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高中物理人教版 (新课标)必修1第三章 相互作用综合与测试学案设计
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这是一份高中物理人教版 (新课标)必修1第三章 相互作用综合与测试学案设计，共9页。
[核心速填]
1．力的概念
(1)力是物体与物体之间的相互作用．
(2)力的相互性、矢量性．
2．力的分类
(1)按性质分类：重力、弹力、摩擦力等．
(2)按效果分类：动力、阻力、拉力、压力、支持力等．
3．重力
(1)产生原因：由于地球的吸引而使物体受到的力．
(2)方向：竖直向下．
(3)大小：G＝mg
(4)重心：重心是重力的等效作用点，形状规则、质量分布均匀的物体的重心在几何中心，物体的重心不一定在物体上．
4．弹力
(1)产生：物体直接接触；接触处产生了弹性形变．
(2)方向：弹力的方向与施力物体的形变方向相反，与受力物体的形变方向相同．
①在接触面上产生的弹力方向与接触面垂直．
②绳产生的弹力方向沿绳指向绳收缩的方向．
(3)大小：弹力的大小与形变量有关，形变量越大，弹力越大．
(4)胡克定律：弹性限度内，弹簧弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比，即F＝kx.
5．摩擦力
(1)静摩擦力
①产生：物体接触且有挤压；接触面粗糙；有相对运动趋势．
②方向：沿接触面的切面与相对运动趋势方向相反．
③大小：0(2)滑动摩擦力
①产生：物体接触且有挤压；接触面粗糙；有相对运动．
(2)方向：沿着接触面的切线与相对运动方向相反．
(3)大小：F＝μFN.
6．力的合成与分解
(1)合力与分力：等效关系．
(2)遵守的定则：平行四边形定则、三角形定则．
(3)合力范围：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.
1.弹力和摩擦力的区别
2.弹力或摩擦力的有无及方向的判断方法
(1)假设法．
(2)结合物体运动状态判断．
(3)效果法．
【例1】 (多选)如图所示，倾角为θ的斜面体C置于水平地面上，小物块B置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体A相连接，连接B的一段细绳与斜面平行，已知A、B、C都处于静止状态．则( )
A．B受到C的摩擦力一定不为零
B．C受到水平地面的摩擦力一定为零
C．斜面体C有沿地面向右滑动的趋势，一定受到地面向左的摩擦力
D．将细绳剪断，若B物体依然静止在斜面上，此时水平面对C的摩擦力为零
CD [若绳对B的拉力恰好与B的重力沿斜面向下的分力平衡，则B与C间的摩擦力为零，A项错误；将B和C看成一个整体，则B和C受到细绳向右上方的拉力作用，故C有向右滑动的趋势，一定受到地面向左的摩擦力，B项错误，C项正确；将细绳剪断，若B物体依然静止在斜面上，利用整体法判断，B、C系统在水平方向不受其他外力作用处于平衡状态，则水平面对C的摩擦力为零，D项正确．]
[一语通关]
1静摩擦力大小与压力大小无关，根据物体的状态进行判断.
2无弹力，就无摩擦力；有弹力，未必有摩擦力；有摩擦力、必有弹力.
1．如图所示，质量为m的木块，被水平力F紧压在倾角为θ＝60°的墙面上静止．则关于木块的受力情况、墙面对木块的作用力(压力与摩擦力的合力)，下列说法不正确的是( )
A．墙面对木块一定有压力
B．墙面对木块一定有摩擦力
C．墙面对木块的作用力为eq \f(\r(3),2)F
D．墙面对木块的作用力为eq \r(F2＋mg2)
C [对木块受力分析，受推力、重力，若没有支持力就没有摩擦力，物体不可能平衡，故一定有支持力，同理有静摩擦力，故A、B正确；墙面对木块的作用力(压力与摩擦力的合力)与重力、推力的合力是平衡关系，重力和推力的合力为eq \r(F2＋mg2)，故墙面对木块的作用力为eq \r(F2＋mg2)，C错误，D正确．]
受力分析就是把指定物体(研究对象)在特定的物理情境中所受到的所有外力找出来，并画出受力图．
物体运动状态的变化，是由它受力的情况决定的．对物体进行正确的受力分析，是研究物体运动状态变化的基础，也是学好力学的先决条件．
1．受力分析的步骤
2．受力分析的方法——整体法和隔离法
(1)整体法：以系统整体为研究对象进行受力分析的方法一般用来研究不涉及系统内部某物体的力和运动．
(2)隔离法：将所确定的研究对象从周围物体中隔离出来进行分析的方法，一般用来研究系统内物体之间的作用及运动情况．
3．受力分析时要注意的问题
(1)只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其他物体施加的力．不要把作用在其他物体上的力错误地通过“力的传递”作用在研究对象上．
(2)如果一个力的方向难以确定，可以用假设法分析．
(3)合力和分力不能重复地列为物体所受的力．因为合力与分力是等效替代关系．
(4)受力分析一定要结合物体的运动状态，特别是物体处于临界状态的受力分析．
【例2】 (多选)如图所示，质量为m的木块A放在质量为M的三角形斜劈上，现用大小均为F、方向相反的水平力分别推A和B，它们均静止不动，则( )
A．A与B之间一定存在摩擦力
B．B与地面之间可能存在摩擦力
C．B对A的支持力可能小于mg
D．地面对B的支持力的大小一定等于(M＋m)g
CD [本题疑难之处在于能否在正确受力分析的基础上运用整体法以及正交分解法求解物体的平衡问题．对A、B整体受力分析，如图所示，受到重力(M＋m)g、支持力N和已知的两个推力，对于整体，由于两个推力刚好平衡，故整体与地面间没有摩擦力，且有N＝(M＋m)g，故B错误，D正确．再对木块A受力分析，至少受重力mg、已知的推力F、B对A的支持力N′，当推力F沿斜面的分力
大于重力沿斜面的分力时，摩擦力的方向沿斜面向下．当推力F沿斜面的分力小于重力沿斜面的分力时，摩擦力的方向沿斜面向上．当推力F沿斜面的分力等于重力沿斜面的分力时，摩擦力为零．在垂直斜面方向上有N′＝mgcs θ＋Fsin θ(θ为斜劈倾角)，故A错误，C正确．]
2．(多选)如图所示，一木块在垂直于倾斜天花板平面方向的推力F作用下，处于静止状态，则下列判断正确的是( )
A．木块一定受到4个力的作用
B．木块可能受到2个力的作用
C．逐渐增大推力F，木块将继续保持静止状态
D．木块受天花板的摩擦力随推力F的增大而增大
AC [木块在重力作用下，有沿天花板下滑的趋势，一定受到静摩擦力，则天花板对木块一定有弹力．木块受力如图，故A正确，B错误；根据平衡条件得：F＝FN＋Gcs α，Ff＝Gsin α.逐渐增大F的过程，FN增大，最大静摩擦力增大，而木块受到的静摩擦力Ff不变，木块将始终保持静止，故C正确，D错误．]
1.对平衡状态的理解
(1)两种平衡状态：共点力作用下的平衡状态包括静止状态和匀速直线运动状态．
(2)“静止”和“v＝0”的区别与联系
v＝0eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a＝0时，是静止，是平衡状态,a≠0时，不是平衡状态))
总之，平衡状态是指a＝0的状态．
2．动态平衡及其分析方法
动态平衡是指物体的状态发生缓慢变化，可以认为任一时刻都处于平衡状态．分析此类问题时，常用方法有：
(1)图解法：对研究对象进行受力分析，再根据平行四边形定则或三角形定则画出不同状态下力的矢量图(画在同一个图中)，然后根据有向线段(表示力)长度的变化判断各个力的变化情况．
(2)解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出因变参量与自变参量的一般函数，然后根据自变参量的变化确定因变参量的变化．
【例3】 如图所示，一小球放置在木板与竖直墙面之间．设墙面对球的弹力大小为FN1，木板对球的弹力大小为FN2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置．不计摩擦，在此过程中( )
A．FN1始终减小，FN2始终增大
B．FN1始终减小，FN2始终减小
C．FN1先增大后减小，FN2始终减小
D．FN1先增大后减小，FN2先减小后增大
B [解法一：解析法
如图甲所示，由平衡条件得
FN1＝eq \f(mg,tan θ)，FN2＝eq \f(mg,sin θ)，
随θ逐渐增大到90°，tan θ、sin θ都增大，FN1、FN2都逐渐减小，所以选项B正确．
甲
解法二：图解法
对球受力分析，球受3个力，分别为重力G、墙对球的弹力FN1和板对球的弹力FN2.当板逐渐放至水平的过程中，球始终处于平衡状态，即FN1与FN2的合力F始终竖直向上，大小等于球的重力G，如图乙所示，由图可知FN1的方向不变，大小逐渐减小，FN2的方向发生变化，大小也逐渐减小，故选项B正确．]
乙
[一语通关]
1图解法分析动态平衡问题时，物体所受的三个力中，有一个力是不变的，另一个力的方向不变，而第三个力的大小和方向均变化.
2当大小和方向均变化的分力与另一方向不变的分力垂直时，该分力为最小值.
3．如图所示，三根长度均为l的轻绳分别连接于C、D两点，A、B两端被悬挂在水平天花板上，相距2l.现在C点上悬挂一个质量为m的重物，为使CD绳保持水平，在D点上可施加力的最小值为( )
A．mg B．eq \f(\r(3),3)mg
C.eq \f(1,2)mg D．eq \f(1,4)mg
C [对C点进行受力分析，由平衡条件可知，绳CD对C点的拉力FCD＝mgtan 30°，对D点进行受力分析，绳CD对D点的拉力F2＝FCD＝mgtan 30°，故F2是恒力，F1方向一定，则F1与F3的合力与F2等值反向，如图所示，由图知当F3垂直于绳BD时，F3最小，由几何关系可知，F3＝FCD sin 60°＝eq \f(1,2)mg，选项C正确．]
摩擦力和弹力的分析
弹力
摩擦力
产生条件
(1)相互接触
(2)发生弹性形变
(1)相互挤压
(2)接触面粗糙
(3)两物体有相对运动或相对运动趋势
方向
与物体发生弹性形变的方向相反：
(1)支持力、压力的方向垂直于接触面
(2)绳子拉力沿绳
与相对运动或相对运动趋势的方向相反
大小
(1)弹簧弹力：胡克定律
(2)发生微小形变物体的弹力：二力平衡
(1)静摩擦力用二力平衡判断
(2)滑动摩擦力：
F＝μFN
物体受力分析问题
动态平衡问题的分析
[核心速填]
1．力的概念
(1)力是物体与物体之间的相互作用．
(2)力的相互性、矢量性．
2．力的分类
(1)按性质分类：重力、弹力、摩擦力等．
(2)按效果分类：动力、阻力、拉力、压力、支持力等．
3．重力
(1)产生原因：由于地球的吸引而使物体受到的力．
(2)方向：竖直向下．
(3)大小：G＝mg
(4)重心：重心是重力的等效作用点，形状规则、质量分布均匀的物体的重心在几何中心，物体的重心不一定在物体上．
4．弹力
(1)产生：物体直接接触；接触处产生了弹性形变．
(2)方向：弹力的方向与施力物体的形变方向相反，与受力物体的形变方向相同．
①在接触面上产生的弹力方向与接触面垂直．
②绳产生的弹力方向沿绳指向绳收缩的方向．
(3)大小：弹力的大小与形变量有关，形变量越大，弹力越大．
(4)胡克定律：弹性限度内，弹簧弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比，即F＝kx.
5．摩擦力
(1)静摩擦力
①产生：物体接触且有挤压；接触面粗糙；有相对运动趋势．
②方向：沿接触面的切面与相对运动趋势方向相反．
③大小：0
①产生：物体接触且有挤压；接触面粗糙；有相对运动．
(2)方向：沿着接触面的切线与相对运动方向相反．
(3)大小：F＝μFN.
6．力的合成与分解
(1)合力与分力：等效关系．
(2)遵守的定则：平行四边形定则、三角形定则．
(3)合力范围：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.
1.弹力和摩擦力的区别
2.弹力或摩擦力的有无及方向的判断方法
(1)假设法．
(2)结合物体运动状态判断．
(3)效果法．
【例1】 (多选)如图所示，倾角为θ的斜面体C置于水平地面上，小物块B置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体A相连接，连接B的一段细绳与斜面平行，已知A、B、C都处于静止状态．则( )
A．B受到C的摩擦力一定不为零
B．C受到水平地面的摩擦力一定为零
C．斜面体C有沿地面向右滑动的趋势，一定受到地面向左的摩擦力
D．将细绳剪断，若B物体依然静止在斜面上，此时水平面对C的摩擦力为零
CD [若绳对B的拉力恰好与B的重力沿斜面向下的分力平衡，则B与C间的摩擦力为零，A项错误；将B和C看成一个整体，则B和C受到细绳向右上方的拉力作用，故C有向右滑动的趋势，一定受到地面向左的摩擦力，B项错误，C项正确；将细绳剪断，若B物体依然静止在斜面上，利用整体法判断，B、C系统在水平方向不受其他外力作用处于平衡状态，则水平面对C的摩擦力为零，D项正确．]
[一语通关]
1静摩擦力大小与压力大小无关，根据物体的状态进行判断.
2无弹力，就无摩擦力；有弹力，未必有摩擦力；有摩擦力、必有弹力.
1．如图所示，质量为m的木块，被水平力F紧压在倾角为θ＝60°的墙面上静止．则关于木块的受力情况、墙面对木块的作用力(压力与摩擦力的合力)，下列说法不正确的是( )
A．墙面对木块一定有压力
B．墙面对木块一定有摩擦力
C．墙面对木块的作用力为eq \f(\r(3),2)F
D．墙面对木块的作用力为eq \r(F2＋mg2)
C [对木块受力分析，受推力、重力，若没有支持力就没有摩擦力，物体不可能平衡，故一定有支持力，同理有静摩擦力，故A、B正确；墙面对木块的作用力(压力与摩擦力的合力)与重力、推力的合力是平衡关系，重力和推力的合力为eq \r(F2＋mg2)，故墙面对木块的作用力为eq \r(F2＋mg2)，C错误，D正确．]
受力分析就是把指定物体(研究对象)在特定的物理情境中所受到的所有外力找出来，并画出受力图．
物体运动状态的变化，是由它受力的情况决定的．对物体进行正确的受力分析，是研究物体运动状态变化的基础，也是学好力学的先决条件．
1．受力分析的步骤
2．受力分析的方法——整体法和隔离法
(1)整体法：以系统整体为研究对象进行受力分析的方法一般用来研究不涉及系统内部某物体的力和运动．
(2)隔离法：将所确定的研究对象从周围物体中隔离出来进行分析的方法，一般用来研究系统内物体之间的作用及运动情况．
3．受力分析时要注意的问题
(1)只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其他物体施加的力．不要把作用在其他物体上的力错误地通过“力的传递”作用在研究对象上．
(2)如果一个力的方向难以确定，可以用假设法分析．
(3)合力和分力不能重复地列为物体所受的力．因为合力与分力是等效替代关系．
(4)受力分析一定要结合物体的运动状态，特别是物体处于临界状态的受力分析．
【例2】 (多选)如图所示，质量为m的木块A放在质量为M的三角形斜劈上，现用大小均为F、方向相反的水平力分别推A和B，它们均静止不动，则( )
A．A与B之间一定存在摩擦力
B．B与地面之间可能存在摩擦力
C．B对A的支持力可能小于mg
D．地面对B的支持力的大小一定等于(M＋m)g
CD [本题疑难之处在于能否在正确受力分析的基础上运用整体法以及正交分解法求解物体的平衡问题．对A、B整体受力分析，如图所示，受到重力(M＋m)g、支持力N和已知的两个推力，对于整体，由于两个推力刚好平衡，故整体与地面间没有摩擦力，且有N＝(M＋m)g，故B错误，D正确．再对木块A受力分析，至少受重力mg、已知的推力F、B对A的支持力N′，当推力F沿斜面的分力
大于重力沿斜面的分力时，摩擦力的方向沿斜面向下．当推力F沿斜面的分力小于重力沿斜面的分力时，摩擦力的方向沿斜面向上．当推力F沿斜面的分力等于重力沿斜面的分力时，摩擦力为零．在垂直斜面方向上有N′＝mgcs θ＋Fsin θ(θ为斜劈倾角)，故A错误，C正确．]
2．(多选)如图所示，一木块在垂直于倾斜天花板平面方向的推力F作用下，处于静止状态，则下列判断正确的是( )
A．木块一定受到4个力的作用
B．木块可能受到2个力的作用
C．逐渐增大推力F，木块将继续保持静止状态
D．木块受天花板的摩擦力随推力F的增大而增大
AC [木块在重力作用下，有沿天花板下滑的趋势，一定受到静摩擦力，则天花板对木块一定有弹力．木块受力如图，故A正确，B错误；根据平衡条件得：F＝FN＋Gcs α，Ff＝Gsin α.逐渐增大F的过程，FN增大，最大静摩擦力增大，而木块受到的静摩擦力Ff不变，木块将始终保持静止，故C正确，D错误．]
1.对平衡状态的理解
(1)两种平衡状态：共点力作用下的平衡状态包括静止状态和匀速直线运动状态．
(2)“静止”和“v＝0”的区别与联系
v＝0eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(a＝0时，是静止，是平衡状态,a≠0时，不是平衡状态))
总之，平衡状态是指a＝0的状态．
2．动态平衡及其分析方法
动态平衡是指物体的状态发生缓慢变化，可以认为任一时刻都处于平衡状态．分析此类问题时，常用方法有：
(1)图解法：对研究对象进行受力分析，再根据平行四边形定则或三角形定则画出不同状态下力的矢量图(画在同一个图中)，然后根据有向线段(表示力)长度的变化判断各个力的变化情况．
(2)解析法：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出因变参量与自变参量的一般函数，然后根据自变参量的变化确定因变参量的变化．
【例3】 如图所示，一小球放置在木板与竖直墙面之间．设墙面对球的弹力大小为FN1，木板对球的弹力大小为FN2.以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴，将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置．不计摩擦，在此过程中( )
A．FN1始终减小，FN2始终增大
B．FN1始终减小，FN2始终减小
C．FN1先增大后减小，FN2始终减小
D．FN1先增大后减小，FN2先减小后增大
B [解法一：解析法
如图甲所示，由平衡条件得
FN1＝eq \f(mg,tan θ)，FN2＝eq \f(mg,sin θ)，
随θ逐渐增大到90°，tan θ、sin θ都增大，FN1、FN2都逐渐减小，所以选项B正确．
甲
解法二：图解法
对球受力分析，球受3个力，分别为重力G、墙对球的弹力FN1和板对球的弹力FN2.当板逐渐放至水平的过程中，球始终处于平衡状态，即FN1与FN2的合力F始终竖直向上，大小等于球的重力G，如图乙所示，由图可知FN1的方向不变，大小逐渐减小，FN2的方向发生变化，大小也逐渐减小，故选项B正确．]
乙
[一语通关]
1图解法分析动态平衡问题时，物体所受的三个力中，有一个力是不变的，另一个力的方向不变，而第三个力的大小和方向均变化.
2当大小和方向均变化的分力与另一方向不变的分力垂直时，该分力为最小值.
3．如图所示，三根长度均为l的轻绳分别连接于C、D两点，A、B两端被悬挂在水平天花板上，相距2l.现在C点上悬挂一个质量为m的重物，为使CD绳保持水平，在D点上可施加力的最小值为( )
A．mg B．eq \f(\r(3),3)mg
C.eq \f(1,2)mg D．eq \f(1,4)mg
C [对C点进行受力分析，由平衡条件可知，绳CD对C点的拉力FCD＝mgtan 30°，对D点进行受力分析，绳CD对D点的拉力F2＝FCD＝mgtan 30°，故F2是恒力，F1方向一定，则F1与F3的合力与F2等值反向，如图所示，由图知当F3垂直于绳BD时，F3最小，由几何关系可知，F3＝FCD sin 60°＝eq \f(1,2)mg，选项C正确．]
摩擦力和弹力的分析
弹力
摩擦力
产生条件
(1)相互接触
(2)发生弹性形变
(1)相互挤压
(2)接触面粗糙
(3)两物体有相对运动或相对运动趋势
方向
与物体发生弹性形变的方向相反：
(1)支持力、压力的方向垂直于接触面
(2)绳子拉力沿绳
与相对运动或相对运动趋势的方向相反
大小
(1)弹簧弹力：胡克定律
(2)发生微小形变物体的弹力：二力平衡
(1)静摩擦力用二力平衡判断
(2)滑动摩擦力：
F＝μFN
物体受力分析问题
动态平衡问题的分析
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