讲义第2章 第1讲物理.docx

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讲义第2章第1讲物理

考点一　重力、弹力的分析与计算

1．重力的理解

（1）产生：

由于地球吸引而使物体受到的力．注意：

重力不是万有引力，而是万有引力竖直向下的一个分力．

（2）大小：

G＝mg，可用弹簧测力计测量．注意：

①物体的质量不会变；②G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的．

（3）方向：

总是竖直向下的．注意：

竖直向下是和水平面垂直，不一定和接触面垂直，也不一定指向地心．

（4）重心：

物体的每一部分都受重力作用，可认为重力集中作用于一点即物体的重心．

①影响重心位置的因素：

物体的几何形状；物体的质量分布．

②不规则薄板形物体重心的确定方法：

悬挂法．注意：

重心的位置不一定在物体上．

2．弹力有无的判断

（1）条件法：

根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力．此方法多用来判断形变较明显的情况．

（2）假设法：

对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若运动状态不变，则此处不存在弹力，若运动状态改变，则此处一定有弹力．

（3）状态法：

根据物体的运动状态，利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在．

3．弹力方向的判断

（1）根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断．

（2）根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向．

4．弹力大小计算的三种方法

（1）根据力的平衡条件进行求解．

（2）根据牛顿第二定律进行求解．

（3）根据胡克定律进行求解．

①内容：

弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比．

②表达式：

F＝kx.k是弹簧的劲度系数，单位为N/m；k的大小由弹簧自身性质决定．x是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度．

[思维深化]

1．判断下列说法是否正确．

（1）地球上物体所受重力是万有引力的一个分力．（√）

（2）只要物体发生形变就会产生弹力作用．（×）

（3）物体所受弹力方向与自身形变的方向相同．（×）

（4）轻绳、轻杆的弹力方向一定沿绳、杆．（×）

2.如图1所示，一重为10N的球固定在支撑杆AB的上端，今用一段绳子水平拉球，使杆发生弯曲，已知绳的拉力为7.5N，则AB杆对球的作用力方向及大小为多少？

图1

答案　AB杆对球作用力与水平方向夹角为53°，大小为12.5N

解析　对小球进行受力分析可得，AB杆对球的作用力F和绳的拉力的合力与小球的重力等大、反向，可得F方向斜向左上方，令AB杆对小球的作用力与水平方向夹角为α，可得：

tanα＝＝，α＝53°，F＝＝12.5N.

1．[弹力有无的判断]如图所示，A、B均处于静止状态，则A、B之间一定有弹力的是（　　）

答案　B

2.[弹力方向的判断]（多选）如图2所示为位于水平面上的小车，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆的下端固定有质量为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

A．小车静止时，F＝mgsinθ，方向沿杆向上

B．小车静止时，F＝mgcosθ，方向垂直于杆向上

C．小车向右匀速运动时，一定有F＝mg，方向竖直向上

D．小车向右匀加速运动时，一定有F＞mg，方向可能沿杆向上

答案　CD

解析　小球受重力和杆的作用力F处于静止或匀速运动时，由力的平衡条件知，二力必等大反向，有F＝mg，方向竖直向上．小车向右匀加速运动时，小球有向右的恒定加速度，根据牛顿第二定律知，mg和F的合力应水平向右，如图所示．由图可知，F＞mg，方向可能沿杆向上，选项C、D正确．

3.[含弹簧类弹力的分析与计算]三个质量均为1kg的相同木块a、b、c和两个劲度系数均为500N/m的相同轻弹簧p、q用轻绳连接，如图3所示，其中a放在光滑水平桌面上．开始时p弹簧处于原长，木块都处于静止状态．现用水平力F缓慢地向左拉p弹簧的左端，直到c木块刚好离开水平地面为止，g取10m/s2.该过程p弹簧的左端向左移动的距离是（　　）

图3

A．4cmB．6cmC．8cmD．10cm

答案　C

解析　“缓慢地拉动”说明系统始终处于平衡状态，该过程中p弹簧的左端向左移动的距离等于两个弹簧长度变化量之和；最初，p弹簧处于原长，而q弹簧受到竖直向下的压力FN1＝mbg＝1×10N＝10N，所以其压缩量为x1＝＝2cm；最终c木块刚好离开水平地面，q弹簧受到竖直向下的拉力FN2＝mcg＝1×10N＝10N，其伸长量为x2＝＝2cm，拉力F＝（mb＋mc）g＝2×10N＝20N，p弹簧的伸长量为x3＝＝4cm，所以p弹簧的左端向左移动的距离x＝x1＋x2＋x3＝8cm.

弹力方向的判定技巧和易错提醒

1．几种常见的弹力方向

2．技巧点拨

利用替代法判断轻杆提供的是拉力还是支持力：

轻绳和有固定转轴轻杆的相同点是弹力的方向是沿绳和沿杆的，但轻绳只能提供拉力，轻杆既可以提供拉力也可以提供支持力．

3．易错提醒

（1）易错误地将跨过光滑滑轮、杆、挂钩的同一段绳当两段绳处理，认为张力不同；易错误地将跨过不光滑滑轮、杆、挂钩的绳子当成同一段绳子处理，认为张力处处相等．

（2）易错误地认为任何情况下杆的弹力一定沿杆．

考点二　轻绳模型与轻杆模型

1．轻绳模型

（1）活结模型：

跨过滑轮、光滑杆、光滑钉子的细绳为同一根细绳，其两端张力大小相等．

（2）死结模型：

如几个绳端有“结点”，即几段绳子系在一起，谓之“死结”，那么这几段绳子的张力不一定相等．

2．轻杆模型

（1）“死杆”：

即轻质固定杆，它的弹力方向不一定沿杆的方向，作用力的方向需要结合平衡方程或牛顿第二定律求得．

（2）“活杆”：

即一端有铰链相连的杆属于活动杆，轻质活动杆中的弹力方向一定沿杆的方向．

4．[轻绳活结与轻杆死杆模型]如图4所示，轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为10kg的物体，∠ACB＝30°，g取10m/s2，求：

图4

（1）轻绳AC段的张力FAC的大小；

（2）横梁BC对C端的支持力的大小及方向．

答案　

（1）100N　

（2）100N　方向与水平方向成30°角斜向右上方

解析　物体M处于平衡状态，根据平衡条件可判断，与物体相连的轻绳拉力大小等于物体的重力，取C点为研究对象，进行受力分析，如图所示．

（1）图中轻绳AD跨过定滑轮拉住质量为M的物体，物体处于平衡状态，绳AC段的拉力大小为：

FAC＝FCD＝Mg＝10×10N＝100N

（2）由几何关系得：

FC＝FAC＝Mg＝100N

方向和水平方向成30°角斜向右上方

5．[轻绳死结与轻杆活杆模型]若上题中横梁BC换为水平轻杆，且B端用铰链固定在竖直墙上，如图5所示，轻绳AD拴接在C端，求：

（计算结果保留三位有效数字）

图5

（1）轻绳AC段的张力FAC的大小；

（2）轻杆BC对C端的支持力．

答案　

（1）200N

（2）173N，方向水平向右

解析　对结点C受力分析如图：

根据平衡方程

FAC·sin30°＝Mg

FAC·cos30°＝FBC

得：

FAC＝2Mg＝200N

FBC＝≈173N

方向水平向右

“轻绳”和“轻杆”模型

1．两类模型

（1）绳与杆的一端连接为结点，轻绳属于“死结”．

（2）绳跨过光滑滑轮或挂钩，动滑轮挂在绳子上，绳子就属于“活结”，如图6，此时BC绳的拉力等于所挂重物的重力，轻绳属于“活结”模型．

图6

2．铰链连接三角形支架常见类型和受力特点

图7

（1）图7甲、乙中AB杆可用轻绳来代替；

（2）研究对象为结点B，三力平衡；

（3）两杆的弹力均沿杆的方向，可用轻绳代替的AB杆为拉力，不可用轻绳代替的BC杆为支持力．

考点三　摩擦力的分析与计算

1．两种摩擦力的对比

静摩擦力

滑动摩擦力

定义

两个具有相对运动趋势的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力

两个具有相对运动的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动的力

产生条件（必要条件）

（1）接触面粗糙

（2）接触处有弹力

（3）两物体间有相对运动趋势（仍保持相对静止）

（1）接触面粗糙

（2）接触处有弹力

（3）两物体间有相对运动

大小

（1）静摩擦力为被动力，与正压力无关，满足0＜F≤Fmax

（2）最大静摩擦力Fmax大小与正压力大小有关

滑动摩擦力：

F＝μFN（μ为动摩擦因数，取决于接触面材料及粗糙程度，FN为正压力）

方向

沿接触面与受力物体相对运动趋势的方向相反

沿接触面与受力物体相对运动的方向相反

作用点

实际上接触面上各点都是作用点，常把它们等效到一个点上，在作力的图示或示意图时，一般把力的作用点画到物体的重心上

2.静摩擦力有无及其方向的判定方法

（1）假设法：

假设法有两种，一种是假设接触面光滑，不存在摩擦力，看所研究物体是否改变原来的运动状态．另一种是假设摩擦力存在，看所研究物体是否改变原来的运动状态．

（2）状态法：

静摩擦力的大小与方向具有可变性．明确物体的运动状态，分析物体的受力情况，根据平衡方程或牛顿第二定律求解静摩擦力的大小和方向．

（3）牛顿第三定律法：

此法的关键是抓住“力是成对出现的”，先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力的方向．

[思维深化]

1．摩擦力一定与接触面上的压力成正比吗？

摩擦力的方向一定与正压力的方向垂直吗？

答案　

（1）滑动摩擦力与接触面上的压力成正比，而静摩擦力的大小与正压力无关，通常由受力平衡或牛顿第二定律求解．

（2）由于正压力方向与接触面垂直，而摩擦力沿接触面的切线方向，因此二者一定垂直．

2．判断下列说法是否正确．

（1）静止的物体不可能受滑动摩擦力，运动的物体不可能受静摩擦力．（×）

（2）滑动摩擦力一定是阻力，静摩擦力可以是动力，比如放在倾斜传送带上与传送带相对静止向上运动的物体．（×）

（3）运动物体受到的摩擦力不一定等于μFN.（√）

6．[关于摩擦力的理解]（多选）关于摩擦力，以下说法中正确的是（　　）

A．运动物体可能受到静摩擦力作用，但静止物体不可能受到滑动摩擦力作用

B．静止物体可能受到滑动摩擦力作用，但运动物体不可能受到静摩擦力作用

C．正压力越大，摩擦力可能越大，也可能不变

D．摩擦力方向可能与速度方向在同一直线上，也可能与速度方向不在同一直线上

答案　CD

7．[静摩擦力的分析]（多选）如图8所示，用一水平力F把A、B两个物体挤压在竖直的墙上，A、B两物体均处于静止状态，下列判断正确的是（　　）

图8

A．B物体对A物体的静摩擦力方向向下

B．F增大时，A和墙之间的摩擦力也增大

C．若B的重力大于A的重力，则B受到的摩擦力大于墙对A的摩擦力

D．不论A、B的重力哪个大，B受到的摩擦力一定小于墙对A的摩擦力

答案　AD

解析　将A、B视为整体，可以看出A物体受到墙的摩擦力方向竖直向上．对B受力分析可知B受到的摩擦力方向向上，由牛顿第三定律可知B对A的摩擦力方向向下，A正确；由于A、B两物体受到的重力不变，根据平衡条件可知B错误；A和墙之间的摩擦力与A、B两物体的重力等大、反向，故C错误，D正确．

8．[摩擦力的分析与计算]如图9所示，固定在水平地面上的物体P，左侧是光滑圆弧面，一根轻绳跨过物体P顶点上的小滑轮，一端系有质量为m＝4kg的小球，小球与圆心连线跟水平方向的夹角θ＝60°，绳的另一端水平连接物块3，三个物块重均为50N，作用在物块2的水平力F＝20N，整个系统处于平衡状态，取g＝10m/s2，则以下说法正确的是（　　）

图9

A．1和2之间的摩擦力是20N

B．2和3之间的摩擦力是20N

C．3与桌面间的摩擦力为20N

D．物块3