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(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第2章 相互作用 第1節(jié) 重力 彈力 摩擦力教學(xué)案

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1、第2章 相互作用 [高考導(dǎo)航] 考點(diǎn)內(nèi)容 要求 高考(全國(guó)卷)三年命題情況對(duì)照分析 2017 2018 2019 命題分析 形變、彈性、胡克定律 Ⅰ 卷Ⅰ·T21:共點(diǎn)力的動(dòng)態(tài)平衡 卷Ⅱ·T16:摩擦力、共點(diǎn)力的平衡 卷Ⅲ·T17:胡克定律、共點(diǎn)力的平衡 卷Ⅰ·T22:游標(biāo)卡尺讀數(shù)、測(cè)定彈簧的勁度系數(shù) 卷Ⅱ·T23:測(cè)定動(dòng)摩擦因數(shù) 卷Ⅰ·T19:受力分析、共點(diǎn)力的動(dòng)態(tài)平衡 卷Ⅱ·T16:受力分析、物體的平衡 卷Ⅲ·T16:靜態(tài)平衡 1.高考對(duì)本章的考查以選擇題型為主; 2.命題熱點(diǎn)側(cè)重于彈力、摩擦力的分析與計(jì)算;受力分析、共點(diǎn)力的靜態(tài)平衡和動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題

2、; 3.單獨(dú)考查一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的題目較少,多數(shù)題目都同時(shí)涉及幾個(gè)知識(shí)點(diǎn),常與牛頓運(yùn)動(dòng)定律、功能關(guān)系、電磁學(xué)結(jié)合對(duì)物理思維和能力進(jìn)行考查。 滑動(dòng)摩擦力、動(dòng)摩擦因數(shù)、靜摩擦力 Ⅰ 矢量和標(biāo)量 Ⅰ 力的合成和分解 Ⅱ 共點(diǎn)力的平衡 Ⅱ 實(shí)驗(yàn)二:探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)三:驗(yàn)證力的平行四邊行定則 核心素養(yǎng) 物理觀念:重力、重心、形變、彈力、摩擦力、合力與分力、力的合成、力的分解、矢量與標(biāo)量(如2017卷Ⅱ·T16)。 科學(xué)思維:輕桿(繩)模型、輕彈簧模型、胡克定律、平行四邊形定則、整體法、隔離法、合成法、分解法(如2019卷Ⅰ·T19)。 科學(xué)探究:探究彈簧形

3、變與彈力的關(guān)系、研究?jī)蓚€(gè)互成角度的共點(diǎn)力的合成規(guī)律(如2018卷Ⅰ·T22、卷Ⅱ·T23)。 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任:在生產(chǎn)、生活情境中,體驗(yàn)物理學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。 第1節(jié) 重力 彈力 摩擦力 一、重力和重心 1.產(chǎn)生:由于地球的吸引而使物體受到的力。 2.大?。号c物體的質(zhì)量成正比,即G=mg??捎脧椈蓽y(cè)力計(jì)測(cè)量重力。 3.方向:總是豎直向下的。 4.重心:其位置與物體的質(zhì)量分布和形狀有關(guān)。 5.重心位置的確定 質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體,重心在其幾何中心;對(duì)于形狀不規(guī)則或者質(zhì)量分布不均勻的薄板,重心可用懸掛法確定。 二、形變、彈性、胡克定律 1.形變 物體在

4、力的作用下形狀或體積的變化叫形變。 2.彈性 (1)彈性形變:有些物體在形變后撤去作用力能夠恢復(fù)原狀的形變。 (2)彈性限度:當(dāng)形變超過(guò)一定限度時(shí),撤去作用力后,物體不能完全恢復(fù)原來(lái)的形狀,這個(gè)限度叫彈性限度。 3.彈力 (1)定義:發(fā)生彈性形變的物體,由于要恢復(fù)原狀,對(duì)與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用,這種力叫作彈力。 (2)產(chǎn)生條件:物體相互接觸且發(fā)生彈性形變。 (3)方向:彈力的方向總是與作用在物體上使物體發(fā)生形變的外力方向相反。 4.胡克定律 (1)內(nèi)容:彈簧發(fā)生彈性形變時(shí),彈力的大小F跟彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度x成正比。 (2)表達(dá)式:F=kx。 ①k是彈簧的勁度系

5、數(shù),單位為N/m;k的大小由彈簧自身性質(zhì)決定。 ②x是形變量,但不是彈簧形變以后的長(zhǎng)度。 三、滑動(dòng)摩擦力、動(dòng)摩擦因數(shù)、靜摩擦力 1.靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力對(duì)比 名稱 項(xiàng)目 靜摩擦力 滑動(dòng)摩擦力 定義 兩相對(duì)靜止的物體間的摩擦力 兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體間的摩擦力 產(chǎn)生 條件 (1)接觸面粗糙 (2)接觸處有壓力 (3)兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì) (1)接觸面粗糙 (2)接觸處有壓力 (3)兩物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng) 大小 (1)靜摩擦力為被動(dòng)力,與正壓力無(wú)關(guān),滿足0

6、勢(shì)的方向相反 與受力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反 作用 效果 總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì) 總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 2.動(dòng)摩擦因數(shù) (1)定義:彼此接觸的物體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),摩擦力的大小和壓力的比值,μ=。 (2)決定因素:與接觸面的材料和粗糙程度有關(guān)。 1.思考辨析(正確的畫(huà)“√”,錯(cuò)誤的畫(huà)“×”) (1)重力的方向一定指向地心。 (×) (2)物體所受彈力的方向與自身形變的方向相同。 (√) (3)輕繩、輕桿的彈力方向一定沿繩、桿。 (×) (4)運(yùn)動(dòng)的物體也可以受到靜摩擦力作用。 (√) (5)兩物體間正壓力增大時(shí),接觸面間的摩擦力不一定增大。 (√) (6

7、)物體間的摩擦力越大,動(dòng)摩擦因數(shù)一定越大。 (×) 2.(人教版必修1P55圖3.2-3改編)如圖所示,小車受到水平向右的彈力作用,與該彈力有關(guān)的說(shuō)法中正確的是(  ) A.彈簧發(fā)生拉伸形變 B.彈簧發(fā)生壓縮形變 C.該彈力是小車形變引起的 D.該彈力的施力物體是小車 [答案] A 3.(人教版必修1P52圖3.1-4改編)(多選)如圖所示,兩輛車在以相同的速度做勻速運(yùn)動(dòng),根據(jù)圖中所給信息和所學(xué)知識(shí)你可以得出的結(jié)論是(  ) A.物體各部分都受重力作用,但可以認(rèn)為物體各部分所受重力集中于一點(diǎn) B.重力的方向總是垂直向下的 C.物體重心的位置與物體形狀和質(zhì)量分布有關(guān)

8、 D.力是使物體運(yùn)動(dòng)的原因 AC [物體各部分都受重力作用,但可以認(rèn)為物體各部分所受重力集中于一點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)就是物體的重心,重力的方向總是和水平面垂直,是豎直向下而不是垂直向下,所以A正確,B錯(cuò)誤;從題圖中可以看出,汽車(包括貨物)的形狀和質(zhì)量分布發(fā)生了變化,重心的位置就發(fā)生了變化,故C正確;力不是使物體運(yùn)動(dòng)的原因,而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,所以D錯(cuò)誤。] 4.(滬科版必修1P81T8改編)(多選)如圖所示,在粗糙的水平面上疊放著物體A和B,A和B間的接觸面也是粗糙的,如果用水平拉力F施于A,而A、B仍保持靜止,則下面的說(shuō)法中正確的是(  ) A.物體A與地面間的靜摩擦力的大小等于F

9、 B.物體A與地面間的靜摩擦力的大小等于零 C.物體A與B間的靜摩擦力的大小等于F D.物體A與B間的靜摩擦力的大小等于零 AD [以A、B整體為研究對(duì)象,分析受力可知,整體水平方向受到拉力F和地面對(duì)A的靜摩擦力fA,由平衡條件得到,fA=F,故A正確,B錯(cuò)誤;以B為研究對(duì)象,分析受力可知,B相對(duì)于A沒(méi)有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),B不受靜摩擦力,即物體A與B間的靜摩擦力的大小等于零,故C錯(cuò)誤,D正確。] 重力和彈力 [依題組訓(xùn)練] 1.(2019·陜西白河高級(jí)中學(xué)月考)下列關(guān)于重力的說(shuō)法正確的是(  ) A.重力的方向不一定豎直向下 B.重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的 C.所

10、有物體的重心都在物體上 D.只有靜止的物體才受到重力 B [本題考查對(duì)重力的認(rèn)識(shí)。重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的,重力的大小與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān),其方向總是豎直向下的,重心是重力的作用點(diǎn),可能在物體之上,也可能在物體之外,故A、C、D錯(cuò)誤,B正確。] 2.如圖所示,一傾角為45°的斜面固定于墻角,為使一光滑的鐵球靜止于圖示位置,需加一水平力F,且F通過(guò)球心。下列說(shuō)法正確的是(  ) A.鐵球一定受墻面水平向左的彈力 B.鐵球可能受墻面水平向左的彈力 C.鐵球一定受斜面通過(guò)鐵球的重心的彈力 D.鐵球可能受斜面垂直于斜面向上的彈力 B [F的大小合適時(shí),鐵球可以靜止在無(wú)墻的斜面上,F(xiàn)增

11、大時(shí)墻面才會(huì)對(duì)鐵球有彈力,所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;斜面必須有對(duì)鐵球斜向上的彈力才能使鐵球不下落,該彈力方向垂直于斜面但不一定通過(guò)鐵球的重心,所以選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。] 3.(2019·合肥九中月考)一根彈簧受10 N拉力時(shí)總長(zhǎng)為7 cm,受20 N拉力時(shí)總長(zhǎng)為9 cm,已知當(dāng)拉力撤去時(shí)彈簧都能恢復(fù)原長(zhǎng),則彈簧原長(zhǎng)為(  ) A.8 cm B.9 cm C.7 cm D.5 cm D [彈簧在大小為10 N的拉力作用下,其總長(zhǎng)為7 cm;設(shè)彈簧原長(zhǎng)為l0,根據(jù)胡克定律可知ΔF=kΔx,有10 N=k×(0.07 m-l0)。彈簧在大小為20 N拉力作用下,其總長(zhǎng)為9 cm,有20 N-10

12、N=k×(0.09 m-0.07 m);聯(lián)立計(jì)算得出l0=0.05 m=5 cm。故D正確。] 1.彈力有無(wú)的判斷 2.彈力方向的判斷方法 (1)常見(jiàn)模型中彈力的方向。 (2)根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件或牛頓第二定律確定彈力的方向。 3.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。 摩擦力的分析與計(jì)算 [講典例示法] 1.摩擦力的有無(wú)及方向的判斷方法 (1)假設(shè)法。 (2)狀態(tài)法:根據(jù)平衡條件、牛頓第二定律,判斷靜摩擦力的有無(wú)及方向。 (3)牛頓第三定律法:先確定受力較

13、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.求解摩擦力的技巧 [典例示法] (2019·濟(jì)寧質(zhì)檢)如圖所示,質(zhì)量為M的長(zhǎng)木板放在水平地面上,放在長(zhǎng)木板上的質(zhì)量為m的木塊在水平向右的拉力F的作用下向右滑行,長(zhǎng)木板保持靜止。已知木塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ1,長(zhǎng)木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ2,下列說(shuō)法正確的是(  ) A.地面對(duì)長(zhǎng)木板的摩擦力的大小一定為μ1mg B.地面對(duì)長(zhǎng)木板的摩擦力的大小一定為μ2Mg C.地面對(duì)長(zhǎng)木板的摩擦力的大小一定為μ2(m+M)g D.只要拉力F增大到足夠大,長(zhǎng)木板一定會(huì)與地面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng) A [木塊

14、所受木板的滑動(dòng)摩擦力大小為f1=μ1mg,方向水平向左,根據(jù)牛頓第三定律得知,木板受到木塊的摩擦力方向水平向右,大小等于μ1mg;木板處于靜止?fàn)顟B(tài),水平方向受到木塊的滑動(dòng)摩擦力和地面的靜摩擦力,根據(jù)平衡條件可知木板受到地面的摩擦力的大小也是μ1mg,木板相對(duì)于地面處于靜止?fàn)顟B(tài),不能使用滑動(dòng)摩擦力的公式計(jì)算木板受到的地面的摩擦力,所以木板與地面之間的摩擦力不一定是μ2(m+M)g,故A正確,B、C錯(cuò)誤;開(kāi)始時(shí)木板處于靜止?fàn)顟B(tài),說(shuō)明木塊與木板之間的摩擦力小于木板與地面之間的最大靜摩擦力,與拉力F的大小無(wú)關(guān),所以即使拉力F增大到足夠大,木板仍靜止,故D錯(cuò)誤。] 摩擦力分析與計(jì)算的三點(diǎn)注意 1

15、.分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),判斷是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力。 2.滑動(dòng)摩擦力有具體的計(jì)算公式,而靜摩擦力要借助其他公式,如:利用平衡條件列方程或牛頓第二定律列方程等。 3.“f=μN(yùn)”中N并不總是等于物體的重力,如斜面上的物體,且N與重力G在大小上沒(méi)有關(guān)系。 [跟進(jìn)訓(xùn)練] 1.(2019·貴州銅仁一中月考)某人買了一輛前輪驅(qū)動(dòng)的玩具小汽車,接通電源讓小汽車自動(dòng)前行,地面對(duì)前輪的摩擦力為Ff1,對(duì)后輪的摩擦力為Ff2;關(guān)掉電源,推著小汽車前進(jìn)時(shí),地面對(duì)前輪的摩擦力為F′f1,對(duì)后輪的摩擦力為F′f2,則(  ) A.F′f1與車前進(jìn)方向相同 B.F′f2與車前進(jìn)方向相同 C.F

16、f1與車前進(jìn)方向相同 D.Ff2與車前進(jìn)方向相同 C [玩具汽車接通電源前進(jìn)時(shí),前輪是主動(dòng)輪,在它與地面接觸處有相對(duì)地面向后滑的趨勢(shì),故受到向前的摩擦力;后輪是從動(dòng)輪,它在與地面接觸處有相對(duì)于地面向前滑的趨勢(shì),故受向后的摩擦力。而推動(dòng)玩具汽車前進(jìn)時(shí),地面對(duì)前、后輪的摩擦力方向都向后,所以Ff1向前,F(xiàn)f2、F′f1、F′f2向后,故A、B、D錯(cuò)誤,C正確。] 2.(多選)(2019·肥城月考)如圖所示,甲、乙、丙三個(gè)物體質(zhì)量相同,與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同,受到三個(gè)大小相同的作用力F,當(dāng)它們滑動(dòng)時(shí),下列說(shuō)法正確的是(  ) A.甲、乙、丙所受摩擦力相同 B.甲受到的摩擦力最小 C

17、.乙受到的摩擦力最大 D.丙受到的摩擦力最大 BC [物體均在滑動(dòng),故受到的是滑動(dòng)摩擦力;由于甲、乙、丙三個(gè)物體對(duì)地面的壓力大小分別為FN甲=mg-Fsin θ;FN乙=mg+Fsin θ;FN丙=mg;根據(jù)f=μFN可知,滑動(dòng)摩擦力的大小關(guān)系為f乙>f丙>f甲,故B、C正確,A、D錯(cuò)誤。] 3.(2019·濟(jì)寧質(zhì)檢)如圖所示,物體B疊放在物體A上,A、B的質(zhì)量均為m,且上、下表面均與斜面平行,它們以共同速度沿傾角為θ的固定斜面C勻速下滑,則(  ) A.A、B間沒(méi)有靜摩擦力 B.A受到B的靜摩擦力方向沿斜面向上 C.A受到斜面的滑動(dòng)摩擦力大小為mgsin θ D.A與斜面間

18、的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=tan θ D [對(duì)物體B受力分析可知,B一定受重力、支持力,將重力分解可知重力有沿斜面向下的分力,B能勻速下滑,受力一定平衡,故A對(duì)B應(yīng)有沿斜面向上的靜摩擦力;根據(jù)力的相互作用規(guī)律可知,A受到B的靜摩擦力應(yīng)沿斜面向下,故A、B錯(cuò)誤;對(duì)A、B整體分析,并將整體重力分解,可知沿斜面方向上,重力的分力與摩擦力等大反向,故A受的滑動(dòng)摩擦力沿斜面向上,大小為2mgsin θ,C錯(cuò)誤;對(duì)A、B整體分析,受重力、支持力和滑動(dòng)摩擦力,由于勻速下滑,故重力沿斜面方向的分力與滑動(dòng)摩擦力平衡,故2mgsin θ=μ·2mgcos θ,解得μ=tan θ,D正確。] 摩擦力的突變問(wèn)題 [分考向

19、訓(xùn)練] 1.常見(jiàn)三種摩擦力的突變問(wèn)題 “靜—靜”突變 物體在摩擦力和其他力的共同作用下處于靜止?fàn)顟B(tài),當(dāng)作用在物體上的其他力的合力發(fā)生變化時(shí),物體雖然仍保持相對(duì)靜止,但物體所受的靜摩擦力將發(fā)生突變 “動(dòng)—?jiǎng)印蓖蛔? 某物體相對(duì)于另一物體滑動(dòng)的過(guò)程中,若突然相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向變了,則滑動(dòng)摩擦力方向發(fā)生突變 “靜—?jiǎng)印蓖蛔? 物體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),則靜摩擦力將突變成滑動(dòng)摩擦力 2.摩擦力突變問(wèn)題的“臨界點(diǎn)” (1)題目中出現(xiàn)“最大”“最小”和“剛好”等關(guān)鍵詞時(shí),一般隱藏著摩擦力突變的臨界問(wèn)題。題意中某個(gè)物理量在變化過(guò)程中會(huì)發(fā)生突變,

20、這可能導(dǎo)致摩擦力突變,則該物理量突變時(shí)的狀態(tài)即為臨界狀態(tài)。 (2)存在靜摩擦的情景中,相對(duì)滑動(dòng)與相對(duì)靜止的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值。 (3)研究傳送帶問(wèn)題時(shí),物體和傳送帶的速度相等的時(shí)刻往往是摩擦力的大小、方向和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的分界點(diǎn)。  “靜—靜”突變 1.一木塊放在水平桌面上,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=10 N,F(xiàn)2=2 N。若撤去F1,則木塊受到的摩擦力為(  ) A.10 N,方向向左 B.6 N,方向向右 C.2 N,方向向右 D.0 C [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

21、物體所受的摩擦力的大小為8 N,方向向左,可知最大靜摩擦力f靜max≥8 N。當(dāng)撤去力F1后,F(xiàn)2=2 N

22、平),整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)打開(kāi)力傳感器同時(shí)緩慢向沙桶里倒入沙子,小車一旦運(yùn)動(dòng)起來(lái),立即停止倒沙子,若力傳感器采集的圖象如圖乙,則結(jié)合該圖象,下列說(shuō)法正確的是(  ) 甲           乙 A.可求出空沙桶的重力 B.可求出滑塊與小車之間的滑動(dòng)摩擦力的大小 C可求出滑塊與小車之間的最大靜摩擦力的大小 D.可判斷第50 s后小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)(滑塊仍在車上) ABC [t=0時(shí)刻,力傳感器顯示拉力為2 N,則滑塊受到的摩擦力為靜摩擦力,大小為2 N,由小車與空沙桶受力平衡可知空沙桶的重力也等于2 N,A選項(xiàng)正確;t=50 s時(shí)刻摩擦力達(dá)到最大值,即最大靜摩擦力為3

23、.5 N,同時(shí)小車啟動(dòng),說(shuō)明帶有沙的沙桶重力等于3.5 N,此時(shí)摩擦力立即變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力,故摩擦力突變?yōu)? N的滑動(dòng)摩擦力,B、C選項(xiàng)正確;此后由于沙和沙桶重力3.5 N大于滑動(dòng)摩擦力3 N,故50 s后小車將加速運(yùn)動(dòng),D選項(xiàng)錯(cuò)誤。]  “動(dòng)—?jiǎng)印蓖蛔? 3.如圖所示,斜面固定在地面上,傾角為37°(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)。質(zhì)量為1 kg的滑塊以初速度v0,從斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足夠長(zhǎng),該滑塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.7),則該滑塊所受摩擦力f隨時(shí)間變化的圖象是下圖中的(取初速度v0的方向?yàn)檎较颍琯取10 m/s2)(  ) C [滑塊上升過(guò)程中受到滑動(dòng)摩擦力作用,由f=μN(yùn)和N=mgcos θ聯(lián)立得f=5.6 N,方向?yàn)檠匦泵嫦蛳?。?dāng)滑塊的速度減為零后,由于重力的分力mgsin θ>μmgcos θ,滑塊下滑,滑塊受的摩擦力方向?yàn)檠匦泵嫦蛏?,故選項(xiàng)C正確。] 11

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