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2021届高考物理粤教版一轮学案:第二章第1讲 重力 弹力 摩擦力
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考点内容
要求
全国卷三年考情分析
2017
2018
2019
形变、弹性、胡克定律
Ⅰ
Ⅰ卷·T21:共点力的动态平衡
Ⅱ卷·T16:摩擦力、共点力的平衡
Ⅲ卷·T17:胡克定律、共点力的平衡
Ⅰ卷·T22:胡克定律、游标卡尺的读数
Ⅲ卷·T23:弹簧测力计的读数、图象法处理数据
Ⅰ卷·T19:共点力的动态平衡
Ⅱ卷·T16:力的分解、平衡条件的应用
Ⅲ卷·T16:受力分析、共点力的平衡
滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力
Ⅰ
矢量和标量
Ⅰ
力的合成和分解
Ⅱ
共点力的平衡
Ⅱ
实验二:探究弹力和弹簧伸长的关系
实验三:验证力的平行四边形定则
第1讲 重力 弹力 摩擦力
知识要点
一、重力
1.定义: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。
3.方向:竖直向下。
4.重心:重力宏观作用效果的等效作用点。
二、弹力
1.弹力
(1)定义:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体产生的作用力。
(2)产生条件:物体相互接触且发生弹性形变。
(3)方向:总是与施力物体的形变方向相反。
2.胡克定律
(1)内容:弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。
(2)表达式:F=kx。
①k是弹簧的劲度系数,单位为N/m;k的大小由弹簧自身性质决定。
②x是弹簧的形变量,但不是弹簧形变以后的长度。
三、摩擦力
1.静摩擦力与滑动摩擦力对比
比较项
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接触处有弹力
③两物体间有相对运动趋势
①接触面粗糙
②接触处有弹力
③两物体间有相对运动
大小
0<f≤fm
f=μFN
方向
与受力物体相对运动趋势的方向相反
与受力物体相对运动的方向相反
作用效果
总是阻碍物体间的相对运动趋势
总是阻碍物体间的相对运动
2.动摩擦因数
(1)定义:彼此接触的物体发生相对运动时,摩擦力的大小和压力的比值,表达式μ=。
(2)决定因素:与接触面的材料和粗糙程度有关。
基础诊断
1.(多选)关于地球上的物体,下列说法中正确的是( )
A.物体只有静止时才受重力作用
B.地面上的物体受到的重力垂直于水平面
C.重心是物体受到重力的等效作用点,故重心一定在物体上
D.物体所受重力的大小与物体运动状态无关
答案 BD
2.(2019·西宁模拟)图中各物体均处于静止状态。图中画出了小球A所受弹力的情况,其中正确的是( )
解析 轻质杆对物体的弹力不一定沿着杆的方向,选项A中小球只受重力和杆的弹力且处于静止状态,由二力平衡可得小球受到的弹力应竖直向上,所以A错误;选项B中如果左边的绳有拉力,则竖直向上的那根绳就会发生倾斜,所以左边的绳没有拉力,故B错误;对于球与面接触的弹力方向,过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上),即选项D中大半球对小球的支持力FN2应是沿着过小球与圆弧接触点的半径,且指向圆心的弹力,所以D错误;球与球相接触的弹力方向,垂直于过接触点的公切面(即在两球心的连线上),而指向受力物体,由上可知C正确。
答案 C
3.一轻质弹簧原长为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
解析 由胡克定律得劲度系数k==200 N/m,选项D正确。
答案 D
4.(多选)如图1所示,物块M在静止的传送带上以速度v匀速下滑时,传送带突然启动,方向如图中箭头所示,若传送带的速度大小也为v,则传送带启动后( )
图1
A.M静止在传送带上
B.M可能沿斜面向上运动
C.M受到的摩擦力不变
D.M下滑的速度不变
解析 由M匀速下滑可知其处于平衡状态,受重力、摩擦力和支持力作用,传送带启动以后对M受力没有影响,不会影响其运动状态,C、D项正确。
答案 CD
5.(多选)[粤教版必修1·P58·T2改编]一个重600 N的物体放在水平地面上,要使它从原地运动,最小要用190 N的水平推力,若移动后只需180 N的水平推力即可维持物体匀速运动,那么( )
A.物体与地面间的最大静摩擦力为190 N
B.物体与地面间的滑动摩擦力为190 N
C.当用250 N的水平推力使物体运动后,物体受到的摩擦力为180 N
D.物体与地面间的动摩擦因数为0.3
答案 ACD
弹力的分析与计算
1.“三法”研判弹力的有无
2.五种常见模型中弹力的方向
常见的弹力
弹力的方向
弹簧两端的弹力
与弹簧中心轴线重合,指向弹簧恢复原状的方向
轻绳的弹力
沿绳指向绳收缩的方向
杆的弹力
可能沿杆,也可能不沿杆,应具体情况具体分析
面与面接触的弹力
垂直于接触面指向受力物体
点与面接触的弹力
过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)且指向受力物体
3.弹力大小的计算
弹簧的弹力由胡克定律计算。其他微小形变产生的弹力,要结合运动状态,根据平衡条件或牛顿第二定律求解。
特别提醒 (1)任何弹力都是由于形变引起的。
(2)胡克定律适用于能发生明显形变的弹簧、橡皮筋等物体。
考向 弹力有无的判断
【例1】 图中光滑小球都与下表面接触,则小球一定受支持力的是( )
答案 C
考向 弹力方向的判断
【例2】 按下列要求画出图2中所示物体所受的弹力的示意图。
图2
(1)图甲中斜面对物块的支持力;
(2)图乙中用细绳悬挂靠在光滑竖直墙上的小球受到的弹力;
(3)图丙中大半球面对小球的支持力;
(4)图丁中光滑但质量分布不均的小球的球心在O点,重心在P点,静止在竖直墙和桌边之间,试画出小球所受弹力;
(5)图戊中质量分布均匀的杆被细绳拉住而静止,画出杆所受的弹力。
答案 各物体所受弹力如图所示
考向 弹力大小的计算
【例3】 如图3所示,与竖直墙壁成53°角的轻杆一端斜插入墙中并固定,另一端固定一个质量为m的小球,水平轻质弹簧处于压缩状态,弹力大小为mg(g表示重力加速度),则轻杆对小球的弹力大小为( )
图3
A.mg B.mg
C.mg D.mg
解析 小球处于静止状态,其合力为零,对小球受力分析,如图所示,由图中几何关系可得F==mg,选项D正确。
答案 D
1.(多选)如图4所示是锻炼身体用的拉力器,并列装有四根相同的弹簧,每根弹簧的自然长度都是40 cm,某人用600 N的力把它们拉长至1.6 m,则( )
图4
A.人的每只手受到拉力器的拉力为300 N
B.每根弹簧产生的弹力为150 N
C.每根弹簧的劲度系数为125 N/m
D.每根弹簧的劲度系数为500 N/m
解析 每只手的拉力均为600 N,故选项A错误;每根弹簧的弹力为F= N=150 N,故选项B正确;每根弹簧的劲度系数k== N/m=125 N/m,故选项C正确,D错误。
答案 BC
2.如图5所示,质量为m的小球套在竖直固定的光滑圆环上,轻绳一端固定在圆环的最高点A,另一端与小球相连。小球静止时位于环上的B点,此时轻绳与竖直方向的夹角为60°,重力加速度为g,则轻绳对小球的拉力大小为( )
图5
A.2mg B.mg
C.mg D.mg
解析 对B点处的小球受力分析,
如图所示,则有
FT sin 60°=FN sin 60°
FT cos 60°+FN cos 60°=mg
解得FT=FN=mg,故C正确。
答案 C
摩擦力的分析与计算
1.明晰“三个方向”
名称
释义
运动方向
物体相对某参考系(一般以地面为参考系)的运动方向
相对运动方向
以其中一个物体为参考系,另一个物体相对该物体的运动方向
相对运动趋势方向
两物体间能发生却没有发生的相对运动的方向
2.静摩擦力的分析与计算
(1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动),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f=ma。若除受静摩擦力外,物体还受其他力,则F合=ma,先求合力再求静摩擦力。
3.滑动摩擦力的分析与计算
(1)滑动摩擦力的大小可以用公式f=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、表面的粗糙程度有关;FN的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。
(2)结合研究对象的运动状态(静止、匀速运动或变速运动),利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解。
4.静摩擦力的有无及方向的判断方法
(1)假设法
(2)状态法
先确定物体的运动状态,再根据平衡条件或牛顿第二定律,判断静摩擦力的方向。
(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。
考向 摩擦力方向的判断
【例4】 在国际田联钻石联赛上海站百米大战中,苏炳添以10秒09的成绩夺冠,成为第一个在钻石联赛百米大战中夺冠的中国人。图6甲、乙为他奔跑途中的两个瞬间,其受力可简化成图丙、丁。用f1、f2分别表示他在图甲、乙两瞬间所受到的摩擦力,则关于f1、f2的方向,以下说法正确的是( )
图6
A.f1向后,f2向后 B.f1向前,f2向前
C.f1向前,f2向后 D.f1向后,f2向前
解析 在苏炳添奔跑途中,后脚用力向后蹬,他才向前运动,正是由于地面给后脚一个向前的静摩擦力,才使他能向前运动;而当前脚向前跨出着地时,正是由于地面给前脚一个向后的静摩擦力,他才不会向前滑动,所以前脚受到地面的向后的静摩擦力,故选项C正确。
答案 C
考向 摩擦力大小的计算
【例5】 如图7所示,物块A放在倾斜的木板上,已知木板的倾角α分别为30°和45°时物块所受摩擦力的大小恰好相等,则物块和木块间的动摩擦因数为( )
图7
A. B.
C. D.
解析 当α为30°时,静摩擦力f=mgsin 30°=mg;当α为45°时,滑动摩擦力f′=μFN=μmgcos 45°。由题意知,mg=μmgcos 45°,所以μ=。故选项C正确。
答案 C
1.下列情景中,物体M所受摩擦力f的示意图正确的是( )
解析 物体静止在水平面上时,不受摩擦力,选项A错误;汽车停在斜坡上时,有沿斜坡向下滑动的趋势,则摩擦力方向沿斜坡向上,选项B正确;物体贴着竖直墙壁自由下落时,物体与墙壁间没有正压力,则没有摩擦力,选项C错误;瓶子被握在手中时,有下滑的趋势,则摩擦力方向向上,选项D错误。
答案 B
2.如图8所示为某新型夹砖机,它能用两支巨大的“手臂”将几吨砖夹起,大大提高了工作效率。已知某夹砖机能夹起质量为m的砖,两支“手臂”对砖产生的最大压力为FNmax(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g),则“手臂”与砖之间的动摩擦因数至少为( )
图8
A. B.
C. D.
解析 由于砖处于平衡状态,由平衡条件可得2μFNmax=mg,解得μ=,故B正确。
答案 B
3.(2019·甘肃省天水市调研)如图9所示,A、B两个物体质量分别为m1和m2,A与B间动摩擦因数为μ1,B与地面间动摩擦因数为μ2,重力加速度大小为g。现用力F拉着A物体向右运动,B保持静止,则关于地面对B物体的摩擦力大小和方向,下列说法正确的是( )
图9
A.μ2(m1+m2)g,方向水平向左
B.μ2(m1+m2)g,方向水平向右
C.μ2m2g,方向水平向左
D.μ1m1g,方向水平向左
解析 对A受力分析,A受到重力、支持力、拉力和B对A的摩擦力fBA=μ1m1g,方向水平向左;对B受力分析,在水平方向B受到A对B的摩擦力fAB与地面对B的摩擦力,由于B保持静止,所以地面对B的摩擦力与A对B的摩擦力大小相等,方向相反,又因为A对B的摩擦力和B对A的摩擦力是相互作用力,大小相等,方向相反,故地面对B物体的摩擦力大小为μ1m1g,方向水平向左,故D正确,A、B、C错误。
答案 D
摩擦力的突变问题
1.“静—静”突变
物体在摩擦力和其他力的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,如果物体仍然保持静止状态,则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变。
2.“动一静”突变
在滑动摩擦力和其他力作用下,做减速运动的物体停止滑行时,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。
3.“静—动”突变
物体在静摩擦力和其他力作用下处于相对静止状态,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。
4.“动—动”突变
在某物体相对于另一物体滑动的过程中,若突然相对运动方向变了,则滑动摩擦力方向发生“突变”。
【例6】 [“动—静”突变]如图10所示,斜面固定在地面上,倾角为θ=37°(sin 37° =0.6,cos 37°=0.8)。质量为1 kg 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f随时间变化的图象是下图中的(取初速度v0的方向为正方向,g=10 m/s2)( )
图10
解析 滑块上升过程中受到滑动摩擦力作用,由f=μFN和FN=mgcos θ联立得f=6.4 N,方向沿斜面向下。当滑块的速度减为零后,由于重力的分力mgsin θ<μmgcos θ,滑块不动,滑块受的摩擦力为静摩擦力,由平衡条件得f′=mgsin θ,代入可得f′=6 N,方向沿斜面向上,故选项B正确。
答案 B
1.[“静—静”突变]一木块放在水平桌面上,在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用,木块处于静止状态,如图11所示,其中F1=10 N,F2=2 N,若撤去F1,则木块受到的摩擦力为( )
图11
A.10 N,方向向左 B.6 N,方向向右
C.2 N,方向向右 D.0
解析 当物体受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时,由平衡条件可知物体所受的摩擦力的大小为8 N,方向向左。则最大静摩擦力fmax≥8 N。当撤去力F1后,F2=2 N<fmax,物体仍处于静止状态,由平衡条件可知物体所受的静摩擦力大小和方向发生突变,且与作用在物体上的F2等大反向,选项C正确。
答案 C
2.[“静—动”突变](多选)如图12甲所示,A、B两个物体叠放在水平面上,B的上下表面均水平,A物体与一拉力传感器相连接,连接拉力传感器和物体A的细绳保持水平。从t=0时刻起,用一水平向右的力F=kt(k为常数)作用在B物体上,拉力传感器的示数随时间变化的图线如图乙所示,已知k、t1、t2,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。据此可求( )
图12
A.A、B之间的最大静摩擦力
B.水平面与B之间的滑动摩擦力
C.A、B之间的动摩擦因数μAB
D.B与水平面间的动摩擦因数μ
解析 当F大于B与地面间的最大静摩擦力后,拉力传感器才有示数,地面对B的最大静摩擦力为fm=kt1,A、B相对滑动后,拉力传感器的示数保持不变,则fAB=kt2-fm=k(t2-t1),选项A、B正确;由于A、B的质量未知,则μAB和μ不能求出,选项C、D错误。
答案 AB
课时作业
(时间:40分钟)
基础巩固练
1.(多选)关于胡克定律,下列说法正确的是( )
A.由F=kx可知,在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变量x成正比
B.由k=可知,劲度系数k与弹力F成正比,与弹簧的形变量x成反比
C.弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的,与弹力F的大小和弹簧形变量x的大小无关
D.弹簧的劲度系数在数值上等于在弹性限度内弹簧伸长(或缩短)单位长度时弹力的大小
答案 ACD
2.足球运动是目前全球体育界最具影响力的运动项目,深受青少年喜爱。如图1所示为四种与足球有关的情景,下列说法正确的是( )
图1
A.图甲中,静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力
B.图乙中,静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力
C.图丙中,即将被踢起的足球一定能被看作质点
D.图丁中,落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变
答案 D
3.在日常生活及各项体育运动中,有弹力出现的情况比较普遍,如图2所示的情况就是一个实例。当运动员踩压跳板使跳板弯曲到最低点时,下列说法正确的是( )
图2
A.跳板发生形变,运动员的脚没有发生形变
B.运动员受到的支持力是运动员的脚发生形变而产生的
C.此时跳板对运动员的支持力和运动员的重力等大
D.此时跳板对运动员的支持力大于运动员的重力
解析 发生相互作用的物体均要发生形变,故A错误;发生形变的物体,为了恢复原状,会对与它接触的物体产生弹力的作用,B错误;在最低点,运动员虽然处于瞬时静止状态,但接着运动员要加速上升,故此时跳板对运动员的支持力大于运动员的重力,C错误,D正确。
答案 D
4.(2019·江苏扬州一模)如图3所示,长为3L的木板从光滑水平面滑上长为5L的粗糙桌面,停止运动时木板右端离开桌面边缘距离为L,则该过程中,木板所受摩擦力f与位移s的关系图线是( )
图3
答案 D
5.《中国制造2025》是国家实施强国战略行动纲领,智能机器制造是一个重要方向,如图4所示,一机械臂铁夹竖直夹起一个金属小球,小球在空中处于静止状态,铁夹与球接触面保持竖直,则( )
图4
A.小球受到的摩擦力方向竖直向下
B.小球受到的摩擦力与重力大小相等
C.若增大铁夹对小球的压力,小球受到的摩擦力变大
D.若铁夹水平移动,小球受到的摩擦力变大
解析 对小球受力分析可知,小球受重力、两侧铁夹的弹力以及摩擦力作用,根据平衡条件可知,小球在竖直方向上受到的摩擦力与重力大小相等,方向相反,故A项错误,B项正确;增大铁夹对小球的压力,小球受到的摩擦力仍等于重力,大小不变,故C项错误;若水平移动铁夹,由于小球在竖直方向受力始终平衡,故摩擦力大小不变,故D项错误。
答案 B
6.如图5所示,质量为m的质点静止地放在半径为R的半球体上,质点与半球体间的动摩擦因数为μ,质点与球心的连线与水平地面的夹角为θ,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
图5
A.地面对半球体的摩擦力方向水平向左
B.质点对半球体的压力大小为mgcos θ
C.质点所受摩擦力大小为mgsin θ
D.质点所受摩擦力大小为mgcos θ
答案 D
7.(多选)如图6甲所示,一人用由零逐渐增大的水平力F推静止于水平地面上的质量为10 kg的木箱,木箱所受的摩擦力f与F的关系如图乙所示,下列说法正确的是(g取10 m/s2)( )
图6
A.木箱所受的最大静摩擦力fm=21 N
B.木箱所受的最大静摩擦力fm=20 N
C.木箱与地面间的动摩擦因数μ=0.21
D.木箱与地面间的动摩擦因数μ=0.2
解析 木箱受到的静摩擦力随推力的增大而增大,最大静摩擦力为21 N,当推力F>21 N时,摩擦力变为滑动摩擦力,大小为20 N,木箱与地面间的动摩擦因数μ==0.2,选项A、D正确。
答案 AD
8.如图7所示,一根原长为10 cm、劲度系数为1 000 N/m的弹簧一端固定在倾角为30°的粗糙斜面底端,弹簧轴线与斜面平行,弹簧处于自然伸直状态,将重80 N的物体A放在斜面上,放置物体A后,弹簧长度缩短为8 cm。现用一弹簧测力计沿斜面向上拉物体,若物体与斜面间的最大静摩擦力为25 N,当弹簧的长度仍为8 cm时,弹簧测力计示数不可能为( )
图7
A.10 N B.20 N
C.40 N D.60 N
解析 当物体受到的静摩擦力方向沿斜面向下,且达到最大静摩擦力时,测力计的示数最大,此时有F+kΔx=Gsin θ+fm,解得F=45 N,故弹簧测力计示数不能超过45 N,选项D正确。
答案 D
9.如图8所示,弹簧测力计和细绳重力不计,不计一切摩擦,物体的重力为G=5 N。当装置稳定时,弹簧测力计A和B的读数分别为( )
图8
A.5 N、0 B.5 N、10 N
C.5 N、5 N D.10 N、5 N
解析 弹簧测力计的示数为弹簧测力计挂钩上所受力的大小,无论弹簧测力计的右端是固定在支架上还是挂上重物,其作用效果都是相同的,所以弹簧测力计受到的拉力的大小都等于物体所受的重力的大小,选项C正确。
答案 C
综合提能练
10.如图9所示,A、B两物体叠放在水平地面上,A物体质量m=20 kg,B物体质量M=30 kg。处于水平位置的轻弹簧一端固定于墙壁,另一端与A物体相连,轻弹簧处于自然状态,其劲度系数为250 N/m,A与B之间、B与地面之间的动摩擦因数均为μ=0.5。现用一水平推力F作用于物体B上使B缓慢地向墙壁移动,当移动0.2 m时,水平推力F的大小为(已知A、B之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2)( )
图9
A.350 N B.300 N
C.250 N D.200 N
解析 假设A、B间没有相对滑动,则轻弹簧的压缩量为x=0.2 m,此时轻弹簧的弹力大小为F=kx=50 N,而A与B间的最大静摩擦力为fA=μmg=100 N,所以A、B之间没有相对滑动,它们之间的摩擦力为静摩擦力,其大小为f1=50 N,B与地面间的摩擦力为滑动摩擦力,其大小为f2=μ(m+M)g=250 N,由B缓慢移动,可知推力的大小为F=f1+f2=300 N,选项B正确。
答案 B
11.(2019·邯郸模拟)小车上固定一根弹性直杆A,杆顶固定一个小球B(如图10所示),现让小车从光滑斜面上自由下滑,在下图的情况中杆发生了不同的形变,其中正确的是( )
图10
解析 小车沿光滑的斜面下滑时的加速度a=gsin θ,即小球沿斜面方向的合力为mgsin θ,杆只对小球施加了垂直于斜面向上的支持力,故C正确。
答案 C
12.如图11甲所示,粗糙的水平地面上有一斜劈,斜劈上一物块正沿斜面以速度v0匀速下滑,斜劈保持静止,地面对斜劈的摩擦力为f1;如图乙所示,若对该物块施加一平行于斜面向下的推力F1,使其加速下滑,则地面对斜劈的摩擦力为f2;如图丙所示,若对该物块施加一平行于斜面向上的推力F2,使其减速下滑,则地面对斜劈的摩擦力为f3。下列关于f1、f2、f3的大小关系正确的是( )
图11
A.f1>0 B.f2>f3
C.f2<f3 D.f2=f3
解析 图甲中斜劈和物块都处于平衡状态,对整体,只受竖直方向的重力和支持力,地面对斜劈的摩擦力f1=0,若有摩擦力,则系统不能平衡,故A项错误;根据图甲的情景可知,在图乙、丙中,物块受到斜面作用的滑动摩擦力和支持力,它们的合力与物块重力平衡,即其方向竖直向上,因此物块对斜面的作用力(摩擦力和压力的合力)总是竖直向下的,且与物块的重力等大,所以斜劈只受到了竖直方向的重力、地面支持力和物块的作用力,与图甲的受力情况相同,因此有f1=f2=f3=0,B、C项错误,D项正确。
答案 D
13.如图12所示,质量为mB=24 kg的木板B放在水平地面上,质量为mA=22 kg的木箱A放在木板B上。一根轻绳一端拴在木箱上,另一端拴在天花板上,轻绳与水平方向的夹角为θ=37°。已知木箱A与木板B之间的动摩擦因数μ1=0.5。现用水平向右、大小为200 N的力F将木板B从木箱A下面匀速抽出(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度g取10 m/s2),则木板B与地面之间的动摩擦因数μ2的大小为( )
图12
A.0.3 B.0.4
C.0.5 D.0.6
解析 对A受力分析如图甲所示,由题意得
FTcos θ=f1①
FN1+FTsin θ=mAg②
f1=μ1FN1③
由①②③得FT=100 N
对A、B整体受力分析如图乙所示,由题意得
FTcos θ+f2=F④
FN2+FTsin θ=(mA+mB)g⑤
f2=μ2FN2⑥
由④⑤⑥得μ2=0.3,故A正确。
答案 A
14.如图13所示,在水平桌面上放置一斜面体P,斜面倾角为θ,质量分别为m和M的两长方体物块a和b静止在斜面体P上,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
图13
A.a对b的作用力大小为mg
B.a对P的压力为mgcos θ
C.b受到的总摩擦力为(M+m)gsin θ
D.地面受到向左的摩擦力
解析 取a为研究对象,b对a的作用力大小为mg,方向竖直向上,故a对b的作用力大小为mg,A正确;a对b的压力为mgcos θ,a与P不接触,a不对P产生压力,B错误;a对b的摩擦力沿斜面向下,大小为mgsin θ,P对b的摩擦力方向沿斜面向上,大小为(M+m)gsin θ,方向沿斜面向上,故b受到的总摩擦力大小为Mgsin θ,方向沿斜面向上,C错误;对整体进行受力分析,整体没有相对地面的运动趋势,地面对P没有摩擦力,D错误。
答案 A
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考点内容
要求
全国卷三年考情分析
2017
2018
2019
形变、弹性、胡克定律
Ⅰ
Ⅰ卷·T21:共点力的动态平衡
Ⅱ卷·T16:摩擦力、共点力的平衡
Ⅲ卷·T17:胡克定律、共点力的平衡
Ⅰ卷·T22:胡克定律、游标卡尺的读数
Ⅲ卷·T23:弹簧测力计的读数、图象法处理数据
Ⅰ卷·T19:共点力的动态平衡
Ⅱ卷·T16:力的分解、平衡条件的应用
Ⅲ卷·T16:受力分析、共点力的平衡
滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力
Ⅰ
矢量和标量
Ⅰ
力的合成和分解
Ⅱ
共点力的平衡
Ⅱ
实验二:探究弹力和弹簧伸长的关系
实验三:验证力的平行四边形定则
第1讲 重力 弹力 摩擦力
知识要点
一、重力
1.定义: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。
3.方向:竖直向下。
4.重心:重力宏观作用效果的等效作用点。
二、弹力
1.弹力
(1)定义:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体产生的作用力。
(2)产生条件:物体相互接触且发生弹性形变。
(3)方向:总是与施力物体的形变方向相反。
2.胡克定律
(1)内容:弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。
(2)表达式:F=kx。
①k是弹簧的劲度系数,单位为N/m;k的大小由弹簧自身性质决定。
②x是弹簧的形变量,但不是弹簧形变以后的长度。
三、摩擦力
1.静摩擦力与滑动摩擦力对比
比较项
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接触处有弹力
③两物体间有相对运动趋势
①接触面粗糙
②接触处有弹力
③两物体间有相对运动
大小
0<f≤fm
f=μFN
方向
与受力物体相对运动趋势的方向相反
与受力物体相对运动的方向相反
作用效果
总是阻碍物体间的相对运动趋势
总是阻碍物体间的相对运动
2.动摩擦因数
(1)定义:彼此接触的物体发生相对运动时,摩擦力的大小和压力的比值,表达式μ=。
(2)决定因素:与接触面的材料和粗糙程度有关。
基础诊断
1.(多选)关于地球上的物体,下列说法中正确的是( )
A.物体只有静止时才受重力作用
B.地面上的物体受到的重力垂直于水平面
C.重心是物体受到重力的等效作用点,故重心一定在物体上
D.物体所受重力的大小与物体运动状态无关
答案 BD
2.(2019·西宁模拟)图中各物体均处于静止状态。图中画出了小球A所受弹力的情况,其中正确的是( )
解析 轻质杆对物体的弹力不一定沿着杆的方向,选项A中小球只受重力和杆的弹力且处于静止状态,由二力平衡可得小球受到的弹力应竖直向上,所以A错误;选项B中如果左边的绳有拉力,则竖直向上的那根绳就会发生倾斜,所以左边的绳没有拉力,故B错误;对于球与面接触的弹力方向,过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上),即选项D中大半球对小球的支持力FN2应是沿着过小球与圆弧接触点的半径,且指向圆心的弹力,所以D错误;球与球相接触的弹力方向,垂直于过接触点的公切面(即在两球心的连线上),而指向受力物体,由上可知C正确。
答案 C
3.一轻质弹簧原长为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
解析 由胡克定律得劲度系数k==200 N/m,选项D正确。
答案 D
4.(多选)如图1所示,物块M在静止的传送带上以速度v匀速下滑时,传送带突然启动,方向如图中箭头所示,若传送带的速度大小也为v,则传送带启动后( )
图1
A.M静止在传送带上
B.M可能沿斜面向上运动
C.M受到的摩擦力不变
D.M下滑的速度不变
解析 由M匀速下滑可知其处于平衡状态,受重力、摩擦力和支持力作用,传送带启动以后对M受力没有影响,不会影响其运动状态,C、D项正确。
答案 CD
5.(多选)[粤教版必修1·P58·T2改编]一个重600 N的物体放在水平地面上,要使它从原地运动,最小要用190 N的水平推力,若移动后只需180 N的水平推力即可维持物体匀速运动,那么( )
A.物体与地面间的最大静摩擦力为190 N
B.物体与地面间的滑动摩擦力为190 N
C.当用250 N的水平推力使物体运动后,物体受到的摩擦力为180 N
D.物体与地面间的动摩擦因数为0.3
答案 ACD
弹力的分析与计算
1.“三法”研判弹力的有无
2.五种常见模型中弹力的方向
常见的弹力
弹力的方向
弹簧两端的弹力
与弹簧中心轴线重合,指向弹簧恢复原状的方向
轻绳的弹力
沿绳指向绳收缩的方向
杆的弹力
可能沿杆,也可能不沿杆,应具体情况具体分析
面与面接触的弹力
垂直于接触面指向受力物体
点与面接触的弹力
过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)且指向受力物体
3.弹力大小的计算
弹簧的弹力由胡克定律计算。其他微小形变产生的弹力,要结合运动状态,根据平衡条件或牛顿第二定律求解。
特别提醒 (1)任何弹力都是由于形变引起的。
(2)胡克定律适用于能发生明显形变的弹簧、橡皮筋等物体。
考向 弹力有无的判断
【例1】 图中光滑小球都与下表面接触,则小球一定受支持力的是( )
答案 C
考向 弹力方向的判断
【例2】 按下列要求画出图2中所示物体所受的弹力的示意图。
图2
(1)图甲中斜面对物块的支持力;
(2)图乙中用细绳悬挂靠在光滑竖直墙上的小球受到的弹力;
(3)图丙中大半球面对小球的支持力;
(4)图丁中光滑但质量分布不均的小球的球心在O点,重心在P点,静止在竖直墙和桌边之间,试画出小球所受弹力;
(5)图戊中质量分布均匀的杆被细绳拉住而静止,画出杆所受的弹力。
答案 各物体所受弹力如图所示
考向 弹力大小的计算
【例3】 如图3所示,与竖直墙壁成53°角的轻杆一端斜插入墙中并固定,另一端固定一个质量为m的小球,水平轻质弹簧处于压缩状态,弹力大小为mg(g表示重力加速度),则轻杆对小球的弹力大小为( )
图3
A.mg B.mg
C.mg D.mg
解析 小球处于静止状态,其合力为零,对小球受力分析,如图所示,由图中几何关系可得F==mg,选项D正确。
答案 D
1.(多选)如图4所示是锻炼身体用的拉力器,并列装有四根相同的弹簧,每根弹簧的自然长度都是40 cm,某人用600 N的力把它们拉长至1.6 m,则( )
图4
A.人的每只手受到拉力器的拉力为300 N
B.每根弹簧产生的弹力为150 N
C.每根弹簧的劲度系数为125 N/m
D.每根弹簧的劲度系数为500 N/m
解析 每只手的拉力均为600 N,故选项A错误;每根弹簧的弹力为F= N=150 N,故选项B正确;每根弹簧的劲度系数k== N/m=125 N/m,故选项C正确,D错误。
答案 BC
2.如图5所示,质量为m的小球套在竖直固定的光滑圆环上,轻绳一端固定在圆环的最高点A,另一端与小球相连。小球静止时位于环上的B点,此时轻绳与竖直方向的夹角为60°,重力加速度为g,则轻绳对小球的拉力大小为( )
图5
A.2mg B.mg
C.mg D.mg
解析 对B点处的小球受力分析,
如图所示,则有
FT sin 60°=FN sin 60°
FT cos 60°+FN cos 60°=mg
解得FT=FN=mg,故C正确。
答案 C
摩擦力的分析与计算
1.明晰“三个方向”
名称
释义
运动方向
物体相对某参考系(一般以地面为参考系)的运动方向
相对运动方向
以其中一个物体为参考系,另一个物体相对该物体的运动方向
相对运动趋势方向
两物体间能发生却没有发生的相对运动的方向
2.静摩擦力的分析与计算
(1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动),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f=ma。若除受静摩擦力外,物体还受其他力,则F合=ma,先求合力再求静摩擦力。
3.滑动摩擦力的分析与计算
(1)滑动摩擦力的大小可以用公式f=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、表面的粗糙程度有关;FN的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。
(2)结合研究对象的运动状态(静止、匀速运动或变速运动),利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解。
4.静摩擦力的有无及方向的判断方法
(1)假设法
(2)状态法
先确定物体的运动状态,再根据平衡条件或牛顿第二定律,判断静摩擦力的方向。
(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。
考向 摩擦力方向的判断
【例4】 在国际田联钻石联赛上海站百米大战中,苏炳添以10秒09的成绩夺冠,成为第一个在钻石联赛百米大战中夺冠的中国人。图6甲、乙为他奔跑途中的两个瞬间,其受力可简化成图丙、丁。用f1、f2分别表示他在图甲、乙两瞬间所受到的摩擦力,则关于f1、f2的方向,以下说法正确的是( )
图6
A.f1向后,f2向后 B.f1向前,f2向前
C.f1向前,f2向后 D.f1向后,f2向前
解析 在苏炳添奔跑途中,后脚用力向后蹬,他才向前运动,正是由于地面给后脚一个向前的静摩擦力,才使他能向前运动;而当前脚向前跨出着地时,正是由于地面给前脚一个向后的静摩擦力,他才不会向前滑动,所以前脚受到地面的向后的静摩擦力,故选项C正确。
答案 C
考向 摩擦力大小的计算
【例5】 如图7所示,物块A放在倾斜的木板上,已知木板的倾角α分别为30°和45°时物块所受摩擦力的大小恰好相等,则物块和木块间的动摩擦因数为( )
图7
A. B.
C. D.
解析 当α为30°时,静摩擦力f=mgsin 30°=mg;当α为45°时,滑动摩擦力f′=μFN=μmgcos 45°。由题意知,mg=μmgcos 45°,所以μ=。故选项C正确。
答案 C
1.下列情景中,物体M所受摩擦力f的示意图正确的是( )
解析 物体静止在水平面上时,不受摩擦力,选项A错误;汽车停在斜坡上时,有沿斜坡向下滑动的趋势,则摩擦力方向沿斜坡向上,选项B正确;物体贴着竖直墙壁自由下落时,物体与墙壁间没有正压力,则没有摩擦力,选项C错误;瓶子被握在手中时,有下滑的趋势,则摩擦力方向向上,选项D错误。
答案 B
2.如图8所示为某新型夹砖机,它能用两支巨大的“手臂”将几吨砖夹起,大大提高了工作效率。已知某夹砖机能夹起质量为m的砖,两支“手臂”对砖产生的最大压力为FNmax(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g),则“手臂”与砖之间的动摩擦因数至少为( )
图8
A. B.
C. D.
解析 由于砖处于平衡状态,由平衡条件可得2μFNmax=mg,解得μ=,故B正确。
答案 B
3.(2019·甘肃省天水市调研)如图9所示,A、B两个物体质量分别为m1和m2,A与B间动摩擦因数为μ1,B与地面间动摩擦因数为μ2,重力加速度大小为g。现用力F拉着A物体向右运动,B保持静止,则关于地面对B物体的摩擦力大小和方向,下列说法正确的是( )
图9
A.μ2(m1+m2)g,方向水平向左
B.μ2(m1+m2)g,方向水平向右
C.μ2m2g,方向水平向左
D.μ1m1g,方向水平向左
解析 对A受力分析,A受到重力、支持力、拉力和B对A的摩擦力fBA=μ1m1g,方向水平向左;对B受力分析,在水平方向B受到A对B的摩擦力fAB与地面对B的摩擦力,由于B保持静止,所以地面对B的摩擦力与A对B的摩擦力大小相等,方向相反,又因为A对B的摩擦力和B对A的摩擦力是相互作用力,大小相等,方向相反,故地面对B物体的摩擦力大小为μ1m1g,方向水平向左,故D正确,A、B、C错误。
答案 D
摩擦力的突变问题
1.“静—静”突变
物体在摩擦力和其他力的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,如果物体仍然保持静止状态,则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变。
2.“动一静”突变
在滑动摩擦力和其他力作用下,做减速运动的物体停止滑行时,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。
3.“静—动”突变
物体在静摩擦力和其他力作用下处于相对静止状态,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。
4.“动—动”突变
在某物体相对于另一物体滑动的过程中,若突然相对运动方向变了,则滑动摩擦力方向发生“突变”。
【例6】 [“动—静”突变]如图10所示,斜面固定在地面上,倾角为θ=37°(sin 37° =0.6,cos 37°=0.8)。质量为1 kg 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f随时间变化的图象是下图中的(取初速度v0的方向为正方向,g=10 m/s2)( )
图10
解析 滑块上升过程中受到滑动摩擦力作用,由f=μFN和FN=mgcos θ联立得f=6.4 N,方向沿斜面向下。当滑块的速度减为零后,由于重力的分力mgsin θ<μmgcos θ,滑块不动,滑块受的摩擦力为静摩擦力,由平衡条件得f′=mgsin θ,代入可得f′=6 N,方向沿斜面向上,故选项B正确。
答案 B
1.[“静—静”突变]一木块放在水平桌面上,在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用,木块处于静止状态,如图11所示,其中F1=10 N,F2=2 N,若撤去F1,则木块受到的摩擦力为( )
图11
A.10 N,方向向左 B.6 N,方向向右
C.2 N,方向向右 D.0
解析 当物体受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时,由平衡条件可知物体所受的摩擦力的大小为8 N,方向向左。则最大静摩擦力fmax≥8 N。当撤去力F1后,F2=2 N<fmax,物体仍处于静止状态,由平衡条件可知物体所受的静摩擦力大小和方向发生突变,且与作用在物体上的F2等大反向,选项C正确。
答案 C
2.[“静—动”突变](多选)如图12甲所示,A、B两个物体叠放在水平面上,B的上下表面均水平,A物体与一拉力传感器相连接,连接拉力传感器和物体A的细绳保持水平。从t=0时刻起,用一水平向右的力F=kt(k为常数)作用在B物体上,拉力传感器的示数随时间变化的图线如图乙所示,已知k、t1、t2,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。据此可求( )
图12
A.A、B之间的最大静摩擦力
B.水平面与B之间的滑动摩擦力
C.A、B之间的动摩擦因数μAB
D.B与水平面间的动摩擦因数μ
解析 当F大于B与地面间的最大静摩擦力后,拉力传感器才有示数,地面对B的最大静摩擦力为fm=kt1,A、B相对滑动后,拉力传感器的示数保持不变,则fAB=kt2-fm=k(t2-t1),选项A、B正确;由于A、B的质量未知,则μAB和μ不能求出,选项C、D错误。
答案 AB
课时作业
(时间:40分钟)
基础巩固练
1.(多选)关于胡克定律,下列说法正确的是( )
A.由F=kx可知,在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变量x成正比
B.由k=可知,劲度系数k与弹力F成正比,与弹簧的形变量x成反比
C.弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的,与弹力F的大小和弹簧形变量x的大小无关
D.弹簧的劲度系数在数值上等于在弹性限度内弹簧伸长(或缩短)单位长度时弹力的大小
答案 ACD
2.足球运动是目前全球体育界最具影响力的运动项目,深受青少年喜爱。如图1所示为四种与足球有关的情景,下列说法正确的是( )
图1
A.图甲中,静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力
B.图乙中,静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力
C.图丙中,即将被踢起的足球一定能被看作质点
D.图丁中,落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变
答案 D
3.在日常生活及各项体育运动中,有弹力出现的情况比较普遍,如图2所示的情况就是一个实例。当运动员踩压跳板使跳板弯曲到最低点时,下列说法正确的是( )
图2
A.跳板发生形变,运动员的脚没有发生形变
B.运动员受到的支持力是运动员的脚发生形变而产生的
C.此时跳板对运动员的支持力和运动员的重力等大
D.此时跳板对运动员的支持力大于运动员的重力
解析 发生相互作用的物体均要发生形变,故A错误;发生形变的物体,为了恢复原状,会对与它接触的物体产生弹力的作用,B错误;在最低点,运动员虽然处于瞬时静止状态,但接着运动员要加速上升,故此时跳板对运动员的支持力大于运动员的重力,C错误,D正确。
答案 D
4.(2019·江苏扬州一模)如图3所示,长为3L的木板从光滑水平面滑上长为5L的粗糙桌面,停止运动时木板右端离开桌面边缘距离为L,则该过程中,木板所受摩擦力f与位移s的关系图线是( )
图3
答案 D
5.《中国制造2025》是国家实施强国战略行动纲领,智能机器制造是一个重要方向,如图4所示,一机械臂铁夹竖直夹起一个金属小球,小球在空中处于静止状态,铁夹与球接触面保持竖直,则( )
图4
A.小球受到的摩擦力方向竖直向下
B.小球受到的摩擦力与重力大小相等
C.若增大铁夹对小球的压力,小球受到的摩擦力变大
D.若铁夹水平移动,小球受到的摩擦力变大
解析 对小球受力分析可知,小球受重力、两侧铁夹的弹力以及摩擦力作用,根据平衡条件可知,小球在竖直方向上受到的摩擦力与重力大小相等,方向相反,故A项错误,B项正确;增大铁夹对小球的压力,小球受到的摩擦力仍等于重力,大小不变,故C项错误;若水平移动铁夹,由于小球在竖直方向受力始终平衡,故摩擦力大小不变,故D项错误。
答案 B
6.如图5所示,质量为m的质点静止地放在半径为R的半球体上,质点与半球体间的动摩擦因数为μ,质点与球心的连线与水平地面的夹角为θ,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
图5
A.地面对半球体的摩擦力方向水平向左
B.质点对半球体的压力大小为mgcos θ
C.质点所受摩擦力大小为mgsin θ
D.质点所受摩擦力大小为mgcos θ
答案 D
7.(多选)如图6甲所示,一人用由零逐渐增大的水平力F推静止于水平地面上的质量为10 kg的木箱,木箱所受的摩擦力f与F的关系如图乙所示,下列说法正确的是(g取10 m/s2)( )
图6
A.木箱所受的最大静摩擦力fm=21 N
B.木箱所受的最大静摩擦力fm=20 N
C.木箱与地面间的动摩擦因数μ=0.21
D.木箱与地面间的动摩擦因数μ=0.2
解析 木箱受到的静摩擦力随推力的增大而增大,最大静摩擦力为21 N,当推力F>21 N时,摩擦力变为滑动摩擦力,大小为20 N,木箱与地面间的动摩擦因数μ==0.2,选项A、D正确。
答案 AD
8.如图7所示,一根原长为10 cm、劲度系数为1 000 N/m的弹簧一端固定在倾角为30°的粗糙斜面底端,弹簧轴线与斜面平行,弹簧处于自然伸直状态,将重80 N的物体A放在斜面上,放置物体A后,弹簧长度缩短为8 cm。现用一弹簧测力计沿斜面向上拉物体,若物体与斜面间的最大静摩擦力为25 N,当弹簧的长度仍为8 cm时,弹簧测力计示数不可能为( )
图7
A.10 N B.20 N
C.40 N D.60 N
解析 当物体受到的静摩擦力方向沿斜面向下,且达到最大静摩擦力时,测力计的示数最大,此时有F+kΔx=Gsin θ+fm,解得F=45 N,故弹簧测力计示数不能超过45 N,选项D正确。
答案 D
9.如图8所示,弹簧测力计和细绳重力不计,不计一切摩擦,物体的重力为G=5 N。当装置稳定时,弹簧测力计A和B的读数分别为( )
图8
A.5 N、0 B.5 N、10 N
C.5 N、5 N D.10 N、5 N
解析 弹簧测力计的示数为弹簧测力计挂钩上所受力的大小,无论弹簧测力计的右端是固定在支架上还是挂上重物,其作用效果都是相同的,所以弹簧测力计受到的拉力的大小都等于物体所受的重力的大小,选项C正确。
答案 C
综合提能练
10.如图9所示,A、B两物体叠放在水平地面上,A物体质量m=20 kg,B物体质量M=30 kg。处于水平位置的轻弹簧一端固定于墙壁,另一端与A物体相连,轻弹簧处于自然状态,其劲度系数为250 N/m,A与B之间、B与地面之间的动摩擦因数均为μ=0.5。现用一水平推力F作用于物体B上使B缓慢地向墙壁移动,当移动0.2 m时,水平推力F的大小为(已知A、B之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2)( )
图9
A.350 N B.300 N
C.250 N D.200 N
解析 假设A、B间没有相对滑动,则轻弹簧的压缩量为x=0.2 m,此时轻弹簧的弹力大小为F=kx=50 N,而A与B间的最大静摩擦力为fA=μmg=100 N,所以A、B之间没有相对滑动,它们之间的摩擦力为静摩擦力,其大小为f1=50 N,B与地面间的摩擦力为滑动摩擦力,其大小为f2=μ(m+M)g=250 N,由B缓慢移动,可知推力的大小为F=f1+f2=300 N,选项B正确。
答案 B
11.(2019·邯郸模拟)小车上固定一根弹性直杆A,杆顶固定一个小球B(如图10所示),现让小车从光滑斜面上自由下滑,在下图的情况中杆发生了不同的形变,其中正确的是( )
图10
解析 小车沿光滑的斜面下滑时的加速度a=gsin θ,即小球沿斜面方向的合力为mgsin θ,杆只对小球施加了垂直于斜面向上的支持力,故C正确。
答案 C
12.如图11甲所示,粗糙的水平地面上有一斜劈,斜劈上一物块正沿斜面以速度v0匀速下滑,斜劈保持静止,地面对斜劈的摩擦力为f1;如图乙所示,若对该物块施加一平行于斜面向下的推力F1,使其加速下滑,则地面对斜劈的摩擦力为f2;如图丙所示,若对该物块施加一平行于斜面向上的推力F2,使其减速下滑,则地面对斜劈的摩擦力为f3。下列关于f1、f2、f3的大小关系正确的是( )
图11
A.f1>0 B.f2>f3
C.f2<f3 D.f2=f3
解析 图甲中斜劈和物块都处于平衡状态,对整体,只受竖直方向的重力和支持力,地面对斜劈的摩擦力f1=0,若有摩擦力,则系统不能平衡,故A项错误;根据图甲的情景可知,在图乙、丙中,物块受到斜面作用的滑动摩擦力和支持力,它们的合力与物块重力平衡,即其方向竖直向上,因此物块对斜面的作用力(摩擦力和压力的合力)总是竖直向下的,且与物块的重力等大,所以斜劈只受到了竖直方向的重力、地面支持力和物块的作用力,与图甲的受力情况相同,因此有f1=f2=f3=0,B、C项错误,D项正确。
答案 D
13.如图12所示,质量为mB=24 kg的木板B放在水平地面上,质量为mA=22 kg的木箱A放在木板B上。一根轻绳一端拴在木箱上,另一端拴在天花板上,轻绳与水平方向的夹角为θ=37°。已知木箱A与木板B之间的动摩擦因数μ1=0.5。现用水平向右、大小为200 N的力F将木板B从木箱A下面匀速抽出(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度g取10 m/s2),则木板B与地面之间的动摩擦因数μ2的大小为( )
图12
A.0.3 B.0.4
C.0.5 D.0.6
解析 对A受力分析如图甲所示,由题意得
FTcos θ=f1①
FN1+FTsin θ=mAg②
f1=μ1FN1③
由①②③得FT=100 N
对A、B整体受力分析如图乙所示,由题意得
FTcos θ+f2=F④
FN2+FTsin θ=(mA+mB)g⑤
f2=μ2FN2⑥
由④⑤⑥得μ2=0.3,故A正确。
答案 A
14.如图13所示,在水平桌面上放置一斜面体P,斜面倾角为θ,质量分别为m和M的两长方体物块a和b静止在斜面体P上,重力加速度为g,下列说法正确的是( )
图13
A.a对b的作用力大小为mg
B.a对P的压力为mgcos θ
C.b受到的总摩擦力为(M+m)gsin θ
D.地面受到向左的摩擦力
解析 取a为研究对象,b对a的作用力大小为mg,方向竖直向上,故a对b的作用力大小为mg,A正确;a对b的压力为mgcos θ,a与P不接触,a不对P产生压力,B错误;a对b的摩擦力沿斜面向下,大小为mgsin θ,P对b的摩擦力方向沿斜面向上,大小为(M+m)gsin θ,方向沿斜面向上,故b受到的总摩擦力大小为Mgsin θ,方向沿斜面向上,C错误;对整体进行受力分析,整体没有相对地面的运动趋势,地面对P没有摩擦力,D错误。
答案 A
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