专题03 重力 弹力 摩擦力（讲义）-高考物理专题讲义

专题03 重力 弹力 摩擦力 一、核心知识方法 知识点一力和力的图示 1．力的基本特征 （1）力的物质性力不能离开物体而独立存在，有力就一定有“施力”和“受力”两个物体。二者缺一不可。 （2）力的相互性力的作用是相互的 （3）力的作用效果①形变；②改变运动状态。 （4）力的表达力的图示 2．力的图示 力的图示用一条带箭头的有向线段表示力，线段的长度表示力的大小，同时应该有明确的标度，箭头表示力的方向，箭头或箭尾表示力的作用点。 说明 （1）线段的起点或终点表示力的作用点，必须画在受力物体上； （2）箭头方向必须与力的方向一致； （3）线段的长度跟力的大小成比例。 3．力的示意图 在许多情形下，我们只是关心力的方向，而不太关心力的大小和作用点。这时只需在物体上沿力的方向画一个带箭头的线段来表示力，这样的图叫做力的示意图。 4．力的图示和力的示意图区别 力的图示精确地把力的三要素大小、方向、作用点用有向线段的方式表示出来，力的示意图较粗略。 知识点二重力 1.产生由于地球的吸引而使物体受到的力． 2.大小与物体的质量成正比，即G＝mg.可用弹簧测力计测量重力． 3.方向总是竖直向下的． 4.重心其位置与物体的质量分布和形状有关． 5．对重力的理解 1物体的重力与地球对物体的万有引力二者一般不相等． 2重力的大小仅与质量和重力加速度有关，与其运动状态无关． 3重力的方向是竖直向下的，垂直向下和指向地心的说法错误． 4质量分布均匀且有规则的几何形状，其重心在几何中心，重心不一定在物体上． 知识点三弹力 1.形变 物体在力的作用下形状或体积的变化叫形变． ①弹性形变有些物体在形变后撤去作用力能够恢复原状的形变． ②弹性限度当形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹性限度． 2．弹力 （1）定义发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体产生的力叫弹力． （2）弹力的产生条件①弹力的产生条件是两个物体直接接触，②并发生弹性形变． （3）弹力的方向力垂直于两物体的接触面． ①支撑面的弹力支持力的方向总是 垂直 于支撑面，指向被支持的物体；压力总是垂直于支撑面指向被压的物体． 点与面接触时弹力的方向过接触点垂直于接触面． 球与面接触时弹力的方向在接触点与球心的连线上． 球与球相接触的弹力方向垂直于过接触点的公切面． ②弹簧两端的弹力方向与弹簧中心轴线重合，指向弹簧恢复原状的方向．其弹力可为拉力，可为压力． ③轻绳对物体的弹力方向沿绳指向绳收缩的方向，即只为拉力． （4）弹力的大小 对有明显形变的弹簧，弹力的大小可以由胡克定律计算．对没有明显形变的物体，如桌面、绳子等物体，弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定． ①胡克定律可表示为（在弹性限度内）F＝kx，还可以表示成△F＝k△x，即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比．式中k叫弹簧的劲度系数，单位N/m．k由弹簧本身的性质决定（与弹簧的材料、粗细、直径及原长都有关系）． ②“硬”弹簧，是指弹簧的k值较大．（同样的力F作用下形变量△x较小） ③几种典型物体模型的弹力特点如下表． 项目 轻绳 轻杆 弹簧 形变情况 伸长忽略不计 认为长度不变 可伸长可缩短 施力与受力情况 只能受拉力或施出拉力 能受拉或受压，可施出拉力或压力 同杆 力的方向 始终沿绳 不一定沿杆 沿弹簧轴向 力的变化 可发生突变 同绳 只能发生渐变 3． 胡克定律的应用 （1）胡克定律对轻弹簧、橡皮条均适用，但形变量应在弹性限度内． （2）胡克定律推论 在弹性限度内，由F＝kx，得F1＝kx1，F2＝kx2，即F2﹣F1＝k（x2﹣x1），即△F＝k△x 即弹簧弹力的变化量与弹簧形变量的变化量（即长度的变化量）成正比． （3）确定弹簧状态 对于弹簧问题首先应明确弹簧处于“拉伸”、“压缩”还是“原长”状态，并且确定形变量的大小，从而确定弹簧弹力的方向和大小．如果只告诉弹簧弹力的大小，必须全面分析问题，可能是拉伸产生的，也可能是压缩产生的，通常有两个解． （4）利用胡克定律的推论确定弹簧的长度变化和物体位移的关系 如果涉及弹簧由拉伸（压缩）形变到压缩（拉伸）形变的转化，运用胡克定律的推论△F＝k△x可直接求出弹簧长度的改变量△x的大小，从而确定物体的位移，再由运动学公式和动力学公式求相关量． 4．弹力有无的判断 1根据弹力产生的条件直接判断． 2利用假设法判断． 3根据物体的运动状态分析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． 4利用替换法判断可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易发生明显形变的物体来替换，看能否维持原来的力学状态，若发生形变，则此处一定有弹力． 知识点四静摩擦力 1.定义互相接触的两物体存在相对运动的趋势而又保持相对静止时，在接触面上产生的阻碍相对运动趋势 的力，叫静摩擦力． 2.产生条件a相互接触且发生弹性形变；b有相对运动趋势；c接触面粗糙； 3.方向总是与物体的相对运动趋势方向相反． 4.静摩擦力的大小 （1）静摩擦力的大小随着运动趋势强弱变化而在0～最大静摩擦力Fm之间变化，跟相对运动趋势强弱程度有关，但跟接触面相互挤压力FN无直接关系．由受力物体所处的运动状态根据平衡条件或牛顿第二定律来计算． （2）最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，在中学阶段讨论问题时，如无特殊说明，可认为它们数值相等． 5.作用效果总是起着阻碍物体间相对运动趋势的作用． 6.静摩擦力的有无及方向的判断方法 1假设法 即先假定没有静摩擦力光滑的作用时，看相对静止的物体间能否发生相对运动．若能，则有静摩擦力，方向与相对运动方向相反；若不能，则没有静摩擦力．换句话说，静摩擦力的存在是为了使两物体相对静止，若没有它，两物体也能相对静止，但物体间就没有静摩擦力了． 2反推法 从研究的物体表现出的运动状态反推它必须具有的条件，分析组成条件的相关因素中摩擦力所起的作用，就容易判断摩擦力的方向了． 3状态法 根据平衡条件、牛顿第二定律，判断静摩擦力的方向． 4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． 知识点五滑动摩擦力 1.定义一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体滑动 的时候，要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力。 2.产生条件①接触面粗糙；②有弹力；③有相对运动。 3.滑动摩擦力的方向总跟接触面相切，并且跟物体的相对运动方向相反。 4.滑动摩擦力的大小滑动摩擦力跟正压力成正比，也就是跟一个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比。公式F＝μFN，F表示滑动摩擦力大小，FN表示正压力的大小，μ叫动摩擦因数。 5.效果总是阻碍物体间的相对运