2019-2020年高考物理一輪復習專題2.1三種基本作用力精講深剖.doc
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2019-2020年高考物理一輪復習專題2.1三種基本作用力精講深剖 1.（xx全國卷Ⅱ16）如圖，一物塊在水平拉力F的作用下沿水平桌面做勻速直線運動．若保持F的大小不變，而方向與水平面成60角，物塊也恰好做勻速直線運動，物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)為( ) 圖1 A．2－ B. C. D. 【答案】C 2.(xx江蘇單科，1，3分)一輕質(zhì)彈簧原長為8 cm，在4 N的拉力作用下伸長了2 cm，彈簧未超出彈性限度，則該彈簧的勁度系數(shù)為( ) A．40 m/N B．40 N/m C．200 m/N D．200 N/m 【答案】D 【解析】由胡克定律得勁度系數(shù)k＝＝200 N/m，D項對。 3．(xx上海單科，9，3分)如圖，光滑的四分之一圓弧軌道AB固定在豎直平面內(nèi)，A端與水平面相切．穿在軌道上的小球在拉力F作用下，緩慢地由A向B運動，F(xiàn)始終沿軌道的切線方向，軌道對球的彈力為N.在運動過程中( ) A．F增大，N減小 B．F減小，N減小 C．F增大，N增大 D．F減小，N增大 【答案】A 【解析】由題意知，小球在由A運動到B過程中始終處于平衡狀態(tài)．設某一時刻小球運動 至如圖所示位置，則對球由平衡條件得：F＝mgsin θ，F(xiàn)N＝mgcos θ，在運動過程中，θ增大， 故F增大，F(xiàn)N減小，A正確． 4.(xx全國卷ⅡT15)如圖，在固定斜面上的一物塊受到一外力F的作用，F(xiàn)平行于斜面向上。若要物塊在斜面上保持靜止，F(xiàn)的取值應有一定范圍，已知其最大值和最小值分別為F1和F2（F2＞0）.由此可求出( ) A．物塊的質(zhì)量 B.斜面的傾角 C.物塊與斜面間的最大靜摩擦力 C.物塊對斜面的正壓力 【答案】C （二）考綱解讀 主題 內(nèi)容 要求 說明 相互作用 滑動摩擦力、動摩擦因數(shù)、靜摩擦力 形變、彈性、胡克定律 矢量和標量 Ⅰ Ⅰ Ⅰ 處理物體在粗糙面上的問題，只限于已知相對運動或已知運動方向的情況 本講共涉及三個一級考點，考試中單獨考查本講知識多以摩擦力為主要考察點，對于摩擦力問題要區(qū)分好滑動摩擦力、靜摩擦力、最大靜摩擦力的關(guān)系，相對難度還是不小的。大多數(shù)考題往往還是會結(jié)合后面的力的合成和分解進行綜合分析分析求解。 （三）考點精講 考向一 重力、彈力的分析與計算 1．彈力有無的判斷“三法” 假設法 思路 假設將與研究對象接觸的物體解除接觸，判斷研究對象的運動狀態(tài)是否發(fā)生改變．若運動狀態(tài)不變，則此處不存在彈力；若運動狀態(tài)改變，則此處一定存在彈力 例證 圖中細線豎直、斜面光滑，因去掉斜面體，小球的狀態(tài)不變，故小球只受細線的拉力，不受斜面的支持力 替換法 思路 用細繩替換裝置中的桿件，看能不能維持原來的力學狀態(tài)．如果能維持，則說明這個桿提供的是拉力；否則，提供的是支持力 例證 圖中輕桿AB、AC，用繩替換桿AB，原裝置狀態(tài)不變，說明桿AB對A施加的是拉力；用繩替換桿AC，原狀態(tài)不能維持，說明桿AC對A施加的是支持力 狀態(tài)法 思路 由運動狀態(tài)分析彈力，即物體的受力必須與物體的運動狀態(tài)相符合，依據(jù)物體的運動狀態(tài)，由二力平衡(或牛頓第二定律)列方程，求解物體間的彈力 例證 升降機以a＝g加速下降時物體不受底板的彈力作用 2．彈力方向的判斷 (1)根據(jù)物體所受彈力方向與施力物體形變的方向相反判斷． (2)根據(jù)共點力的平衡條件或牛頓第二定律確定彈力的方向． 3．計算彈力大小的三種方法 (1)根據(jù)胡克定律進行求解． (2)根據(jù)力的平衡條件進行求解． (3)根據(jù)牛頓第二定律進行求解． 【例1】 (多選)如圖2所示為位于水平面上的小車，固定在小車上的支架的斜桿與豎直桿的夾角為θ，在斜桿的下端固定有質(zhì)量為m的小球．下列關(guān)于桿對球的作用力F的判斷中，正確的是( ) 圖2 A．小車靜止時，F(xiàn)＝mgsin θ，方向沿桿向上 B．小車靜止時，F(xiàn)＝mgcos θ，方向垂直于桿向上 C．小車向右勻速運動時，一定有F＝mg，方向豎直向上 D．小車向右勻加速運動時，一定有F＞mg，方向可能沿桿向上 關(guān)鍵詞①“斜桿與豎直桿”；②小車靜止、勻速、向右勻加速運動． 【答案】 CD 【例2】如圖3所示，質(zhì)量均為m的A、B兩球，由一根勁度系數(shù)為k的輕彈簧連接靜止于半徑為R的光滑半球形碗中，彈簧水平，兩球間距為R且球半徑遠小于碗的半徑．則彈簧的原長為( ) 圖3 A.＋R B.＋R C.＋R D.＋R 關(guān)鍵詞①輕彈簧；②靜止于半徑為R的光滑半球形碗中；③球半徑遠小于碗的半徑． 【答案】 D 彈力方向的判定技巧 1．彈力方向 2．技巧點撥 利用替代法判斷輕桿提供的是拉力還是支持力：輕繩和有固定轉(zhuǎn)軸輕桿的相同點是彈力的方向是沿繩和沿桿的，但輕繩只能提供拉力，輕桿既可以提供拉力也可以提供支持力． 跟蹤練習 1．如圖4所示，小車內(nèi)一根輕質(zhì)彈簧沿豎直方向和一條與豎直方向成α角的細繩拴接一小球．當小車和小球相對靜止，一起在水平面上運動時，下列說法正確的是( ) 圖4 A．細繩一定對小球有拉力的作用 B．輕彈簧一定對小球有彈力的作用 C．細繩不一定對小球有拉力的作用，但是輕彈簧對小球一定有彈力 D．細繩不一定對小球有拉力的作用，輕彈簧對小球也不一定有彈力 【答案】 D 【解析】接觸不一定會有力的作用。 2.如圖5所示，在一個正方體的盒子中放有一個質(zhì)量分布均勻的小球，小球的直徑恰好和盒子內(nèi)表面正方體的邊長相等，盒子沿傾角為α的固定斜面滑動，不計一切摩擦，下列說法中正確的是( ) 圖5 A．無論盒子沿斜面上滑還是下滑，球都僅對盒子的下底面有壓力 B．盒子沿斜面下滑時，球?qū)凶拥南碌酌婧陀覀?cè)面有壓力 C．盒子沿斜面下滑時，球?qū)凶拥南碌酌婧妥髠?cè)面有壓力 D．盒子沿斜面上滑時，球?qū)凶拥南碌酌婧妥髠?cè)面有壓力 【答案】 A 考點二 “動桿”和“定桿”與“活結(jié)”和“死結(jié)”問題 1．“動桿”和“定桿”問題 (1)動桿：若輕桿用轉(zhuǎn)軸或鉸鏈連接，當桿處于平衡時桿所受到的彈力方向一定沿著桿，否則會引起桿的轉(zhuǎn)動．如圖6甲所示，若C為轉(zhuǎn)軸，則輕桿在緩慢轉(zhuǎn)動中，彈力方向始終沿桿的方向． 圖6 (2)定桿：若輕桿被固定不發(fā)生轉(zhuǎn)動，則桿所受到的彈力方向不一定沿桿的方向．如圖乙所示，水平橫梁的一端A插在墻壁內(nèi)，另一端裝有一個小滑輪B，一輕繩的一端C固定于墻壁上，另一端跨過滑輪后懸掛一質(zhì)量m＝10 kg的重物，∠CBA＝30.滑輪受到繩子的作用力應為圖丙中兩段繩中拉力F1和F2的合力，因為同一根繩子張力處處相等，都等于重物的重力，即F1＝F2＝G＝mg＝100 N．用平行四邊形定則作圖，可知合力F＝100 N，所以滑輪受繩的作用力為100 N，方向與水平方向成30角斜向下，彈力的方向不沿桿． 2．“活結(jié)”和“死結(jié)”問題 (1)活結(jié)：當繩繞過滑輪或掛鉤時，由于滑輪或掛鉤對繩無約束，因此繩上的力是相等的，即滑輪只改變力的方向不改變力的大小，例如圖乙中，兩段繩中的拉力大小都等于重物的重力． (2)死結(jié)：若結(jié)點不是滑輪時，是固定點，稱為“死結(jié)”結(jié)點，則兩側(cè)繩上的彈力不一定相等． 圖7 【例3】 如圖7所示，兩個輕環(huán)a和b套在位于豎直面內(nèi)的一段固定圓弧上；一細線穿過兩輕環(huán)，其兩端各系一質(zhì)量為m的小球．在a和b之間的細線上懸掛一小物塊．平衡時，a、b間的距離恰好等于圓弧的半徑．不計所有摩擦．小物塊的質(zhì)量為( ) A. B.m C．m D．2m 關(guān)鍵詞①輕環(huán)，不計所有摩擦；②a、b間的距離恰好等于圓弧的半徑． 【答案】 C 跟蹤練習 3．如圖8所示，滑輪本身的質(zhì)量可忽略不計，滑輪軸O安在一根輕木桿B上，一根輕繩AC繞過滑輪，A端固定在墻上，且繩保持水平，C端掛一重物，BO與豎直方向的夾角θ＝45，系統(tǒng)保持平衡．若保持滑輪的位置不變，改變夾角θ的大小，則滑輪受到木桿作用力大小變化情況的是( ) 圖8 A．只有角θ變小，作用力才變大 B．只有角θ變大，作用力才變大 C．不論角θ變大或變小，作用力都是變大 D．不論角θ變大或變小，作用力都不變 【答案】 D 【解析】桿的力比較特殊，本題中衛(wèi)兩端繩子的合力 4．(多選)如圖9所示，質(zhì)量均可忽略的輕繩與輕桿，A端用鉸鏈固定，滑輪在A點正上方(滑輪大小及摩擦均可不計)，B端吊一重物．現(xiàn)將繩的一端拴在桿的B端，用拉力F將B端緩慢上拉，在AB桿達到豎直前( ) 圖9 A．繩子拉力不變 B．繩子拉力減小 C．AB桿受力增大 D．AB桿受力不變 【答案】 BD 考點三 摩擦力的分析與計算 1．靜摩擦力的有無和方向的判斷方法 (1)假設法：利用假設法判斷的思維程序如下： (2)狀態(tài)法：先判斷物體的狀態(tài)(即加速度的方向)，再利用牛頓第二定律(F＝ma)確定合力，然后通過受力分析確定靜摩擦力的大小及方向． (3)牛頓第三定律法：先確定受力較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．靜摩擦力大小的計算 (1)物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速運動)，利用力的平衡條件來判斷靜摩擦力的大小． (2)物體有加速度時，若只有靜摩擦力，則Ff＝ma.若除靜摩擦力外，物體還受其他力，則F合＝ma，先求合力再求靜摩擦力． 3．滑動摩擦力大小的計算 滑動摩擦力的大小用公式Ff＝μFN來計算，應用此公式時要注意以下幾點： (1)μ為動摩擦因數(shù)，其大小與接觸面的材料、表面的粗糙程度有關(guān)；FN為兩接觸面間的正壓力，其大小不一定等于物體的重力． (2)滑動摩擦力的大小與物體的運動速度和接觸面的大小均無關(guān)． 【例4】 (多選)如圖10所示，斜面體A靜置于水平地面上，其傾角為θ＝45，上表面水平的物塊B在A上恰能勻速下滑．現(xiàn)對B施加一個沿斜面向上的力F，使B能緩慢地向上勻速運動，某時刻在B上輕輕地放上一個質(zhì)量為m的小物體C(圖中未畫出)，A始終靜止，B保持運動狀態(tài)不變，關(guān)于放上C之后的情況，下列說法正確的是( ) 圖10 A．B受到的摩擦力增加了mg B．推力F增大了mg C．推力F增大了mg D．A受到地面的摩擦力增加了mg 關(guān)鍵詞①恰能勻速下滑；②使B能緩慢地向上勻速運動． 【答案】 ACD 摩擦力方向的分析技巧和計算 1．分析技巧 (1)在分析兩個或兩個以上物體間的相互作用時，一般采用整體法與隔離法進行分析． (2)要注意靈活應用相對運動趨勢法、假設法、狀態(tài)法和轉(zhuǎn)換法判斷靜摩擦力的方向． 2．摩擦力的計算 (1)在確定摩擦力的大小之前，首先分析物體所處的狀態(tài)，分清是靜摩擦力還是滑動摩擦力． (2)滑動摩擦力有具體的計算公式，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)“Ff＝μFN”中FN并不總是等于物體的重力． 跟蹤練習 5.如圖11所示，滑塊A置于水平地面上，滑塊B在一水平力作用下緊靠滑塊A(A、B接觸面豎直)，此時A恰好不滑動，B剛好不下滑．已知A與B間的動摩擦因數(shù)為μ1，A與地面間的動摩擦因數(shù)為μ2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力．A與B的質(zhì)量之比為( ) 圖11 A. B. C. D. 【答案】 B 6．如圖12所示，傾角為θ的斜面體C置于水平地面上，小物體B置于斜面上，通過細繩跨過光滑的定滑輪與物體A相連接，連接B的一段細繩與斜面平行，已知A、B、C都處于靜止狀態(tài)，則( ) 圖12 A．B受C的摩擦力一定不為零 B．C受地面的摩擦力一定為零 C．C有沿地面向右滑的趨勢，一定受到地面向左的摩擦力 D．將細繩剪斷而B依然靜止在斜面上，此時地面對C的摩擦力水平向左 【答案】 C 【解析】根據(jù)靜摩擦力的特點知C正確 考點四 摩擦力的突變問題 1．靜摩擦力的突變問題 靜摩擦力是被動力，其存在及大小、方向取決于物體間的相對運動趨勢，而且靜摩擦力存在最大值．靜摩擦力為零的狀態(tài)是方向變化的臨界狀態(tài)；靜摩擦力達到最大值是物體恰好保持相對靜止的臨界狀態(tài)． 2．滑動摩擦力的突變問題 滑動摩擦力的大小與接觸面的動摩擦因數(shù)和接觸面受到的正壓力均成正比，發(fā)生相對運動的物體，如果接觸面發(fā)生變化或接觸面受到的正壓力發(fā)生變化，則滑動摩擦力就會發(fā)生變化． 例5 傳送帶以恒定的速率v＝10 m/s運動，已知它與水平面成θ＝37，如圖13所示，PQ＝16 m，將一個小物體無初速度地放在P點，小物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.5，問當傳送帶逆時針轉(zhuǎn)動時，小物體運動到Q點的時間為多少？(g＝10 m/s2，sin 37＝0.6，cos 37＝0.8) 圖13 關(guān)鍵詞①傳送帶逆時針轉(zhuǎn)動；②小物體無初速度地放在P點． 【答案】 4.3 s 用臨界法分析摩擦力突變問題的三點注意 1．題目中出現(xiàn)“最大”“最小”和“剛好”等關(guān)鍵詞時，一般隱藏著臨界問題．有時，有些臨界問題中并不含上述常見的“臨界術(shù)語”，但審題時發(fā)現(xiàn)某個物理量在變化過程中會發(fā)生突變，則該物理量突變時物體所處的狀態(tài)即為臨界狀態(tài)． 2．靜摩擦力是被動力，其存在及大小、方向取決于物體間的相對運動的趨勢，而且靜摩擦力存在最大值．存在靜摩擦的連接系統(tǒng)，相對滑動與相對靜止的臨界條件是靜摩擦力達到最大值． 3．研究傳送帶問題時，物體和傳送帶的速度相等的時刻往往是摩擦力的大小、方向和運動性質(zhì)的分界點． 跟蹤練習 7．如圖14所示，質(zhì)量為1 kg的物體與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，從t＝0開始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同時受到一個水平向左的恒力F＝1 N的作用，取g＝10 m/s2，向右為正方向，該物體受到的摩擦力Ff隨時間t變化的圖象是(最大靜摩擦力等于滑動摩擦力)( ) 圖14 【答案】 A 【解析】靜止后就變成靜摩擦力了 8．表面粗糙的長直木板的上表面的一端放有一個木塊，如圖15所示，木板由水平位置緩慢向上轉(zhuǎn)動(即木板與地面的夾角α變大，最大靜摩擦力大于滑動摩擦力)，另一端不動，則木塊受到的摩擦力Ff隨角度α變化的圖象是下列圖中的( ) 圖15 【答案】 C 解法二：特殊位置法 本題選兩個特殊位置也可方便地求解，具體分析見下表： 特殊位置 分析過程 木板剛開始運動時 此時木塊與木板無摩擦，即Ff靜＝0，故A選項錯誤． 木塊相對于木板剛好要滑動而沒滑動時 木塊此時所受的靜摩擦力為最大靜摩擦力，且大于剛開始運動時所受的滑動摩擦力，即Ffm>Ff滑，故B、D選項錯誤. 由以上分析知，選項C正確. 掃描滑動摩擦力和靜摩擦力的關(guān)系 【例1】(多選)在探究靜摩擦力變化的規(guī)律及滑動摩擦力變化的規(guī)律的實驗中，特設計了如圖16甲所示的演示裝置，力傳感器A與計算機連接，可獲得力隨時間變化的規(guī)律，將力傳感器固定在光滑水平桌面上，測力端通過細繩與一滑塊相連(調(diào)節(jié)力傳感器高度可使細繩水平)，滑塊放在較長的小車上，小車一端連接一根輕繩并跨過光滑的輕定滑輪系一只空沙桶(調(diào)節(jié)滑輪可使桌面上部輕繩水平)，整個裝置處于靜止狀態(tài)．實驗開始時打開力傳感器同時緩慢向沙桶里倒入沙子，小車一旦運動起來，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，下列說法正確的是( ) 圖16 A．可求出空沙桶的重力 B．可求出滑塊與小車之間的滑動摩擦力的大小 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動(滑塊仍在車上) 【答案】 ABC 點評 上面的實驗案例考查了靜摩擦力與滑動摩擦力的區(qū)分．本題的難點分為：(1)對摩擦力分類的判斷，考慮到最大靜摩擦力大于滑動摩擦力，故在t＝50 s時刻為最大靜摩擦力突變?yōu)榛瑒幽Σ亮Φ呐R界點，最大靜摩擦力為3.5 N．(2)在50 s以后，沙和沙桶的重力一定大于滑動摩擦力，故小車加速運動，不可視為平衡狀態(tài)來處理． 【思維拓展】如圖17所示，為什么不能固定木板，用彈簧測力計拉著木塊運動來測定木塊和木板之間的動摩擦因數(shù)呢？ 【答案】 如果固定木板，用彈簧測力計拉著木塊運動，要保證木塊勻速運動非常困難，且彈簧測力計的示數(shù)不穩(wěn)定，不能根據(jù)二力平衡求木塊與木板間的滑動摩擦力． （四）知識還原 基礎(chǔ)知識梳理 一、重力 1．產(chǎn)生：由于地球吸引而使物體受到的力．注意：重力不是萬有引力，而是萬有引力豎直向下的一個分力． 2．大?。篏＝mg，可用彈簧測力計測量．注意：(1)物體的質(zhì)量不會變；(2)G的變化是由在地球上不同位置處g的變化引起的． 3．方向：總是豎直向下的．注意：豎直向下是和水平面垂直，不一定和接觸面垂直，也不一定指向地心． 4．重心：物體的每一部分都受重力作用，可認為重力集中作用于一點即物體的重心． (1)影響重心位置的因素：物體的幾何形狀；物體的質(zhì)量分布． (2)不規(guī)則薄板形物體重心的確定方法：懸掛法．注意：重心的位置不一定在物體上． 二、彈力 1．彈性形變 撤去外力作用后能夠恢復原狀的形變． 2．彈力 (1)定義：發(fā)生形變的物體由于要恢復原狀而對與它接觸的物體產(chǎn)生的作用力． (2)產(chǎn)生條件： ①物體間直接接觸； ②接觸處發(fā)生形變． (3)方向：總是與施力物體形變的方向相反． 3．胡克定律 (1)內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈力和彈簧形變大小(伸長或縮短的量)成正比． (2)表達式：F＝kx. ①k是彈簧的勁度系數(shù)，單位是牛頓每米，用符號N/m表示；k的大小由彈簧自身性質(zhì)決定． ②x是彈簧長度的變化量，不是彈簧形變以后的長度． 【深度思考】 如圖1所示，一重為10 N的球固定在支撐桿AB的上端，今用一段繩子水平拉球，使桿發(fā)生彎曲，已知繩的拉力為7.5 N，則AB桿對球的作用力方向及大小為多少？由此說明桿彈力的方向有什么特點？ 圖1 【答案】 AB桿對球的作用力與水平方向夾角為53，大小為12.5 N 桿彈力的方向不一定沿桿方向 三、摩擦力 1．靜摩擦力與滑動摩擦力 名稱 項目 靜摩擦力 滑動摩擦力 定義 兩相對靜止的物體間的摩擦力 兩相對運動的物體間的摩擦力 產(chǎn)生條件 ①接觸面粗糙 ②接觸處有壓力 ③兩物體間有相對運動趨勢 ①接觸面粗糙 ②接觸處有壓力 ③兩物體間有相對運動 大小 0下載提示(請認真閱讀)
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- 2019 2020 年高 物理 一輪 復習 專題 2.1 基本 作用力 精講深剖
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