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核心专题一 力与运动的关系
素养目标
1.归纳常见的力与运动关系的类型,总结有关力与运动图像的分析技巧。
2.养成及时归类、总结的学习习惯。
3.灵活运用力与运动关系进行简单的计算。
◎重点:概述力与运动关系的解题方法。
专题突破
1.平衡状态下的运动
例1当重100 N的物体受到100 N竖直向上的力的作用时,则该物体 ( )
A.一定处于静止状态
B.一定处于匀速上升状态
C.一定处于匀速下降状态
D.以上三种状态都有可能
思路导引 因为物体在平衡力作用下处于静止状态或匀速直线运动状态,平衡力的合力为0。
对点自测
1如图所示,小红站在商场匀速向上运动的自动扶梯上,她受到的力有 ( )
A.重力和扶梯弹性形变的弹力
B.重力、扶梯弹性形变的弹力和水平向右的摩擦力
C.重力、扶梯弹性形变的弹力和向左的摩擦力
D.重力、扶梯弹性形变的弹力和斜向上的摩擦力
2.非平衡状态下的运动
例2如图所示,用一根细线拴一块橡皮,甩起来,使橡皮绕手做匀速圆周运动。下列说法正确的是 ( )
A.橡皮的运动状态没有发生变化
B.橡皮受平衡力
C.细线发生了弹性形变
D.橡皮只受重力
思路导引物体的运动状态改变时,一定是受到了非平衡力的作用。运动状态改变是指速度大小的改变、运动方向的改变或者二者同时改变,而物体不受力或受平衡力作用时,运动状态不发生改变。
对点自测
2如图所示,在平直路面上向右行驶的小车中,一轻质弹簧的一端固定在车厢右壁,另一端连接小车底板上的木块,弹簧此时处于原长状态并保持水平,下列判断不正确的是 ( )
A.弹簧未发生弹性形变,小车可能在加速前进
B.若木块受到向右的摩擦力,则小车一定在做加速运动
C.若木块突然压缩弹簧,则小车一定在做加速运动
D.弹簧处于原长并保持水平时,木块相对于车厢是静止的
3.力与运动的关系
例3如图所示,这是雨滴下落时的情景。雨滴在空中下落时受到重力G和阻力f的作用,若阻力f随雨滴下落速度的增大而增大,则在雨滴下落越来越快的过程中(忽略雨滴受到的浮力),G
(选填“<”、“=”或“>”)f;当速度逐渐增大至使f=G时,此后雨滴的运动情况是 (选填“减速下落”或“匀速下落”)。
思路导引根据题意,结合雨滴的运动状态判断雨滴所受重力G与阻力f的大小关系。雨滴下落时,速度方向向下,雨滴下落越来越快,则说明雨滴所受合力方向与速度方向相同,所以合力方向是向下的,此时重力G大于阻力f;雨滴所受阻力f与雨滴重力G相等时,雨滴所受到的合力为零,雨滴处于平衡状态,故雨滴做匀速直线运动。
对点自测
3如图所示的一架遥控直升机模型,当它匀速上升和匀速降落时(不计空气阻力),旋翼提供的升力是 (选填“相等”或“不等”)的。在某次竖直爬升过程中,旋翼意外停转,则飞机模型将立即 (选填“加速下落”或“减速上升”)。假设在月球表面上,该直升机模型 (选填“能”或“不能”)悬停在空中。
4.力与运动的图像分析
例4在物理学中,力和运动正确关系的得出,从亚里士多德到牛顿,历经二千多年。如图甲,水平地面上的物体,在水平向右拉力的作用下,从t=0开始,物体的运动情况如图乙。对于这个过程,力和运动描述正确的是 ( )
A.该物体一直做匀速直线运动
B.t=1 s时,若F=3 N,则地面对物体的滑动摩擦力也为3 N
　　C.从t=0到t=6 s的过程中,力F在逐渐增大
D.物体做匀速直线运动阶段的速度为2 m/s
思路导引物体处于静止状态时,s-t图像中s=0,而物体做匀速直线运动时,其s-t图像是一条直线,在此阶段受平衡力作用。由s随时间t的变化图像可知,物体在0~2 s内速度为零,处于静止状态,2 s~6 s物体处于匀速直线运动状态;当t=1 s时,F=3 N,由s随时间t的变化图像可知,物体静止,静摩擦力等于拉力;由s随时间t的变化图像可知,2 s以后物体做匀速直线运动,受到水平向右的拉力和水平向左的摩擦力是一对平衡力,两个力的大小相等;由v=求出匀速直线运动阶段的速度。
对点自测
4物块A静止在粗糙程度均匀的水平桌面上,如图甲所示,物块A受到水平拉力F作用,拉力F随时间t的变化关系如图乙所示。小丽从t=0开始,每隔2 s记录物块A的位置(用“·”表示物块A),如图丙所示。下列说法正确的是 ( )
A.0~2 s 内,物块所受摩擦力为6 N
B.8~10 s 内,物块所受摩擦力等于6 N
C.10~14 s 内,物块的平均速度为11 cm/s
D.若18 s 时撤去F,物块将做匀速直线运动
【参考答案】
例1　D
对点自测
1.A
例2　C
对点自测
2.C
例3　>　匀速下落
对点自测
3.相等　减速上升　不能
【解析】当直升机模型匀速上升和匀速降落时,它都处于平衡状态,受到平衡力作用,旋翼提供升力的大小等于直升机模型的重力,则两种情况下旋翼提供的升力相等;直升机模型竖直爬升过程中,若四个旋翼同时意外停转,直升机模型不再受向上的升力,该模型由于惯性还会上升,在重力的作用下它将立即减速上升;直升机的机翼在转动时对空气有一个向下的力,由于力的作用是相互的,空气对机翼产生一个向上的力,使其上升;而月球表面没有空气,所以在月球上不能产生升力,直升机模型不能悬停在空中。
例4　D
对点自测
4.B　【解析】由图丙可知,12 s到18 s物块在相同时间内通过的路程相等,物块做匀速直线运动,物块受到的摩擦力为滑动摩擦力,由图乙可知,此时f=F=6 N。由图丙知,0~2 s内,物块运动的距离为零,处于静止状态,受到的力为平衡力,平衡力大小相等,所受静摩擦力等于拉力,由图乙知0~2 s内受到的拉力F=3 N,所以此时物块所受摩擦力等于3 N,故A错误;由图丙可知,8~10 s内,物块处于运动状态,物块受到的摩擦力为滑动摩擦力,滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度、物体间的压力大小有关,由于物体间接触面的粗糙程度与物体间的压力都不变,滑动摩擦力大小不变,摩擦力仍等于6 N,故B正确;由图丙可知,10 s到14 s内物块移动的距离为10 cm+12 cm=22 cm,物块平均速度v===5.5 cm/s,故C错误;若18 s时撤去F,物块在水平方向受滑动摩擦力的作用,将做减速运动,故D错误。
·方法突破·
1.平衡状态下的运动分析
物体在平衡状态下处于静止或匀速直线运动状态,它受平衡力或不受力的作用。反之,物体不受力或受平衡力的作用时,将保持静止或匀速直线运动状态。
2.非平衡状态下的运动分析
力是改变物体运动状态的原因,如果物体的运动状态发生改变,则物体一定受到力的作用,且受非平衡力作用。
3.力与运动的关系分析
物体所受合力为零时,物体受平衡力作用,则物体静止或做匀速直线运动;物体所受合力不为零时,物体做变速运动。若物体所受合力的方向与运动方向相同,则物体做加速运动;若物体所受合力的方向与运动方向相反,则物体做减速运动。若力与运动不在同一直线上,其运动方向发生改变,也可根据物体的运动情况判断其受合力的情况:物体做匀速直
线运动或静止时,受平衡力,合力为零;物体做加速运动时,合力方向与运动方向相同;物体做减速运动时,合力方向与运动方向相反。
4.力与运动的图像分析
(1)v-t图像反映了不同时间段内物体的运动情况,F-t图像反映了不同时间段内拉力的大小。
(2)物体在粗糙程度不变的水平面上运动,无论是加速、减速还是匀速运动,由于压力和接触面的粗糙程度不变,所受摩擦力的大小不变。
(3)物体做匀速直线运动时,f与F是一对平衡力,这是计算摩擦力大小的关键。
·学习小助手·
　　力可以改变物体的运动状态,但并不是“有力作用在物体上时,物体的运动状态就会变化”,当物体受平衡力作用时,其运动状态就不变。

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