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第二章 相互作用 重力 彈力 摩擦力 講義
【核心要求】
1、認識重力、彈力與摩擦力。
2、通過實驗，了解胡克定律。
3、知道滑動摩擦和靜摩擦現象，能用動摩擦因數計算滑動摩擦力的大小。
【核心素養】
1、能從真實的任務情境中認識彈力、摩擦力、動摩擦因數。
2、會應用彈力、摩擦力的產生條件分析彈力、摩擦力的有無及方向。
3、能應用假設法、狀態法、平衡法分析、計算彈力和摩擦力的大小。
4、具有學習和研究生活中彈力、摩擦力問題的好奇心和求知欲。
【基礎知識歸納】
一、重力
1、產生：由于地球的吸引而使物體受到的力。
2、大小：與物體的質量成正比，即G=mg。可用彈簧測力計測量重力。
3、方向：總是豎直向下的。
4、重心：其位置與物體的質量分布和形狀有關。
5、重心位置的確定：質量分布均勻的規則物體，重心在其中心；對于形狀不規則或者質量分布不均勻的薄板，重心可用懸掛法確定。
二、彈力
1、定義：發生彈性形變的物體由于要恢復原狀而對與它接觸的物體產生的作用力。
2、產生的條件：
（1）物體間直接接觸
（2）接觸處發生彈性形變
3、方向：總是與物體形變方向相反
三、胡克定律
1、內容：彈簧發生彈性形變時，彈力的大小跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比。
2、表達式：F=kx。 k是彈簧的勁度系數，由彈簧自身的性質決定，單位是N/m，x是彈簧長度的改變量，不是彈簧形變以后的長度。
四、摩擦力
1、靜摩擦力
（1）定義：兩個具有相對運動趨勢的物體間在接觸面上產生的阻礙相對運動趨勢的力
（2）產生條件（必要條件）：①接觸面粗糙；②接觸處有彈力；③兩物體間有相對運動趨勢（仍保持相對靜止）
（3）大小：①靜摩擦力為被動力，與正壓力無關，滿足；②最大靜摩擦力大小與正壓力大小無關
（4）方向：沿接觸面與受力物體相對運動趨勢的方向相反
（5）作用點：實際上接觸面上各點都是作用點，常把它們等效到一個點上，在作力的圖示或示意圖時，一般把力的作用點畫在物體的重心上
2、滑動摩擦力
（1）定義：兩個相互接觸的物體間在接觸面上產生的阻礙相對運動的力
（2）產生條件（必要條件）：①接觸面粗糙；②接觸處有彈力；③兩物體間有相對運動
（3）大小： （為動摩擦因數，取決于接觸面材料及粗糙程度，為正壓力）
（4）方向：沿接觸面與受力物體相對運動的方向相反
（5）作用點：實際上接觸面上各點都是作用點，常把它們等效到一個點上，在作力的圖示或示意圖時，一般把力的作用點畫在物體的重心上
3、動摩擦因數
（1）定義：彼此接觸的物體發生相對運動時，摩擦力和正壓力的比值，即。
（2）決定因素：接觸面的材料和粗糙程度。
【核心規律】
一、彈簧和橡皮繩的彈力特點
1、彈簧既能受到拉力作用，也能受到壓力作用，橡皮繩只能受到拉力作用，不能受到壓力作用。
2、輕質彈性繩或橡皮筋彈力大小的計算按胡克定律進行，且不論彈性繩是平直還是彎曲狀態，其彈力大小處處相等。
二、計算彈力大小的三種方法
1、根據胡克定律進行求解。
2、根據力的平衡條件進行求解。
3、根據牛頓第二定律進行求解。
三、計算摩擦力大小時的三點注意事項
1、在計算滑動摩擦力的公式中，為動摩擦因數，其大小與接觸面的材料、表面的粗糙程度有關；為兩接觸面間的正壓力，其大小不一定等于物體的重力。
2、滑動摩擦力的大小與物體的運動速度無關，與接觸面積也無關。
3、最大靜摩擦力并不是物體實際受到的力，物體實際受到的靜摩擦力小于最大靜摩擦力；最大靜摩擦力與接觸面間的壓力成正比；一般情況下，為了處理問題的方便，最大靜摩擦力可按近似等于滑動摩擦力處理。
四、摩擦力突變的三種情況：
靜—靜“突變” 物體在摩擦力和其他力的作用下處于靜止狀態，當作用在物體上的其他力發生變化時，如果物體仍然保持靜止狀態，則物體受到的靜摩擦力的大小和方向將發生“突變”
靜—動“突變”或動—靜“突變” 物體在摩擦力和其他力作用下處于靜止狀態，當其他力變化時，如果物體不能保持靜止狀態，則物體受到的靜摩擦力將“突變”成滑動摩擦力
動—動“突變” 某物體相對于另一物體滑動的過程中，若突然相對運動方向變了，則滑動摩擦力方向發生“突變”
五、分析摩擦力突變問題的三點注意
1、題目中出現“最大”“最小”和“剛好”等關鍵詞時，一般隱藏著臨界問題。
2、靜摩擦力是被動力，其存在及大小、方向取決于物體間的相對運動的趨勢，而且靜摩擦力存在最大值。存在靜摩擦的連接系統，相對滑動與相對靜止的臨界條件是靜摩擦力達到最大值。
3、研究傳送帶問題時，物體和傳送帶的速度相等的時刻往往是摩擦力的大小、方向和運動性質的分界點。
【典型例題】
典例1.如圖所示，一只氣球在風中處于靜止狀態。風對氣球的作用力大小為F，方向水平向右，氣球受到的浮力方向豎直向上，氣球的重力為G，輕繩與水平方向的夾角為θ，則氣球受到的浮力大小為( )
A.G B. C. D.
答案：D
解析：本題以風中靜止的氣球為實際情境考查受力分析、物體平衡條件的應用。以氣球為研究對象，其受到的合力為零，受力分析如圖所示，由圖中幾何關系可得，解得，選項D正確，A、B、C錯誤。
典例2.如圖所示，為傾角為的正方形斜面，其中與底邊平行、與平行。在斜面內向斜面上一質量為1 kg的物塊，施加平行于向左的拉力F，物塊恰好沿斜面對角線勻速下滑。，下列敘述正確的是( )
A.物塊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.滑動摩擦力的大小等于5 N
D.物塊與斜面間的動摩擦因數為
答案：D
解析：由于物塊恰好沿斜面對角線勻速下滑，說明物塊受到摩擦力的方向沿著斜向上，A錯誤；由題可知物塊受力平衡，故水平向左的外力大小，B錯誤；滑動摩擦力的大小，C錯誤；物塊與斜面間的動摩擦因數，D正確。
典例3.如圖所示為體操男子吊環比賽中某個動作的模擬圖，運動員靜止不動，兩根吊帶對稱并與豎直方向有一定夾角。則下列判斷正確的是( )
A.兩根吊帶的拉力大小不一定相等
B.兩個吊環對運動員的作用力的合力一定豎直向上
C.吊環對手的作用力與手對吊環的作用力是一對平衡力
D.從圖示狀態，運動員將兩吊帶緩慢向兩邊撐開的過程中，吊帶上的張力緩慢增大
答案：B
解析：因為兩根吊帶對稱并與豎直方向有一定夾角，所以兩根吊帶的拉力大小一定相等，A錯誤；運動員靜止不動，所受合力為零，則兩吊環對運動員的作用力的合力與重力平衡，即方向豎直向上，B正確；平衡力應作用在同一個物體上，吊環對手的作用力與手對吊環的作用力是一對作用力與反作用力，不是平衡力，C錯誤；由平衡條件得。從圖示狀態，運動員將兩吊帶緩慢向兩邊撐開的過程，吊帶與豎直方向的夾角先減小后增大，則吊帶上的張力先減小后增大，D錯誤。
典例4.如圖所示，用兩根勁度系數均為k的輕彈簧懸掛一個質量為m的重物，彈簧懸于A點，與豎直方向的夾角，彈簧的另一端連于豎直墻上B點，彈簧處于水平狀態，此時兩根彈簧的長度相同，則兩根彈簧的原長相差的長度為( )
A. B. C. D.
答案：A
解析：設兩根彈簧此時的長度為l，彈簧的原長分別為，對結點受力分析，根據共點力平衡得，，兩式聯立解得，A正確.

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