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第二章 相互作用 重力 弹力 摩擦力 讲义
【核心要求】
1、认识重力、弹力与摩擦力。
2、通过实验，了解胡克定律。
3、知道滑动摩擦和静摩擦现象，能用动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小。
【核心素养】
1、能从真实的任务情境中认识弹力、摩擦力、动摩擦因数。
2、会应用弹力、摩擦力的产生条件分析弹力、摩擦力的有无及方向。
3、能应用假设法、状态法、平衡法分析、计算弹力和摩擦力的大小。
4、具有学习和研究生活中弹力、摩擦力问题的好奇心和求知欲。
【基础知识归纳】
一、重力
1、产生：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。可用弹簧测力计测量重力。
3、方向：总是竖直向下的。
4、重心：其位置与物体的质量分布和形状有关。
5、重心位置的确定：质量分布均匀的规则物体，重心在其中心；对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板，重心可用悬挂法确定。
二、弹力
1、定义：发生弹性形变的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力。
2、产生的条件：
（1）物体间直接接触
（2）接触处发生弹性形变
3、方向：总是与物体形变方向相反
三、胡克定律
1、内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。
2、表达式：F=kx。 k是弹簧的劲度系数，由弹簧自身的性质决定，单位是N/m，x是弹簧长度的改变量，不是弹簧形变以后的长度。
四、摩擦力
1、静摩擦力
（1）定义：两个具有相对运动趋势的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力
（2）产生条件（必要条件）：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（仍保持相对静止）
（3）大小：①静摩擦力为被动力，与正压力无关，满足；②最大静摩擦力大小与正压力大小无关
（4）方向：沿接触面与受力物体相对运动趋势的方向相反
（5）作用点：实际上接触面上各点都是作用点，常把它们等效到一个点上，在作力的图示或示意图时，一般把力的作用点画在物体的重心上
2、滑动摩擦力
（1）定义：两个相互接触的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动的力
（2）产生条件（必要条件）：①接触面粗糙；②接触处有弹力；③两物体间有相对运动
（3）大小： （为动摩擦因数，取决于接触面材料及粗糙程度，为正压力）
（4）方向：沿接触面与受力物体相对运动的方向相反
（5）作用点：实际上接触面上各点都是作用点，常把它们等效到一个点上，在作力的图示或示意图时，一般把力的作用点画在物体的重心上
3、动摩擦因数
（1）定义：彼此接触的物体发生相对运动时，摩擦力和正压力的比值，即。
（2）决定因素：接触面的材料和粗糙程度。
【核心规律】
一、弹簧和橡皮绳的弹力特点
1、弹簧既能受到拉力作用，也能受到压力作用，橡皮绳只能受到拉力作用，不能受到压力作用。
2、轻质弹性绳或橡皮筋弹力大小的计算按胡克定律进行，且不论弹性绳是平直还是弯曲状态，其弹力大小处处相等。
二、计算弹力大小的三种方法
1、根据胡克定律进行求解。
2、根据力的平衡条件进行求解。
3、根据牛顿第二定律进行求解。
三、计算摩擦力大小时的三点注意事项
1、在计算滑动摩擦力的公式中，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；为两接触面间的正压力，其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无关，与接触面积也无关。
3、最大静摩擦力并不是物体实际受到的力，物体实际受到的静摩擦力小于最大静摩擦力；最大静摩擦力与接触面间的压力成正比；一般情况下，为了处理问题的方便，最大静摩擦力可按近似等于滑动摩擦力处理。
四、摩擦力突变的三种情况：
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”
静—动“突变”或动—静“突变” 物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持静止状态，则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力
动—动“突变” 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”
五、分析摩擦力突变问题的三点注意
1、题目中出现“最大”“最小”和“刚好”等关键词时，一般隐藏着临界问题。
2、静摩擦力是被动力，其存在及大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势，而且静摩擦力存在最大值。存在静摩擦的连接系统，相对滑动与相对静止的临界条件是静摩擦力达到最大值。
3、研究传送带问题时，物体和传送带的速度相等的时刻往往是摩擦力的大小、方向和运动性质的分界点。
【典型例题】
典例1.如图所示，一只气球在风中处于静止状态。风对气球的作用力大小为F，方向水平向右，气球受到的浮力方向竖直向上，气球的重力为G，轻绳与水平方向的夹角为θ，则气球受到的浮力大小为( )
A.G B. C. D.
答案：D
解析：本题以风中静止的气球为实际情境考查受力分析、物体平衡条件的应用。以气球为研究对象，其受到的合力为零，受力分析如图所示，由图中几何关系可得，解得，选项D正确，A、B、C错误。
典例2.如图所示，为倾角为的正方形斜面，其中与底边平行、与平行。在斜面内向斜面上一质量为1 kg的物块，施加平行于向左的拉力F，物块恰好沿斜面对角线匀速下滑。，下列叙述正确的是( )
A.物块受到摩擦力的方向平行于沿斜面向上
B.水平向左的外力大小等于
C.滑动摩擦力的大小等于5 N
D.物块与斜面间的动摩擦因数为
答案：D
解析：由于物块恰好沿斜面对角线匀速下滑，说明物块受到摩擦力的方向沿着斜向上，A错误；由题可知物块受力平衡，故水平向左的外力大小，B错误；滑动摩擦力的大小，C错误；物块与斜面间的动摩擦因数，D正确。
典例3.如图所示为体操男子吊环比赛中某个动作的模拟图，运动员静止不动，两根吊带对称并与竖直方向有一定夹角。则下列判断正确的是( )
A.两根吊带的拉力大小不一定相等
B.两个吊环对运动员的作用力的合力一定竖直向上
C.吊环对手的作用力与手对吊环的作用力是一对平衡力
D.从图示状态，运动员将两吊带缓慢向两边撑开的过程中，吊带上的张力缓慢增大
答案：B
解析：因为两根吊带对称并与竖直方向有一定夹角，所以两根吊带的拉力大小一定相等，A错误；运动员静止不动，所受合力为零，则两吊环对运动员的作用力的合力与重力平衡，即方向竖直向上，B正确；平衡力应作用在同一个物体上，吊环对手的作用力与手对吊环的作用力是一对作用力与反作用力，不是平衡力，C错误；由平衡条件得。从图示状态，运动员将两吊带缓慢向两边撑开的过程，吊带与竖直方向的夹角先减小后增大，则吊带上的张力先减小后增大，D错误。
典例4.如图所示，用两根劲度系数均为k的轻弹簧悬挂一个质量为m的重物，弹簧悬于A点，与竖直方向的夹角，弹簧的另一端连于竖直墙上B点，弹簧处于水平状态，此时两根弹簧的长度相同，则两根弹簧的原长相差的长度为( )
A. B. C. D.
答案：A
解析：设两根弹簧此时的长度为l，弹簧的原长分别为，对结点受力分析，根据共点力平衡得，，两式联立解得，A正确.

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