體相對(duì)速度為零時(shí)．(3)靜—?jiǎng)印巴蛔儭蔽矬w在摩擦力和其他力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)其他力變化時(shí)，如果物體不能保持靜止?fàn)顟B(tài)，則物體受到的靜摩擦力將“突變”成滑動(dòng)摩擦力，“突變”點(diǎn)為靜摩擦力達(dá)到最大值時(shí)．(4)動(dòng)—靜“突變”兩物體相對(duì)減速滑動(dòng)的過(guò)程中，若相對(duì)速度變?yōu)榱悖瑒t滑動(dòng)摩擦力“突變”為靜摩擦力，“突變”點(diǎn)為兩物體相對(duì)速度剛好為零時(shí)．[例6](多選)如圖所示，將兩相同的木塊a、b置于粗糙的水平地面上，中間用一輕彈簧連接，兩側(cè)用細(xì)繩系于墻壁．開(kāi)始時(shí)a、b均靜止，彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，兩細(xì)繩均有拉力，a所受摩擦力Ffa≠0，b所受摩擦力Ffb＝0.現(xiàn)將右側(cè)細(xì)繩剪斷，則剪斷瞬間(

)A．Ffa大小不變 B．Ffa方向改變C．Ffb仍然為零 D．Ffb方向向右解析

剪斷右側(cè)繩的瞬間，右側(cè)繩上拉力突變?yōu)榱?，而彈簧?duì)兩木塊的拉力沒(méi)有發(fā)生突變，與原來(lái)一樣，所以b相對(duì)地面有向左的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，受到靜摩擦力Ffb方向向右，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確，剪斷右側(cè)繩的瞬間，木塊a受到的各力都沒(méi)有發(fā)生變化，選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤．AD[例7]傳送帶以恒定的速率v＝10m/s運(yùn)動(dòng)，已知它與水平面成α＝37°，如圖所示，PQ＝16m，將一個(gè)小物體無(wú)初速度地放在P點(diǎn)，小物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.5，問(wèn)當(dāng)傳送帶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小物體運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)的時(shí)間為多少？(cos37°＝0.8，sin37°＝0.6，g取10m/s2)解析

當(dāng)傳送帶逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)物體受力分析：重力mg、支持力N和摩擦力Ff(方向向下)則由牛頓第二定律有mgsinα＋μmgcosα＝ma1代入數(shù)據(jù)解得a1＝10m/s2(方向沿斜面向下)，故當(dāng)經(jīng)過(guò)時(shí)間t＝1s后，物體的速度與傳送帶相同，此時(shí)物體運(yùn)動(dòng)了5m，則在此后的過(guò)程中摩擦力Ff的方向沿斜面向上．1．如圖所示，A為長(zhǎng)木板，在水平地面上以速度v1向右運(yùn)動(dòng)，物塊B在木板A的上面以速度v2向右運(yùn)動(dòng)，下列判斷正確的是(A、B間不光滑)(

)A．若是v1＝v2，A、B之間無(wú)滑動(dòng)摩擦力B．若是v1>v2，A受到了B所施加向右的滑動(dòng)摩擦力C．若是v1<v2，B受到了A所施加向右的滑動(dòng)摩擦力D．若是v1>v2，B受到了A所施加向左的滑動(dòng)摩擦力A解析

當(dāng)v1＝v2時(shí)，A、B之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它們之間沒(méi)有滑動(dòng)摩擦力；當(dāng)v1>v2時(shí)，以B為參考系，A向右運(yùn)動(dòng)，它受到B施加向左的滑動(dòng)摩擦力，B則受到A施加向右的滑動(dòng)摩擦力；當(dāng)v1<v2時(shí)，以A為參考系，B向右運(yùn)動(dòng)，B受到A施加向左的滑動(dòng)摩擦力，A受到B施加向右的滑動(dòng)摩擦力．選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤．2．如圖所示，四個(gè)完全相同的彈簧都處于水平位置，它們的右端受到大小皆為F的拉力作用，而左端的情況各不相同：①中彈簧的左端固定在墻上；②中彈簧的左端受大小也為F的拉力作用；③中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在光滑的桌面上滑動(dòng)；④中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在有摩擦的桌面上滑動(dòng)．若認(rèn)為彈簧的質(zhì)量都為零，以l1、l2、l3、l4依次表示四個(gè)彈簧的伸長(zhǎng)量，則有(

)A．l2>l1 B．l4>l3C．l1>l3 D．l2＝l4D解析

由于彈簧質(zhì)量不考慮，所以四種情況下彈簧的伸長(zhǎng)量只由力F決定，力F相同，則彈簧伸長(zhǎng)量相同，故選項(xiàng)D正確．3．一木塊放在是水平桌面上，在水平方向共受到三個(gè)力即F1、F2和摩擦力的作用，木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖所示，其中F1＝10N，F(xiàn)2＝2N，若撤去F1，則木塊受到的摩擦力為(

)A．10N，方向向左 B．6N，方向向右C．2N，方向向右 D．0解析

當(dāng)物體受F1、F2及摩擦力的作用而處于平衡狀態(tài)時(shí)，由平衡條件可知物體所受的摩擦力的大小為8N，方向向左，可知最大靜摩擦力Ffmax≥8N．當(dāng)撤去力F1后，F(xiàn)2＝2N<Ffmax，物體仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，由平衡條件可知物體的受的靜摩擦力大小和方向發(fā)生突變，且與作用在物體上的F2等大反向，選項(xiàng)C正確．C5．木塊A、B分別重50N和60N，它們與水平地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.25；夾在A、B之間的輕彈簧被壓縮了2cm，彈簧的勁度系數(shù)為400N/m.系統(tǒng)置于水平地面上靜止不動(dòng)．現(xiàn)用F＝1N的水平拉力作用在木塊B上，如圖所示，求力F作用后木塊A、B所受摩擦力的大?。?．(1)一重為G的三角形物塊靜止在傾角為α的光滑斜面上且用豎直光滑擋板擋住，如圖甲所示，求斜面與擋板對(duì)物塊的彈力大?。?2)一重為G的物體放在光滑斜面上且與斜面一起向左以加速度a做勻加運(yùn)動(dòng)，物體與斜面間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，如圖乙所示，求斜面對(duì)物體的彈力大?。甗例1](2017·湖南岳陽(yáng)質(zhì)檢·6分)(多選)如圖所示為表面粗糙的傾斜皮帶傳輸裝置，皮帶的傳動(dòng)速度保持不變．物體被無(wú)初速度地放在皮帶的底端A處，開(kāi)始時(shí)物體在皮帶上滑動(dòng)，當(dāng)它到達(dá)位置B后就不再相對(duì)皮帶滑動(dòng)，而是隨皮帶一起勻速運(yùn)動(dòng)，直至傳送到頂端C，在傳送過(guò)程中，物體受到的摩擦力(

)A．在AB段為沿皮帶向上的滑動(dòng)摩擦力B．在AB段為沿皮帶向下的滑動(dòng)摩擦力C．在BC段不受靜摩擦力D．在BC段受沿皮帶向上的靜摩擦力錯(cuò)誤致錯(cuò)原因扣分B當(dāng)物體被無(wú)初速度地放在皮帶底端A處，在皮帶上向上滑動(dòng)的過(guò)程中(即AB段)，容易誤判摩擦力方向沿皮帶向下，是因?yàn)闆](méi)有理解滑動(dòng)摩擦力的方向是與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向