2015-2016学年高一物理人教版必修1配套学案：第三章 相互作用 章末整合提升

一、对摩擦力的理解
1.对摩擦力的认识
(1)摩擦力不一定是阻力，也可以是动力.
(2)摩擦力的方向不一定与运动方向共线，但一定沿接触面的切线方向.如图1所示，A、B一起向右做匀加速运动，则A所受摩擦力方向与运动方向不一致.
图1
2.求解摩擦力的方法
(1)静摩擦力用二力平衡来求解.
(2)滑动摩擦力用公式F＝μF N来求解，其中F N是物体所受的正压力，不一定是物体所受的重力，而且要注意滑动摩擦力的大小与运动速度和接触面积无关.
例1如图2所示，木块放在水平地面上，在F＝8N的水平拉力作用下向右做匀速直线运动，速度为1m/s，则下列说法中正确的是()
图2
A.以1m/s的速度做匀速直线运动时，木块受到的摩擦力为8N
B.当木块以2m/s的速度做匀速直线运动时，木块受到的摩擦力小于8N
C.当水平拉力F＝20N时，木块受到的摩擦力为20N
D.将水平拉力F撤去，木块速度越来越小，是因为木块受到的摩擦力越来越大
解析木块在F＝8N的水平拉力作用下做匀速直线运动，说明物体受到的滑动摩擦力也为8N.A、B、C、D四种情况下，木块与地面间的摩擦力均为滑动摩擦力，故都为8N.A正确，B、C、D错误.
答案 A
例2如图3所示，位于斜面上的物块M在沿斜面向上的力F作用下，处于静止状态，则斜面作用于物块的静摩擦力()
图3
A.方向一定沿斜面向下
B.方向可能沿斜面向下
C.大小可能等于零
D.大小可能等于F
解析以物块M为研究对象进行受力分析可知，物块M受竖直向下的重力G、垂直斜面向上的弹力F N、平行斜面向上的力F以及平行于斜面方向的静摩擦力，如图所示(静摩擦力未画出).静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反，但这里无法直接确定，则可假设斜面光滑，此时物块向上还是向下运动取决于沿斜面方向向上的力F与沿斜面向下的重力的分力G sinθ的大小.
当F >G sin θ时，物块有向上运动的趋势，此时静摩擦力应沿斜面向下，B 正确. 当F ＝G sin θ时，无相对运动趋势，此时静摩擦力为零，C 正确.
当F <G sin θ时，物块有向下运动的趋势，此时静摩擦力沿斜面向上，A 错误. 当F ＝12G sin θ时，静摩擦力等于1
2G sin θ且方向沿斜面向上，D 正确.
答案 BCD 二、物体的受力分析 1.按一定的顺序去分析力
根据各个力产生的条件、力的方向，按照先重力，再接触力(弹力、摩擦力)，后其他力的顺序分析.
2.明确研究对象，分清物体与“外界”
把进行受力分析的物体从周围物体中隔离出来，分清物体与“外界”.受力分析时，只考虑“外界”对物体的作用力，而不考虑物体对“外界”其他物体的作用力；同时也不要错误地认为作用在其他物体上的力通过“力的传递”作用在研究对象上. 3.抓住力的本质，不盲目“添力”
力是物体对物体的作用，力不能离开物体单独存在，所以物体所受的每个力都应该有相应的施力物体，找不到施力物体的力是不存在的，是凭感觉分析的.有些人常常会错误地把物体的惯性表现认为是物体在运动方向上的受力.
例3 如图4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( )
图4
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
解析 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 ＝F N ＋G cos α，F f ＝G sin α.
逐渐增大F的过程，F N增大，最大静摩擦力增大，而木块受到的静摩擦力F f不变，木块将始终保持静止，故C正确，D错误.
答案AC
针对训练如图5所示，竖直放置的轻弹簧一端固定在地面上，另一端与斜面体P连接，P 与斜放的固定挡板MN接触且处于静止状态，则斜面体P此刻所受到的外力个数可能为()
图5
A.2个
B.3个
C.4个
D.5个
解析MN与P接触时有两种情况，若接触面无弹力，此时P受重力和弹簧的支持力，A正确；若接触面有弹力，由P静止可知P必然还受到沿斜面向下的静摩擦力，因此P应受四个力作用，故C正确.
答案AC
三、力的合成法、分解法解平衡问题
在力的合成与分解中求解问题的基本方法是平行四边形定则，也要根据实际情况采用不同的分析方法：
1.若出现直角三角形，常用三角函数表示合力与分力的关系.
2.若给定条件中有长度条件，常用力组成的三角形(矢量三角形)与长度组成的三角形(几何三角形)的相似性求解.
3.多个力的合成往往用正交分解法，把作用在物体上的所有力分解到两个相互垂直的坐标轴上.
例4如图6所示，质量为m1的物体通过三段轻绳悬挂，三段轻绳的结点为O，轻绳OB 水平且B端与站在水平面上的质量为m2的人相连，轻绳OA与竖直方向的夹角θ＝37°，物
体及人均处于静止状态.已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g 取10m/s 2.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.求：
图6
(1)轻绳OA 、OB 中的张力分别是多大？ (2)人受到的摩擦力是多大？方向如何？
(3)若人的质量m 2＝60kg ，人与水平面之间的动摩擦因数为μ＝0.3，欲使人在水平面上不滑动，则物体的质量m 1最大不能超过多少？
解析 (1)以结点O 为研究对象，受三段轻绳的拉力作用，且竖直绳上的拉力大小等于m 1g ，如图，
根据共点力平衡条件有：F OB －F OA sin θ＝0，F OA cos θ－m 1g ＝0 联立以上两式解得：F OA ＝m 1g cos θ＝54m 1g ，F OB ＝m 1g tan θ＝34m 1g
(2)人在水平方向仅受绳OB 的拉力F OB 和地面的摩擦力F f 作用， 根据平衡条件有：F f ＝F OB ＝3
4
m 1g ，方向水平向左
(3)人在竖直方向上受重力m 2g 和地面的支持力F N 作用，因此有：F N ＝m 2g 要使人不滑动，需满足：F f ≤F fm ＝μF N 联立以上各式解得：m 1≤4
3
μm 2＝24kg.
答案 (1)54m 1g 34m 1g (2)3
4m 1g 方向水平向左 (3)物体的质量m 1最大不能超过24kg
四、力的动态问题分析——图解法 图解法的一般步骤：
1.首先画出力的分解图.在合力与两分力构成的三角形中，一个是恒力，大小、方向均不变；
另两个是变力，其中一个是方向不变的力，另一个是大小、方向均改变的力.
2.分析方向变化的力在哪个空间内变化，借助力的矢量三角形，利用图解法判断两个变力大小、方向的变化.
3.注意：由图解可知，当大小、方向都可变的分力(设为F1)与方向不变、大小可变的分力垂直时，F1有最小值.
例5如图7所示，用竖直挡板将小球夹在挡板和光滑斜面之间，若缓慢转动挡板，使其由竖直转至水平的过程中，以下说法正确的是()
图7
A.挡板对小球的压力先增大后减小
B.挡板对小球的压力先减小后增大
C.斜面对小球的支持力减小后增大
D.斜面对小球的支持力一直逐渐减小
解析取小球为研究对象，小球受到重力G、挡板对小球的支持力F N1和斜面对小球的支持力F N2三个力作用，如图所示，F N1和F N2的合力与重力大小相等，方向相反，F N2总垂直接触面(斜面)，方向不变，根据图解可以看出，在F N1方向改变时，其大小(箭头)只能沿PQ线变动.显然在挡板移动过程中，F N1先变小后变大，F N2一直减小.
答案BD。