高中人教物理专题2.1 三大性质力的理解及运算及实验【讲】解析版.docx

专题2.1 三大性质力的理解及运算及实验【讲】
目录
一 讲核心素养 1
二 讲必备知识 2
【知识点一】　弹力的分析与计算 2
【知识点二】静摩擦力的有无及方向判断 4
【知识点三】摩擦力大小的计算 6
【知识点四】力的合成 8
【知识点五】力的分解 10
【知识点六】实验：探究弹力和弹簧伸长量的关系 13
【知识点七】实验：验证力的平行四边形定则 17
三．讲关键能力 22
【能力点一】.会分析摩擦力的突变问题 22
【能力点二】实验拓展与创新能力 25
四．讲模型思想 29
模型一　绳上的“死结”与“活结”模型 29
模型二 “动杆”与“定杆”模型 31
一 讲核心素养
1.物理观念：重力、重心、形变、弹力、摩擦力、合力与分力、力的合成、力的分解、矢量与标量。
(1)认识重力、弹力与摩擦力。通过实验，了解胡克定律。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建立相互作用观。
(2)通过实验，了解力的合成与分解，知道矢量和标量。。
2.科学思维：轻杆(绳)模型、轻弹簧模型、胡克定律、平行四边形定则、整体法、隔离法、合成法、分解法。
(1).能熟练应用胡克定律求弹簧弹力的大小
(2)知道平行四边形定则是解决矢量问题的方法，学会作图，并能把握几种特殊情形
(3)会用作图法求分力，会用直角三角形的知识计算分力
(4)能结合受力分析，运用力的合成与分解、正交分解、物体的平衡条件等解决与实际相结合的力学平衡问题。
3.科学探究：探究弹簧形变与弹力的关系、研究两个互成角度的共点力的合成规律
(1)学会利用图象法处理实验数据，探究弹簧形变与弹力的关系。
(2)培养应用作图法处理实验数据和得出结论的能力。
4.科学态度与责任：在生产、生活情境中，体验物理学技术的应用。
能用静力学的知识解决以生活中的实际问题为背景的问题，体会物理学的应用价值激发学生学****欲望。
二 讲必备知识
【知识点一】　弹力的分析与计算
1．弹力有无的判断
2．弹力方向的判断方法
(1)常见模型中弹力的方向。
(2)根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向。
3．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。
【例1】(2021·合肥九中月考)一根弹簧受10 N拉力时总长为7 cm，受20 N拉力时总长为9 cm，已知当拉力撤去时弹簧都能恢复原长，则弹簧原长为(　　)
A．8 cm B．9 cm
C．7 cm D．5 cm
【答案】D　
【解析】弹簧在大小为10 N的拉力作用下，其总长为7 cm；设弹簧原长为l0，根据胡克定律可知ΔF＝kΔx，有10 N＝k×(0.07 m－l0)。弹簧在大小为20 N拉力作用下，其总长为9 cm，有20 N－10 N＝k×(0.09 m－0.07 m)；联立计算得出l0＝0.05 m＝5 cm。故D正确。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念及科学思维。要求考生能正确运用胡克定律解决弹簧问题。
【必备知识】应用胡克定律计算分析弹簧弹力，一定首先判明弹簧处于伸长状态还是压缩状态.
【变式训练】如图所示，质量均为m的A、B两球，由一根劲度系数为k的轻弹簧连接静止于半径为R的光滑半球形碗中，弹簧水平，两球间距为R且球半径远小于碗的半径．则弹簧的原长为(　　)
A.＋R　　　　　　　　 B.＋R
C.＋R D.＋R
【答案】：D
【解析】：以A球为研究对象，小球受重力、弹簧的弹力和碗的支持力，如图所示．
由平衡条件，得：tan θ＝＝
解得：x＝
根据几何关系得：cos θ＝＝，则tan θ＝，
所以x＝＝
故弹簧原长x0＝＋R，故D正确．
【例2】(2021·四川模拟)(多选)如图所示为位于水平面上的小车，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆的下端固定有质量为m的小球．下列关于杆对球的作用力F的判断中，正确的是(　　)
A．小车静止时，F＝mgsin θ，方向沿杆向上
B．小车静止时，F＝mgcos θ，方向垂直于杆向上
C．小车向右匀速运动时，一定有F＝mg，方向竖直向上
D．小车向右匀加速运动时，一定有F＞mg，方向可能沿杆向上
【答案】　CD
【解析】小球受重力和杆的作用力F处于静止状态或匀速直线运动状态时，由力的平衡条件知，二力必等大反向，则F＝mg，方向竖直向上．小车向右匀加速运动时，小球有向右的恒定加速度，根据牛顿第二定律知，mg和F的合力应水平向右，如图所示
由图可知，F＞mg