(新)高中物理第三章相互作用章末整合提升新人教版必修1

第三章章末整合提升
突破一 动摩擦因数的测定
1．根据动平衡法利用砝码测滑动摩擦力和动摩擦因数
如图1所示，向砝码盘C 内加减砝码，轻推铁块P ，使其恰能在水平木板B 上向左做匀速运动，则铁块处于动平衡状态。

用弹簧测力计测出P 和C 的重力G P 、G C ，则P 所受的滑动摩擦力F f ＝G C ，于是可求出P 、B 间的动摩擦因数μ＝G C
G P。

图1
2．根据动平衡法利用弹簧测力计测滑动摩擦力和动摩擦因数
(1)方法一：如图2甲所示，使铁块P 静止于水平木板上，用手拉弹簧测力计，使铁块在木板上向右做匀速运动，故P 处于平衡状态，读出此时弹簧测力计的读数F ；再用弹簧测力计测出
P 的重力G P ，可得F f ＝F ＝μF N ＝μG P ，所以μ＝F G P。

图2
(2)方法二：如图乙所示，将弹簧测力计有吊环的一端固定在桌边的左端，弹簧测力计的挂钩与P 相连。

用力F 拉缓慢地拉平放在桌面上的长木板B ，并使之向右滑动，此时P 由于受静摩擦力的作用与B 保持相对静止并与B 一起向右缓慢运动，弹簧也将伸长。

当B 对P 的静摩擦力达到最大值后，P 将在B 上滑动，P 受滑动摩擦力，弹簧将开始缩短。

当弹簧拉力F 等于P 受的滑动摩擦力F f 时，P 相对桌面静止，处于静平衡状态，但P 相对B 却是向左滑动。

读出此时弹簧测力计的读数F ，即为P 所受的滑动摩擦力F f 。

再用弹簧测力计测出P 的重力G P ，则P 、
B 间的动摩擦因数μ＝F f F N ＝F G P。

【例1】 给你一把直尺、一条橡皮筋、细线、一个木块和一块长木板，请设计一个实验，测定木块和长木板间的动摩擦因数。

(要求原理简单)
解析 实验原理：二力平衡。

实验方法：(1)将橡皮筋的两端拴上两条细线，用直尺测出橡皮筋的原长l 0。

(2)橡皮筋的一端连接木块，另一端竖直悬挂起来，如图甲所示，测出此时橡皮筋的长度l 1。

(3)将橡皮筋的一端固定于竖直墙上，将木块放在水平放置的长木板上，如图乙所示，用水平力拉动长木板，当木块处于平衡状态(相对于地面静止)时测出橡皮筋的长度l 2。

(4)根据二力平衡原理，k (l 1－l 0)＝mg …①，k (l 2－l 0)＝μmg …②，由①②联立可得μ＝l 2－l 0l 1－l 0。

答案 见解析
突破二 静力学中的临界问题
某种物理现象变化为另一种物理现象的转折状态叫做临界状态。

物体平衡的临界状态是指物体所处的平衡状态将要被破坏、而尚未破坏的状态。

解决物体平衡的临界问题时可用假设法。

运用假设法解题的基本步骤：①明确研究对象；②画出受力分析图；③假设可发生的临界现象；④列出满足所发生的临界现象的平衡方程并求解。

【例2】 如图3所示，物体甲的质量为m 1，三段轻绳的结点为O ，轻绳OB 水平且B 端与放置在水平面上的质量为m 2的物体乙相连物体乙处于静止状态，轻绳OA 与竖直方向的夹角θ＝30°，物体甲、乙均处于静止状态。

g 取10 m/s2。

设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。

求：
图3
(1)轻绳OA 、OB 受到的拉力是多大？
(2)物体乙受到的摩擦力是多大？方向如何？
(3)若物体乙的质量m 2＝4 kg ，物体乙与水平面之间的动摩擦因数为μ＝0.3，欲使物体乙在水平面上不滑动，物体甲的质量m 1最大不能超过多少？
解析 按力的作用效果进行分解，如图所示。

(1)F OA ＝m 1g cos θ＝233
m 1g F OB ＝m 1g tan θ＝
33m 1g (2)F f ＝F OB ＝33
m 1g ，方向水平向左。

(3)F f max ＝μm 2g ＝0.3×4×10 N＝12 N
当F OB ＝33
m 1g ＝F f max ＝12 N 时，m 1＝2.08 kg ，即物体甲的质量m 1最大不能超过2.08 kg 。

答案 (1)233m 1g 33m 1g (2)33
m 1g 方向水平向左 (3)2.08 kg
易错一 不理解弹簧测力计的测量原理而出错
【例1】 如图4所示，弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦不计，重物的重力G ＝5 N ，则弹簧测力计A 和B 的示数分别为( )
图4
A ．5 N 、10 N
B ．5 N 、0 N
C ．10 N 、5 N
D ．5 N 、5 N
错解 A 或B
错因分析 B 的两端均悬挂重物，错误地认为弹簧测力计的示数等于2G ，即10 N ，从而错选A 。

有的同学把作用在弹簧测力计挂钩和拉环上的力等效抵消，从而错选B 。

事实上，A 、B 两弹簧测力计一样，B 中左侧用重物通过细线对拉环产生一个向左的力等效于A 的固定端给拉环的力，它们都与右侧的力平衡。

正解 D
正确解析 弹簧测力计的示数等于挂钩上的拉力，与弹簧测力计外壳受力无关，物体平衡时细线对物体的拉力F 与重力G 是一对平衡力，所以F ＝G ＝5 N ，两图中挂钩上的拉力均为F ＝5 N ，所以只有D 项正确。

误区警示 弹簧测力计的示数是弹簧可动端所受拉力大小，不等于弹簧测力计所受的合力大小，把固定端系于墙上和用重物拉住其效果相同。

易错二 不能正确判断摩擦力的方向
【例2】 如图5所示为表面粗糙的倾斜皮带传输装置，皮带的传动速度保持不变。

物体被无
初速度地放在皮带的底端A处，开始时物体在皮带上滑动，当它到达位置B后就不再相对皮带滑动，而是随皮带一起匀速运动，直至传送到顶端C，在传送过程中，物体受到的摩擦力
图5
①在AB段为沿皮带向上的滑动摩擦力
②在AB段为沿皮带向下的滑动摩擦力
③在BC段不受静摩擦力
④在BC段受沿皮带向上的静摩擦力
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
错解 C
错因分析当物体被无初速度地放在皮带底端A处，在皮带上向上滑动的过程中(即AB段)，容易误判摩擦力方向沿皮带向下，是因为没有理解滑动摩擦力的方向是与物体相对运动方向相反的含义。

到达B后与皮带一起匀速向上运动，但物体相对皮带有向下的运动趋势，这一点没有分析出来而误选C。

正解 B
正确解析在AB段，物体相对皮带向下滑动，受到沿皮带向上的滑动摩擦力，①正确；在BC 段，物体相对皮带有向下滑的趋势，受到沿皮带向上的静摩擦力，④正确。

故选项B正确。

误区警示滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动方向相反，与接触面相切，作用点在两物体的接触面上；静摩擦力的方向总是与物体相对运动趋势方向相反。

要准确理解“相对”二字，摩擦力既可以充当阻力也可以充当动力，运动的物体也可能受静摩擦力，静止的物体也可能受滑动摩擦力。

易错三不能正确利用矢量图解法解题
【例3】如图6是某同学为颈椎病人设计的一个牵引装置的示意图，一根轻绳绕过两个定滑轮和一个动滑轮后两端各挂着一个相同的重物，与动滑轮相连的帆布带拉着病人的颈椎(图中是用手指代替颈椎做实验)，整个装置在同一竖直平面内。

如果要增大手指所受的拉力，可采取的方法是
图6
①只增加绳的长度
②只增加重物的质量
③只将手指向下移动
④只将手指向上移动
A．①② B．②③
C．①④ D．②④
错解 C
错因分析要增大手指所受拉力，可以在绳间夹角不变的情况下增加两根绳上的拉力大小，或者拉力大小不变时，减小夹角，而不是通过增加绳的长度，或将手指向上移，当手指向上移动时，绳上的拉力不变，绳间夹角变大，手指所受拉力变小。

正解 B
正确解析手指所受拉力的大小等于绕过动滑轮的绳子两端的拉力F1、F2的合力F的大小。

只增加绳的长度，F1、F2的大小及其夹角不变，则合力F不变，①项错误；只增加重物的质量，F1、F2的大小增大，夹角不变，则合力F变大，如图甲所示，②项正确；手指向下移动，F、F2大小不变，夹角变小，则合力F变大，如图乙所示，③项正确；同理，④项错误。

误区警示在力的合成的分析中，通过分析物体的状态找到力与力之间的关系，合成时影响合力大小的除了分力的大小，还有分力之间的夹角。

当一个物体受三个力作用处于平衡状态时，任意一个力的大小与其余两个力的合力大小相等，方向相反，用矢量图形来解决问题，根据线段的变化来分析力的变化可使解题更简单、快捷。