第二章 一、实验：探究小车速度随时间变化规律_冰点文库
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第三章 相互作用一.实验:探究小车速度随时间变化的规律 实验:[要点导学 要点导学] 要点导学 1.探究目的:利用打点计时器或电火花计时器探究小车在重物牵引 下的运动特点,根据纸带记录的点研究小车速度的变化规律. 2.探究过程: (1)&探究小车速度随时间变化规律&的实验原理如图 2-1-1 所示, 请写出实验所需的器材: ______
__________________________________________________________ _____.(2)根据原理图,安装好实验装置,将小车停在靠近打点计时器 处,接通_______后,再释放小车,让小车拖着纸带运动,打点计时器就在 纸带上打下一列小点,换上新的纸带,重复实验三次. (3)从三条纸带中选择一条点迹清晰且所有点都在同一直线上的纸 带,舍掉开头一些比较密集的点,在后边便于测量的地方找一个开始点标 上 O,为了测量方便和减小误差,在选好的开始点后面每打五次点取一个 点,这个点叫做计数点,并标明 1,2,3……(如图 2-1-2 所示),两个 相邻计数点的时间间隔就是 T=5×0.02s=0.1s.距离分别是 x1,x2,x3……(4)增减所挂的钩码数,重复实验步骤(2)～(3),再做两次实验. 3.数据处理 (1)利用纸带计数点间距离 x1,x2,x3……和相对应的时间,根据第 一章用打点计时器测量瞬时速度的方法,得出各计数点的瞬时速度,v1 =(x1+x2)/ 2T,v2 =(x2+x3)/ 2Tt……其中T=0.1s;求出各计数点的瞬时速度 后,由加速度的定义:a =Δv/Δt 计算出小车做直线运动的加速度 a. (2)将得到的瞬时速度值分别填入下表: 小车在几个时刻的瞬时速度 位置编号 时间 t/s v1/(ms-1) v2/(ms-1) v3/(ms-1) (3)作出速度—时间图象 运用&拟合&描点法画 v-t 图象:在科学上,为了描述实验中测量量之 间的关系,先将其在坐标系中描点,然后用一条曲线(包括直线)&拟合&这些 点,使画出的曲线两侧的点数大致相同,这种描点方法叫拟合描点法. 每次实验,描出的几个点都大致在一条直线上,由于实验误差是不可 避免的,所以有些点会落在直线的左边,有些点落在了直线的右边,如果是 没有误差的理想情况,这些点才能全部落在直线上.需要注意的是,如果在 拟合这些点时,发现某一个点离散得较多,远远偏离了拟合曲线,则说明 此点反映的实验数据存在问题,应重做这一步实验或舍去此点. (4)作出 v-t 图象,图线的斜率就是小车运动的加速度. 4.注意事项 0 0 1 0.1 2 0.2 3 0.3 4 0.4 5 0.5⑴如使用打点计时器,那么它必须接在 6-8V 的低压交流电源上,如 使用电火花计时器,则须接在 220V 的交流电源上.注意计时器不宜长时 间通电,每次都要及时关闭电源开关. ⑵实验时,先启动打点计时器,待工作稳定后再让纸带运动.另外, 复写纸的油面要向下,纸带从复写纸的下面穿过,这样纸带上才能够打出 点来.复写纸转轴可前后移动,用以改变振针打在复写纸的不同位置上, 以保证打出的点清晰,同时也可以充分利用复写纸.如使用电火花计时 器,使用时,首先检查墨粉纸盘是否已经正确地套在纸盘轴上,检查两条 纸带是否已经正确地穿好,墨粉纸盘是否已经夹在两条纸带之间. ⑶使用打点计时器,如发现点迹太轻或有拖痕,应检查打点针是否太 短或太长,并予以调整.若使用电火花计时器时发现点迹不清,则需要更 换墨粉纸盘. ⑷安装研究匀变速直线运动的实验装置时,初始时要把小车的位置摆 正,使纸带与拉绳的方向一致,且不与计时器的限位槽边相擦. ⑸由于打点周期比较小,点间距离较小,通常每隔 4 个实际点取一个 计数点,则计数点间的时间间隔为 T=0.02s×5=0.1s.[范例精析 范例精析] 范例精析 例 1:一同学在做&探究小车速度随时间变化规律&的实验时,发现 : 纸带上打出的不是圆点,而是如图 2-1-3 所示的一些短线,可能是因为 ( ) A. 打点计时器错接在直流电源上 B. 电源电压不稳定C. 电源的频率不稳定 D. 打点针压得过紧解析: 解析:如果打点计时器错接在直流电源上,其振动片不可能被磁化, 也就不可能引起振针的上下运动而打点,所以 A 错;如果电源电压不稳定 会影响点迹的清晰度,而电源频率不稳定会引起打点周期的不稳定,所以 B,C 均不正确. 当打点计时器的振针压得过紧,每一个打点周期内就会有较长时间接 触并挤压在复写纸上,这样打出的点就变为一段一段的小线段,即打出 的点有拖尾现象,所以 D 答案正确.如果打点计时器的振针过松(即振 针与复写纸之间的距离过大),可能出现时有时无的点迹,也可能完全 没有点痕,即漏点.因此在使用打点计时器前要检查振针到复写纸间的 距离是否适中,否则要作适当调整.拓展: 拓展:(1)了解实验仪器的结构,工作原理和工作条件是保证实验 成功的前提,通过对实验仪器的观察,掌握新仪器的使用方法,也是一种 重要的实验能力. (2)使用电火花计时器来分析物体运动情况的实验中: ①在如下实验步骤中,正确合理的排列顺序为 A.把电火花计时器固定在桌子上 B.安好纸带 C.松开纸带让物体带着纸带运动 .D.接通 220V 交流电源 E.按下脉冲输出开关,进行打点 ②在安放纸带时,要检查墨粉纸盘是否已经正确地套在 要检查 是否夹在两条纸带之间. ,还答案: 答案:合理的顺序应为 ABDEC.墨粉纸盘应套在纸盘轴上,目的是 使它可以转动,均匀地被利用.墨粉纸盘夹在两条纸带之间,目的是使墨 粉纸盘可以更好地转动.提示: 提示:使用电火花计时器实验的操作步骤和打点计时器是相仿的,但 电火花打点计时器具有打点清晰,实验误差小的优点.: 例 2:某课外兴趣小组在探究小车的速度随时间变化规律的实验中, 得到如图 2-1-4 所示的实验纸带,实验中打点计时器交流电的频率为 50Hz,纸带前面的几个点较模糊,因此从 A 点开始每打五个点取一个计数 点,其中 B,C,D,E 点的对应速度 vB=_____m/s, vC=_____m/s, vD=_____m/s, vE=_____m/s,由此推得 F 点的速度 vF=_____m/s.小车从 B 运动到 C 的加速度 a1=________m/s2,从 C 运动到 D 的加速度 a2=_______m/s2,从 D 运动到 E 的加速度 a3=________m/s2.解析: 解析:根据第一章的方法, 当时间间隔较短时,这段时间内某时刻的瞬 时速度可以认为是这段时间内的平均速度,即 B 点的瞬时速度为 A,C 两 点间的平均速度,其余类推. 由题意可知,每两个计数点之间的时间间隔为T=0.02×5s=0.1s. B 点的速度为 A,C 两点间的平均速度: vB=xAC/2T=(6.45-1.40 )/2×0.1=25.25(cm/s) C 点的速度为 B,D 两点间的平均速度: vC=xBD/2T=(10.10-3.35 )/2×0.1=32.75(cm/s) 同理可得: vD= 40.25cm/s; vE=47.75cm/s 从 B,C,D,E 四点的位置关系和速度的关系我们可以提出自己的假 设:速度是越来越大,大小之间是否存在一定的规律?利用 v-t 图象对数据进 行处理,发现相邻相等时间内的速度之差相等. vC -vB =32.75-25.25=7.50cm/s vD -vC=40.25-32.75=7.50cm/s vE -vD=47.75-40.25=7.50cm/s因此 F 点的速度为 vF =55.20cm/s 由加速度的定义:a =Δv/Δt 可知小车从 B 运动到 C 的加速度 a1=( vC -vB )/T=(32.75-25.25)/0.1=75.0cm/s2=0.75m/s2 同理可得:小车从 C 运动到 D 的加速度 a2=0.75m/s2 小车从 D 运动到 E 的加速度 a3=0.75m/s2 所以小车做加速度大小不变的直线运动.拓展: 拓展:本题中&从 A 点开始每打五个点取一个计数点&说明 O 点不 是计数点,而是位移的参考点,且相邻两计数点之间的时间间隔为 0.1s, 而不是 0.02s.[能力训练 能力训练] 能力训练 1.根据打点计时器打出的纸带,我们可以从纸带上直接得到的物理量是 (AB) A.时间间隔 B.位移 C.加速度 B ) D.平均速度2.打点计时器振针打点的周期决定于( A.交流电压的高低 C.永久磁铁的磁性强弱B.交流电的频率 D.振针与复写纸间的距离3.关于计数点的下列说法中正确的是(ABD) A.用计数点进行测量计算,既方便又可减小误差 B.相邻计数点间的时间间隔应是相等的 C.相邻计数点间的距离应是相等的 D.计数点是从计时器打出的实际点中选出来的,相邻计数点间点迹的 个数相等 4.在&探究小车速度随时间变化的规律&的实验中,下列说法正确的是 (BC) A.长木板一定要水平摆放,不能一端高一端低 B.使小车速度的变化尽可能快一些 C.使用刻度尺测量长度时,要读到最小刻度的下一位 D.作 v-t 图时,所描曲线必须经过每一个点 5.如图 2-1-5 所示为某次实验中打出的一条经过处理后的纸带,图中 O 为小车运动的起始点,A 为所选取的第一个计数点,O 点到 A 点之间有 部分点不清晰,相邻两个记数点之间有 4 个点未画出,电源频率为 50Hz,用毫米刻度尺测量后可直接算出(BC)A.从 O 点到 F 点运动的时间 B.从 A 点到 F 点运动的平均速度 C.C 点时的瞬时速度 vC D.G 点时的瞬时速度 vG 6.一个滑块沿斜面滑下如图 2-1-6 所示,依次通过斜面上的 A,B,C, D,E,F 点,已知 AB=6cm,BC=10cm,CD=14cm,DE=18cm,滑块经 过相邻两点之间的时间间隔为 2s,求: (1)滑块在 B,C,D 三点的瞬时速度 (2)寻求图中滑块的运动规律,推断出 E,F 两点间的位移和 E 点的瞬 时速度. vB=4cm/s, vC=6cm/s, vD=8cm/s; xEF=22cm, vE=10cm/s 7.在用打点计时器研究小车速度随时间变化规律的实验中,得到一条纸 带如图 2-1-7 所示.A,B,C,D,E,F,G 为计数点,相邻计数点间时 间间隔为 0.10s,x1=1.20cm, x 2=1.60cm,x 3=1.98cm, x 4=2.38cm, x 5=2.79cm, x6=3.18cm.(1)计算运动物体在 B,C,D,E,F 各点的瞬时速度. (2)在 2-19 图中作出 v-t 图象,并由图象求物体的加速度.(1) vB=14cm/s, vC=17.9cm/s, vD=21.8cm/s; vE=25.85cm/s ,vF=29.85cm/s. (2) a=(30.0-10.0 )/0.5=40.0(cm/s2) 8.在利用打点计时器探究小车运动规律的实验中,某同学在打出的 纸带上每 5 点取一个记数点,测出每两个相邻记数点间的距离分别为 x1, x2,…,x6,然后他把纸带上 x1,x2,…,x6 各段准确地剪成 6 段,按如 图 2-1-9 那样帖在坐标纸上,彼此不留间隙也不重叠,纸带下端都准确地 与横轴重合,x1 的左边准确地与纵轴重合,横轴为时间轴,纵轴为速度 轴,该同学在这个图中作出了 v-t 图象,并由图象求出了加速度 a,请说 明他是如何作出速度图象并求出加速度 a 的.每条纸带的宽度代表相等的时间,每条纸带的长度代表这段时间内的 位移,而相等时间内的位移就表示这段时间内的平均速度.由于每段时间 较短,所以这段时间中点的速度就是这段时间内的平均速度.取每段纸带 上边的中点,然后过这些点画出 v-t 图象,如图所示.此图线的斜率就等于 加速度 a 的大小. 9.某研究性学习小组在研究小车在水平薄布面上做减速运动的实验 中,所打出的纸带如图 2-13 所示,纸带上相邻两点对应的时间间隔为 0.02s.请你用刻度尺量出相邻两点之间的距离填在下表中:s1s2s3s4s5s6s7s8(1)从纸带上可以确定小车做减速运动的初速度约为_________ (2)分析纸带及测量的数据,提出一个相关的问题.由表中可知,小车在 1~3 点之间匀速运动的速度就等于小车做减速运动的初速度, 约为 1.03m/s;(2)例如:小车运动到水平薄布面上速度为什么会减小?小车速度 减小的快慢与哪些因素有关?二 弹力【要点导学】 1.物体在外力的作用下,所发生的 力停止作用后,能够 或 的改变叫形变,在外的形变叫弹性形变.2.发生形变的物体,由于要回复原状,对跟它接触的物体会产生力的作 用,这种力叫做弹力. 3.弹力产生的条件: (1)两物体必须直接接触; (2)两物体接触处发生形变(相互挤压). 弹力是接触力.互相接触的物体间也不一定有弹力,要看接触处是 否发生形变.有些形变不容易看出,可用假设法判定. 4.弹力的方向是从施力物体指向受力物体,与施力物体的形变方向相 反.具体地说: (1)绳的拉力方向总是沿绳而指向绳收缩的方向. (2)压力的方向垂直于支持面而指向被压的物体,支持力的方向垂直 于支持面而指向被支持的物体. 5.胡克定律 F=kx (1)上式适用于发生弹性形变(在弹性限度内)时,弹簧拉伸或压缩形 变所产生的弹力的大小计算. (2)式中的 k 为弹簧的劲度系数,是弹簧本身的一种物理性质,与外力 无关,其大小只与弹簧的长短,粗细及材料有关. (3)x 为弹簧的形变量的大小.【范例精析】例 1 一个物体放在水平地面上,下列关于物体和地面受力情况的叙述中, 正确的是( ) A.地面受到向下的弹力是因为地面发生了形变 B.地面受到向下的弹力是因为物体发生了形变 C.物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变 D.物体受到向上的弹力是因为物体发生了形变解析: 解析:地面受到向下的压力,这个压力的施力物是物体,所以应该是因为 物体的形变产生了对地面的压力,故 B 是正确的选项. 物体受到向上的弹力,这个弹力的施力物是地面,所以应该是地面的形变 产生了对物体的弹力,故 C 也是正确的选项. 本题正确的选项是 BC.拓展: 拓展:通过本题可以看出,弹力也是成对产生的.甲对乙挤压使乙产生形 变,乙就会对甲产生弹力;同时乙对甲的弹力也使甲产生形变,甲的形变 就对乙产生了弹力.一个物体的形变只能对别的物体产生弹力,不能对自 己产生弹力. 正确解答 C例 2.如图 3-2-1 所示,一个球形物体静止于光滑水平面,并与竖直光滑 . 墙壁接触,A,B 两点是球跟墙和地面的接出点,则下列说法正确的是 ( ) A.物体受重力,B 点的支持力,A 点的弹力作用 B.物体受重力,B 点的支持力作用 C.物体受重力,B 点的支持力,地面的弹力作用 D.物体受重力,B 点的支持力,物体对地面的压力作用解析: 解析:本题要排除二个干扰,一是地面的弹力就是 B 点的支持力;二是 A 点有没有弹力,在 A 点球虽然与墙壁接触但相互间没有挤压,所以在 A 点没有弹力.那么怎么样判断 A 点没有相互挤压的呢?我们可以用假设 法,设想 A 处的墙壁撤消,球仍然保持静止状态,所以在 A 处没有弹 力. 本题正确的选项是 B.拓展:在某些接触点处有无弹力难以确定时都可以用上述的假设法判断. 拓展 我们设想 B 处的水平地面撤消,那么球就会下落,这就说明 B 处是有弹 力的.例如图 3-2-2 中要判断静止的球与光滑平面 AB,BC 之间是否有弹 力作用? 我们也可以用假设法:若将 AB 去掉,看受力物体球仍可以保持静止状 态.故球 A 只受一个弹力 N 作用. 例 3.画出下列物体(物块或球)受到的弹力. .解析: 解析:根据弹力产生的因素:物体相互接触;物体间有弹性形变.可 画出各物体所受的弹力情况.拓展: 拓展:支持力的方向总是垂直于支持面而指向被支持的物体,与使物体 发生形变的外力方向相反.平面与平面接触, 弹力方向垂直于平面;平面 与曲面接触, 弹力方向垂直于平面,也垂直于曲面的切线;曲面与曲面接 触, 弹力方向垂直于公切线;点与平面接触,弹力方向垂直于平面;点与 曲面接触,弹力方向垂直与曲面的切线方向.绳子产生的弹力方向总是沿绳 子方向.例 4 一弹簧受到 80 牛的拉力作用时弹簧伸长为 14 ㎝,弹簧受到 40 牛的 压力作用时,弹簧长度为 8 ㎝,试求该弹簧的劲度系数与原长.解析: 解析:弹簧受拉力伸长时胡克定律的形式为 F1=k(L1-L0) , 即 80=k(14- L0)弹簧受压力缩短时胡克定律的形式为 F2=k(L0 -L2) , 即 40=k (L0 - 8) ,有上面两式可得到 k=20 N/cm , L0= 10 cm拓展: 拓展:应用胡克定律解题时,一定要正确找出形变量(一般应确定弹簧未 形变时端点的位置),即拉伸或压缩的长度,而本题中的 14cm 和 8cm, 均指弹簧在某状态时的长度.【能力训练】1.产生弹力的条件是______________.接触并且有形变 2.除拉伸或缩短形变外,还有______形变和_______形变.弯曲,扭转 3.压力和支持力的方向总是_______接触面,压力指向被____的物体,支 持力指向被______ 的 物体;绳子的张力(拉力)总是沿着__________的方向. 垂直于,压,支持;绳子收缩 4.弹力的大小与发生形变的物体的________有关,还与形变的_____有 关;对于发生弹性形变的弹簧而言,弹力与弹簧的形变量(伸长或缩短的 长度)成______.一弹簧的劲度系数为 500N/m,它表示 _______________________________,若用 200N 的力拉弹簧,则弹簧的伸长 量为_____m. 材料,程度,正比 该弹簧形变量为 1m 时产生弹力 500N 0.4 5.关于弹性形变的概念,下列说法中正确的是( A.物体形状的改变叫弹性形变 B.物体在外力停止作用后的形变,叫弹性形变 C.一根铁杆用力弯折后的形变就是弹性形变 D.物体在外力停止作用后,能够恢复原来形状的形变,叫弹性形变 6. 关于弹力下列说法正确的是( BCD ) A.静止在水平面上的物体所受的重力就是它对水平面的压力 B.压力,支持力,绳中的张力都属于弹力 C.弹力的大小与物体的形变程度有关,在弹性限度内形变程度越大,弹力 越大 D.弹力的方向总是与施力物体恢复形变的方向相同 7 物体 A 受到外力作用发生弹性形变时,发生形变的物体 A 对使它发生形 变的物体 B 产生弹力作用,下列说法中正确的是( CD ) A.物体 A 先发生形变,后产生弹力 D )B.物体 A 先产生弹力,后发生形变 C.弹力和形变是同时产生同时变化的 D.物体 A 由于形变而对物体 B 产生了弹力作用 8.如图 3-2-5 所示,物体 A 静止在斜面 B 上.下列说法正确的是( CD A.斜面 B 对物块 A 的弹力方向是竖直向上的 B.物块 A 对斜面 B 的弹力方向是竖直向下的 C.斜面 B 对物块 A 的弹力方向是垂直斜面向上的 D.物块 A 对斜面 B 的弹力方向跟物块 A 恢复形变的方向是相同的 )9 关于弹簧的劲度系数 k,下列说法正确的是( B ) A.与弹簧所受的拉力大小有关,拉力越大,k 值也越大 B.由弹簧本身决定,与弹簧所受的拉力大小及形变程度无关 C.与弹簧发生的形变的大小有关,形变越大,k 值越小 D.与弹簧本身特性,所受拉力的大小.形变大小都无关 10 如图 3-2-6 所示,小球 A 系在坚直拉紧的细绳下端,球恰又与斜面接触 并处于静止状态,则小球 A 所受的力是( A ) A.重力和绳对它的拉力 B.重力,绳对它的拉力和斜面对它的弹力 C.重力和斜面对球的支持力 D.绳对它的拉力和斜面对它的支持力 11 画出图中 A 物体所受弹力的示意图12.将 G=50N 的物体悬挂在轻质弹簧上,弹簧伸长了 2.0cm, 静止时弹簧的 弹力是多大?弹簧的劲度系数多大(如图甲)将弹簧从挂钩处摘下,在 0 点施 加一个竖直向上的 50N 的拉力(图乙),物体仍然静止,那么弹簧的伸长量又 是多少?50N,2500N/m 2.0cm13.如图 3-2-9 所示,是探究某根弹簧的伸长量 x 与所受拉力 F 之间的关 系图,下列说法中正确的是 ( BC ) A.弹簧的劲度系数是 2 N/m B.弹簧的劲度系数是 2X103N/m C.当弹簧受 F2=800 N 的拉力作用时,弹簧伸长为 x2=40 cm D.当弹簧伸长为 x1=20cm 时,弹簧产生的拉力是 F1=200 N三 摩擦力【要点导学】 1.两个物体相互接触,当有相对滑动的趋势,但又保持相对静止状态 时,在它们接触面上出现的阻碍相对滑动的静摩擦力. (1) 产生条件:两物体必须接触且接触面粗糙;有正压力;有相对滑 动趋势 (2) 静摩擦力方向:沿接触面且与 相反. 静摩擦力大小:随外力的变化而变化.一般与迫使物体发生相对运动 的外力(或沿着接触面的分量)大小相等. (3) 静摩擦力有一个最大值,它是物体即将开始相对滑动时的静摩擦 力,即最大静摩擦力. 2.两个互相接触且有相对滑动的物体,在它们的接触面上会产生阻碍相 对运动的摩擦力,称为滑动摩擦力. ; ; . (1)产生条件: (2) 滑动摩擦力方向:沿接触面且与 相反. (3)滑动摩擦力的大小:滑动摩擦力的大小与两物体间的压力成正比,即 Ff=FN,其中 μ 为动摩擦因数,无单位,它与接触面的材料,接触面的 粗糙程度有关,而与物体间的相对速度的大小,接触面的大小,压力的 大小无关. 【范例精析】 ) 例 1.关于摩擦力的说法,下列说法中正确的是( 两个接触的相对静止的物体间一定有摩擦力 A. B. 受静摩擦作用的物体一定是静止的 C. 滑动摩擦力方向一定与运动方向相反 物体间正压力一定时,静摩擦力的大小可以变化,但有一个限度 D.解析: 解析:两个相对静止的物体间不一定有静摩擦力,还要看它们间是否有相 对滑动趋势.例如静止在水平地面上的汽车,它们之间就没有静摩擦力. 受静摩擦力作用的物体不一定是静止的,例如与倾斜的匀速运动的输送带 相对静止的物体,物体与输送带之间有相对滑动的趋势,所以有静摩擦力 存在,但物体并不是静止的.产生静摩擦力时只要与接触面相对静止就行 了.上述的输送带如突然加速,物体就可能受到与运动方向一致的滑动摩擦力.所以 A,B,C 三个选项都是错的.在正压力一定时,静摩擦力的 大小可以因外力的变化而变化,但不能超过最大静摩擦力,这就是一个限 度.本题目正确的选项是 D.拓展:( ) 拓展:(1)不管静摩擦还是滑动摩擦力的方向,都要注意与接触面的 :( &相对性& (2)值得注意的是,正压力变化时静摩擦力不一定变化,但最大静 ) 摩擦力肯定变化.例 2 要使木块在水平木桌上滑动受到的摩擦力小些,下列措施中有效的是 ( 铁皮 C.使木块的滑动速度增大 D.减小木块与桌面的接触面积 ) A.将木块和木桌的接触面刨光滑些 B.在木桌表面上垫一张平整的解析: 解析:影响滑动摩擦力大小的因素有两个,一是正压力的大小,二是动摩 擦因数.本题中正压力不变,只要考虑动摩擦因数的大小.动摩擦因数的 大小与接触面的光滑程度和接触面的材料有关,A 选项正确.根据教材的 表格,木与木之间的动摩擦因数是 0.3,而木与金属之间的动摩擦因数为 0.2,所以 B 选项正确.动摩擦因数与运动速度无关(汽车刹车时路面摩 擦因数改变是因为温度变化)所以 C 选项错误.动摩擦因数与接触面积无 关,D 选项错误.本题目正确选项为 AB. 拓展: 拓展:正因为动摩擦因数与接触面积的大小无关,所以一块匀质长木板在 水平桌面上滑动时,在它伸出桌面的长度小于总长度的 1/2 的情况下,木 板所受滑动摩擦力不变.例 3 如图 3-3-1 所示,用 50N 的水平推力 F 将重 24N 的物块压在竖直墙 面上,物块沿墙面下滑,物块与墙面间的动摩擦因数μ=0.4,求:墙面对 物块的摩擦力大小.解析: 解析:由题意可知,物块与墙面间存在滑动摩擦力,物块与墙面间存 在相互作用力,即:墙面对物块的弹力和物块对墙面的压力,它们大小相 等.而水平推力与墙面对物块的弹力相平衡,故物块对墙面的压力大小与 水平推力大小相等,即:FN=50N,根据 Ff=FN 可得:Ff=0.4×50N=20N.拓展: 拓展:有同学误认为物块对墙面的压力大小 FN 与物体的重力大小相等, 这完全是没有真正理解正压力的含义,而是死记住初中阶段学习摩擦力 时,压力大小等于重力大小这类简单问题.如图 3-3-2 所示,甲,乙, 丙三个物体的质量相等,与地面的动摩擦因数相同,受到三个大小相同的 作用力,当它们滑动时,受到的摩擦力大小的情况,下列说法正确的是: ( ) A.甲,乙,丙三个物体所受摩擦力大小相等 B.甲受到的摩擦力最大 C.乙受到的摩擦力最大 D.丙受到的摩擦力最大由于 F'N 乙& F'N 丙&F'N 甲 故物块所受滑动摩擦力大小关系:Ff 乙&Ff 丙&Ff 甲,选项 C 正确.【能力训练】 1 当一个物体在另一个物体的表面上________另一个物体______时,要 受到另一个物体阻碍它__________的力,这种力叫做滑动摩擦力,研究滑 动摩擦力时我们选择的参考系是相互滑动的两物体中我们认为________的 那个物体,滑动摩擦力的方向总是与___________方向相反. 相对于,滑 动,相对滑动,静止,相对滑动 2.滑动摩擦力的大小可以用公式 Ff=FN,其中 FN 叫做_______,它属 于_______,方向与接触面______; 叫做_____________,它与接触面的 _______及_________有关. 压力,弹力,垂直;动摩擦因数,材料,粗糙 程度 3.产生静摩擦力的条件是_______,________,___________.静摩擦力 的方向总是与_________________________相反,静摩擦力的大小可以在 ____________范围内变化. 有弹力,并且有相对滑动的趋势,相对滑动趋势 的方向,零到最大静摩擦力 4.如图 3-3-3 所示,用力 F 将质量为 1kg 的物体压在竖直墙上, F=50N.方向垂直于墙,若物体匀速下滑,物体受到的摩擦力是______N, 动摩擦因数是______,若物体静止不动,它受到的静摩擦力是______N, 方向______.若撤去力 ,当铁块沿着墙壁自由下落时,铁块受到的滑 动摩擦力 (g=10N/kg) 10 , 0.2 ,10 竖直向上 ,05.关于摩擦力,下列说法正确的是(A) A.物体受到摩擦力作用时,一定受到弹力作用 B.只有运动的物体才能受到滑动摩擦力作用 C.具有相对运动的两物体间一定存在滑动摩擦力作用 D.摩擦力的方向与物体运动方向相反 6 下列关于摩擦力的说法正确的是(D) A.摩擦力的方向总与物体的运动方向相反 B 摩擦力的大小与相应的正压力成正比 C. 运动着的物体不可能受静摩擦力作用,只能受滑动摩擦力作用D.静摩擦力的方向与接触物体相对运动的趋势方向相反 7 关于动摩擦因数 ,下列说法正确的是(D) A.两物体间没有摩擦力产生说明两物体间的动摩擦因数 =0 B.增大两物体的接触面积,则两物体间的动摩擦因数增大 C.增大两物体间的正压力,则两物体间的动摩擦因数增大 D.两物体的材料一定,两物体间的动摩擦因数决定于两接触面的粗糙程度 8.物体与支持面间有滑动摩擦力时,下列说法中正确的是(D) A.物体与支持面间的压力越大,滑动摩擦力就越大; B.物体与支持面间的压力不变,动摩擦因数一定,速度越大,滑动摩 擦力就越大; C.物体与支持面间的压力不变,动摩擦因数一定,接触面越大,滑动 摩擦力就越大; D.物体与支持面的压力一定,材料越粗糙,滑动摩擦力就越大. 9 如图 3-3-4 所示,木块质量为 m,跟水平桌面的动摩擦因数为μ, 受水平向右的力 F 的作用匀速运动,从物体到边缘开始,到物体下落为 止,在此过程中物体保持匀速运动,下列说法正确的是(C) A.推力 F 因物体悬空部分越来越大而变小 B.推力 F 在物体下落前会变为原来的 1/2 C.推力 F 始终是 mg D.因接触面变小,动摩擦因数μ会变大 10.如图 3-3-5 所示,在μ=0.1 的水平面上向右运动的物体,质量为 20kg,在运动过程中,还受到一个水平向左的大小为 10N 的拉力作用,则 物体受到的滑动摩擦力为(g=10N/kg) (D)A.10N,向右 向左B.10N,向左C.20N,向右D.20N,11,马拉着自重 600N 的雪橇在水平冰面上做匀速直线运动,马需用水 平拉力 18N.如在雪橇上载货 500kg,马要用多大的水平力可使雪橇仍做 匀速直线运动?雪橇和冰面间的动摩擦因数为多少?168 12 0.03水平地面上放一个重为 200N 的铁块,铁块与地面间的最大静摩擦力大小为 63N,铁块与地面间动摩擦因数为 0.3,一个人用水平方向的力推 静止的铁块,试求下列各种情况下铁块所受的摩擦力的大小: ⑴物体静止时,用 F=50N 的向右推力;50N ⑵物体静止时,用 F=80N 的向右推力;63N ⑶物体以 10m/s 的初速度向左,用 F=62N 的推力向右 60N四 力的合成[要点导学] 要点导学] 1,力的合成和合力的概念.一个力产生的效果跟几个力共同产生的效果 相同,这个力就是那几个力的合力;力的合成是 程. 2,通过实验探究,求合力的方法可归纳为:如果用表示两个共点力 F1 和 F2 的线段为邻边作平行四边形,那么合力的大小与方向就可以用这个平 行四边形的对角线表示,这个法则就是平行四边形法则. 3,合力随两分力间的夹角的增大而减小,合力的变化范围是在两分力之 和与两分力之差之间,即│F1-F2│≤F≤│F1+F2│ 运算过[范例精析] 范例精析] 例 1 在做&探究求合力的方法&的实验中,只用一个弹簧秤来代替钩 码也可以完成这个实验,下面用单个弹簧秤完成实验的说法中,正确的是 ( ) A.把两条细线中的一条与弹簧秤连接,然后同时拉动这两条细线,使 橡皮条一端伸长到 O 点位置,读出秤的示数 Fl 和 F2 的值 B.把两条细线中的一条与弹簧秤连接,然后同时拉动这两条细线,使 橡皮条的一端伸长到 O 点,读出弹簧秤的示数 F1;放回橡皮条,再将弹簧 秤连接到另一根细线上,再同时拉这两条细线,使橡皮条再伸长到 O 点, 读出秤的示数 F2C.用弹簧秤连接一条细线拉橡皮条,使它的一端伸长到 O 点,读出Fl;再换另一条细线与弹簧秤连接拉橡皮条,使它的一端仍然伸长到 O点,读出 F2 D.把两根细线中的一条细线与弹簧秤连接,然后同时拉这两条细线, 使橡皮条的一端伸长到 O 点,记下两细线的方向及秤的示数 Fl;放回橡皮 条后,将弹簧秤连接到另一根细线上,再同时拉这两条细线,使橡皮条一 端伸长到 O 点,并使两条细线位于记录下来的方向上,读出弹簧秤的读数 为 F 2.解析: 解析:本实验是用橡皮条的伸长来显示力的作用效果,相同的作用效 果应该是使橡皮条沿相同的方向伸长相同的长度.用一只弹簧秤实验,与 用两只弹簧秤完成该实验基本步骤相同,但必须保证效果相同,同时能完 整地作出平行四边形进行比较.答案:D拓展: 拓展:本实验要研究合力和分力的关系,把第一次两个弹簧测力计的 拉力 F1 和 F2 看作与第二次一个弹簧测力计拉力 F 单独作用的效果相同时,F1,F2 和 F 才构成分力和合力的关系,在这个实验中,用橡皮条在拉力作用下发生的形变来反映力的作用效果,这个形变包括伸长量和伸长方向两 项,伸长量反映橡皮条所受合力的大小,伸长方向反映橡皮条所受合力的 方向,仅用其中的一项不能完整表示力的作用效果. 例如.关于&探究求合力的方法&实验,下列说法正确的是 ( ) A.两串钩码的拉力与某一串钩码的拉力作用效果相同 B.实验中不必记录两分力的夹角C.实验中必须记录两分力的方向 D.实验中必须记录橡皮条端点最终被拉到的位置 (答案 答案:ACD) 答案例 2.力 F1=45N,方向水平向东.力 F2=60N,方向水平向北,用作图法 求解合力 F 的大小和方向.解析: 解析:选择某一标度,利用 1.0cm 的长度表示 15N 的力,作出力的平行四 边形,如图 3-4-1 所示,表示 F1 的线段长 3.0 ㎝,表示 F2 的线段长 4.0 ㎝.用刻度尺量出对角线的长度 L 为 5.0 ㎝,利用 F=L×15/1.0N=75N 求 出,用量角器可量出合力的方向为东偏北 53°. 拓展: 拓展:涉及方向问题的共点力合成时,表示的方向应该与地图册的方向一 致.用图解法求合力时,选用的标度不能太小,标度太小会导致误差增 大.例 3,下列关于合力的叙述中正确的是()A.合力是原来几个力的等效代替,合力的作用效果与分力的共同作用 效果相同 B.两个力夹角为 θ(0≤θ≤π),它们的合力随 θ 增大而增大C.合力的大小总不会比分力的代数和大 D.不是同时作用在同一物体上的力也能进行力的合成的运算解析: 解析:力的合成基本出发点是力的等效代替.合力是它的所有分力的一种 等效力,它们之间是等效代替关系.合力和作用在物体上各分力间的关 系,在效果上是和各分力的共同作用等效,而不是与一个分力等效.因此 只有同时作用在同一物体上的力才能进行力的合成的运算.就合力与诸分 力中的一个分力的大小相比较,则合力的大小可以大于,等于或小于分 力.这是因为力是矢量,力的合成遵循平行四边形定则,合力的大小不仅 跟分力的大小有关,而且跟分力的方向有关.根据力的平行四边形定则和 数学知识可知, 两个力夹角为 θ(0≤θ≤π),它们的合力随θ增大而减小,θ=0°时, 合力最大, 为两分力的代数和;θ=180°时, 合力大小最小, 等于两分力代数差, 所以合力的大小总不会比分力的代数和大.正确解答 正确解答 AC拓展: 拓展:只有同时作用在同一物体上的几个力才存在着等效的合力.求解多 个力的合力时,可以先把任意两个力合成,再把合力与第三个力合成,直 到把所有力都合成进去.例如:三个方向互成 120°角的力,F1=12N 方 向向东,F2=15N 方向南偏西,F3=15N,方向西偏北.求这三个力的合力 时可先把 F2 与 F3 合成,它们 的合力为 15N,方向向西,再与 F1 合成, 所以三个力的合力等于 3N,方向向西.如图 3-4-2 所示.【能力训练】 1.如果一个力的效果跟几个力共同产生效果_____,这个力叫做那几 个力的______,求几个力的合力叫做___________.相同, 合力,力的合成 2. 力的合成遵循力的________________, 求两个力的合力时,用力 的图示法作出以这两个力的线段为_______的平行四边形的对角线,则对 角线的长度和方向表示____________________.平行四边形定则, 邻边,合 力的大小和方向 3. 有两个大小不变的共点力,它们的合力的大小 F 合随两力夹角α变 化的情况如图 3-4-3 所示,则两力的大小分别为_______和 4N,8N 4.作用在某物体上同一点的两个力 F1=40N,F2=30N.当两个力的夹角为 ____时,两力的合力最大,其最大值是_______N;当两力的夹角为_______ 时两力的合力最小,其最小值是________N;当两个力互相垂直时合力的大 小是________N,合力的方向为_______(用与 F1 的夹角表示) 0° 180° 10 50 37° 70 .5.有五个力作用于一点 O,这五个力的作用情况如图 3-4-4 所示,构 成一个正六边形的两邻边和三条对角线.已知 F3=10N.则这五个力的合力 大小为________.30N6.一个物体受到两个力的作用,则( B ) A.当两个力大小相等时,物体所受合力一定为零 B.当两个力大小相等时,物体所受合力可能为零C.当两个力中一个较大时,物体所受合力一定与较大的力同方向 D.当两个力互相垂直时,物体所受合力将取最大值 7.关于共点力,下列说法中正确的是( CD ) A,作用在一个物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,这两力 是共点力 B,作用在一个物体上的两个力,如果是一对平衡力,则这两力是共 点力 C,作用在一个物体的几个力,如果它们的作用点在同一点上,则这 几个力是共点力 D,作用在一个物体的几个力,如果它们力的作用线汇交于同一点, 则这几个力是共点力 8.物体受到两个方向相反的力的作用, F1=8N, F2=10N, 当 F2 由 10N 逐渐减小到零的过程中, 这两个力的合力的大小变化是 A.逐渐变小 B.逐渐增大 C.先变大后变小 D.先变小后变大 9.作用在同一物体上的两个力 F1=F2=15N,用作图法分别求出夹角为 300,900,1200 时合力的大小和方向. 10 如图 3-4-5 所示,悬挂在天花板下重 60N 的小球,在均匀的水平 风力作用下偏离了竖直方向θ=30°角.求风对小球的作用力和绳子的拉 力.34.6N 11.如图 3-4-6 所示,悬线 AO 与天花板夹角为 600,线 AO 的拉力 ( D )F1=24N,线 BO 与墙壁垂直,线 BO 的拉力 F2=12N.求:(1) 用图解法求 F1 和 F2 的合力. (2) 用计算法求 F1,F2 的合力的大小. 20.8N12.物体受到三个力的作用, 其中两个力的大小分别为 5N 和 7N, 这三个 力的最大值为 21N, 则第三个力的大小为多少?这三个力的合力最小值为多 少?若三个力的最大值为 30N,则三个力的合力的最小值为多少?9N 0五 力的分解【要点导学】 1.力的分解是力的合成的逆过程,平行四边形法则同样适用于力的分解.如果没有 其它限制,对于同一条对角线,可以作出无数个不同的平行四边形.这就是说一个 已知的力可以分解成无数对不同的共点力.在解决具体的物理问题时,一般都按力 的作用效果来分解. 2.既有 ,又有 ,并且相加时遵从平行四边形法的物理量称作矢 量.除力外,如位移, , 等也是矢量. 3.两个分矢量首尾相接,剩余的尾首相连的有向线段就是合矢量,它恰与两分矢量 的线段构成一个三角形,这个方法称为三角形法则,它是平行四边形法则的简化. 如图 3-5-1【范例精析】 例 1.质量为 10 ㎏的物体放在倾角为 30°的斜面上.用图示法求出重力沿斜面和垂 直于斜面的两个分力( g=10N/㎏) 解析: 解析:本题的情景如图 3-5-2 所示. 选取标度为 1 ㎝代表 50N.以重力 G 为对角线作平行四边形,分别测量代表 G1 和 G2 的两邻边的长度,得 G1=50N×1.0cm/1cm=50N; G2=50N×1.73cm/1cm=87N 拓展: 拓展:应用图解法时应该注意标度要定得合理,平行四边形的对边要平行,线段要 细而直.边长的测量要估读到毫米后面一位. 例 2.如在图 3-5-3 所示的支架悬挂一个重力为 G 的灯.支架的重力不计.已知 . AO,BO,AB 的长分别为 L1,L2,L3,求支架两杆所受的力.解析: 解析:在支架的 O 端悬挂电灯后,使支架的两根杆受到力的作用.由 于支架的 A,B 两端与墙壁是绞链连结,因此作用在杆上的力是沿杆的方 向.但杆受的是拉力还是压力,需要通过实践来判断.可以设想,若将杆 AO 换成弹簧,则弹簧会被拉长,表示此杆受的是拉力.若将杆 BO 换成 弹簧,则弹簧会被压缩,说明此杆受的是压力.这就是灯对支架 O 端拉力 的两个分力所产生的实际效果.判断出两个分力的方向,那么根据平行四 边形定则很容易得出杆 受到沿杆向外的拉力: F1=L1T/L3=L1G/L3 杆 BO 受到沿杆向内的压力 F2=L2T/L3=L2G/L3拓展: 拓展:根据平行四边形定则作出合力和分力的关系图后,要充分利用数学 知识来求解.一般可利用相似三角形(如本题),也可利用三角函数.例 如如图 3-5-4 所示, AB 是一轻杆,BC 是一轻绳.在 B 端施加一作用力 F,F 的大小为 100N.方向竖直向下.求:轻绳和轻杆上所受力的大小. (轻绳与墙壁的夹角为 60 ) 将 F 沿 AB 方向,CB 方向进行分解,根据力的图形,由几何关系可 得: F1=Ftanθ=Ftan60°=100 N F2=F/cosθ=F/cos60°=200N根据二力平衡可知:BC 绳中的拉力大小为 200N;AB 杆中的压力大小为 100N.o例 3.如图 3-5-5 所示,物体静止在光滑水平面上,受到一个水平恒力 F1 的作用,要使物体在水平面上沿 OA 方向作直线运动,OA 与水平方向成 θ 角,则对物体施加的这个力 F2 的最小值是多大?方向如何?解析: 解析:根据力的平行四边形定则,物体受到的合力沿 0A 方向,则另一个 力 F2 有大小,方向不同的若干个解,在这些解的当中有一个最小值,这个 力的方向与合力方向垂直.如右上图所示.由几何关系可得 F2=F1sinθ.拓展: 拓展 : 解决合力与分力关系的问题,要根据力的平行四边形定则正确画出力的图 示,并注意观察图形的动态变化过程,在变化的过程中找到一些量之间的关系使问 题得到解决. 例如:细线下挂一个质量为 m 的小球,现用一个力 F 拉小球使悬线偏离竖直方向 θ 角 并保持不变,如图 3-5-6 所示,拉力 F 的最小值 F=G1=mgsinθ,方向垂直于绳子向上【能力训练】 1.求一个已知力的分力叫做________,力的分解是力的合成的______,已知一 个力(平行四边形的对角线)求这个力的分力(两个邻边),可作的平行四边形有 _______,实际分解时,必须根据力的_________进行.力的分解, 逆运算, 有无数个, 作用效果 2. 将与水平面成 300 角斜向上的拉力 F=20N,沿水平方向和竖直方向分解,那么沿 水平方向的分力大小为____N;沿竖直方向的分力大小为____N. 17.32 10 3.将竖直向下的 20N 的力,分解成为两个力,其中一个力大小为 15N,水平向左,则 另一个分力大小为________N,方向________.25 偏右与竖直方向夹角成 37° 4.如图 3-5-7 所示,一个物体从直角坐标系的原点 O 出发做匀速运动,经过 时间 t=10s,运动到 P 点,则物体在 y 方向的分速度为 m/s;物体在 x 方向的 分速度为 m/s.0.7 m/s ,0.5m/s 5.关于力的分解,下列说法中正确的是( ABC ) A.一个力可以分解成两个比它大的分力 B.一个力可分解成两个大小跟它相等的力 C.如果一个力和它的一个分力的大小方向确定,那么另一个分力就是 唯一的D.如果一个力以及它的一个分力的大小和另一个分力的方向确定,这两个分力 就完全确定了 6 将一个有确定方向的力 F=10N 分解成两个分力,已知一个分力有确定的方向,与 F 成 30°夹角,另一个分力的大小为 6N,则在分解时( B ) A.有无数组解 B.有两组解 C.有惟一解 D.无解 7 如图 3-5-8 所示,放在水平面上的物体受到一个斜向上的拉力作用,但物体仍保 持静止状态,现将 F 分解为水平方向的力 F1 和竖直向上的力 F2,下列说法正确的是 ( C ) A. F1 是物体对水平面的摩擦力 B. F2 是水平面对物体的支持力 C F1 与水平面给物体的静摩擦力大小相等,方向相反 D. F2 与物体的重力大小相等,方向相反 8.图 3-5-9 的各图所示的重物 A 静止.试根据力的效果把 A 的重力分解,并把 重力的分解示意图画在对应的图上.答案:9,把一个向东的大小为 60N 的力分解为两个分力,其中一个分力向南并等于 80N,用作图法求出另一个分力.F2=100N,方向东偏北 53°10.如图 3-5-10 所示,一光滑小球静止于斜面与竖直挡板之间,已 知小球受到的重力为 100N.试回答下列几个问题:(1).光滑小球受到哪几个力的作用,画出受力图. (2).用作图法求出球所受重力沿水平方向和垂直斜面方向的两个分力.(3). 以上两个分力与球对竖直挡板,对斜面的压力有怎样的关系?相等11.如图 3-5-11 所示,一个大人沿与河岸成θ角的方向拉纤,要使平行河岸 的船行方向上得到一个合力 F,则另一岸的一个小孩如何用力最小.与 F 垂直 F1sinθ
第二章 一、实验：探究小车速度随时间变化规律——提供以文本文档的格式的各类文档免费下载和在线浏览。