高中物理1 力导学案

第二章 力

考点1　弹力方向的判断

1．常见模型中弹力的方向：

2．技巧点拨：

(1)相同点：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。

(2)不同点：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。

3．弹力方向的判断的关键词转化：

【典例1】如图，A、B均处于静止状态，则A、B之间一定有弹力的是(　　)

【解析】选B。假设将与研究对象接触的物体逐一移走，如果研究对象的状态发生变化，则表示它们之间有弹力；如果状态无变化，则表示它们之间无弹力。四个选项中当B选项中的B物体移走后，A物体一定会摆动，所以B选项中A、B间一定有弹力。故B正确，A、C、D错误。

【加固训练】如图所示，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(　　)

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

【解析】选A。取小球和盒子为一整体，不计一切摩擦时，其加速度a＝

g sin θ，方向沿斜面向下，因此小球随盒子沿斜面向上或沿斜面向下运动时，加速度g sin θ均由其重力沿斜面向下的分力产生，故球对盒子的左、右侧面均无压力，但在垂直于斜面方向，因球受支持力作用，故球对盒子的下底面一定有压力，故只有A项正确。

考点2　力的分解的应用

1．效果分解法：

按力的作用效果分解(思路图)

2．正交分解法：

(1)建立坐标轴的原则：

①一般原则：一般选共点力的作用点为原点，在静力学中，以少分解力和容易分解力为原则(使尽量多的力分布在坐标轴上)；

②共同原则：在动力学中，往往以加速度方向和垂直加速度方向为坐标轴建立坐标系。

(2)方法：物体受到多个力F1、F2、F3…作用，求合力F时，可把各力向相互垂直的x轴、y轴分解。

x轴上的合力Fx＝Fx1＋Fx2＋Fx3＋…

y轴上的合力Fy＝Fy1＋Fy2＋Fy3＋…

合力大小F＝

合力方向：与x轴夹角为θ，则tan θ＝。

3．图解法分析动态平衡问题的思路：

(1)明确研究对象，作出受力分析图。

(2)明确各力特点：哪个力不变，哪个力变化。

(3)构造三角形或平行四边形。

(4)根据已知量的变化情况，确定有向线段(表示力)的长度变化，从而判断各个力的变化情况。

4．力的分解应用关键词转化：

【典例2】如图所示，在倾角θ＝30°的斜面上放一木板A，重为GA＝100 N，木板上放一重为GB＝500 N的木箱B，斜面上有一固定的挡板，先用平行于斜面的绳子把木箱与挡板拉紧，然后在木板上施加一平行于斜面方向的拉力F，使木板从木箱下匀速抽出，此时，绳子的拉力T＝400 N。设木板与斜面间的动摩擦因数μ1＝，求：

(1)A、B间的摩擦力fB和摩擦因数μ2；

(2)拉力F的大小。

【解析】(1)对B受力分析如图

由平衡条件，沿斜面方向有：GB sin θ＋fB＝T      ①

代入数据，解得A、B间摩擦力为：fB＝150 N

方向沿斜面向下，

垂直斜面方向：

NB＝GB cos θ＝500× N＝250 N       ②

A、B动摩擦因数为：μ2＝＝＝

(2)以A、B整体为研究对象，受力分析如图，

由平衡条件得：F＝fA＋T－(GA＋GB)sin θ      ③

NA＝(GA＋GB)cos θ            ④

fA＝μ1NA               ⑤

联立③④⑤解得：F＝325 N

答案：(1)150 N，方向沿斜面向下　　(2)325 N

【加固训练】(多选)如图所示，质量均为m的小球A、B用劲度系数为k1的轻弹簧相连，B球用长为L的细绳悬于O点，A球固定在O点正下方L处，当小球B平衡时，绳子所受的拉力为FT1，弹簧的弹力为F1；现把A、B间的弹簧换成原长相同但劲度系数为k2(k2＞k1)的另一轻弹簧，在其他条件不变的情况下仍使系统平衡，此时绳子所受的拉力为FT2，弹簧的弹力为F2。下列关于FT1与FT2、F1与F2大小之间的关系，正确的是(　　)

A．FT1＞FT2      B．FT1＝FT2

C．F1＜F2       D．F1＝F2

【解析】选B、C。以小球B为研究对象，进行受力分析，由平衡条件可知，弹簧的弹力F和绳子的拉力FT的合力F合与重力mg大小相等，方向相反，即F合＝mg，如图所示，由三角形相似得(力的三角形和几何三角形相似)：

＝＝，又OA＝OB＝L，得FT＝mg，F＝mg，故绳子的拉力FT只与小球B的重力有关，与弹簧的劲度系数无关，所以FT1＝FT2。当弹簧的劲度系数变大时，弹簧的压缩量减小，故长度x增加，F2＞F1，故A、D错误，B、C正确。

考点　探究共点力合成的规律

1．操作不忘“三”“二”“一”：

(1)三记录：用两个弹簧测力计拉橡皮条时的“三记录”(记录两弹簧测力计示数、两细绳方向和结点O的位置)。

(2)二记录：用一个弹簧测力计拉橡皮条时的“二记录”(记录弹簧测力计示数和细绳方向)。

(3)一注意：结点O的位置必须在同一位置。

2．探究共点力合成的关键词转化 ：

【典例3】某同学在探究力的合成的平行四边形定则的实验中，利用图钉、平板、橡皮筋、弹簧测力计及铅笔、刻度尺进行有关实验。

(1)图2中B测力计的示数为________N。(本实验用的弹簧测力计示数的单位为N)

(2)如图1所示是甲、乙两名同学在做“探究力的平行四边形定则”的实验时得到的结果。若按实验中要求的符号表示各个力，则可判定其中________(选填“甲”或“乙”)实验结果是尊重实验事实的。

(3)在验证力的平行四边形定则的实验中，两弹簧测力计拉力的图示在图1丙中作出，方格每边的长度表示1 N，O是橡皮筋的一个端点。按照作图法可得合力的大小为________N。

(4)有关此实验，下列叙述正确的是________。

A．两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大

B．橡皮筋的拉力是合力，两弹簧测力计的拉力是分力

C．两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O，这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同

D．若增大某一个弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，只需调整另一个弹簧测力计拉力的大小即可

【解析】(1)由图示可知，弹簧测力计分度值为0.2 N，其示数为3.60 N。

(2)该实验中F是由平行四边形定则得出的合力，而F′是通过实际实验得出的，故F′应与OA在同一直线上，而F与F1、F2组成平行四边形，故甲符合实验要求。

(3)作平行四边形如图：

由图可得，两个分力的合力长度为7个格，所以合力的大小为7 N。

(4)本实验，弹簧测力计的拉力应不超过量程，两个弹簧测力计拉力的大小没有要求，两弹簧测力计的拉力可以同时比橡皮筋的拉力大，故A正确；根据共点力平衡可知，橡皮筋的拉力不是合力，而是两个拉力的合力的反方向的力，故B错误；根据实验的要求，两次拉橡皮筋时，需将橡皮筋结点拉到同一位置O。这样做的目的是保证两次弹簧测力计拉力的效果相同，故C正确；根据平行四边形定则，若增大某一个弹簧测力计的拉力大小而要保证橡皮筋结点位置不变，则需同时调整另一个弹簧测力计拉力的大小与方向，故D错误；故选A、C。

答案：(1)3.60　(2)甲　(3)7　(4)A、C

【加固训练】在“探究共点力合成规律”的实验中，某同学经历了以下实验步骤：

A．在白纸上按比例作出两个力F1和F2的图示，根据平行四边形定则作图求出合力F；

B．只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋拉同样长度；

C．记下两个测力计F1和F2的读数，并且记录它们的方向；

D．在水平放置的木板上，垫一张白纸，把橡皮筋的一端固定在板上P点，用两条细绳连接在橡皮筋的另一端，通过细绳同时用两个测力计互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋与细绳的连接点到达某一位置O，并记下此位置，如图所示；

E.记下测力计的读数F′和细绳方向，按同一比例作出这个力的图示，比较这个实测合力F′和按平行四边形定则求出的合力F，看它们的大小和方向是否相近； F．用刻度尺测量出P、O之间的距离并记录；

G．改变两测力计拉力的大小和方向，多次重复实验，从实验得出结论。

(1)上述实验步骤有明显的错误，这个步骤是________(填选项前的字母)；正确的操作应为________。

(2)上述实验步骤中有一步骤是多余的，这个步骤是________(填选项前的字母)。

(3)将以上实验步骤按正确顺序排列，应为________(填选项前的字母)。

【解析】(1)B中只是说“通过细绳把橡皮筋拉同样长度”，并没有强调沿PO方向。(2)本实验中只需要保证弹簧测力计两次作用的效果相同即可，没有必要记录橡皮筋被拉伸的实际长度，故多余的步骤是F。(3)根据本实验的实验原理可知，题述实验步骤合理的顺序是DCABEG。

答案：(1)B　只用一个测力计，通过细绳把橡皮筋拉到O点　(2)F　(3)DCABEG