新人教版高中物理必修第二冊(cè)：專題強(qiáng)化　三種性質(zhì)的力及物體的受力分析

專題強(qiáng)化三種性質(zhì)的力及物體

的受力分析第三章相互作用——力學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求1.能根據(jù)平衡法、假設(shè)法判定彈力的有無和方向.2.進(jìn)一步熟練掌握靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力方向的判定方法和大小的計(jì)算方法.3.學(xué)會(huì)對(duì)物體進(jìn)行初步受力分析的方法.科學(xué)思維：探究重點(diǎn)提升素養(yǎng)隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí)內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN01探究重點(diǎn)提升素養(yǎng)1.彈力的判斷(1)彈力有無的判斷“三法”：①條件法：根據(jù)物體是否直接接觸并發(fā)生彈性形變來判斷是否存在彈力.此方法多用來判斷形變較明顯的情況.②假設(shè)法：對(duì)形變不明顯的情況，可假設(shè)兩個(gè)物體間彈力不存在，看物體能否保持原有的狀態(tài).③狀態(tài)法：根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，利用牛頓第二定律(第四章學(xué)習(xí))或共點(diǎn)力平衡條件(第5節(jié)學(xué)習(xí))判斷彈力是否存在.彈力的判斷和計(jì)算一(2)彈力方向的確定.2.彈力的計(jì)算(1)對(duì)有明顯形變的彈簧、橡皮條等物體，彈力的大小可以由胡克定律F＝kx計(jì)算.(2)對(duì)于難以觀察的微小形變，可以根據(jù)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，運(yùn)用物體平衡條件或牛頓第二定律(第四章學(xué)習(xí))來確定彈力大小.例1在圖1中畫出小球A所受彈力的示意圖(已知各接觸面都是光滑的且各圖中小球A均處于靜止?fàn)顟B(tài)).答案

如圖所示圖1解析

用假設(shè)法判斷.題圖甲中，若拿走B球，A球?qū)⑾蛴蚁逻\(yùn)動(dòng)，說明A、B間有彈力；若剪斷繩子，A球?qū)⑾蜃笙逻\(yùn)動(dòng)，說明繩子對(duì)A有沿繩向上的彈力.題圖乙中，若拿走A球，B球?qū)⑾蛳逻\(yùn)動(dòng)，說明A、B間有彈力；將容器左壁或底拿走，A球均會(huì)運(yùn)動(dòng)，說明容器左壁和底對(duì)A也有彈力作用.題圖丙中，A球受到地面的支持力，斜面對(duì)A球沒有力的作用.題圖丁中輕桿給A球的彈力FN并不沿著輕桿的方向，F(xiàn)N的方向應(yīng)豎直向上.例2三個(gè)質(zhì)量均為1kg的相同木塊a、b、c和兩個(gè)勁度系數(shù)均為500N/m的相同輕彈簧p、q用輕繩連接，如圖2所示，其中a放在光滑水平桌面上.開始時(shí)p彈簧處于原長(zhǎng)，木塊都處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)用水平力F緩慢地向左拉p彈簧的左端，直到c木塊剛好離開水平地面為止，g取10m/s2.該過程p彈簧的左端向左移動(dòng)的距離是A.4cm B.6cmC.8cm D.10cm√圖2解析

“緩慢地拉動(dòng)”說明系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)，該過程中p彈簧的左端向左移動(dòng)的距離等于兩個(gè)彈簧長(zhǎng)度變化量之和；最初，p彈簧處于原長(zhǎng)，而q彈簧受到豎直向下的壓力FN1＝mbg＝10N，最終c木塊剛好離開水平地面，q彈簧受到豎直向下的拉力FN2＝mcg＝10N，所以p彈簧的左端向左移動(dòng)的距離x＝x1＋x2＋x3＝8cm.摩擦力的分析與計(jì)算二1.摩擦力有無的判斷方法(1)條件法：根據(jù)摩擦力產(chǎn)生的條件判斷.(2)假設(shè)法：假設(shè)接觸面光滑，若物體原先的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，說明存在摩擦力；否則不存在摩擦力.(3)狀態(tài)法：由物體所處的狀態(tài)分析，若物體靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)初中學(xué)過的二力平衡的知識(shí)可判斷是否存在摩擦力.(4)力的相互作用法：當(dāng)一物體所受摩擦力方向不易判斷時(shí)，可先確定與之相互作用的另一物體所受摩擦力情況，然后根據(jù)牛頓第三定律作出判斷.2.摩擦力大小的計(jì)算(1)靜摩擦力的大?、凫o摩擦力的大小通常要通過受力情況和平衡條件進(jìn)行計(jì)算，隨著產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力的變化而變化.②最大靜摩擦力Fmax的大小隨物體對(duì)接觸面的壓力的增大而增大，其值略大于滑動(dòng)摩擦力，高中階段為了計(jì)算方便，往往認(rèn)為最大靜摩擦力大小等于滑動(dòng)摩擦力.(2)滑動(dòng)摩擦力的大小計(jì)算公式Ff＝μFN公式中FN為接觸面受到的正壓力，與物體的重力G是兩種性質(zhì)的力，大小和方向不一定與重力相同，F(xiàn)f與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)速度的大小、接觸面積的大小均無關(guān).例3

如圖3所示，一輛汽車在平直公路上向右行駛，車上有一木箱，試判斷下列情況中木箱所受的摩擦力種類及摩擦力的方向.(1)汽車由靜止向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí)(木箱和車無相對(duì)滑動(dòng))；解析

木箱隨汽車一起由靜止加速運(yùn)動(dòng)，假設(shè)二者的接觸面是光滑的，則汽車加速時(shí)，木箱由于慣性要保持原來相對(duì)地面的靜止?fàn)顟B(tài)，因此它將相對(duì)于汽車向左滑動(dòng)，而實(shí)際上木箱與汽車無相對(duì)滑動(dòng)，即相對(duì)靜止，說明木箱有相對(duì)汽車向左滑動(dòng)的趨勢(shì)，所以木箱受到向右的靜摩擦力.答案

靜摩擦力、向右圖3(2)汽車剎車時(shí)(木箱和車無相對(duì)滑動(dòng))；解析

汽車剎車時(shí)，速度減小，假設(shè)木箱與汽車的接觸面是光滑的，則木箱將相對(duì)汽車向右滑動(dòng)，而實(shí)際上木箱沒有滑動(dòng)，說明木箱有相對(duì)汽車向右滑動(dòng)的趨勢(shì)，所以木箱受到向左的靜摩擦力.答案

靜摩擦力、向左(3)汽車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)(木箱和車無相對(duì)滑動(dòng))；解析

木箱隨汽車一起勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，二者無相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，因而木箱不受摩擦力.答案

無摩擦力(4)汽車剎車，木箱在車上滑動(dòng)時(shí)；解析

汽車剎車，木箱相對(duì)于汽車向右滑動(dòng)，可知木箱受到向左的滑動(dòng)摩擦力.答案

滑動(dòng)摩擦力、向左(5)汽車突然加速，木箱在車上滑動(dòng)時(shí).解析

汽車突然加速，木箱相對(duì)于汽車向左滑動(dòng)，可知木箱受到向右的滑動(dòng)摩擦力.答案

滑動(dòng)摩擦力、向右例4

(2019·河北師大附中期中)把一個(gè)重為G的物體，用一個(gè)水平力F＝kt(k為恒量，t為時(shí)間)壓在豎直的足夠高的粗糙墻壁上，物體與墻壁間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，如圖4所示，從t＝0開始物體所受的摩擦力Ff隨t的變化關(guān)系正確的是圖4√解析

由于物體受到的水平推力為F＝kt，由二力平衡得，墻壁與物體間的彈力FN＝kt.當(dāng)F比較小時(shí)，物體所受的摩擦力Ff小于物體的重力G，物體將沿墻壁下滑，此時(shí)物體與墻壁間的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，由公式可得，滑動(dòng)摩擦力大小Ff＝μkt.當(dāng)摩擦力Ff大小等于重力G時(shí)，物體有速度，不能立即停止運(yùn)動(dòng)，物體受到的摩擦力仍然是滑動(dòng)摩擦力；當(dāng)摩擦力大于重力時(shí)，物體做減速運(yùn)動(dòng)直至靜止，靜止時(shí)滑動(dòng)摩擦力將變?yōu)殪o摩擦力，靜摩擦力與正壓力無關(guān)，跟重力始終平衡，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤.物體的受力分析三受力分析的一般步驟1.明確研究對(duì)象.研究對(duì)象可以是單個(gè)物體(質(zhì)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn))，也可以是兩個(gè)(或多個(gè))物體組成的整體.2.隔離分析：將研究對(duì)象從周圍物體中隔離出來.3.按重力、彈力、摩擦力、其他力的順序，依據(jù)各力的方向，畫出各力的示意圖.例5

(多選)如圖5所示，有三個(gè)相同的物體疊放在一起，置于粗糙的水平地面上，現(xiàn)用水平力F作用在B上，三個(gè)物體仍然靜止，下列說法中正確的是A.B對(duì)A有摩擦力作用B.B受到A、C的摩擦力作用C.B受到C的摩擦力作用D.地面對(duì)C有摩擦力作用，大小等于F解析

假設(shè)B對(duì)A有摩擦力作用，則A水平方向受力不能平衡，與題給條件不符，所以B對(duì)A無摩擦力作用，A錯(cuò)誤.根據(jù)力的相互性可知，A對(duì)B也無摩擦力作用，B錯(cuò)誤.假設(shè)C對(duì)B無摩擦力作用，則B在水平方向上只受力F作用，不可能保持靜止，與題給條件不符，故B受到C的摩擦力作用，C正確.由于A、B、C是保持靜止的，那么地面給C的摩擦力大小為F，方向向左，D正確.圖5√√針對(duì)訓(xùn)練

(2019·泰安一中期中)如圖6所示，物體A、B、C疊放在水平桌面上，力F作用在物體C上后，各物體仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，那么以下說法正確的是A.A受的各個(gè)摩擦力之和不為零B.A、B、C三個(gè)物體組成的整體所受摩擦力為零C.C不受摩擦力作用D.B不受摩擦力作用解析

A處于靜止?fàn)顟B(tài)，所受各個(gè)摩擦力之和為零，故A錯(cuò)誤；對(duì)A、B、C三個(gè)物體組成的整體，因?yàn)楸３朱o止?fàn)顟B(tài)，所以整體在水平方向受到向右的力F和向左的摩擦力，則整體所受摩擦力不為零，故B錯(cuò)誤；C水平方向受到力F作用，由平衡條件知，C所受摩擦力應(yīng)水平向左，故C錯(cuò)誤；B不受摩擦力，否則不能受力平衡，不能保持靜止，故D正確.圖6√02隨堂演練逐點(diǎn)落實(shí)1231.(彈力的判斷和計(jì)算)(2019·黑龍江實(shí)驗(yàn)中學(xué)期中)如圖7所示，物體A分別與水平面、豎直墻面以及物體B緊密接觸，所有接觸面均光滑，A、B均靜止，則A.物體A受三個(gè)彈力作用B.物體A受兩個(gè)彈力作用C.物體B受兩個(gè)彈力作用D.物體A和物體B均只受一個(gè)彈力作用4√圖7解析

A、B兩物體沒有相互擠壓，它們之間無彈力作用，A所受的彈力只有地面的支持力，B所受的彈力也只有地面的支持力.2.(摩擦力的分析與計(jì)算)如圖8所示，物體A的質(zhì)量為1kg，置于水平地面上，物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，從t＝0開始，物體以一定的初速度v0向右滑行的同時(shí)，受到一個(gè)水平向左、大小恒為F0＝1N的作用力，則反映物體受到的摩擦力Ff隨時(shí)間變化的圖像正確的是(取向右為正方向，g取10N/kg)1234√圖81234解析

物體A向右滑動(dòng)時(shí)，受到地面向左的滑動(dòng)摩擦力，由Ff1＝μmg，得Ff1＝2N；物體靜止后，因受到向左的拉力F0＝1N<Ff1，故物體A不再運(yùn)動(dòng).由二力平衡可知，物體A受到向右的靜摩擦力，F(xiàn)f2＝F0＝1N，故C正確.3.(物體的受力分析)分別畫出圖9中小球的受力示意圖.(圖甲中小球用細(xì)繩懸掛著靜止在光滑的斜面上，乙中小球用細(xì)繩掛著靜止在桌角上，丙中小球固定在桿上)1234答案如圖所示圖94.(物體的受力分析)(2019·濟(jì)南一中期中)我國(guó)的高鐵技術(shù)在世界處于領(lǐng)先地位，高鐵(如圖10甲所示)在行駛過程中非常平穩(wěn)，放在桌上的水杯幾乎感覺不到晃動(dòng).圖乙為高鐵車廂示意圖，A、B兩物塊相互接觸地放在車廂里的水平桌面上，兩物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，A的質(zhì)量比B的質(zhì)量大，車廂在平直的鐵軌上向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，A、B相對(duì)于桌