【創(chuàng)新設(shè)計】2020-2021學年高中物理學案：3章-相互作用-章末整合(人教版必修1)

章末整合一、對摩擦力的理解1．對摩擦力的生疏圖1(1)摩擦力不肯定是阻力，也可以是動力．(2)靜摩擦力的方向不肯定與運動方向共線，但肯定沿接觸面的切線方向．如圖1所示，A、B一起向右做勻加速運動，則A所受摩擦力方向與運動方向不全都．2．求解摩擦力的方法(1)靜摩擦力用二力平衡來求解．(2)滑動摩擦力用公式F＝μFN來求解，其中FN是物體所受的正壓力，不肯定是物體所受的重力，而且要留意滑動摩擦力的大小與運動速度和接觸面積無關(guān)．圖2例1如圖2所示，木塊放在水平地面上，在F＝8N的水平拉力作用下向右做勻速直線運動，速度為1m/s，則下列說法中正確的是()A．以1m/s的速度做勻速直線運動時，木塊受到的摩擦力為8NB．當木塊以2m/s的速度做勻速直線運動時，木塊受到的摩擦力小于8NC．當水平拉力F＝20N時，木塊受到的摩擦力為20ND．將水平拉力F撤去，木塊速度越來越小，是由于木塊受到的摩擦力越來越大解析木塊在F＝8N的水平拉力作用下做勻速直線運動，說明物體受到的滑動摩擦力也為8N．A、B、C、D四種狀況下，木塊與地面間的摩擦力均為滑動摩擦力，故都為8N．A正確，B、C、D錯誤．答案A圖3例2如圖3所示，位于斜面上的物塊M在沿斜面對上的力F作用下，處于靜止狀態(tài)，則斜面作用于物塊的靜摩擦力()A．方向肯定沿斜面對下B．方向可能沿斜面對下C．大小可能等于零D．大小可能等于F解析以物塊M為爭辯對象進行受力分析可知，物塊M受豎直向下的重力、垂直斜面對上的彈力FN、平行斜面對上的力F以及平行于斜面方向的靜摩擦力，如圖所示(靜摩擦力未畫出)．靜摩擦力的方向與相對運動趨勢方向相反，但這里無法直接確定，則可假設(shè)斜面光滑，此時物塊向上還是向下運動取決于沿斜面方向向上的力F及沿斜面對下的重力的分力Gsinθ的大?。擣>Gsinθ時，物塊有向上運動的趨勢，此時靜摩擦力應(yīng)沿斜面對下，B正確．當F＝Gsinθ時，無相對運動趨勢，此時靜摩擦力為零，C正確．當F<Gsinθ時，物塊有向下運動的趨勢，此時靜摩擦力沿斜面對上，A錯誤．當F＝eq\f(1,2)Gsinθ時，靜摩擦力等于eq\f(1,2)Gsinθ且方向沿斜面對上，D正確．答案BCD二、物體的受力分析對物體進行受力分析時要特殊留意以下幾個重要環(huán)節(jié)：1．按肯定的挨次去分析力依據(jù)各種力產(chǎn)生的條件、力的方向，依據(jù)先重力，再接觸力(彈力、摩擦力)，后其他力的挨次分析．2．明確爭辯對象，分清物體與“外界”就是要把進行受力分析的物體從四周物體中隔離出來，分清物體與“外界”．受力分析時，只考慮外界對物體的作用力，而不考慮物體對外界其他物體的作用力；同時也不要錯誤地認為：作用在其他物體上的力通過“力的傳遞”作用在爭辯對象上．3．抓住力的本質(zhì)，不盲目“添力”力是物體對物體的作用，力不能離開物體單獨存在，所以物體所受的每個力都應(yīng)當有相應(yīng)的施力物體，找不出施力物體的力是不存在的，是憑感覺分析的．有些人經(jīng)常會錯誤地把物體的慣性表現(xiàn)認為是物體在運動方向上的受力．圖4例3如圖4所示，一木塊在垂直于傾斜天花板平面方向的推力F作用下，處于靜止狀態(tài)，則下列推斷正確的是()A．木塊肯定受到4個力的作用B．木塊可能受到2個力的作用C．漸漸增大推力F，木塊將連續(xù)保持靜止狀態(tài)D．木塊受天花板的滑動摩擦力隨推力F的增大而增大解析木塊在重力作用下，有沿天花板下滑的趨勢，肯定受到靜摩擦力，則天花板對木塊肯定有彈力．木塊受力如圖：故A正確，B錯誤．依據(jù)平衡條件得：F＝N＋Gcosα，f＝Gsinα；漸漸增大F的過程，N增大，最大靜摩擦力增大，而木塊受到的靜摩擦力f不變，木塊將始終保持靜止，故C正確，D錯誤．故選A、C.答案AC圖5針對訓(xùn)練如圖5所示，豎直放置的輕彈簧一端固定在地面上，另一端與斜面體P連接，P與斜放上的固定擋板MN接觸且處于靜止狀態(tài)，則斜面體P此刻所受到的外力個數(shù)可能為()A．2個B．3個C．4個D．5個解析MN與P接觸時有兩種狀況，若接觸時無彈力，此時P受重力和彈簧的支持力，A正確；若接觸時有彈力，則P平衡時必定還受到沿斜面對下的靜摩擦力，因此P應(yīng)受四個力作用，故C正確．答案AC三、力的合成法、分解法解平衡問題在力的合成與分解中求解問題的基本方法是平行四邊形定則，也要依據(jù)實際狀況接受不同的分析方法：1．若消滅直角三角形，常用三角函數(shù)表示合力與分力的關(guān)系．2．若給定條件中有長度條件，常用力組成的三角形(矢量三角形)與長度組成的三角形(幾何三角形)的相像比求解．3．多個力的合成往往用正交分解法，把作用在物體上的全部力分解到兩個相互垂直的坐標軸上．圖6例4如圖6所示，質(zhì)量為m1的物體甲通過三段輕繩懸掛，三段輕繩的結(jié)點為O，輕繩OB水平且B端與站在水平面上的質(zhì)量為m2的人相連，輕繩OA與豎直方向的夾角θ＝37°，物體甲及人均處于靜止狀態(tài)(已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8g取10m/s2.設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)．求：(1)輕繩OA、OB中的張力分別是多大？(2)人受到的摩擦力是多大？方向如何？(3)若人的質(zhì)量m2＝60kg，人與水平面之間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.3，欲使人在水平面上不滑動，則物體甲的質(zhì)量m1最大不能超過多少？解析(1)以結(jié)點O為爭辯對象，受三段輕繩的拉力作用，且豎直繩上的拉力大小等于m1g，如圖，依據(jù)共點力平衡條件有：FOB－FOAsinθ＝0，F(xiàn)OAcosθ－m1g＝0聯(lián)立以上兩式解得：FOA＝eq\f(m1g,cosθ)＝eq\f(5,4)m1g，F(xiàn)OB＝m1gtanθ＝eq\f(3,4)m1g(2)人在水平方向僅受繩OB的拉力FOB和地面的摩擦力f作用，依據(jù)平衡條件有：f＝FOB＝eq\f(3,4)m1g，方向水平向左(3)人在豎直方向上受重力m2g和地面的支持力FN作用，因此有：FN＝m2g要使人不滑動，需滿足：f≤fm＝μFN聯(lián)立以上各式解得：m1≤eq\f(4,3)μm2＝24kg.答案(1)eq\f(5,4)m1geq\f(3,4)m1g(2)f＝eq\f(3,4)m1g方向水平向左(3)物體甲的質(zhì)量m1最大不能超過24kg.四、力的動態(tài)問題分析——圖解法圖解法的一般步驟1．首先畫出力的分解圖．在合力與兩分力構(gòu)成的三角形中，一個是恒力，大小方向均不變；另兩個是變力，其中一個是方向不變的力，另一個是大小、方向均轉(zhuǎn)變的力．2．分析方向變化的力在哪個空間內(nèi)變化，借助力的矢量三角形，利用圖解法推斷兩個變力大小、方向的變化．圖73．留意：由圖解可知，當大小、方向都可變的分力(設(shè)為F1)與方向不變、大小可變的分力垂直時，F(xiàn)1有最小值．例5如圖7所示，用豎直檔板將小球夾在擋板和光滑斜面之間，若緩慢轉(zhuǎn)動擋板，使其由豎直轉(zhuǎn)至水平的過程中，則以下說法正確的是()A．擋板對小球的壓力是先增大后減小B．擋板對小球的壓力是先減小后增大C．斜面對小球的支持力是減小后增大D．斜面對小球的支持力是始終漸漸減小解析取小球為爭辯對象，小球受到重力G、擋板給小球的支持力N1和斜面給小球的支持力N2三個力作用，如圖所示，N1和N2的合力與重力大小相等，方向相反，N2總垂直接觸面(斜面)，方向不變，依據(jù)圖解可以看出，在N1方向轉(zhuǎn)變時，其大小(箭頭)只能沿PQ線變動．明顯在擋板移動過程中，N1先變小后變大，N2始終減小. 答案BD章末檢測(時間：90分鐘滿分：100分)一、單項選擇題(本題共6小題，每小題4分，共24分)1．下列說法正確的是()A．木塊放在桌面上受到一個向上的彈力，這是由于木塊發(fā)生微小形變而產(chǎn)生的B．質(zhì)量均勻分布、外形規(guī)章的物體的重心可能在物體上，也可能在物體外C．重力的方向總是垂直接觸面對下的D．由磁鐵間存在相互作用可知：力可以離開物體而單獨存在答案B2．如圖1所示，甲、乙兩人做“拔河”玩耍．兩人分別用伸平的手掌托起長凳的一端，保持凳子水平，然后各自向兩側(cè)拖拉．若凳子下表面各處的粗糙程度相同，兩人手掌粗糙程度也相同，在甲端的凳面上放四塊磚，對“拔河”過程，下列推斷正確的是()圖1A．甲的手和凳子間的摩擦力較大B．乙的手和凳子間的摩擦力較小C．甲的手和凳子間不會有相對滑動D．乙的手和凳子間肯定有相對滑動解析本題考查摩擦力大小的打算因素．依據(jù)題意平托長凳，長凳下表面各處的粗糙程度相同，在靠甲側(cè)的凳面上放四塊磚造成甲的手與凳子間的彈力增大，最大靜摩擦力和滑動摩擦力都要比乙的大，因此甲、乙各自向兩側(cè)拖拉時，凳子向甲方移動，甲的手和凳子間不會有相對滑動，C正確．答案C圖23．如圖2所示，物體A和B一起沿斜面勻速下滑，則物體A受到的力是()A．重力、B對A的支持力B．重力、B對A的支持力、下滑力C．重力、B對A的支持力、摩擦力D．重力、B對A的支持力、摩擦力、下滑力答案A圖34．如圖3所示為一攀巖運動員正沿豎直巖壁緩慢攀登，由于身背較重的行囊，重心上移至肩部的O點，總質(zhì)量為60kg.此時手臂與身體垂直，手臂與巖壁夾角為53°.則手受到的拉力和腳受到的作用力分別為(設(shè)手、腳受到的作用力均通過重心O，g取10N/kg，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6)()A．360N，480NB．480N，360NC．450N，800ND．800N，450N解析如圖所示，對人受重力沿手臂和腿方向分解得：F1＝Gcos53°＝600×0.6N＝360N，F(xiàn)2＝Gsin53°＝480N.答案A5．如圖4所示，一只半球形碗倒扣在水平桌面上處于靜止狀態(tài)，球的半徑為R，質(zhì)量為m的螞蟻只有在離桌面的高度大于或等于eq\f(4,5)R時，才能停在碗上，若最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，那么螞蟻和碗面間的動摩擦因數(shù)為()圖4A.eq\f(3,5)B.eq\f(4,5)C.eq\f(3,4)D.eq\f(12,25)解析螞蟻在離桌面高度等于eq\f(4,5)R時，螞蟻受重力、支持力和摩擦力處于平衡，依據(jù)平衡有：f＝mgsinθ，N＝mgcosθ，而cosθ＝eq\f(\f(4,5)R,R)＝eq\f(4,5).所以μ＝eq\f(f,N)＝tanθ＝eq\f(3,4)，故C正確，A、B、D錯誤．答案C圖56．如圖5，電燈懸掛于兩墻之間，更換水平繩OA使連結(jié)點A向上移動而保持O點的位置不變，則A點向上移動時()A．繩OA的拉力漸漸增大B．繩OA的拉力漸漸減小C．繩OA的拉力先增大后減小D．繩OA的拉力先減小后增大解析對點O受力分析，如圖通過作圖，可以看出繩OA的張力先變小后變大，故A、B、C錯誤，D正確．答案D二、多項選擇題(本題共4個小題，每小題6分，選不全得3分，錯選得0分)圖67．一滑雪者沿一傾角為α的山坡滑下，然后又滑上另一傾角為β的山坡(α>β)，如圖6所示，則下列說法正確的是()A．在A、B兩山坡上，滑雪者都受到重力、支持力、下滑力和摩擦力作用B．在A、B兩山坡上，滑雪者都受到重力、支持力和摩擦力作用C．在A山坡上摩擦力是動力，在B山坡上摩擦力是阻力D．在A、B兩山坡上，摩擦力都是阻力，且滑雪者在A山坡上所受摩擦力小于在B山坡上所受摩擦力解析在山坡上滑雪的人受到重力、支持力和摩擦力，其中重力可以分解為兩個力，一是使人有沿山坡下滑趨勢的分力，二是使人壓緊坡面的分力．分析人體受力時，考慮了mg就不能再同時考慮它的分力，故A錯誤，B正確．不論在A山坡還是在B山坡，滑雪者所受的滑動摩擦力總是阻礙他相對山坡的滑動，所以都是阻力；由于摩擦力F＝μFN＝μmgcosθ，μ相同時，傾角越大，cosθ越小，滑動摩擦力也越?。蔆錯誤，D正確．答案BD圖78．如圖7所示容器內(nèi)盛有水，器壁AB呈傾斜狀，有一個小物塊P處于圖示狀態(tài)，并保持靜止，則該物體受力狀況正確的是()A．P可能只受一個力B．P不行能只受兩個力C．P不行能只受三個力D．P不是受到二個力就是四個力解析物體肯定受到重力，同時肯定受浮力，即可能受2個力；若浮力大于重力，則物體肯定會受AB對它的彈力，由于彈力垂直于接觸面對下，如圖所示，物體只有受到向下的摩擦力才能受力平衡，故肯定受四個力．故C、D正確．答案CD圖89．如圖8所示，質(zhì)量分別為mA、mB的A、B兩個楔形物體疊放在一起，B靠在豎直墻壁上，在力F的作用下，A、B都始終靜止不動，則()A．墻壁對B的摩擦力大小為(mA＋mB)gB．A、B之間肯定有摩擦力作用C．力F增大，墻壁對B的摩擦力也增大D．力F增大，B所受的合外力肯定不變解析由整體法可知，墻壁對B的摩擦力大小為fB＝(mA＋mB)g與力F無關(guān)，則A正確，C錯誤；對A物體進行受力分析，可知A、B之間不肯定有摩擦力作用，則B錯誤；因A、B始終靜止，則B所受到的合外力為0，故D正確．答案AD圖910．如圖9所示，摩擦及繩子、滑輪的質(zhì)量均不計，物體A重4N，物體B重1N，以下說法正確的是()A．地面對A的支持力是3NB．測力計的讀數(shù)為2NC．物體A受到地面的支持力為2ND．測力計示數(shù)為3N解析向上拉A的力大小應(yīng)等于B的重力1N，這樣A受三個力的作用：向下的重力為4N，向上的繩子的拉力為1N，地面對A的支持力應(yīng)豎直向上為3N，故A正確，C錯誤；而測力計的示數(shù)應(yīng)為兩繩子向下的拉力之和，都等于B的重力，故應(yīng)為2N，所以B正確，D錯誤．答案AB三、試驗、填空題(本題共2小題，共12分)11．(4分)(2021綿陽南山中學期中)在“探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系”的試驗中，試驗裝置如圖10，試驗時先測出不掛鉤碼時彈簧的自然長度，再將5個鉤碼逐個掛在繩子的下端每次測出相應(yīng)的彈簧總長度．(1)有一個同學通過以上試驗測量后把6組數(shù)據(jù)描點在坐標圖中．(2)由此圖線可得出該彈簧的原長為L0＝________cm，勁度系數(shù)k＝________N/m.圖10解析F＝0時，即圖線和橫軸的交點為彈簧的原長10cm，圖線的斜率為勁度系數(shù)的大小，為25N/m.答案102512．(8分)在“探究求合力的方法”試驗中，現(xiàn)有木板、白紙、圖釘、橡皮筋、細繩套和一把彈簧測力計．(1)為完成試驗，某同學另找來一根彈簧，先測量其勁度系數(shù)，得到的試驗數(shù)據(jù)如下表：依據(jù)表中數(shù)據(jù)作出Fx圖象并求得該彈簧的勁度系數(shù)k＝________N/m；(2)某次試驗中，彈簧測力計的指針位置如圖11所示，其讀數(shù)為________N；同時利用(1)中結(jié)果獲得彈簧上的彈力值為2.50N，請畫出這兩個共點力的合力F合；圖11(3)由圖得到F合＝________N.解析(1)以水平方向為x軸，豎直方向為F軸，建立直角坐標系，然后找點，選盡可能多的點連成一條線，其圖線的斜率即為彈簧的勁度系數(shù)k，在直線上任取一點，如(6×10－2，3.2)，則k＝eq\f(3.2,6×10－2)N/m≈53N/m.(2)彈簧測力計的讀數(shù)為2.10N，選標度合力F合的圖示如圖所示．(3)經(jīng)測量，合力F合＝3.30N.答案(1)見解析圖53(說明：±2范圍內(nèi)都可)(2)2.10(說明：有效數(shù)字位數(shù)正確，±0.02范圍內(nèi)都可)見解析圖(3)3.30(說明：±0.02范圍內(nèi)都可)四、計算題(本題共4小題，共40分)圖1213．(10分)木塊A、B分別重50N和60N，它們與水平地面之間的動摩擦因數(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．現(xiàn)用F＝1N的水平拉力作用在木塊B上，如圖12所示，求力F作用后木塊A、B所受摩擦力的大?。?最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)解析沒有施加力F時，木塊A、B受力平衡，所受靜摩擦力等于彈簧的彈力，即F1＝F乙＝F甲＝kx＝400×0.02N＝8N木塊B受到地面的最大靜摩擦力為：F＝μF＝0.25×60N＝15N施加F后，對木塊B有：F－F＜F則B所摩擦力仍為靜摩擦力，其大小為：F＝F＋F＝9N施加F后，木塊A所受靜摩擦力仍為靜摩擦力，大小為F＝8N.答案8N14．(8分)如圖13所示，與水平面夾角為30°的固定斜面上有一質(zhì)量m＝1.0kg的物體．細繩的一端通過摩擦不計的定滑輪與固定的彈簧秤相連．物體靜止在斜面上，彈簧秤的示數(shù)為6.0N．求物體受到的摩擦力和支持力．(取g＝10m/s2)圖13解析物體受力狀況如圖所示．物體重力沿斜面方向向下的重量Gx＝mgsin30°＝5.0N＜彈簧的拉力T故摩擦力沿斜面對下．依據(jù)共點力平衡：T＝mgsin30°＋Ff，F(xiàn)N＝mgcos30°.解得：Ff＝1N，F(xiàn)N＝5eq\r(3)N，方向垂直于斜面對上．答案摩擦力大小為1N，方向沿斜面對下；支持力大小為5eq\r(3)N，方向垂直