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1、第第1講重力講重力 彈力彈力 知識建構模塊建構技能建構模塊建構知識建構技能建構1.滑動摩擦力、動摩擦因數(shù)、靜摩擦力 2.形變、彈力、胡克定律 3.矢量和標量 4.力的合成和分解 5.共點力的平衡 6.實驗:探究彈簧彈力和伸長的關系、驗證力的平行四邊形定則1.從考查的力度來看,本單元內(nèi)容基本以選擇題和實驗題為主,尤其選擇題居多.2.“彈力”、“摩擦力”屬于高考的熱點.“彈簧模型”可以在不同物理情境下綜合應用,與其他知識結合來考查彈力大小及方向的定性分析和定量計算.不論靜摩擦力還是動摩擦力每年都有所考查,要正確把握其大小和方向的計算.3.高考對本章的考查是通過與其他知識綜合的形式出現(xiàn)的,主要涉及彈

2、簧彈力、摩擦力、共點力的合成與分解、物體的平衡.預計在2013年的高考中本單元仍為高考命題的熱點之處.在復習中要注意以下幾點:1.理解三類力的性質(zhì),掌握對研究對象進行受力分析的方法,能正確地對研究對象進行受力分析.2.會用正交分解、解三角形等數(shù)學知識解答共點力平衡問題,會結合整體法與隔離法處理系統(tǒng)平衡問題,會用圖解法分析三力平衡問題.3.掌握常見的求合力的方法,會用力的分解求極值.4.掌握彈簧彈力的特點與胡克定律.【考綱要求】【考情總結】【備考建議】模塊建構知識建構技能建構 一、力的概述模塊建構知識建構技能建構力定義力是物體對物體的作用效果(1)改變物體的運動狀態(tài)(2)使物體發(fā)生形變單位國際單

3、位:牛頓,簡稱牛,符號N測量測力計,在實驗室中一般使用彈簧秤分類性質(zhì)重力、彈力、摩擦力、分子力等效果向心力、動力、阻力、拉力等研究對象內(nèi)力、外力物體是否 接觸力、場力(非接觸力)1.力的認識模塊建構知識建構技能建構2.力的基本特征物質(zhì)性力不能脫離物體而存在,沒有“施力物體”或沒有“受力物體”的力是不存在的相互性力的作用是相互的,施(受)力物體同時也是受(施)力物體矢量性力是矢量,既有大小又有方向,力的運算遵循平行四邊形定則或三角形定則獨立性一個力作用到物體上產(chǎn)生的效果,與物體受到的其他力的作用無關模塊建構知識建構技能建構(1)力的圖示:從力的作用點沿力的方向畫出的有向線段(包括力的三要素).3

4、.力的圖示和力的示意圖模塊建構知識建構技能建構(2)力的示意圖:受力分析時,作出的表示物體受到某一力的有向線段.注意:力的圖示與受力示意圖是有區(qū)別的.力的圖示要求嚴格畫出力的大小和方向,在相同標度下用線段的長短表示力的大小,箭頭表示力的方向;受力示意圖著重于力的方向的畫法,不要求作出標度.模塊建構知識建構技能建構1.產(chǎn)生:由于地球?qū)ξ矬w的吸引而使物體受到的力.二、重力2.大小:G=mg.模塊建構知識建構技能建構3.方向:豎直向下.說明:在同一地點g值是一個不變的常數(shù),而在不同地點g值不同,物體所受重力隨其所在地球上緯度的不同而改變,隨物體所在高度的不同而改變.4.等效作用點重心:物體的每一部分

5、都受到重力的作用,我們認為一個物體的重力集中在一點上,這一點稱為物體的重心.模塊建構知識建構技能建構1.定義:發(fā)生彈性形變的物體,由于要恢復原狀,會對跟它接觸的物體產(chǎn)生力的作用,這種力叫彈力.三、彈力2.產(chǎn)生條件:物體相互接觸,并且發(fā)生彈性形變.3.彈力的方向:彈力的方向總是與施力物體彈性形變的方向相反.模塊建構知識建構技能建構(1)彈簧類物體彈力在彈性限度內(nèi)遵循胡克定律,即F=kx.4.彈力大小(2)非彈簧類物體的彈力大小可以由共點力平衡條件或牛頓運動定律求解.模塊建構知識建構技能建構1.關于物體的重力和重心,下列說法中正確的是( )A.物體所受的重力就是地球?qū)ξ矬w產(chǎn)生的吸引力B.物體靜止時

6、,對水平支持物的壓力就是物體的重力C.用細線將物體懸掛起來,靜止時物體的重心一定在懸線所在的直線上D.重心就是物體所受重力的等效作用點,故重心一定在物體上模塊建構知識建構技能建構選項診斷正誤原因結論A重力是由地球吸引產(chǎn)生的,是所受引力的一個分力,兩者一般不等錯誤B這是一個易混、易錯說法,壓力和重力是兩種性質(zhì)不同的力錯誤C由平衡條件知,細線拉力和重力平衡,重心在重力作用線上正確【解析】模塊建構知識建構技能建構D重心跟物體的形狀、質(zhì)量分布有關,是重力的等效作用點,不一定在物體上,如折彎成直角的均勻直桿錯誤【答案】C模塊建構知識建構技能建構2.如圖所示,一根彈性桿的一端固定在傾角為30的斜面上,桿的

7、另一端固定一個重為2 N的小球.小球處于靜止狀態(tài)時,彈性桿對小球的彈力( )A.大小為2 N,方向平行于斜面向上B.大小為1 N,方向平行于斜面向上C.大小為2 N,方向垂直于斜面向上D.大小為2 N,方向豎直向上【解析】彈性桿產(chǎn)生的彈力可以不沿桿的方向,對小球進行受力分析可知,D正確.【答案】D模塊建構知識建構技能建構3.如圖所示,四個完全相同的彈簧都處于水平位置,它們的右端受到大小皆為F的拉力作用,而左端的情況各不相同:A.x2x1 B.x4x3 C.x1x2 D.x2=x4 【解析】題中所給的四種情況中彈簧的彈力都等于F,其勁度系數(shù)也相等.根據(jù)胡克定律可知彈簧的伸長量相等,所以D正確.【

8、答案】D模塊建構知識建構技能建構4.如圖所示,兩根相同的輕彈簧s1、s2,勁度系數(shù)皆為k=4102 N/m.懸掛的重物的質(zhì)量分別為m1=2 kg和m2=4 kg.若不計彈簧質(zhì)量,取g=10 m/s2,則平衡時彈簧s1、s2的伸長量分別為( )A.5 cm、10 cmB.10 cm、5 cmC.15 cm、10 cmD.10 cm、15 cm【解析】如圖處于平衡狀態(tài),則彈簧s2受到的力大小等于m2的重力,彈簧s1受到的力大小等于(m1+m2)的重力,再由胡克定律可知答案為C.【答案】C模塊建構知識建構技能建構例1以下說法正確的是( )A.自由下落的物體所受重力為零B.物體所受重力的方向總是垂直水

9、平面向下C.懸掛在豎直繩子上的靜止物體,對繩的拉力就是其重力D.把物體由赤道移到北極,若用天平稱量,則示數(shù)在兩地相同;若用彈簧秤稱量,則示數(shù)在北極略微增大一、有關重力的問題模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】物體在任何情況下都受重力,自由落體運動時物體處于完全失重狀態(tài),但重力未變,A錯;重力的方向總是沿豎直向下,B對;懸掛在豎直繩子上靜止的物體對懸線拉力大小等于重力,但不是重力,二者不是一個力,C錯;天平所稱量的是物體的質(zhì)量,所以示數(shù)不變化,而彈簧秤稱量的是物體的重量,它隨物體的地理位置不同而變化,在北極更大,D對.【答案】BD【名師點金】本題主要考查關于量力產(chǎn)生的原因和易混說法,重心的測定方

10、法和重心的位置等知識,需要考生全面掌握重力、重心的概念,才能回答判斷.模塊建構知識建構技能建構1.重力與萬有引力的關系方法概述(1)地球?qū)ξ矬w的吸引力是萬有引力,重力是萬有引力的一個分力,另一個分力是物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動的向心力,如圖所示.模塊建構知識建構技能建構(3)一般情況下,可不考慮地球的自轉(zhuǎn)效應,近似地認為重力等于萬有引力.(2)物體在地球上不同的緯度處隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力大小不同,重力大小也不同.同一物體在兩極處,所受重力最大,大小等于萬有引力;在赤道上,所受的重力最小.模塊建構知識建構技能建構(1)重心是一個物體各部分所受重力作用的等效作用點.2.對重心的理解和重心位置的

11、判定(2)質(zhì)量分布均勻的物體,重心的位置只跟物體的形狀有關.有規(guī)則幾何形狀的均勻物體,重心位置在其幾何中心,如實心鉛球的重心就在球心.模塊建構知識建構技能建構(4)物體重心的位置可以在物體上,也可以在物體外.例如一個圓形平板的重心在板上,而一個鐵環(huán)的重心就不在鐵環(huán)上.(3)質(zhì)量分布不均勻的物體,重心的位置不僅與物體的形狀有關,還跟物體質(zhì)量的分布有關.(5)重心的位置與物體的位置、放置狀態(tài)及運動狀態(tài)無關,但一個物體的質(zhì)量分布發(fā)生變化時,其重心的位置也發(fā)生變化.模塊建構知識建構技能建構例2如圖所示,在甲圖中懸掛小球的細線處于豎直狀態(tài),在乙圖中懸線與豎直方向成角,在圖丙和圖丁中都是一支持面水平,另一

12、面傾斜,且各面都光滑.各圖中小球均處于靜止狀態(tài).試判定甲、乙、丙、丁各圖中小球?qū)π泵媸欠裼袕椓?二、彈力有無的判斷模塊建構知識建構技能建構【名師點金】判斷斜面對小球是否存在彈力作用可用“撤物法”,如去掉斜面后物體仍保持原來的狀態(tài),則斜面對小球無彈力作用,否則小球受垂直斜面指向小球的彈力作用.模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】在圖甲中,若小球與斜面間有彈力,則其必沿垂直斜面方向,而小球所受重力豎直向下,懸線中拉力必豎直向上,此時小球所受3個力的合力不為零,與小球處于靜止狀態(tài)相悖,故此時球與斜面間無彈力作用.乙圖中,若球與斜面間無彈力作用,則小球僅受豎直向下的重力和沿線方向的拉力,而此兩力不在一

13、條直線上,小球不能處于靜止狀態(tài),故小球與斜面間有彈力.模塊建構知識建構技能建構【答案】略模塊建構知識建構技能建構1.根據(jù)彈力產(chǎn)生條件直接判斷:根據(jù)物體是否直接接觸并且發(fā)生明顯彈性形變來判斷是否存在彈力,此方法多用來判斷形變較明顯的情況.方法概述2.假設法:當對一些微小形變難以直接判斷時,可假設有彈力存在,看是否與物體的運動狀態(tài)相符合.模塊建構知識建構技能建構4.狀態(tài)法:依據(jù)物體的運動狀態(tài),由平衡條件或牛頓運動定律列方程求解,如由此方法計算出以加速度a=g下降的升降機對底板上的物體無彈力作用.三、彈力方向的判斷3.撤物法:將與研究對象接觸的某一物體撤離,看物體的運動狀態(tài)是否能保持原來的狀態(tài).模塊

14、建構知識建構技能建構例3如圖所示,一傾角為45的斜面固定于墻角,為使一光滑的鐵球靜止,需加一水平力F,且F通過球心.下列說法正確的是( )A.球一定受到墻水平向左的彈力B.球可能受到墻水平向左的彈力C.球一定受到斜面通過鐵球的重心的彈力D.球可能受到斜面垂直于斜面向上的彈力模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】F的大小合適時,球可以靜止在無墻的斜面上,F增大時墻才會對球有彈力,所以選項A錯誤,B正確.斜面必須有斜向上的彈力才能使球不下落,該彈力方向垂直于斜面但不一定通過重心,所以選項C、D錯誤.【答案】B【名師點金】小球在重力作用下有向下運動的趨勢,受到垂直于斜面的支持力作用.墻與小球間是否存在

15、彈力可用“撤物法”討論.模塊建構知識建構技能建構1.根據(jù)物體形變的方向判定彈力的方向與作用在物體上使物體發(fā)生形變的力的方向相反,與受力物體形變的方向相同,與施力物體形變的方向相反.方法概述2.根據(jù)彈力和接觸面或摩擦力的方向關系判定彈力的方向一定和接觸面垂直,也一定和摩擦力的方向垂直.3.根據(jù)物體所處的運動狀態(tài)判定物體的受力必須與物體的運動狀態(tài)相符.依據(jù)物體的運動狀態(tài),由平衡條件或牛頓運動定律列方程,求解物體間的彈力.4.幾種常見模型中彈力方向的確定模塊建構知識建構技能建構彈力彈力的方向彈簧兩端的彈力與彈簧中心軸線相重合,指向彈簧恢復原狀的方向輕繩的彈力沿繩指向繩收縮的方向面與面接觸的彈力垂直于

16、接觸面指向受力物體點與面接觸的彈力過接觸點垂直于接觸面(或接觸面的切面)而指向受力物體模塊建構知識建構技能建構球與面接觸的彈力在接觸點與球心連線上指向受力物體球與球接觸的彈力垂直于過接觸點的公切面而指向受力物體桿的彈力可能沿桿,也可能不沿桿,應具體情況具體分析注意:繩和桿兩種模型的最大區(qū)別是:繩只能產(chǎn)生拉力,不能產(chǎn)生推力,且繩子彈力的方向一定沿著繩子收縮的方向;而桿既可以產(chǎn)生拉力,也可以產(chǎn)生推力,彈力的方向可能沿桿,也可能不沿桿.模塊建構知識建構技能建構例4如圖所示,固定在小車上的支架的斜桿與豎直桿的夾角為,在斜桿的下端固定有質(zhì)量為m的小球.下列關于桿對球的作用力F的判斷中,正確的是( )A.

17、小車靜止時,F=mgsin ,方向沿桿向上B.小車靜止時,F=mgcos ,方向垂直于桿向上C.小車向右勻速運動時,一定有F=mg,方向沿桿向上D.小車向右勻速運動時,一定有F=mg,方向豎直向上四、彈力大小的計算模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】小球靜止或勻速運動時,所受合力為零.又小球只受重力mg和彈力F作用,由二力平衡,F=mg,方向豎直向上.【答案】D【名師點金】由小球的運動狀態(tài),確定小球受的合力大小,進而確定彈力的大小和方向.模塊建構知識建構技能建構1.彈力的大小與形變量的關系:形變量越大,彈力越大,但不一定成正比,只有彈簧的彈力滿足F=kx.方法概述2.彈力大小的確定:(1)對沒

18、有明顯形變的物體,如桌面、繩子等物體,彈力大小由物體的受力情況和運動情況決定,可利用平衡條件或牛頓運動定律求解.(2)對于有明顯形變的彈簧,彈力的大小可以由胡克定律計算,還要明確輕彈簧兩端對外的彈力大小相等.(3)桿的作用力不一定沿桿.模塊建構知識建構技能建構變式訓練如圖所示,兩木塊的質(zhì)量分別為m1和m2,兩輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)分別為是k1和k2,上面的木塊壓在上面的彈簧上(但不拴接),整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài).現(xiàn)緩慢地向上提上面的木塊,直到它剛離開上面的彈簧,求這個過程中下面木塊移動的距離.模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】根據(jù)題意:向上提上面木塊前,有:k2x2=(m1+m2)g向上提上面木塊

19、后,有:k2x2=m2g下面木塊向上移動的距離為:x2=x2-x2聯(lián)立解得:x2=.【答案】 12m gk12m gk模塊建構知識建構技能建構高考真題1 (2010年高考新課標全國卷)一根輕質(zhì)彈簧一端固定,用大小為F1的力壓彈簧的另一端,平衡時長度為l1;改用大小為F2的力拉彈簧,平衡時長度為l2.彈簧的拉伸或壓縮均在彈性限度內(nèi),該彈簧的勁度系數(shù)為( )A. B. C. D. 2121FFll2121FFll2121FFll2121FFll模塊建構知識建構技能建構【解析提示】題中l(wèi)1為壓縮后的彈簧的長度,l2為伸長后的總長度,利用這兩個長度表示出F1、F2即可.【命題分析】此題考查彈簧彈力的大

20、小的計算,屬容易題.但要明確l1、l2的含義.【規(guī)范全解】設彈簧的原長為l0,勁度系數(shù)為k,根據(jù)胡克定律有:F1=k(l0-l1),F2=k(l2-l0),聯(lián)立解得k=,故選項C正確.【答案】C2121FFll模塊建構知識建構技能建構考向預測1如圖甲所示,在傾角為37的固定斜面上靜置一個質(zhì)量為5 kg的物體,物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.8.求:甲模塊建構知識建構技能建構(2)若用原長為10 cm,勁度系數(shù)為3.1103 N/m的彈簧沿斜面向上拉物體,使之向上勻速運動,則彈簧的最終長度是多少?(取g=10 m/s2)【解析】(1)物體靜止在斜面上受力分析如圖乙所示,物體受到的靜摩擦力Ff=mg

21、sin 37代入數(shù)據(jù)得Ff=30 N,摩擦力方向為沿斜面向上.(1)物體所受的摩擦力.(sin 37=0.6,cos 37=0.8)乙模塊建構知識建構技能建構(2)當物體沿斜面向上被勻速拉動時,如圖丙所示,彈簧拉力設為F,伸長量為x,則F=kx丙【答案】(1)30 N方向為沿斜面向上(2)12 cm模塊建構知識建構技能建構高考真題2(2010年高考安徽理綜卷)L形木板P(上表面光滑)放在固定斜面上,輕質(zhì)彈簧一端固定在木板上,另一端與置于木板上表面的滑塊Q相連,如圖所示.若P、Q一起沿斜面勻速下滑,不計空氣阻力.則木板P的受力個數(shù)為A.3 B.4 C.5 D.6模塊建構知識建構技能建構【解析提示

22、】根據(jù)解題需要靈活選取研究對象,對物體按照性質(zhì)力進行受力分析.對于摩擦力、彈力是否存在可根據(jù)平衡條件分析判斷.【命題分析】題目以選擇題形式考查學生能否對研究對象正確受力分析,特別是判斷相互接觸的物體之間彈力及摩擦力是否存在.模塊建構知識建構技能建構【規(guī)范全解】以P、Q為一個整體,由于P、Q一起向下勻速下滑,整體受重力、斜面的支持力和斜面對P、Q的摩擦力作用,這三個力均作用于P上;隔離物體Q,由平衡條件知,Q受到重力、彈簧的彈力及P對Q的支持力;對彈簧受力分析知彈簧對物體P有沿斜面向下的彈力,因此P受到五個力的作用,故選項C正確.【答案】C模塊建構知識建構技能建構考向預測2 (2012年長沙模擬

23、)如圖所示,一重為12 N的物塊上下兩端分別與兩根完全相同的豎直輕彈簧a、b的相連,彈簧a的上端固定在天花板上,彈簧b的下端固定在桌面上.當物塊靜止時,兩彈簧的彈力大小相等,此時兩彈簧的長度分別為La=18 cm、Lb=12 cm.求:模塊建構知識建構技能建構(2)若撤去彈簧b,則物塊靜止時物塊下端離桌面的距離h.【解析】(1)k(La-L0)=k(L0-Lb) 解得:L0=15 cmk(La-L0)+k(L0-Lb)=G得k= =2 N/cm=200 N/m.abGLL(1)每根彈簧的自然長度L0及每根彈簧的勁度系數(shù)k.模塊建構知識建構技能建構(2)若撤去彈簧b,設彈簧a的長度為L,有: k(L-L0)=G得:L=21 cm 物塊離桌面的距離h=Lb-(L-La)=9 cm.【答案】(1)200 N/m (2)9 cm模塊建構知識建構技能建構