（江苏专用）2020版高考物理新增分大一轮复习 第二章 相互作用 第1讲重力 弹力 摩擦力讲义（含解析）.docx

重力 弹力 摩擦力考试内容范围及要求高考统计高考命题解读内容要求说明20152016201720181.考查方式受力分析是研究物体运动状态和运动规律的前提，并且将贯穿力学和电磁学问题分析的全过程从历年命题看，主要在选择题中单独考查，同时对平衡问题的分析在后面的计算题中往往有所涉及2命题趋势本部分内容在高考命题中有两大趋势：一是向着选择题单独考查的方向发展；二是在一个题中单独考查或与动力学、电磁学综合考查并存.4.形变和弹力胡克定律T15.静摩擦滑动摩擦摩擦力动摩擦因数T96.力的合成和分解力的合成和分解的计算，只限于用作图法或直角三角形知识解决T14T5T97.共点力的平衡只要求解决在一个平面内的共点力平衡问题T14T14T14实验二：力的平行四边形定则第1讲重力弹力摩擦力一、力1定义：力是物体与物体之间的相互作用2作用效果：使物体发生形变或改变物体的运动状态(即产生加速度)3性质：力具有物质性、相互性、矢量性、独立性等特征4四种基本相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用二、重力1产生：由于地球吸引而使物体受到的力注意：重力不是万有引力，而是万有引力竖直向下的一个分力2大小：Gmg，可用弹簧测力计测量注意：(1)物体的质量不会变；(2)G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的3方向：总是竖直向下的注意：竖直向下是和水平面垂直，不一定和接触面垂直，也不一定指向地心4重心：物体的每一部分都受重力作用，可认为重力集中作用于一点，即物体的重心(1)影响重心位置的因素：物体的几何形状；物体的质量分布(2)不规则薄板形物体重心的确定方法：悬挂法注意：重心的位置不一定在物体上自测1(多选)关于地球上的物体，下列说法中正确的是()A物体只有静止时才受重力作用B地面上的物体受到的重力垂直于水平面C重心是物体受到重力的等效作用点，故重心一定在物体上D物体所受重力的大小与物体运动状态无关答案BD三、弹力1弹力：(1)定义：发生形变的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力(2)产生条件：物体间直接接触；接触处发生形变(3)方向：总是与施力物体形变的方向相反2胡克定律：(1)内容：在弹性限度内，弹力和弹簧形变大小(伸长或缩短的量)成正比(2)表达式：Fkx.k是弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，用符号N/m表示；k的大小由弹簧自身性质决定x是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度自测2在下列图中，a、b(a、b均处于静止状态，接触面均光滑，B、E中细绳处于竖直状态)间一定有弹力的是()答案C四、摩擦力1静摩擦力与滑动摩擦力名称项目静摩擦力滑动摩擦力定义两相对静止的物体间的摩擦力两相对运动的物体间的摩擦力产生条件接触面粗糙接触处有压力两物体间有相对运动趋势接触面粗糙接触处有压力两物体间有相对运动大小0FfFfmFfFN方向与受力物体相对运动趋势的方向相反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2.动摩擦因数(1)定义：彼此接触的物体发生相对运动时，摩擦力和正压力的比值.(2)决定因素：接触面的材料和粗糙程度自测3指明物体A在以下情况下所受的静(动)摩擦力的方向答案a沿传送带向上b沿斜面向上c竖直向上d竖直向上e水平向右(与F的方向相同)f水平向左命题点一弹力的分析与计算1弹力方向2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3弹力有无的判断“三法”假设法思路假设将与研究对象接触的物体解除接触，判断研究对象的运动状态是否发生改变若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力例证图中细线竖直、斜面光滑，因去掉斜面体，小球的运动状态不变，故小球只受重力和细线的拉力，不受斜面的支持力替换法思路用细绳替换装置中的轻杆，看能不能维持原来的力学状态如果能维持，则说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是支持力例证图中轻杆AB、AC，用绳替换杆AB，原装置状态不变，说明杆AB对A施加的是拉力；用绳替换杆AC，原状态不能维持，说明杆AC对A施加的是支持力状态法思路由运动状态分析弹力，即物体的受力必须与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由二力平衡(或牛顿第二定律)列方程，求解物体间的弹力例证升降机以ag加速下降或减速上升时物体不受底板的弹力作用例1(多选)(2018锦屏中学模拟)如图1所示，一倾角为45的斜面固定于竖直墙上，为使一光滑的铁球静止，需加一水平力F，且F通过球心，下列说法正确的是()图1A球一定受墙的弹力且水平向左B球可能受墙的弹力且水平向左C球一定受斜面的弹力且垂直斜面向上D球可能受斜面的弹力且垂直斜面向上答案BC解析铁球处于静止状态，当F较小时，球的受力情况如图甲所示，当F较大时，球的受力情况如图乙所示，故B、C正确变式1(2018沛县中学调研)如图2甲所示，一个轻质弹簧右端固定在传感器上，传感器与电脑相连，当对弹簧的左端施加变化的水平拉力时，在电脑上得到了弹簧形变量x与弹簧弹力大小F的关系图象(如图乙所示)，弹簧始终在弹性限度内，则下列判断正确的是() 图2A弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B弹簧长度的变化量与对应的弹力变化量成正比C该弹簧的劲度系数是2N/mD当对弹簧的左端施加水平压力时，弹簧劲度系数变大答案B解析根据题图可知：Fkx，x是弹簧形变量，即弹簧弹力与弹簧的形变量成正比，与弹簧长度不成正比，故A错误；弹簧长度的变化量等于弹簧的形变量，根据A选项分析可知，弹簧长度的变化量与对应的弹力变化量成正比，故B正确；Fx图象的斜率表示弹簧的劲度系数，由此可知该弹簧的劲度系数是k N/m200 N/m，故C错误；由于图象斜率不变，因此当对弹簧的左端施加水平压力时，弹簧劲度系数不变，故D错误变式2(2018苏锡常镇二模)帆船运动中，运动员可以调节帆面与船前进方向的夹角，使船能借助风获得前进的动力下列图中能使帆船获得前进动力的是()答案D拓展点“动杆、定杆问题”与“活结、死结问题”1“动杆”和“定杆”问题(1)动杆：若轻杆用光滑的转轴或铰链连接，当杆处于平衡时杆所受到的弹力方向一定沿着杆，否则会引起杆的转动如图3甲所示，若C为转轴，则轻杆在缓慢转动过程中，弹力方向始终沿杆的方向图3(2)定杆：若轻杆被固定不发生转动，则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向，如图乙所示2“活结”和“死结”问题(1)活结：当绳绕过光滑的滑轮或挂钩时，由于滑轮或挂钩对绳无约束，因此绳上的力是相等的，即滑轮只改变力的方向不改变力的大小，例如图乙中，两段绳中的拉力大小都等于重物的重力(2)死结：若结点不是滑轮，是固定点时，称为“死结”结点，则两侧绳上的弹力不一定相等例2如图4甲所示，轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的光滑定滑轮挂住一个质量为M1的物体，ACB30；如图乙中轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上，另一端G通过细绳EG拉住，EG与水平方向也成30角，轻杆的G点用细绳GF拉住一个质量为M2的物体，重力加速度为g，求：图4(1)绳AC段的张力FTAC与绳EG的张力FTEG之比；(2)轻杆BC对C端的支持力；(3)轻杆HG对G端的支持力答案(1)(2)M1g，方向和水平方向成30角斜向右上方(3)M2g，方向水平向右解析分别取C点和G点为研究对象，进行受力分析如图(a)和(b)所示(1)图(a)中轻绳AD跨过光滑定滑轮拉住质量为M1的物体，物体处于平衡状态，绳AC段的拉力FTACFTCDM1g；图(b)中由FTEGsin 30M2g，得FTEG2M2g，则；(2)图(a)中，根据平衡条件和平行四边形定则可得，FNCFTACM1g，方向和水平方向成30角斜向右上方；(3)图(b)中，根据平衡条件有FTEGsin 30M2g，FTEGcos 30FNG所以FNGM2gM2g，方向水平向右命题点二摩擦力的分析与计算1静摩擦力大小的计算(1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)，利用力的平衡条件来判断静摩擦力的大小(2)物体有加速度时，若只有静摩擦力，则Ffma.若除受静摩擦力外，物体还受其他力，则F合ma，先求合力再求静摩擦力2滑动摩擦力大小的计算滑动摩擦力的大小用公式FfFN来计算，应用此公式时要注意以下几点：(1)为动摩擦因数，其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关；FN为两接触面间的正压力，其大小不一定等于物体的重力(2)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面的大小均无关3静摩擦力的有无和方向的判断方法(1)假设法：利用假设法判断的思维程序如下：(2)状态法：先判断物体的状态(即加速度的方向)，再利用牛顿第二定律(F合ma)确定合力，然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向(3)牛顿第三定律法：先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向例3(2018南京市、盐城市二模)如图5甲所示为某公司研制的“双动力智能型救援机器人”(又被网友称为“麻辣小龙虾”)，其长长的手臂前端有两个对称安装的“铁夹”在某次救援活动中，“麻辣小龙虾”用铁夹恰好竖直抓取到重力为G的长方形水泥制品，水泥制品在空中处于静止状态，如图乙所示，则()图5A水泥制品受到的摩擦力大小一定等于GB水泥制品受到的摩擦力方向可能竖直向下C若铁夹的位置稍向上移，水泥制品受到的摩擦力变大D若增大铁夹对水泥制品的挤压，水泥制品受到的摩擦力变大答案A解析水泥制品在竖直方向只受到重力和摩擦力，处于静止状态，故重力与摩擦力大小一定相等，重力竖直向下，则摩擦力竖直向上，A正确，B错误；静摩擦力的大小与重力大小相等，与压力无关，与铁夹位置无关，C、D错误变式3(2018苏锡常镇二模)小明将一辆后轮驱动的电动小汽车，按图示方法置于两个平板小车上，三者置于水平实验桌上当小明用遥控器启动小车向前运动后，他看到两个平板小车也开始运动，下列标出平板小车的运动方向正确的是()答案C变式4(2019田家炳中学期初)如图6所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上向右滑动，长木板与水平地面间的动摩擦因数为1，木块与木板间的动摩擦因数为2，已知长木板处于静止状态，那么此时长木板受到的地面摩擦力大小为()图6A2mgB1MgC1(mM)gD2mg1Mg答案A解析对木块受力分析，受重力mg、长木板的支持力FN和向左的滑动摩擦力Ff1，根据滑动摩擦力公式有：Ff12FN，在竖直方向：FNmg，代入可得：Ff12mg，再对长木板受力分析，受到重力Mg、木块对长木板向下的压力FN、木块对其向右的滑动摩擦力Ff1Ff12mg、地面对长木板的支持力FN和向左的静摩擦力Ff2，由题意知长木板处于静止状态，由平衡条件可得长木板受到的地面摩擦力大小为：Ff2Ff12mg，故A正确拓展点摩擦力的突变类型1“静一静”突变物体在摩擦力和其他力的共同作用下处于静止状态，当作用在物体上的其他力的合力发生变化时，物体虽然仍保持相对静止，但物体所受的静摩擦力发生突变例4(2018溧水中学期初模拟)如图7所示，一木块受到一水平力F作用静止于斜面上，此力F的方向与斜面平行，如果将力F撤除，下列对木块的描述正确的是()图7A木块将沿斜面下滑B木块受到的摩擦力变小C木块立即获得加速度D木块所受的摩擦力方向不变答案B解析设木块的重力为G，将木块所受的重力分解为垂直于斜面方向和沿斜面方向向下，则沿斜面向下的分力大小为Gsin ，力F未撤掉时，在斜面平面内受力如图根据平衡条件得，静摩擦力大小Ff1，力F撤掉时，重力分力Gsin ，所以木块仍保持静止，木块所受的摩擦力方向发生了改变，根据平衡条件得Ff2Gsin ，所以木块受到的摩擦力变小，故选B.类型2“静动”突变静摩擦力突变为滑动摩擦力静摩擦力是被动力，其大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势静摩擦力达到最大值是物体恰好保持相对静止的临界状态例5(多选)在探究静摩擦力变化的规律及滑动摩擦力变化规律的实验中，设计了如图8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(调节力传感器高度使细绳水平)，滑块放在较长的小车上，小车一端连接一根轻绳并跨过光滑的轻定滑轮系一只空沙桶(调节滑轮使桌面上部轻绳水平)，整个装置处于静止状态实验开始时打开力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乙，则结合该图象，下列说法正确的是()图8A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50s后小车做匀速直线运动(滑块仍在车上)答案ABC解析t0时刻，力传感器显示拉力为2N，则滑块受到的摩擦力为静摩擦力，大小为2N，由小车与空沙桶受力平衡可知空沙桶的重力也等于2N，A选项正确；t50s时刻摩擦力达到最大值，即最大静摩擦力为3.5N，同时小车启动，说明带有沙的沙桶重力等于3.5N，此时摩擦力立即变为滑动摩擦力，故摩擦力突变为3N的滑动摩擦力，B、C选项正确；此后由于沙和沙桶重力3.5N大于滑动摩擦力3N，故50s后小车将加速运动，D选项错误类型3“动静”突变在滑动摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物体突然停止滑行时，物体将不再受滑动摩擦力作用，滑动摩擦力可能“突变”为静摩擦力例6(2018泰州中学模拟)如图9所示，斜面固定在地面上，倾角为37(sin370.6，cos370.8)质量为1kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足够长，该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8)，则该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图象是下图中的(取初速度v0的方向为正方向，g10m/s2)()图9答案B解析滑块上升过程中受滑动摩擦力，FfFN，FNmgcos，联立得Ff6.4N，方向沿斜面向下当滑块的速度减为零后，由于重力的分力mgsinmgcos，滑块不动，滑块受到的摩擦力为静摩擦力，由平衡条件得Ffmgsin，代入可得Ff6N，方向沿斜面向上，故选项B正确.1(2018伍佑中学高三初考)如图10所示，质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数0.2，从t0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同时受到一个水平向左的恒力F1N的作用，取g10m/s2，向右为正方向，该物体受到的摩擦力Ff随时间t变化的图象是()图10答案A2如图11所示，物体A、B在力F作用下一起以大小相等的速度沿F方向匀速运动，关于物体A所受的摩擦力，下列说法正确的是()图11A甲、乙两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相同B甲、乙两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相反C甲、乙两图中物体A均不受摩擦力D甲图中物体A不受摩擦力，乙图中物体A受摩擦力，方向和F相同答案D解析用假设法分析：题图甲中，假设A受摩擦力，与A做匀速运动在水平方向所受合力为零不符合，所以A不受摩擦力；题图乙中，假设A不受摩擦力，A将相对B沿斜面向下运动，则知A受沿F方向的摩擦力正确选项是D.3.(多选)如图12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，在斜杆的下端固定有质量为m的小球，重力加速度为g.下列关于杆对球的作用力F的判断中，正确的是()图12A小车静止时，Fmgsin，方向沿杆向上B小车静止时，Fmgcos，方向垂直于杆向上C小车向右匀速运动时，一定有Fmg，方向竖直向上D小车向右匀加速运动时，一定有Fmg，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Fmg，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，Fmg，方向可能沿杆向上，选项C、D正确4.(2018扬州市一模)如图13所示，长为3L的木板从光滑水平面滑上长为5L的粗糙桌面，停止运动时木板右端离开桌面边缘距离为L，则该过程中，木板所受摩擦力Ff与位移x的关系图线是()图13答案D解析当木板正向粗糙桌面滑行时，受到的是滑动摩擦力，由于木板对粗糙桌面的正压力，随着进入粗糙桌面的长度变化而变化，因此在前3L位移中，Ffmgkxg(mkx)，当木板完全进入粗糙桌面时，则FfMg，M是木板的质量，故A、B、C错误，D正确5(2019淮安中学期初)一根轻弹簧，当它受到10N的拉力时长度为12cm，当它受到25N的拉力时长度为15cm，当用该弹簧水平拉动地面上质量为4kg的物体使其做匀速直线运动时，弹簧长度为14cm.求：(1)弹簧的劲度系数；(2)物体与地面间的动摩擦因数(g10m/s2)答案(1)500N/m(2)0.5解析(1)设弹簧原长为x0，则F1k(x1x0)F2k(x2x0)代入数据联立解得x010 cmk500 N/m(2)物体做匀速直线运动，由平衡条件知，FfF3，则Ffk(x3x0)，又Ffmg，代入数据联立解得0.5.1(多选)(2019淮安中学期初)关于力的方向，下列说法正确的是()A重力方向一定指向地心B弹力方向一定与施力物体形变方向相反C静摩擦力方向一定与物体相对运动趋势方向相反D滑动摩擦力方向一定与物体运动方向在一条直线上答案BC2(多选)关于弹力，下列说法正确的是()A弹力的方向总是与施力物体形变的方向相同B轻绳中的弹力方向一定沿着绳并指向绳收缩的方向C轻杆中的弹力方向一定沿着轻杆D在弹性限度内，弹簧的弹力大小与弹簧的形变量成正比答案BD3(2017东台市调研)如图1所示装置中，各小球的质量均相同，弹簧和细线的质量均不计，一切摩擦忽略不计，平衡时各弹簧的弹力分别为F1、F2、F3，其大小关系是()图1AF1F2F3BF1F2F3CF1F3F2DF3F1F2答案A4如图2所示的四个图中，AB、BC均为轻质杆，各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接，两杆都在B处由铰链连接，且系统均处于静止状态现用等长的轻绳来代替轻杆，能保持平衡的是()图2A图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丙B图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、丙、丁C图中的BC杆可以用轻绳代替的有乙、丙、丁D图中的BC杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丁答案B解析如果杆受拉力作用，可以用与之等长的轻绳代替，如果杆受压力作用，则不可用等长的轻绳代替，题图甲、丙、丁中的AB杆均受拉力作用，而甲、乙、丁中的BC杆均受沿杆的压力作用，故A、C、D错误，B正确5.(多选)(2018盐城市期中)如图3所示，在力F作用下，物块P被两相同的竖直挡板夹住，处于静止状态则()图3A物块受到的摩擦力一定等于它的重力B若力F增加，则物块受到的摩擦力增大C若要从上端将物块抽出，拉力一定大于重力D若要从下端将物块抽出，拉力一定小于重力答案AC解析物块P处于静止状态，则受到的合外力等于0，竖直方向物块受到的摩擦力一定与重力大小相等，方向相反，与两侧的压力大小无关，故A正确，B错误；若要从上端将物块抽出，则在竖直方向：FmgFf，可知拉力一定大于重力，故C正确；若要从下端将物块抽出，则在竖直方向FmgFf，因为摩擦力大小无法确定，则拉力与重力的关系也无法确定，故D错误6.(多选)(2019淮安中学期初)如图4所示，将一物块分成相等的A、B两部分靠在一起，下端放置在地面上，上端用绳子拴在天花板上，绳子处于竖直伸直状态，整个装置静止，则()图4A绳子上的拉力不可能为零BA、B之间的弹力可能为零C地面与物块间可能存在摩擦力DA、B之间可能存在摩擦力答案BD7如图5所示，质量为M的磁铁，吸在竖直放置的磁性黑板上静止不动某同学沿着黑板面，用水平向右的恒力F轻拉磁铁，磁铁向右下方做匀速直线运动，重力加速度为g，则磁铁受到的摩擦力Ff()图5A大小为MgB大小为C大小为FD方向水平向左答案B解析由题意可知，在竖直平面内，磁铁受向下的重力、向右的拉力的作用，二力的合力为：F合；由力的平衡条件可知，摩擦力应与重力和拉力的合力大小相等、方向相反，故A、C、D错误，B正确8.(2017全国卷16)如图6，一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动若保持F的大小不变，而方向与水平面成60角，物块也恰好做匀速直线运动则物块与桌面间的动摩擦因数为()图6A2B.C.D.答案C解析设物块的质量为m，当F水平时，根据平衡条件得Fmg；当保持F的大小不变，而方向与水平面成60角时，由平衡条件得Fcos60(mgFsin60)，联立解得，故选项C正确9.(多选)(2018如皋市期初)如图7所示，物体B叠放在物体A上，A、B的质量均为m，且上、下表面均与斜面平行，它们以共同速度沿倾角为的固定斜面C匀速下滑，则()图7AA、B间的摩擦力大小为mgsinBA受到B的静摩擦力方向沿斜面向上CA受到斜面的滑动摩擦力大小为2mgsinDA与B间的动摩擦因数tan答案AC解析对B受力分析可知，B受重力、支持力，将重力分解可知重力有沿斜面向下的分力，要使B能匀速下滑，受力一定平衡，故A对B应有沿斜面向上的摩擦力，大小等于B的重力沿斜面方向的分力，即等于mgsin ，故A正确；由牛顿第三定律可知，A受到B的摩擦力应沿斜面向下，故B错误；对A、B整体分析，并将整体重力分解，可知沿斜面方向上，重力的分力与摩擦力等大反向，故A受的滑动摩擦力沿斜面向上，大小为2mgsin ，故C正确；由于A、B间为静摩擦力，无法确定动摩擦因数大小，故D错误10(2018运河中学高三初考)如图8所示，在物体P左边用一根水平轻弹簧和竖直墙壁相连，放在粗糙水平地面上，静止时弹簧的长度大于弹簧的原长若再用一个从零开始逐渐增大的水平力F向右拉P，直到把P拉动在P被拉动之前的过程中，弹簧对P的弹力F弹的大小和地面对P的摩擦力Ff的大小的变化情况是()图8AF弹始终增大，Ff始终减小BF弹先不变后增大，Ff先减小后增大CF弹保持不变，Ff始终减小DF弹保持不变，Ff先减小后增大答案D解析由题意可知，物体P放在粗糙水平地面上，静止时弹簧的长度大于原长，则弹簧对P的拉力向左，同时受到水平向右的静摩擦力，当再用一个从零开始逐渐增大的水平力F向右拉P，直到把P拉动之前的过程中，弹簧对P的弹力F弹保持不变，物体P受到的静摩擦力从水平向右变为水平向左，所以其大小先减小后增大，故D正确，A、B、C错误