廣東省普寧二中 第1單元 重力、彈力、摩擦力的分析與計算精品課件 廣東版必修1

1、復(fù)習(xí)策略：力學(xué)要解決的核心問題之一是力的問題，本章研究首先從力這個力學(xué)乃至整個中學(xué)物理的概念入手，領(lǐng)會有關(guān)力的要領(lǐng)和運(yùn)算；其次掌握諸多性質(zhì)；再次要靈活運(yùn)用隔離法與整體法求解多個物體相互作用的問題，在正交方向上應(yīng)用平衡條件，運(yùn)用多種數(shù)學(xué)方法處理問題等。,快捷記憶秘訣：重力彈力摩擦力，高一二三息相關(guān)。平衡外力必共點(diǎn)，等效處理是一招。受力分析要做好，列式一定要規(guī)范。計算一點(diǎn)不馬虎，結(jié)果注意多檢驗(yàn)。抽象理想實(shí)驗(yàn)法，整體隔離相結(jié)合。,第

2、一單元 重力、彈力、摩擦力的分析與計算,一、知識導(dǎo)航,１.力：力是物體對物體的作用,(1)力的物質(zhì)性：力的作用離不開物體的存在，有受力物體必有施力物體。因此，在對物體進(jìn)行受力分析時，必須明確　　　 　和　　　 　。,(2)力的作用是相互性：根據(jù)牛頓第三定律，兩個相互作用的物體之間的作用力和反作用力總是大小　　 ，方向　　，作用在　　　 　上。,(3)力的矢量性：力是矢量，既有　 　，又有　 　，服從　　　　 法則，不能簡

3、單地進(jìn)行代數(shù)相加。,施力物體,受力物體,相等,相反,同一條直線,大小,平行四邊形,方向,(4)力的作用效果：使物體產(chǎn)生形變或使物體 。,(5)力的三要素：　　 、　　和　　 　。 力的三要素可用力的圖示直觀地表示出來。要注意力的圖示與力的示意圖的區(qū)別。,(6)力的分類：力的分類方法通常按力的性質(zhì)分類或按力的作用效果進(jìn)行分類。按力的　 　分：重力、彈力、摩擦力、分子力、電場力、磁場力、核力、萬有引

4、力。按力的　　　　 分：推力、拉力、壓力、支持力、引力、斥力、向心力、回復(fù)力。,運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變,大小,方向,作用點(diǎn),性質(zhì),作用效果,２.重力：物體受到的重力，是由于地球的吸引而產(chǎn)生的,(1)重力的大小：同一地點(diǎn)重力的大小與 成正比，G=　　。重力的大小不但跟物體的質(zhì)量有關(guān)，還與物體所處的　　、　　有關(guān)。,質(zhì)量,(2)重力的方向：　　向下，除了在赤道和極地附近，一般不通過地心。,mg,緯度,高度,(3)重力的作用點(diǎn)：　　。

5、重心是重力的等效作用點(diǎn)，通常可以認(rèn)為重力就作用在這一點(diǎn)。物體的重心　　　 在物體上。,豎直,重心,不一定,(1)彈力產(chǎn)生的條件:① ; ② 。,３.彈力：發(fā)生形變的物體，由于有恢復(fù)原形的趨勢，對跟它接觸的物體產(chǎn)生的力。,直接接觸,有彈性形變,(2)彈力的方向：①線的拉力沿著線　 　趨勢的方向；②面與面、點(diǎn)與面接觸的彈力垂直于面（若是曲面則垂直于接觸點(diǎn)的公切面）指向　　　　 　。

6、,(3)彈力的大?。孩賹τ趶椥孕巫兊膹椈僧a(chǎn)生的彈力Ｆ＝　　(胡克定律).其中　　叫勁度系數(shù)，它與　　　 　、　　　、　　　有關(guān)，　 是相對于彈簧原長時的壓縮量或伸長量，不是指任意兩次彈簧長度的差值。②形變不明顯的彈力要根據(jù)力的平衡條件用其他力（多為重力）的大小結(jié)合三角函數(shù)值確定。,收縮,被壓或被支持的物體,kx,k,彈簧的粗細(xì),長短,材料,x,４.摩擦力：兩個相互接觸且擠壓的物體有相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢時，物體之間產(chǎn)生阻礙

7、相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢的力。,(1)摩擦力產(chǎn)生的條件：①　　　　 　 ；②　　　　　　；③　　 　　　　 ；④　　　　 　　　。,兩物體相接觸,(2)摩擦力的方向：與接觸面　　　，與相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢的方向　　　　。,接觸面粗糙,物體間存在正壓力,物體有相對運(yùn)動(或有相對運(yùn)動的趨勢),(3)摩擦力的大?。孩倩瑒幽Σ亮Φ拇笮。篺＝　 。其中 是指正壓力，不一定等于重力，　叫動摩

8、擦因數(shù)，它的大小是由　 . 和　　　 共同決定的，與接觸面的面積無關(guān)。②靜摩擦力大小可以變化，要根據(jù)力的平衡條件確定；但一定壓力下存在一個最大值，實(shí)際存在的靜摩擦力的大小，取值范圍為　　　 　。,平行,相反,μN(yùn),N,μ,接觸面,材料,粗糙程度,0＜f＜μN(yùn),二、疑難剖析,１.重力與萬有引力的聯(lián)系和區(qū)別,重力源于地球?qū)ξ矬w的萬有引力，嚴(yán)格而言，重力一般不等于地球?qū)ξ矬w的萬有引力。重力是地球?qū)ξ矬w萬有引力的一個分力

9、，萬有引力的另一個分力是提供物體隨地球一同繞地軸轉(zhuǎn)動所需要的向心力。但如果要求不高時，可以近似認(rèn)為。,２.對重心的理解,重心是引力對物體上各處作用的集中表現(xiàn)，是等效作用點(diǎn)．重心可以在物體的幾何中心上，也可以在物體之外。要根據(jù)質(zhì)量分布及幾何形狀而定．通常受力分析時定在物體的幾何中心上．,而彈力大小的確定，除彈簧外，大多要利用牛頓運(yùn)動定律確定。,３．關(guān)于彈力的分析,4.對摩擦力的進(jìn)一步理解,主動輪Ａ帶動皮帶Ｂ：,皮帶Ｂ又帶動從動輪Ｃ：,

10、,在靜摩擦力的問題中，某物體由于有超前運(yùn)動的趨勢而會使另一物體產(chǎn)生對自己的靜摩擦力來“咬住”自己帶他一起運(yùn)動；某物體由于有落后運(yùn)動的趨勢而會使另一物體產(chǎn)生對自己的靜摩擦力來“牽著”自已跟他一起運(yùn)動。,三、題型探究,題型一　對彈力有無的判斷,例１.如圖所示，一質(zhì)量為m的球靜止于水平板Ａ和斜板Ｂ的夾角之間，求斜板B對球的彈力。,點(diǎn)評：本題通過假設(shè)的方法來判斷彈力的存在性，可以假設(shè)有彈力，然后根據(jù)假設(shè)情況分析發(fā)現(xiàn)與題意存在矛盾，從而確立答案。

11、這是物理一種研究方法,方法總結(jié)：彈力產(chǎn)生于接觸的物體之間，但相互接觸的物體不一定有彈力，只有在物體形變時才會有彈力。一般地，“支持面”的形變有時較難覺察，有時要通過反證法和運(yùn)動定律分析。,方法一：假設(shè)接觸處研究對象受到彈力作用，并假定此處彈力的方向，再觀察研究對象能否處于題設(shè)狀態(tài)(平衡或加速運(yùn)動)。若屬于運(yùn)動狀態(tài)變化的情形，可以利用牛頓第二定律確定彈力的大小和方向。,方法二：假設(shè)將與研究對象接觸的物體解除接觸，判斷研究對象的運(yùn)動狀態(tài)是否

12、改變，若運(yùn)動狀態(tài)不變，則此處不存在彈力，若運(yùn)動狀態(tài)改變，則此處一定存在彈力。,題型二　對彈力方向的探究,例１.如圖所示，小車上固定著一根彎成α角的曲桿，桿的另一端固定一個質(zhì)量為m的小球，試分析下列情況下桿對球的彈力方向。⑴小車處于靜止?fàn)顟B(tài)；⑵小車以加速度a水平向右運(yùn)動,點(diǎn)評：本題所確定的桿對小球的彈力的大小和方向都和小車的加速度有關(guān)，加速度越大，彈力越大，θ角也越大．由此經(jīng)典題我們得到啟示為：彈力也不是一成不變的，它與物體的運(yùn)動狀

13、態(tài)有關(guān)．,方法總結(jié),⑴分析接觸面的彈力方向時，要牢牢把握與接觸面垂直這個關(guān)鍵，不要受接觸面的運(yùn)動的影響。,⑵桿對球的彈力方向與球的運(yùn)動狀態(tài)有關(guān)，并不一定沿著桿的方向，這與繩所產(chǎn)生的彈力有很大區(qū)別。另外，在不能準(zhǔn)確確定彈力的大小和方向時，要利用牛頓運(yùn)動定律解決。,題型三　對彈簧彈力雙向問題的探究,例３.如圖所示，一輕質(zhì)彈簧一端固定在地面上，一端連接重為15Ｎ的木塊Ａ，Ａ的上端又通過一條非彈性繩吊在天花板上，已知彈簧的彈力為10Ｎ，則繩子的

14、拉力可能等于Ａ.5N　 Ｂ.10N?。?15N　Ｄ.25N,方法總結(jié),在運(yùn)用胡克定律時，要注意對于同一個形變，可能是拉伸，也可能是壓縮；對于同一彈力的大小，可能是由于拉伸產(chǎn)生的，也可能是由于壓縮產(chǎn)生的，當(dāng)不能確定是拉伸還是壓縮時，就要分別討論，通常會有兩個解。,題型四　對彈簧串聯(lián)問題的探究,例４.如圖所示，勁度系數(shù)為k1的輕質(zhì)彈簧兩端分別與質(zhì)量為m1 、m2 的物塊1、2拴接，勁度系數(shù)為k2的輕質(zhì)彈簧上端與物塊2拴接，下端壓在桌面上

15、(不拴接)，整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)施力將物塊1緩慢地豎直上提，直到下面那個彈簧的下端剛脫離桌面，在此過程中物塊2和物塊1的分別提升了多少？,點(diǎn)評：對彈簧串聯(lián)的問題，首先要明確初始狀態(tài)，確定事先每條彈簧的形變量，再通過受力分析發(fā)現(xiàn)最終狀態(tài)每條新的形變量，利用位置變化的關(guān)系確定結(jié)果．,方法總結(jié),以上方法屬于獨(dú)點(diǎn)解釋法．對高端物塊，我們也可采用整體法：即把中間物塊抽象到最高端，則串聯(lián)彈簧的勁度系數(shù)為(1/k1+1/k2 )．再分析整條彈簧

16、具有的彈力：(m1+m2)g，由胡克定律可解得同解．,題型五　探究摩擦力是否存在的問題,例５.如圖所示物體A疊放在物體B上，B置于光滑水平面上。A、B質(zhì)量分別為mA=6kg，mB=2kg，A、B之間的動摩擦因數(shù)μ=0.2，開始時F=10N，此后逐漸增加，在增大到50N的過程中，則Ａ.兩物體間從受力開始就有相對運(yùn)動Ｂ.兩物體開始沒有相對運(yùn)動，當(dāng)拉力F>12N時才開始相對滑動Ｃ.兩物體開始沒有相對運(yùn)動，當(dāng)拉力F>48N

17、時才開始相對滑動Ｄ.兩物體間始終沒有相對運(yùn)動,點(diǎn)評：本題要運(yùn)動牛頓第二定律和物理重要方法，這是分析復(fù)雜摩擦力問題的重要途徑之一。思維的過程要按部就班，從物理的基本知識著手，并進(jìn)行討論總結(jié)。,方法總結(jié),關(guān)于摩擦力存在及其方向的判斷。,方法一：假設(shè)接觸面光滑，看物體是否發(fā)生相對運(yùn)動；若發(fā)生相對運(yùn)動，則說明物體原來的靜止是有運(yùn)動趨勢的靜止，且假設(shè)接觸面光滑后物體發(fā)生的相對運(yùn)動方向即為相對運(yùn)動趨勢的方向，從而確定靜摩擦力的方向。,方法二：根據(jù)

18、物體所處的運(yùn)動狀態(tài)，應(yīng)用動力學(xué)規(guī)律判定。如兩個疊放在水平面上的物體，上面的物體跟下面的物體一起沿水平方向做勻加速運(yùn)動，下面物體有施加拉力，上面的物體沒有，則根據(jù)牛頓第二定律：上面物體加速度是下面物體對它的靜摩擦力產(chǎn)生的。,題型六　摩擦力方向的判斷,例６.(2008年湖南模擬)有一半徑r=0.2m的圓柱體繞豎直軸ＯＯ'以角速度ω=9rad/s勻速轉(zhuǎn)動，今用水平力Ｆ把質(zhì)量為m=1kg的物體Ａ壓在圓柱體的側(cè)面．由于受檔板上豎直的光滑槽

19、的作用，物體Ａ在水平方向上不能隨圓柱體轉(zhuǎn)動，而以v０=2.4m/s的速度勻速下降．如圖所示，若物體Ａ與圓柱體間的動摩擦因數(shù)u=0.25，求水平推力Ｆ的大小？(g=10m/s2),,點(diǎn)評：滑動摩擦力的方向總是跟相對運(yùn)動的方向相反。象本題相對運(yùn)動是檔板Ａ和圓柱體的側(cè)面，就要在這里進(jìn)行研究相對運(yùn)動的方向．靜摩擦力的方向總是跟接觸面相切，并且跟物體相對運(yùn)動趨勢的方向相反。,題型七　摩擦力大小的計算,摩擦力是一種被動力，它的大小與物體本身的狀態(tài)等

20、有關(guān)。當(dāng)物體保持靜止時，其大小與其他力的合力相平衡，故隨其他力的合力的變化而變化；當(dāng)物體運(yùn)動時，其大小由公式f＝μFN，若μ不變，則f正比于FN。當(dāng)物體保持直線運(yùn)動時，無論其運(yùn)動狀態(tài)怎樣改變，F(xiàn)N不變，f也不變。,例７.(經(jīng)典題)如圖位于斜面上的物體A在沿斜面上的力F作用下，處于靜止?fàn)顟B(tài)，則斜面作用于物體A的靜摩擦力（ ）A.方向可能沿斜面向上B.方向可能沿斜面向下C.大小可能等于零D.大小可能等于F,點(diǎn)評：靜摩擦力是

21、通過平衡條件確定的，由本例看到靜摩擦力的一個重要特點(diǎn)是隨機(jī)應(yīng)變。,例８.如圖所示，水平面上一個物體在水平向右的力Ｆ作用下向右做勻速直線運(yùn)動，已知物體的質(zhì)量m=1kg，與水平面的動摩擦因數(shù)為μ=0.5。⑴保持力Ｆ的方向不變，突然把力增大一倍，則物體所受的摩擦力變?yōu)槎嗌?？物體做什么運(yùn)動？⑵保持力Ｆ的大小不變，突然把力改為豎直向上，則物體所受的摩擦力變?yōu)槎嗌?？物體做什么運(yùn)動？,點(diǎn)評：本題很好的演繹了動摩擦力的物理意義：僅取決于動摩擦因數(shù)與

22、正壓力，與物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。,四、易錯糾析,易錯之一：錯套滑動摩擦力公式求靜摩擦力,例９.如圖所示，質(zhì)量分別為m和M的兩物體P和Q疊放在傾角為θ的斜面上，P、Q之間的動摩擦因數(shù)為μ1，Q與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ2。當(dāng)它們從靜止開始沿斜面滑下時，兩物體始終保持相對靜止，則物體P受到的摩擦力大小為：A.0 B.μ1mgcosθ C.μ2mgcosθ D.(μ1+μ2)mgcosθ,分析：P、Q之間為

23、靜摩擦力。,易錯之二：錯認(rèn)壓力的大小總等于重力，摩擦力的方向與運(yùn)動方向在同一直線上,例10.如圖所示，電梯與水平面夾角為300，當(dāng)電梯以加速度勻加速向上運(yùn)動時，質(zhì)量為m的人對梯面壓力方向向那里？大小等于多少？梯面對人的摩擦力的方向向那里？大小等于多少？,五、創(chuàng)新探究,１.吊燈模型的彈力探究,例11.如圖所示，三根不可伸長的輕繩，一端系在半徑為r0的環(huán)1上，彼此間距相等。繩穿過半徑為r0的第3個圓環(huán)，另一端用同樣方式系在半徑為2r0的圓環(huán)

24、2上，環(huán)1固定在水平天花上，整個系統(tǒng)處于平衡。試求第2個環(huán)中心與第3個環(huán)中心之距離.(三個環(huán)都是用同種金屬絲制作的),點(diǎn)評：本題先以2、3環(huán)為研究對象，再以2環(huán)為研究對象，并利用對稱性，體現(xiàn)了思維的靈活性。而研究對象的選取是解題的關(guān)鍵,由輕質(zhì)繩子的張力處處相等而得到的T1=T2是非常重要的結(jié)論，在許多問題的討論中都用到，應(yīng)予以重視。,２．半球形屋頂力學(xué)問題探究,例12.我國國家大劇院外部呈橢圓球型。假設(shè)國家大劇院的屋頂為半球形，一警衛(wèi)人