第2章 第4讲 重力弹力摩擦力&微专题二摩擦力的“四类”突变问题（教师用书）-【名师大课堂】2025年新高考物理艺术生总复习必备

第4讲 重力 弹力 摩擦力 1.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 (选填“有关”或“无关”). 2.弹力 (1)定义:发生 弹性形变 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)产生的条件:物体间直接 接触 ;接触处发 生 弹性形变 . (3)方向:总是与物体形变的方向 相反 . 3.胡克定律 (1)内容:弹簧发生弹性形变时,弹力的大小跟弹 簧伸长(或缩短)的长度x成 正比 . (2)表达式:F=kx.k是弹簧的 劲度系数 ,由 弹簧自身的性质决定,单位是N/m,x 是弹簧长 度的改变量,不是弹簧形变以后的长度. 4.静摩擦力 (1)定义:两个物体之间只有相对运动趋势,而没 有相对运动时的摩擦力. (2)产生条件:接触面粗糙;接触处有弹力;两物 体间有相对运动趋势. (3)方向:沿两物体的 接触面 ,与相对运动趋 势的方向 相反 . (4)大小:0<F≤Fmax. 5.滑动摩擦力 (1)定义:一个物体在另一个物体表面滑动时,受 到另一个物体阻碍它们相对滑动的力. (2)产生条件:接触面粗糙;接触处有弹力;两物 体间有相对运动. (3)方向:沿两物体的接触面,与 相对运动 的 方向相反. (4)大小:F= μFN ,μ为动摩擦因数,其值与 两个物体的材料和接触面的情况(如粗糙程度) 有关. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 弹力的分析与判断 1.弹力有无的判断 条 件 法 根据物体是否直接接触并发生形变来判断是否存 在弹力.此方法多用来判断形变较明显的情况 假 设 法 对于形变不明显的情况,可假设两个物体间不 存在弹力,看物体能否保持原有的状态,若物体 的运动状态不变,则此处不存在弹力,若物体的 运动状态改变,则此处一定有弹力 状 态 法 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 2.弹力方向的判断 (1)五种常见模型中弹力的方向 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 210 (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. (2023·山东卷)餐厅暖盘车的储盘装置示 意图如图所示,三根完全相同的弹簧等间距竖直 悬挂在水平固定圆环上,下端连接托盘.托盘上 叠放若干相同的盘子,取走一个盘子,稳定后余 下的 正 好 升 高 补 平.已 知 单 个 盘 子 的 质 量 为 300g,相邻两盘间距1.0cm,重力加速度大小取 10m/s2.弹簧始终在弹性限度内,每根弹簧的劲 度系数为 ( B ) A.10N/m B.100N/m C.200N/m D.300N/m 解析:根据胡克定律的推论ΔF=k·Δx得3k· Δx = mg,代 入 数 据 解 得 k = mg3Δx = 300×10-3×10 3×1.0×10-2 N/m=100N/m,B正确. 摩擦力的分析与计算 1.判断静摩擦力的有无及方向的三种方法 (1)假设法 (2)运动状态法 此法关键是先确定物体的运动状态(如平衡或求 出加速度),再利用平衡条件或牛顿第二定律 (F=ma)确定静摩擦力的方向. (3)根据牛顿第三定律判断 先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向, 再根据牛顿第三定律确定另一物体受到的静摩 擦力的方向. 2.摩擦力大小的计算 (1)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 受 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. (2)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: ①μ为动摩擦因数,其大小与接触面的材料、接 触面的粗糙程度有关;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. (2024·广西卷)工人卸货时常利用斜面将 重物从高处滑下.如图,三个完全相同的货箱正 沿着表面均匀的长直木板下滑,货箱各表面材质 和粗糙程度均相同.若1、2、3号货箱与直木板间 摩擦力的大小分别为Ff1、Ff2和Ff3,则 ( D ) A.Ff1<Ff2<Ff3 B.Ff1=Ff2<Ff3 C.Ff1=Ff3<Ff2 D.Ff1=Ff2=Ff3 解析:根据滑动摩擦力的公式f=μFN 可知滑动摩擦力的大小与接触面积无关,只与接 触面的粗糙程度和压力大小有关,由题可知三个 货箱各表面材质和祖糙程度均相同,压力大小也 相同,故摩擦力相同,即Ff1=Ff2=Ff3. 故选D. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 310 微专题二 摩擦力的“四类”突变问题 题型一:“静—静”突变模型 物体在摩擦力和其他力的共同作用下处于静止状 态,当作用在物体上的其他力的合力发生变化时, 物体虽然仍保持相对静止,但相对运动趋势的方向 发生了变化,则物体所受的静摩擦力发生突变. 如图所示,一箱子放在水平地面上,现对箱 子施加一斜向上的拉力 F,保持拉力的方向不 变,在拉力F的大小由零逐渐增大的过程中(箱 子未离开地面),关于摩擦力f 的大小随拉力F 的变化关系,下列四幅图可能正确的是 ( B ) A B C D 解析:F 与水平方向的夹角为θ,箱子处于静止状 态时,根据平衡条件得,箱子所受的静摩擦力为 f=Fcosθ,F 增大,f 增大;当拉力达到一定值, 箱子运动瞬间,静摩擦力变为滑动摩擦力,由于 最大静摩擦力略大于滑动摩擦力,故摩擦力有个 突然减 小 的 过 程;箱 子 运 动 时,所 受 的 支 持 力 N=G-Fsinθ,F 增大,N 减小,此时箱子受到的 是滑动摩擦力,大小为f=μN,N 减小,则f 减 小,选项A、C、D错误,B正确. 题型二:“静—动”突变模型 物体在静摩擦力和其他力作用下处于静止状态,当 其他力变化时,如果物体不能保持相对静止状态, 则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力,突 变点常常为静摩擦力达到最大值时. (多选)如图甲所示,通过一拉力传感器(能 测量力大小的装置)用力水平向右拉一水平面上 质量为5.0kg的木块,A 端的拉力均匀增加, 0~t1时间内木块静止,木块运动后改变拉力,使 木块在t2 后做匀速直线运动.计算机对数据拟 合处理后,得到如图乙所示拉力随时间变化的图 线,下列说法正确的是(g=10m/s2) ( AD ) 甲 乙 A.若F=4.0N,则木块与水平面间的摩擦力 f1=4.0N B.若F=6.0N,则木块与水平面间的摩擦力 f2=6.0N C.木块与水平面间的动摩擦因数为μ=0.11 D.木块与水平面间的动摩擦因数为μ=0.10 解析:由图乙可知,木块与水平面间的最大静摩 擦力为5.5N,滑动摩擦力为5.0N.由图乙可知 当F=4.0N时,木块不动,所受摩擦力为静摩擦 力,根据平衡条件可得f1=F=4.0N,故A项正 确;当F=6.0N时,大于木块与水平面间的最大 静摩擦力,则木块与水平面间的摩擦力为滑动摩 擦力,f2=5.0N,故B项错误;由平衡条件可得 水平面对木块的支持力与重力平衡,即支持力大 小为50N,由牛顿第三定律可知,木块对水平面 的正压力大小为50N,则木块与水平面间的动 摩擦因数为μ= f2 mg=0.10 ,故 D项正确,C项 错误. 题型三:“动—静”突变模型 在滑动摩擦力和其他力作用下,做减速运动的物体 突然停止相对滑行时,物体将不再受滑动摩擦力作 用,滑动摩擦力“突变”为静摩擦力. 如图所示,斜面固定在水平地面上,倾角为 θ=37°(sin37°=0.6,cos37°=0.8).质量为1kg 的滑块以初速度v0 从斜面底端沿斜面向上滑行 (斜面足够长,该滑块与斜面间的动摩擦因数为 0.8),则该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图 像是下图中的(取初速度v0 的方向为正方向, g=10m/s2) ( B ) 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 410 A B C D 解析:滑块上升过程中受滑动摩擦力,Ff=μFN, FN=mgcosθ,联立得Ff=6.4N,方向沿斜面向 下.当滑 块 的 速 度 减 为 零 后,由 于 重 力 的 分 力 mgsinθ<μmgcosθ,滑块静止,滑块受到的摩擦力 为静摩擦力,由平衡条件得Ff'=mgsinθ,代入数据 可得Ff'=6N,方向沿斜面向上,故选项B正确. 题型四:“动—动”突变模型 物体在滑动摩擦力作用下运动直到达到共同速度 后,如果在静摩擦力作用下不能保持相对静止,则 物体将受滑动摩擦力作用,且其方向发生反向. 如图所示,足够长的传送带与水平面的夹 角为θ,以速度v0 逆时针匀速转动.在传送带的 上端轻轻放置一个质量为 m 的小木块,小木块 与传送带间的动摩擦因数μ<tanθ,则下面四个 图中能客观地反映小木块的速度随时间变化关 系的是 ( D ) A B C D 解析:小木块从静止开始运动,相对传送带斜向 上运动,则所受滑动摩擦力方向沿传送带向下, 木块做匀加速直线运动;当木块速度与传送带速 度相等时,由于μ<tanθ,木块继续加速,则木块 相对传送带斜向下运动,滑动摩擦力方向沿传送 带向上,可知木块继续做匀加速直线运动,但加 速度变小,所以D正确. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 第5讲 力的合成与分解 一、力的合成 1.合力与分力 (1)定义:如果一个力 产生的效果 跟几个力 共同作用产生的效果相同,这一个力就叫作那几 个力的 合力 ,那几个力就叫作这个力的 分 力 . (2)关系:合力和分力是一种 等效替代 关系. 合力不一定大于分力,二者是等效替代的 关系,受 力 分 析 时 不 可 同 时 作 为 物 体 所 受 的力. 2.共点力 作用在物体的同一点,或作用线的延长线交于一 点的力.如图所示均是共点力. 3.力的合成:求几个力的 合力 的过程. 4.力的运算法则 (1)三角形定则:把两个矢量 首尾相连 从而 求出合矢量的方法.(如图所示) (2)平行四边形定则:求互成角度的 两个力 的合力,可以用表示这两个力的线段为邻边作 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 510