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【鲁科版】2012高三物理《学海导航》一轮复习课件第2章第1课时_力、重力和弹力_图文

第二章

力、物体的平衡
1
力、重力和弹力

主要内容 滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力 形变、弹性、胡克定律 矢量和标量 力的合成和分解 共点力的平衡

要求 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ

说明

实验与探究:探究弹力和弹簧伸长的关系
实验与探究:验证力的平行四边形定则

受力分析和力的平衡是物理学的重 要基础,相关知识在高中物理各章节中 均有渗透,在物理学中贯穿始终,是物 理研究的重要基本工具.本章通过对常 见三种力的分析、矢量合成法则与共点 力平衡的分析的学习,掌握对物体受力 分析的正确方法.

力学中的三类常见的力,特别是静摩擦 力,由于静摩擦力随物体的相对运动趋势发 生变化,在分析中非常容易失误,同学们一 定要下工夫把静摩擦力弄清楚.力的合成与 分解方法适合于所有的矢量的合成与分解, 考纲中将其列为Ⅱ级要求,应重点掌握.共 点力作用下物体的平衡也列为Ⅱ级要求,几 乎是年年必考.单纯考查本章内容多以选择 题为主,难度适中,值得注意的是:本章知 识经常与牛顿运动定律、动量(选考)、功和能、 电磁场等内容综合考查.

高考对本章内容往往频繁考查以下几个 方面:一是会分析摩擦力和弹力,学会探究 动摩擦因数、弹簧劲度系数,并将这些典型 探究方法迁移应用到其他情景之中;二是隔 离法和整体法的灵活选择;再就是结合平衡 条件分析力的动态平衡问题. 掌握本章内容要做好以下几个方面

1.区分好静摩擦力和滑动摩擦力,能利 用定义或作用效果分析方向;静摩擦力大小往 往只能由平衡条件或牛顿运动定律求解,理解 静摩擦力可发生突变. 2.善于总结分析力的方法及步骤.对弹 力和静摩擦力的有无能做出正确判断,不多力 不漏力. 3.灵活应用力的合成分解的平行四边形 定则或三角形定则,对力进行合成或分解的处 理,以利于更简便地解决受力分析问题.

4.对物体系的受力分析要灵活应用隔离 法和整体法:求解有相对运动的物体系间的 作用力往往应用隔离法,而求相对静止的物 体系所受外界力一般先考虑应用整体法,能 更方便、简洁地求解. 5.非平衡物体在某个方向上处于平衡状 态,这一方向上仍能应用平衡条件,但要把 所有力在这一方向和垂直这一方向上进行正 交分解.

一、力的概念 1.力是 物体 对 物体 的作用,物体间力 的作用是 相互 的. 2.力的作用效果:改变物体 运动状态 或 使物体 发生形变 . 3.力的三要素是 、 、 . 大小 方向 作用点

二、重力的概念 1.重力是由于地球的 吸引 而使物体受到 的力,但并不是地球对物体的万有引力,在忽 略地球自转时方可认为重力等于万有引力. 质量 2.重力的大小与 成正比,公 式 G=mg ,式中g的大小与 高度、纬度 有关. 3.重力的方向总是 竖直向下(不一定指向 地心). 4.物体所受重力的作用点叫物体的重心, 它不一定在物体上,对于规则匀质物体它在物 体的 几何中心 .

三、弹力 1.弹力的产生条件: 接触并发生 . 弹性形变 ;弹力是 产生形变的物体 施 加给 与它接触的物体 的力. 2.弹力的方向总是与施力物体要恢复 形变的方向 ;轻绳的拉力总 相同 是 ;轻杆的弹 沿绳指向绳收缩的方向 力 沿杆方向;压力、支持力的方 不一定 垂直并指向 向总与 . 被压或被支持 接触面 . 的物体

3.弹力的大小与施力物体发生 的 形变 有关,弹簧的弹力在弹 性限度内其大小与形变量 成正 比,即 F=kx ;其他弹力大小往 往根据 平衡条件 或 牛顿运动定律 间接求解.

对重力的理解 设想地球是质量分布均匀的球体,同 一个物体分别位于赤道、北极和北纬60°上 某一位置时,物体所受万有引力和重力依次 是F1、F2、F3和G1、G2、G3,试比较它们的大 小关系.

由题设可知同一个物体在地球不同位 置时到球心的距离一样,由万有引力定律公式 可知在各个位置所受的万有引力大小是一样的, 而重力是万有引力的一个分力,另一分力为物 体随地球自转而绕地轴转动的向心力,由F向= mω2r可知:随纬度的增大所需向心力变小,结 合力的平行四边形定则可知纬度越高另一分力 重力就越大,到达两极处向心力为零,重力大 小与万有引力大小相等. 点评 理解重力与万有引力的关系是本题 关键,同时对于“赤道”“南北极”“纬度” 等地理常识要有一定的了解.

下列说法中正确的是( ) A.将物体从某地运往同地的一座高山山 顶上时物体的质量会变小 B.将物体从某地运往同地的一座高山山 顶上时物体的重力会变小 C.一物体形状改变后,其重心一定会随 着改变 D.一物体形状改变后,其重心一定不变

高度越高,万有引力越小,随地球自转的 向心力越大,重力越小,但质量不变,所 以A错误,B正确;重心位置与物体质量的 分布以及物体的形状有关,物体形状改变 后重心可能跟着改变也可不变,所以C、D 错误.

对弹力有无、大小、方向的判断 如 图 2-1-6 所 示 , 固定在小车上支架的斜杆 与竖直杆的夹角为 θ ,在 斜杆下端固定有质量为 m 的小球,下列关于杆对球 的作用力 F 的判断中,正 确的是( )

图2-1-6

A.小车静止时,杆对球没有弹力 mg B.小车静止时, F ? ,方向 cos? 沿杆向上 C.小车向右以加速度a运动时, F=ma/sinθ D.小车向右以加速度a运动时,
F?

? ma ?

2

? (mg )



物体的微小形变有时很难用肉眼 观察,这时可以用假设法来判断弹力的 有无,小车静止时,由物体的平衡条件 知杆对球的作用力方向竖直向上,且大 小等于球的重力mg,选项AB错.

小车向右以加速度a运动,设小 球受杆的作用力方向与竖直方向的夹 角为α,如图所示.根据牛顿第二定律 有:Fsinα=ma,即:F=ma/sinα,显 然α角只与a与g的比值有关,与θ角无 关;同时从图中可知F的竖直分量大 小等于小球重力mg,F水平分量要提 供加速度a,即大小为ma,由勾股定 理可知: ,选项C 错,D正确. 2 2 F ? ? ma ? ? ? mg ?

点评 对于弹力有无,常用假设法 进行判断;对于弹力的大小与方向,若 是平衡状态常用平衡条件进行判断,若 是非平衡状态,则常用牛顿运动定律来 进行判断;若是弹簧的弹力还可用胡克 定律F=kx计算.

(2009×上海金山区)如图217所示,100个 大小相同、质量均为m且无摩擦的球,静止 放置于两个相互垂直且光滑的平面上,平面 AB与水平面夹角为30°,则第2个小球共受 到 四 个力的作用,第2个小球对第3个小 球的作用力大小为 49mg .

图217

第2个小球受重力、第3个小球对它沿斜 面向下的压力、第1个小球对它沿斜面向 上的支持力,斜面对它的垂直板的支持 力,共四个力,其中2、3小球间相互作 用力为98mgsin30°=49mg.

如图2-1-8所示,四个完全相同的 轻弹簧都处于水平位置,它们的右端受 到大小均为F的拉力作用,而左端的情 况各不相同:

①中弹簧的左端固定在墙上; ②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用;
③中弹簧左端拴一小物块,物块在光滑水 平桌面上滑动; ④中弹簧左端拴一物块,物块在有摩擦的 水平桌面上滑动;若认为弹簧的质量都为零, 以l1、l2、l3、l4依次表示四个弹簧的伸长量,则 有( ) A.l1<l2 B.l3<l4 C.l3<l1 D.l2=l4 图2-1-8

弹簧弹力即为弹簧内部张力大 小.怎样确定弹簧内部某处张力大小呢? 我们可以选取弹簧中某一段,分析其受 力情况即可顺利得出.

如图(甲)所示,取弹簧 的AB段,AB段受力情况如 图(乙)所示,由F-T=ma知, 当a=0时F=T,可知在图21-7中四种情况下弹簧内部 张力都为T=F,再根据胡 克定律知四种选项情况下 弹簧形变量都相等,选项 D正确.

点评 解决本题有两个关键之处: 一是弹簧读数到底显示什么位置作 用力? 二是弹簧内部张力怎样求解?要求 解弹簧内部弹力,当然要隔离其中一部 分弹簧,运用隔离法分析之.

如图2-1-8所示, a、b为两根相连的轻质弹簧, 它们的劲度系数分别为 ka=1×103N/m, kb=2×103N/m; 原长分别为 La=6cm, Lb=4cm.在下端挂一 物体G,物体受到的重力为 10N,平衡时( )
图2-1-8

A.弹簧a下端受到的拉力为4N, b下 端受到的拉力为6N B.弹簧a下端受到的拉力为10N, b下 端受到的拉力为10N C.弹簧a的长度变为7cm, b的长度变 为5.5cm D.弹簧a的长度变为6.4cm, b的长度 变为4.3cm

1.一物体静止在水平地面上,下列说法中正确 的是( C ) A.地球对物体施加重力,物体对地球没有施加 力 B.物体对地面施加的压力就是重力 C.地面对物体施加支持力是因为地面发生了形 变 D.物体对地面施加压力使物体发生形变

2.在半球形光滑圆槽内,放置一细杆, 如图2?1?10所示,细杆与圆槽的接触 点分别为A、B两点,则A、B两点对细 D 杆的作用力方向分别为( ) A.均竖直向上 B.均指向圆槽球心 C.A处指向球心,B处竖直向上 D.A处指向球心,B处垂直细杆向上

图2?1?10

【解析】由支持力方向的判断方法:垂直于 支撑面指向被支撑物体,A处支撑面为球面, 可视为A点在球面的切面,所以支持力指向球 心,B处支撑面虽然是一个点,但形变后是紧 贴着杆下表面的一部分面积,所以可认为杆 的下表面为支撑面,由此可知D正确.

3.关于物体的重心,下列说法中正确的是 ( D ) A.物体的重心一定在物体上 B.任何物体的重心都在它的几何中心上 C.物体的形状发生改变其重心位置一定改变 D.物体放置的位置发生改变,重心相对物体 的位置不会改变

4.地球上一个物体重2N,那么,在下列情况下它 受到的重力不是2N的是( C ) A.将它竖直向上抛起 B.将它放到水里,它被浮起 C.将它放到月球或木星上 D.将它放到高速行驶的列车上 【解析】在地球同一位置g是不变的,物体质量不 变由G=mg知重力也不变,而在其他星球上对应的 重力加速度g与地球上的不同,重力也就不同了.

5.用一大小为10N的力压一弹簧,其长度为 10cm,改为大小为20N的力拉弹簧,其长度变 为16cm,若用10N的力拉弹簧,其长度为( B ) A.12cm B.14cm C.13cm D.15cm

【解析】方法一:设自然长度为L,利用胡克定律有: 10=k(L-0.10),20=k(0.16-L),10=k(L3-L) 三式联立可得L3=0.14m 方法二:利用弹力与弹簧长度的线性变化关系,以 拉力方向为正方向,则弹力从-10N到20N变化30N, 对应长度从10cm到16cm变化了6cm,可知弹力每减 小10N,弹簧长度减小2cm,因此,10N的拉力比 20N的拉力减小10N,弹簧的长度就比16cm小2cm, 即14cm.

6.(2010×江苏物理)如图2?1?11 所示,置于水平地面的三脚架上 固定着一质量为m的照相机,三脚 架的三根轻质支架等长,与竖直 方向均成30°角,则每根支架中 承受的压力大小为( D )
1 A. mg ? 3
3 C. mg ? 6

2 B. mg 3
2 3 D. mg 9

图2?1?11

【解析】如图,设每根支架承受的压力为N, 则N的竖直分力大小为,所以 mg / 3 2 3 N? ? mg,D正确 cos30? 9

7.如图2112所示,A、B、C、D四 个物体完全相同,C、D间用弹簧连 接,A、B间用轻绳连接,剪断A与C 上方的轻绳的瞬间,A、B、C、D 四个物体的加速度大小分别为

图2?1?12

g g 2g 0   aA ?   ; aB ?   ; aC ?   ; aD ?   .

【解析】绳子拉力可突变,A上方绳子剪断瞬 间A与B之间的绳子拉力突变为0,A与B均开始 做自由落体运动,其加速度为g;而弹簧弹力 不能瞬间发生突变,不难分析出C上方的轻绳 被剪断前后的C、D的受力情况,根据牛顿第 二定律即可求得C、D的加速度.

8.一根大弹簧内套一根小弹簧,小弹簧比大弹 簧长0.2m,它们的一端平齐固定,另一端自由, 如图2?1?13甲所示,当压缩此组合弹簧时,测 得力与压缩距离之间的关系图线如图2?1?13乙 所示,求这两根弹簧的劲度系数.

图2?1?13

【解析】由 F ? k x ,得压缩0.2m时, 2 ? 0.2k小, 压缩0.3m时, 6 ? 0.3k小 ? 0.1k大,得 k小 ? 10N / m,k大 ? 30N / m.



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