2022年高考物理总复习讲义 第2章 第1讲 重力弹力摩擦力

2022年高考物理总复习讲义 第2章 第1讲 重力 弹力 摩擦力考纲点击备考指南1.形变、弹性、胡克定律高考着重考查的知识点有：力的合成与分解、弹力、摩擦力概念及其在各种形态下的表现形式对受力分析的考查涵盖了高中物理的所有考试热点问题此外，基础概念与实际联系也是当前高考命题的一个趋势考试命题特点：这部分知识单独考查一个知识点的试题非常少，大多数情况都是同时涉及到几个知识点，而且都是牛顿运动定律、功和能、电磁学的内容结合起来考查，考查时注重物理思维与物理能力的考核.2.滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力3.矢量和标量4.力的合成和分解5.共点力的平衡实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系实验三：验证力的平行四边形定则第1讲重力弹力摩擦力知识一重力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Gmg.可用弹簧秤测量重力3方向：总是竖直向下4重心：其位置与其质量分布和形状有关(1)重力的方向总是指向地心()(2)地面上的物体在赤道上受到的重力最小()(3)物体挂在弹簧秤下，弹簧秤的示数一定等于物体的重力()知识二弹力1产生条件(1)两物体相互接触(2)两物体发生弹性形变2方向弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反几种典型的弹力的方向如下：(1)压力：垂直于接触面而指向被压的物体(2)支持力：垂直于接触面而指向被支持的物体(3)细绳的拉力：沿绳指向绳收缩的方向(4)轻杆的弹力：不一定沿杆，要根据运动状态具体分析3大小(1)弹簧类弹力在弹性限度内遵从胡克定律：Fkx.(2)非弹簧类弹力大小应根据平衡条件或动力学规律求解如图所示的甲、乙、丙三个小球均处于静止状态，各接触面均光滑，请思考三个小球各受几个弹力作用？并指出弹力的具体方向提示甲、乙球只受水平面的支持力，方向向上，丙球受两个弹力，一个来自球底接触面，指向球中心，另一个是右侧小球的挤压力，垂直接触面向左知识三摩擦力名称项目静摩擦力滑动摩擦力产生条件接触面粗糙接触处有弹力两物体间有相对运动趋势接触面粗糙接触处有弹力两物体间有相对运动大小、方向大小：0FfFfm大小：FfFN方向：与受力物体相对运动趋势的方向相反方向：与受力物体相对运动的方向相反作用效果总是阻碍物体间的相对运动趋势总是阻碍物体间的相对运动(1)摩擦力的方向一定与物体运动方向相反()(2)运动的物体不可能受到静摩擦力的作用()(3)正压力越大，摩擦力可能越大，也可能不变()1关于力的概念，下列说法正确的是()A一个受力物体可能受到两个施力物体的作用力B力可以从一个物体传给另一个物体C只有相互接触的物体之间才可能存在力的作用D一个受力物体可以不对其他物体施力【解析】由于一个受力物体可能同时受到两个力的作用，所以一个受力物体可能找到两个施力物体，A正确；因为力是物体之间的相互作用，所以力不能通过一个物体传给另一个物体，B错误；力可以分为接触力和非接触力两大类，不接触的物体之间也可能存在相互作用，C错误；根据力的定义可知，受力物体同时也是施力物体，D错误【答案】A2下列关于重力和重心的说法正确的是()A物体所受的重力就是地球对物体产生的吸引力B物体静止时，对水平支持物的压力就是物体的重力C用细线将物体悬挂起来，静止时物体的重心一定在悬线所在的直线上D重心就是物体所受重力的等效作用点，故重心一定在物体上【解析】重力是由地球吸引产生的，是所受引力的一个分力，两者一般不等，A错压力和重力是两种性质不同的力，B错由平衡条件知，细线拉力和重力平衡，重心在重力作用线上，C对重心跟物体的形状、质量分布有关，是重力的等效作用点，但不一定在物体上，如折弯成直角的均匀直杆，D错【答案】C3一根轻质弹簧，当它上端固定、下端悬挂重为G的物体时，长度为L1；当它下端固定在水平地面上，上端压一重为G的物体时，其长度为L2，则它的劲度系数是()A.B.C. D.【解析】设弹簧原长为L0，由胡克定律知，Gk(L1L0)，Gk(L0L2)，联立可得k，D对【答案】D图2114(xx上海高考)如图211，质量mAmB的两物体A、B叠放在一起，靠着竖直墙面让它们由静止释放，在沿粗糙墙面下落过程中，物体B的受力示意图是()【解析】A、B在竖直下落过程中与墙面没有弹力，所以也没有摩擦力，A、B均做自由落体运动，都处于完全失重状态，均只受重力，故A正确【答案】A5(多选)(xx山东基本能力)力是物体间的相互作用下列有关力的图示及表述正确的是()【解析】由于在不同纬度处重力加速度g不同，旅客所受重力不同，故对飞机的压力不同，A错误充足气的篮球平衡时，内部气体对篮球壳的压力等于外部气体对篮球壳的压力与球壳弹力之和，故B正确书对桌子的压力作用在桌子上，箭尾应位于桌面上，故C错误平地上匀速行驶的汽车，其主动轮受到地面的静摩擦力是其前进的动力，地面对其从动轮的摩擦力是阻力，汽车受到的动力与阻力平衡时才能匀速前进，故D正确【答案】BD 考点一 08弹力的分析与计算一、弹力有无的判断1“条件法”：根据弹力产生的两个条件接触和形变直接判断图2122“假设法”或“撤离法”：在一些微小形变难以直接判断的情况下，可以先假设有弹力存在，然后判断是否与研究对象所处状态的实际情况相符合还可以设想将与研究对象接触的物体“撤离”，看研究对象能否保持原来的状态图212中绳“1”对小球必无弹力，否则小球不能静止在此位置图2133“状态法”：根据研究对象的运动状态受力分析，判断是否需要弹力，物体才能保持现在的运动状态如图213中车匀加速向右运动，A必然受车厢臂的弹力才能随车向右加速运动二、弹力方向的判断弹力方向除几种典型情况(压力、支持力、绳力等)外，一般应由其运动状态结合动力学规律确定三、弹力大小的计算弹力大小除弹簧类弹力由胡克定律计算外，一般也要结合运动状态，根据平衡条件或牛顿第二定律求解1个示范例画出图214中物体A受力的示意图图214【答案】1个预测例图215如图215所示，质量为m的物体A放在地面上的竖直轻弹簧B上，现用细绳跨过定滑轮将物体A与另一轻弹簧C连接，当弹簧C处在水平位置且右端位于a点时它刚好没有发生形变已知弹簧B和弹簧C的劲度系数分别为k1和k2，不计定滑轮、细绳的质量和摩擦将弹簧C的右端由a点沿水平方向拉到b点时，弹簧B刚好没有形变，求a、b两点间的距离【审题指导】(1)根据平衡条件求弹簧弹力的大小(2)根据胡克定律求弹簧的伸长量【解析】开始时，弹簧B的压缩量为x1；当弹簧B无形变时，弹簧C伸长量为x2，所以a、b间的距离为：x1x2mg()【答案】mg()考点二 9静摩擦力的有无及方向判断一、假设法二、状态法：先判断物体的运动状态，再利用二力平衡或牛顿第二定律分析判定静摩擦力的有无和方向三、用牛顿第三定律判断：“摩擦力总是成对出现的”，先确定受力较少的物体受到的摩擦力方向，再确定另一物体受到的摩擦力方向1个示范例图216如图216，粗糙的水平地面上有一斜劈，斜劈上一物块正在沿斜面以速度v0匀速下滑，斜劈保持静止，则地面对斜劈的摩擦力()A等于零B不为零，方向向右C不为零，方向向左D不为零，v0较大时方向向左，v0较小时方向向右【解析】因为物块匀速下滑而斜劈静止，可知两者受力都是平衡的，因此把它们当做一个整体，可知水平方向上不受摩擦力，A项对【答案】A1个预测例图217(多选)如图217所示，倾角为的斜面C置于水平地面上，小物块B置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体A相连接，连接B的一段细绳与斜面平行，已知A、B、C都处于静止状态则()AB受到C的摩擦力一定不为零BC受到地面的摩擦力一定为零CC有沿地面向右滑动的趋势，一定受到地面向左的摩擦力D将细绳剪断，若B依然静止在斜面上，此时地面对C的摩擦力为0【审题指导】(1)绳对B的拉力与B的重力沿斜面向下的分力大小关系未知，所以物块B与斜面C间的摩擦力情况有多种可能(2)分析斜面C与地面之间的摩擦力用整体法易得出答案【解析】若绳对B的拉力恰好与B的重力沿斜面向下的分力平衡，则B与C间的摩擦力为零，A项错误；将B和C看成一个整体，则B和C受到细绳向右上方的拉力作用，故C有向右滑动的趋势，一定受到地面向左的摩擦力，B项错误，C项正确；将细绳剪断，若B依然静止在斜面上，利用整体法判断，B、C整体在水平方向不受其他外力作用，处于平衡状态，则地面对C的摩擦力为0，D项正确【答案】CD考点三 10摩擦力大小的计算一、滑动摩擦力的计算滑动摩擦力用公式FFN或力的平衡条件进行分析计算，切记，FN表示正压力，不一定等于重力G.二、静摩擦力的计算1静摩擦力大小不能用FFN计算，只有当静摩擦力达到最大值时，其最大值一般可认为等于滑动摩擦力，即FmFN.2静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定，其可能的取值范围是：0FfFm.1个示范例(多选)(xx南京模拟)在探究静摩擦力变化的规律及滑动摩擦力规律的实验中，特设计了如图218甲所示的演示装置，力传感器A与计算机连接，可获得力随时间变化的规律，将力传感器固定在光滑水平桌面上，测力端通过细绳与一滑块相连(调节传感器高度可使细绳水平)，滑块放在较长的小车上，小车一端连接一根细绳并跨过光滑的轻定滑轮系一只空沙桶(调节滑轮可使桌面上部细绳水平)，整个装置处于静止状态实验开始时打开传感器同时缓慢向沙桶里倒入沙子，小车一旦运动起来，立即停止倒沙子，若力传感器采集的图象如图218乙所示，则结合该图象，下列说法中正确的是图218A可求出空沙桶的重力B可求出滑块与小车之间的滑动摩擦力的大小C可求出滑块与小车之间的最大静摩擦力的大小D可判断第50秒后小车做匀速直线运动(滑块仍在车上)【解析】t0时刻，传感器显示拉力为2 N，则滑块受到的摩擦力为静摩擦力，大小为2 N，由车与空沙桶受力平衡可知空沙桶的重力也等于2 N，A对；t50 s时刻静摩擦力达到最大值，最大静摩擦力为3.5 N，同时小车启动，说明带有沙的沙桶重力等于3.5 N，此时静摩擦力立即变为滑动摩擦力，最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，故静摩擦力突变为3 N的滑动摩擦力，B、C正确；此后由于沙桶重力3.5 N大于滑动摩擦力3 N，故50 s后小车将加速运动，D错【答案】ABC1个预测例图219如图219所示，质量为mB24 kg的木板B放在水平地面上，质量为mA22 kg的木箱A放在木板B上一根轻绳一端拴在木箱上，另一端拴在天花板上，轻绳与水平方向的夹角为37.已知木箱A与木板B之间的动摩擦因数10.5.现用水平向右、大小为200 N的力F将木板B从木箱A下面匀速抽出(sin 370.6，cos 370.8，重力加速度g取10 m/s2)，则木板B与地面之间的动摩擦因数2的大小为()A0.3B0.4C0.5D0.6【审题指导】(1)匀速抽出木板B，A、B均处于平衡状态(2)整体隔离相结合受力分析，列平衡方程【解析】对A受力分析如图甲所示，由题意得FTcos Ff1FN1FTsin mAgFf11FN1由得：FT100 N甲乙对A、B整体受力分析如图乙所示，由题意得FTcos Ff2FFN2FTsin (mAmB)gFf22FN2由得：20.3，故A答案正确【答案】A(1)在分析两个或两个以上物体间的相互作用时，一般采用整体法与隔离法进行分析(2)受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的(3)摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势，但摩擦力不一定阻碍物体的运动，即摩擦力不一定是阻力.有关摩擦力的判断误区1个易错例图2110如图2110所示，质量分别为m和M的两物体P和Q叠放在倾角为的斜面上，P、Q之间的动摩擦因数为1，Q与斜面间的动摩擦因数为2.当它们从静止开始沿斜面下滑时，两物体始终保持相对静止，则物体P受到的摩擦力大小为多少？【规范解答】先取PQ为一整体，受力分析如图所示由牛顿第二定律得：(Mm)gsin FfQ(Mm)aFfQ2FNFN(mM)gcos 以上三式联立可得agsin 2gcos 再隔离P物体，设P受到的静摩擦力为FfP，方向沿斜面向上，对P再应用牛顿第二定律得：mgsin FfPma可得出FfP2mgcos .【答案】2mgcos ,1审题方面(1)P、Q相对静止，二者之间的摩擦力为静摩擦力，不能用动摩擦因数1计算(2)P、Q相对静止，未必是平衡状态，不能认为Ffmgsin .2方法应用方面不能灵活应用整体法和隔离法对研究对象进行受力分析而造成错解图2111(多选)如图2111所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上受到向右的拉力F的作用向右滑行，长木板处于静止状态已知木块与木板间的动摩擦因数为1，木板与地面间的动摩擦因数为2.下列说法正确的是()A木板受到地面的摩擦力的大小一定是1mgB木板受到地面的摩擦力的大小一定是2(mM)gC当F2(mM)g时，木板便会开始运动D无论怎样改变F的大小，木板都不可能运动【解析】木块在力F的作用下向右滑动，木块与木板之间为滑动摩擦力，Ff11mg.木板处于静止状态，其与地面间为静摩擦力，根据物体的平衡条件可知Ff2Ff11mg，并保持不变【答案】AD对力的概念的理解1(xx南昌二中质检)关于力的概念，下列说法中正确的是()A因为力是物体对物体的作用，所以力与物体是相互依存的B对于受多个力的物体，可以同时找到几个施力物体C放在桌面上的书本受到桌面对它向上的弹力，这是由书本发生微小形变而产生的D压缩弹簧时，手先给弹簧一个压力，等弹簧被压缩一段距离后才反过来给手一个弹力【解析】力依存于物体，而物体不依存于力，选项A错误；一个物体同时受到多个力的作用时，该物体是受力物体，而每个力对应一个施力物体，选项B正确；弹力是施力物体发生弹性形变而对受力物体的作用力，选项C中书本受到的弹力是由桌面发生微小形变而对书本产生的力，选项C错误；压缩弹簧时，手给弹簧的压力与弹簧给手的弹力是一对作用力和反作用力，它们同时产生，选项D错误【答案】B受力分析2.图2112如图2112，光滑斜面固定于水平面，滑块A、B叠放后一起冲上斜面，且始终保持相对静止，A上表面水平则在斜面上运动时，B受力的示意图为()【解析】对于A、B整体，根据牛顿第二定律可知A、B共同加速度为agsin ，沿斜面向下隔离滑块B，由于摩擦力只能与接触面相切，所以C、D错；由于B有水平向左的加速度分量，所以A对B的摩擦力必须水平向左，即A正确【答案】A弹力的判断3.图2113如图2113所示，一重为10 N的球固定在支杆AB的上端，今用一段绳子水平拉球，使杆发生弯曲，已知绳的拉力为7.5 N，则AB杆对球的作用力()A大小为7.5 NB大小为10 NC方向与水平方向成53角斜向右下方D方向与水平方向成53角斜向左上方【解析】对小球进行受力分析可得，AB杆对球的作用力FN与绳的拉力的合力与小球重力等值反向，可得FN方向斜向左上方，令AB杆对小球的作用力与水平方向夹角为，可得：tan ，53，FN12.5 N故只有D项正确【答案】D弹力、摩擦力的综合应用图21144(xx西安五校联考)如图2114所示，A、B两物体叠放在水平地面上，A物体质量m20 kg，B物体质量M30 kg.处于水平位置的轻弹簧一端固定于墙壁，另一端与A物体相连，弹簧处于自然状态，其劲度系数为250 N/m，A与B之间、B与地面之间的动摩擦因数均为0.5.现有一水平推力F作用于物体B上缓慢地向墙壁移动，当移动0.2 m时，水平推力F的大小为(已知A、B之间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s)()A350 NB300 NC250 ND200 N【解析】设A、B间没有相对滑动，则弹簧的压缩量为x0.2 m，此时弹簧的弹力大小为Fkx50 N，而A与B间的最大静摩擦力为fAmg100 N，所以A、B之间没有相对滑动，它们之间的摩擦力为静摩擦力，其大小为f150 N，B与地面间的摩擦力为滑动摩擦力，其大小为f2(mM)g250 N，所以推力的大小为Ff1f2300 N即B选项正确【答案】B5如图2115所示，位于水平桌面上的物块P，由跨过定滑轮的轻绳与物块Q相连，从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的已知Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦因数都是，两物块的质量都是m，滑轮的质量、滑轮轴上的摩擦都不计若用一水平向右的力F拉P使它做匀速运动，则F的大小为()图2115A4mg B3mgC2mg Dmg【解析】对Q的受力分析如图所示，对P的受力分析如图所示，由平衡条件可得：Tf，Ff地PfQPT，且根据fFN得F4 mg，故只有A正确【答案】A