【物理】2018届一轮复习人教版2-1三种基本作用力学案 20页

专题2.1 三种基本作用力 ‎（一）真题速递 ‎1.（2017·全国卷Ⅱ16）如图，一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动．若保持F的大小不变，而方向与水平面成60°角，物块也恰好做匀速直线运动，物块与桌面间的动摩擦因数为(　　)‎ 图1‎ A．2－ B. C. D. ‎【答案】C　‎ ‎2.(2016·江苏单科，1，3分)一轻质弹簧原长为‎8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了‎2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为(　　)‎ A．‎40 m/N B．40 N/m C．‎200 m/N D．200 N/m ‎【答案】D　‎ ‎【解析】由胡克定律得劲度系数k＝＝200 N/m，D项对。‎ ‎3．(2014·上海单科，9，3分)如图，光滑的四分之一圆弧轨道AB固定在竖直平面内，A端与水平面相切．穿在轨道上的小球在拉力F作用下，缓慢地由A向B运动，F始终沿轨道的切线方向，轨道对球的弹力为N.在运动过程中(　　)‎ A．F增大，N减小 B．F减小，N减小 C．F增大，N增大 D．F减小，N增大 ‎【答案】A　‎ ‎【解析】由题意知，小球在由A运动到B过程中始终处于平衡状态．设某一时刻小球运动 至如图所示位置，则对球由平衡条件得：F＝mgsin θ，FN＝mgcos θ，在运动过程中，θ增大，‎ 故F增大，FN减小，A正确． ‎ ‎4.(2013·全国卷ⅡT15)如图，在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用，F平行于斜面向上。若要物块在斜面上保持静止，F的取值应有一定范围，已知其最大值和最小值分别为F1和F2（F2＞0）.由此可求出(　　)‎ A．物块的质量 B.斜面的倾角 C.物块与斜面间的最大静摩擦力 C.物块对斜面的正压力 ‎【答案】C ‎（二）考纲解读 主题 ‎ 内容 ‎ 要求 ‎ 说明 ‎ 相互作用 ‎ 滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力 Ⅰ Ⅰ ‎ 形变、弹性、胡克定律 矢量和标量 Ⅰ ‎ 处理物体在粗糙面上的问题，只限于已知相对运动或已知运动方向的情况 ‎ 本讲共涉及三个一级考点，考试中单独考查本讲知识多以摩擦力为主要考察点，对于摩擦力问题要区分好滑动摩擦力、静摩擦力、最大静摩擦力的关系，相对难度还是不小的。大多数考题往往还是会结合后面的力的合成和分解进行综合分析分析求解。‎ ‎（三）考点精讲 考向一　重力、弹力的分析与计算 ‎1．弹力有无的判断“三法”‎ 假设法 思路 假设将与研究对象接触的物体解除接触，判断研究对象的运动状态是否发生改变．若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力 例证 图中细线竖直、斜面光滑，因去掉斜面体，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力 替换法 思路 用细绳替换装置中的杆件，看能不能维持原来的力学状态．如果能维持，则说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是支持力 例证 图中轻杆AB、AC，用绳替换杆AB，原装置状态不变，说明杆AB对A施加的是拉力；用绳替换杆AC，原状态不能维持，说明杆AC对A施加的是支持力 状态法 思路 由运动状态分析弹力，即物体的受力必须与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由二力平衡(或牛顿第二定律)列方程，求解物体间的弹力 例证 升降机以a＝g加速下降时物体不受底板的弹力作用 ‎2．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．‎ ‎3．计算弹力大小的三种方法 ‎(1)根据胡克定律进行求解．‎ ‎(2)根据力的平衡条件进行求解．‎ ‎(3)根据牛顿第二定律进行求解．‎ ‎【例1】 (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＝mgsin θ，方向沿杆向上 B．小车静止时，F＝mgcos θ，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 关键词①“斜杆与竖直杆”；②小车静止、匀速、向右匀加速运动．‎ ‎【答案】　CD ‎【例2】如图3所示，质量均为m的A、B两球，由一根劲度系数为k的轻弹簧连接静止于半径为R的光滑半球形碗中，弹簧水平，两球间距为R且球半径远小于碗的半径．则弹簧的原长为(　　)‎ 图3‎ A.＋R B.＋R C.＋R D.＋R 关键词①轻弹簧；②静止于半径为R的光滑半球形碗中；③球半径远小于碗的半径．‎ ‎【答案】　D 弹力方向的判定技巧 ‎1．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．‎ 跟踪练习 ‎1．如图4所示，小车内一根轻质弹簧沿竖直方向和一条与竖直方向成α角的细绳拴接一小球．当小车和小球相对静止，一起在水平面上运动时，下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A．细绳一定对小球有拉力的作用 B．轻弹簧一定对小球有弹力的作用 C．细绳不一定对小球有拉力的作用，但是轻弹簧对小球一定有弹力 D．细绳不一定对小球有拉力的作用，轻弹簧对小球也不一定有弹力 ‎【答案】　D ‎【解析】接触不一定会有力的作用。‎ ‎2.如图5所示，在一个正方体的盒子中放有一个质量分布均匀的小球，小球的直径恰好和盒子内表面正方体的边长相等，盒子沿倾角为α的固定斜面滑动，不计一切摩擦，下列说法中正确的是(　　)‎ 图5‎ A．无论盒子沿斜面上滑还是下滑，球都仅对盒子的下底面有压力 B．盒子沿斜面下滑时，球对盒子的下底面和右侧面有压力 C．盒子沿斜面下滑时，球对盒子的下底面和左侧面有压力 D．盒子沿斜面上滑时，球对盒子的下底面和左侧面有压力 ‎【答案】　A 考点二　“动杆”和“定杆”与“活结”和“死结”问题 ‎1．“动杆”和“定杆”问题 ‎(1)动杆：若轻杆用转轴或铰链连接，当杆处于平衡时杆所受到的弹力方向一定沿着杆，否则会引起杆的转动．如图6甲所示，若C为转轴，则轻杆在缓慢转动中，弹力方向始终沿杆的方向．‎ 图6‎ ‎(2)定杆：若轻杆被固定不发生转动，则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向．如图乙所示，水平横梁的一端A插在墙壁内，另一端装有一个小滑轮B，一轻绳的一端C固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量m＝‎10 kg的重物，∠CBA＝30°.滑轮受到绳子的作用力应为图丙中两段绳中拉力F1和F2的合力，因为同一根绳子张力处处相等，都等于重物的重力，即F1＝F2＝G＝mg＝100 N．用平行四边形定则作图，可知合力F＝100 N，所以滑轮受绳的作用力为100 N，方向与水平方向成30°角斜向下，弹力的方向不沿杆．‎ ‎2．“活结”和“死结”问题 ‎(1)活结：当绳绕过滑轮或挂钩时，由于滑轮或挂钩对绳无约束，因此绳上的力是相等的，即滑轮只改变力的方向不改变力的大小，例如图乙中，两段绳中的拉力大小都等于重物的重力．‎ ‎(2)死结：若结点不是滑轮时，是固定点，称为“死结”结点，则两侧绳上的弹力不一定相等．‎ 图7‎ ‎【例3】　如图7所示，两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为m的小球．在a和b之间的细线上悬挂一小物块．平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径．不计所有摩擦．小物块的质量为(　　)‎ A. B.m C．m D．‎‎2m 关键词①轻环，不计所有摩擦；②a、b间的距离恰好等于圆弧的半径．‎ ‎【答案】　C 跟踪练习 ‎3．如图8所示，滑轮本身的质量可忽略不计，滑轮轴O安在一根轻木杆B上，一根轻绳AC绕过滑轮，A端固定在墙上，且绳保持水平，C端挂一重物，BO与竖直方向的夹角θ＝45°，系统保持平衡．若保持滑轮的位置不变，改变夹角θ的大小，则滑轮受到木杆作用力大小变化情况的是(　　)‎ 图8‎ A．只有角θ变小，作用力才变大 B．只有角θ变大，作用力才变大 C．不论角θ变大或变小，作用力都是变大 D．不论角θ变大或变小，作用力都不变 ‎【答案】　D ‎【解析】杆的力比较特殊，本题中卫两端绳子的合力 ‎4．(多选)如图9所示，质量均可忽略的轻绳与轻杆，A端用铰链固定，滑轮在A 点正上方(滑轮大小及摩擦均可不计)，B端吊一重物．现将绳的一端拴在杆的B端，用拉力F将B端缓慢上拉，在AB杆达到竖直前(　　)‎ 图9‎ A．绳子拉力不变 B．绳子拉力减小 C．AB杆受力增大 D．AB杆受力不变 ‎【答案】　BD 考点三　摩擦力的分析与计算 ‎1．静摩擦力的有无和方向的判断方法 ‎(1)假设法：利用假设法判断的思维程序如下：‎ ‎(2)状态法：先判断物体的状态(即加速度的方向)，再利用牛顿第二定律(F＝ma)确定合力，然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向．‎ ‎(3)牛顿第三定律法：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方向．‎ ‎2．静摩擦力大小的计算 ‎(1)物体处于平衡状态(静止或匀速运动)，利用力的平衡条件来判断静摩擦力的大小．‎ ‎(2)物体有加速度时，若只有静摩擦力，则Ff＝ma.若除静摩擦力外，物体还受其他力，则F合＝ma，先求合力再求静摩擦力．‎ ‎3．滑动摩擦力大小的计算 滑动摩擦力的大小用公式Ff＝μFN来计算，应用此公式时要注意以下几点：‎ ‎(1)μ为动摩擦因数，其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关；FN为两接触面间的正压力，其大小不一定等于物体的重力．‎ ‎(2)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面的大小均无关．‎ ‎【例4】 (多选)如图10所示，斜面体A静置于水平地面上，其倾角为θ＝45°，上表面水平的物块B在A上恰能匀速下滑．现对B施加一个沿斜面向上的力F，使B能缓慢地向上匀速运动，某时刻在B上轻轻地放上一个质量为m的小物体C(图中未画出)，A始终静止，B保持运动状态不变，关于放上C之后的情况，下列说法正确的是(　　)‎ 图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 关键词①恰能匀速下滑；②使B能缓慢地向上匀速运动．‎ ‎【答案】　ACD 摩擦力方向的分析技巧和计算 ‎1．分析技巧 ‎(1)在分析两个或两个以上物体间的相互作用时，一般采用整体法与隔离法进行分析．‎ ‎(2)要注意灵活应用相对运动趋势法、假设法、状态法和转换法判断静摩擦力的方向．‎ ‎2．摩擦力的计算 ‎(1)在确定摩擦力的大小之前，首先分析物体所处的状态，分清是静摩擦力还是滑动摩擦力．‎ ‎(2)滑动摩擦力有具体的计算公式，而静摩擦力要借助其他公式，如：利用平衡条件列方程或牛顿第二定律列方程等．‎ ‎(3)“Ff＝μFN”中FN并不总是等于物体的重力．‎ 跟踪练习 ‎5.如图11所示，滑块A置于水平地面上，滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直)，此时A恰好不滑动，B刚好不下滑．已知A与B间的动摩擦因数为μ1，A与地面间的动摩擦因数为μ2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．A与B的质量之比为(　　)‎ 图11‎ A. B. C. D. ‎【答案】　B ‎6．如图12所示，倾角为θ的斜面体C置于水平地面上，小物体B置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体A相连接，连接B的一段细绳与斜面平行，已知A、B、C都处于静止状态，则(　　)‎ 图12‎ A．B受C的摩擦力一定不为零 B．C受地面的摩擦力一定为零 C．C有沿地面向右滑的趋势，一定受到地面向左的摩擦力 D．将细绳剪断而B依然静止在斜面上，此时地面对C的摩擦力水平向左 ‎ ‎【答案】　C ‎【解析】根据静摩擦力的特点知C正确 考点四　摩擦力的突变问题 ‎1．静摩擦力的突变问题 静摩擦力是被动力，其存在及大小、方向取决于物体间的相对运动趋势，而且静摩擦力存在最大值．静摩擦力为零的状态是方向变化的临界状态；静摩擦力达到最大值是物体恰好保持相对静止的临界状态．‎ ‎2．滑动摩擦力的突变问题 滑动摩擦力的大小与接触面的动摩擦因数和接触面受到的正压力均成正比，发生相对运动的物体，如果接触面发生变化或接触面受到的正压力发生变化，则滑动摩擦力就会发生变化．‎ 例5　传送带以恒定的速率v＝‎10 m/s运动，已知它与水平面成θ＝37°，如图13所示，PQ＝‎16 m，将一个小物体无初速度地放在P点，小物体与传送带间的动摩擦因数为μ＝0.5，问当传送带逆时针转动时，小物体运动到Q点的时间为多少？(g＝‎10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)‎ 图13‎ 关键词①传送带逆时针转动；②小物体无初速度地放在P点．‎ ‎【答案】　4.3 s 用临界法分析摩擦力突变问题的三点注意 ‎1．题目中出现“最大”“最小”和“刚好”等关键词时，一般隐藏着临界问题．有时，有些临界问题中并不含上述常见的“临界术语”，但审题时发现某个物理量在变化过程中会发生突变，则该物理量突变时物体所处的状态即为临界状态．‎ ‎2．静摩擦力是被动力，其存在及大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势，而且静摩擦力存在最大值．存在静摩擦的连接系统，相对滑动与相对静止的临界条件是静摩擦力达到最大值．‎ ‎3．研究传送带问题时，物体和传送带的速度相等的时刻往往是摩擦力的大小、方向和运动性质的分界点．‎ 跟踪练习 ‎7．如图14所示，质量为‎1 kg的物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，从t＝0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同时受到一个水平向左的恒力F＝1 N的作用，取g＝‎10 m/s2，向右为正方向，该物体受到的摩擦力Ff随时间t变化的图象是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(　　)‎ 图14‎ ‎【答案】　A ‎【解析】静止后就变成静摩擦力了 ‎8．表面粗糙的长直木板的上表面的一端放有一个木块，如图15所示，木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与地面的夹角α变大，最大静摩擦力大于滑动摩擦力)，另一端不动，则木块受到的摩擦力Ff随角度α变化的图象是下列图中的(　　)‎ 图15‎ ‎【答案】　C 解法二：特殊位置法 本题选两个特殊位置也可方便地求解，具体分析见下表：‎ 特殊位置 分析过程 木板刚开始运动时 此时木块与木板无摩擦，即Ff静＝0，故A选项错误．‎ 木块相对于木板刚好要滑动而没滑动时 木块此时所受的静摩擦力为最大静摩擦力，且大于刚开始运动时所受的滑动摩擦力，即Ffm>Ff滑，故B、D选项错误.‎ 由以上分析知，选项C正确.‎ 扫描滑动摩擦力和静摩擦力的关系 ‎【例1】(多选)在探究静摩擦力变化的规律及滑动摩擦力变化的规律的实验中，特设计了如图16甲所示的演示装置，力传感器A 与计算机连接，可获得力随时间变化的规律，将力传感器固定在光滑水平桌面上，测力端通过细绳与一滑块相连(调节力传感器高度可使细绳水平)，滑块放在较长的小车上，小车一端连接一根轻绳并跨过光滑的轻定滑轮系一只空沙桶(调节滑轮可使桌面上部轻绳水平)，整个装置处于静止状态．实验开始时打开力传感器同时缓慢向沙桶里倒入沙子，小车一旦运动起来，立即停止倒沙子，若力传感器采集的图象如图乙，则结合该图象，下列说法正确的是(　　)‎ 图16‎ A．可求出空沙桶的重力 B．可求出滑块与小车之间的滑动摩擦力的大小 C．可求出滑块与小车之间的最大静摩擦力的大小 D．可判断第50 s后小车做匀速直线运动(滑块仍在车上)‎ ‎【答案】　ABC 点评　上面的实验案例考查了静摩擦力与滑动摩擦力的区分．本题的难点分为：(1)对摩擦力分类的判断，考虑到最大静摩擦力大于滑动摩擦力，故在t＝50 s时刻为最大静摩擦力突变为滑动摩擦力的临界点，最大静摩擦力为3.5 N．(2)在50 s以后，沙和沙桶的重力一定大于滑动摩擦力，故小车加速运动，不可视为平衡状态来处理．‎ ‎【思维拓展】如图17所示，为什么不能固定木板，用弹簧测力计拉着木块运动来测定木块和木板之间的动摩擦因数呢？‎ ‎【答案】　如果固定木板，用弹簧测力计拉着木块运动，要保证木块匀速运动非常困难，且弹簧测力计的示数不稳定，不能根据二力平衡求木块与木板间的滑动摩擦力．‎ ‎（四）知识还原 基础知识梳理 一、重力 ‎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；(2)G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．‎ 二、弹力 ‎1．弹性形变 撤去外力作用后能够恢复原状的形变．‎ ‎2．弹力 ‎(1)定义：发生形变的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力．‎ ‎(2)产生条件：‎ ‎①物体间直接接触；‎ ‎②接触处发生形变．‎ ‎(3)方向：总是与施力物体形变的方向相反．‎ ‎3．胡克定律 ‎(1)内容：在弹性限度内，弹力和弹簧形变大小(伸长或缩短的量)成正比．‎ ‎(2)表达式：F＝kx.‎ ‎①k是弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，用符号N/m表示；k的大小由弹簧自身性质决定．‎ ‎②x是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度．‎ ‎【深度思考】　‎ 如图1所示，一重为10 N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7.5 N，则AB杆对球的作用力方向及大小为多少？由此说明杆弹力的方向有什么特点？‎ 图1‎ ‎【答案】　AB杆对球的作用力与水平方向夹角为53°，大小为12.5 N　杆弹力的方向不一定沿杆方向 三、摩擦力 ‎1．静摩擦力与滑动摩擦力 ‎ 名称 项目 静摩擦力 滑动摩擦力 定义 两相对静止的物体间的摩擦力 两相对运动的物体间的摩擦力 产生条件 ‎①接触面粗糙 ‎②接触处有压力 ‎③两物体间有相对运动趋势 ‎①接触面粗糙 ‎②接触处有压力 ‎③两物体间有相对运动 大小 ‎0