《2022年度高考物理一輪復習 第二章 相互作用 第1講 重力 彈力 摩擦力學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2022年度高考物理一輪復習 第二章 相互作用 第1講 重力 彈力 摩擦力學案（14頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年度高考物理一輪復習 第二章 相互作用 第1講 重力 彈力 摩擦力學案 一、力 1.定義：力是物體與物體間的相互作用. 2.作用效果：使物體發(fā)生形變或改變物體的運動狀態(tài)(即產(chǎn)生加速度). 3.性質(zhì)：力具有物質(zhì)性、相互性、共存性、矢量性、獨立性等特征. 4.四種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用. 二、重力 1.產(chǎn)生：由于地球吸引而使物體受到的力.注意：重力不是萬有引力，而是萬有引力豎直向下的一個分力. 2.大?。篏＝mg，可用彈簧測力計測量.注意：(1)物體的質(zhì)量不會變；(2)G的變化是由在地球上不同位置處g的變化引起的. 3.方向：總是

2、豎直向下.注意：豎直向下是和水平面垂直，不一定和接觸面垂直，也不一定指向地心. 4.重心：物體的每一部分都受重力作用，可認為重力集中作用于一點即物體的重心. (1)影響重心位置的因素：物體的幾何形狀；物體的質(zhì)量分布. (2)不規(guī)則薄板形物體重心的確定方法：懸掛法.注意：重心的位置不一定在物體上. 自測1　(多選)關于地球上的物體，下列說法中正確的是(　　) A.物體只有靜止時才受重力作用 B.地面上的物體受到的重力垂直于水平面 C.重心是物體受到重力的等效作用點，故重心一定在物體上 D.物體所受重力的大小與物體運動狀態(tài)無關 答案　BD 三、彈力 1.彈力： (1)定義：

3、發(fā)生形變的物體由于要恢復原狀而對與它接觸的物體產(chǎn)生的作用力. (2)產(chǎn)生條件： ①物體間直接接觸； ②接觸處發(fā)生形變. (3)方向：總是與施力物體形變的方向相反. 2.胡克定律： (1)內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈力和彈簧形變大小(伸長或縮短的量)成正比. (2)表達式：F＝kx. ①k是彈簧的勁度系數(shù)，單位是牛頓每米，用符號N/m表示；k的大小由彈簧自身性質(zhì)決定. ②x是彈簧長度的變化量，不是彈簧形變以后的長度. 自測2　如圖1所示，一重為10 N的球固定在支撐桿AB的上端，今用一段繩子水平拉球，使桿發(fā)生彎曲，已知繩的拉力為7.5 N，則AB桿對球的作用力方向及大小為多少？由此

4、說明桿彈力的方向有什么特點？ 圖1 答案　AB桿對球的作用力與水平方向夾角為53°指向左上方，大小為12.5 N　桿彈力的方向不一定沿桿方向 解析　對小球進行受力分析可得，AB桿對球的作用力F和繩的拉力的合力與小球的重力等大、反向，可得F方向斜向左上方，設AB桿對小球的作用力與水平方向夾角為α，可得：tan α＝＝，α＝53°，F(xiàn)＝＝12.5 N.這種情況說明桿彈力的方向不一定沿桿方向. 四、摩擦力 1.靜摩擦力與滑動摩擦力 名稱 項目 靜摩擦力 滑動摩擦力 定義 兩相對靜止的物體間的摩擦力 兩相對運動的物體間的摩擦力 產(chǎn)生條件 ①接觸面粗糙 ②接觸處有壓力

5、 ③兩物體間有相對運動趨勢 ①接觸面粗糙 ②接觸處有壓力 ③兩物體間有相對運動 大小 0

6、擦力或滑動摩擦力的物體不一定靜止或運動 D.靜摩擦力一定是阻力，滑動摩擦力不一定是阻力 答案　ABC 命題點一　彈力分析的“四類模型”問題 1.彈力方向 (1) (2)計算彈力大小的三種方法 ①根據(jù)胡克定律進行求解. ②根據(jù)力的平衡條件進行求解. ③根據(jù)牛頓第二定律進行求解. 2.彈力有無的判斷“三法” 假 設 法 思路 假設將與研究對象接觸的物體解除接觸，判斷研究對象的運動狀態(tài)是否發(fā)生改變.若運動狀態(tài)不變，則此處不存在彈力；若運動狀態(tài)改變，則此處一定存在彈力 例證 圖中細線豎直、斜面光滑，因去掉斜面體，小球的狀態(tài)不變，故小球只受細線的拉力，不

7、受斜面的支持力 替 換 法 思路 用細繩替換裝置中的輕桿，看能不能維持原來的力學狀態(tài).如果能維持，則說明這個桿提供的是拉力；否則，提供的是支持力 例證 圖中輕桿AB、AC，用繩替換桿AB，原裝置狀態(tài)不變，說明桿AB對A施加的是拉力；用繩替換桿AC，原狀態(tài)不能維持，說明桿AC對A施加的是支持力 狀 態(tài) 法 思路 由運動狀態(tài)分析彈力，即物體的受力必須與物體的運動狀態(tài)相符合，依據(jù)物體的運動狀態(tài)，由二力平衡(或牛頓第二定律)列方程，求解物體間的彈力 例證 升降機以a＝g加速下降或減速上升時物體不受底板的彈力作用 模型1　物體與物體間彈力 例1　(多選)如

8、圖2所示，一傾角為45°的斜面固定于豎直墻上，為使一光滑的鐵球靜止，需加一水平力F，且F通過球心，下列說法正確的是(　　) 圖2 A.球一定受墻的彈力且水平向左 B.球可能受墻的彈力且水平向左 C.球一定受斜面的彈力且垂直斜面向上 D.球可能受斜面的彈力且垂直斜面向上 答案　BC 解析　鐵球處于靜止狀態(tài)，當F較小時，球的受力情況如圖甲所示，當F較大時，球的受力情況如圖乙所示，故B、C正確. 　 模型2　繩的彈力 例2　如圖3所示，質(zhì)量為m的小球套在豎直固定的光滑圓環(huán)上，輕繩一端固定在圓環(huán)的最高點A，另一端與小球相連.小球靜止時位于環(huán)上的B點，此時輕繩與豎直方向的夾角為6

9、0°，則輕繩對小球的拉力大小為(　　) 圖3 A.2mg B.mg C.mg D.mg 答案　C 解析　對B點處的小球受力分析，如圖所示，則有 FT sin 60°＝FN sin 60° FT cos 60°＋FN cos 60°＝mg 解得FT＝FN＝mg，故C正確. 模型3　桿的彈力 例3　(多選)如圖4所示為位于水平面上的小車，固定在小車上的支架的斜桿與豎直桿的夾角為θ，在斜桿的下端固定有質(zhì)量為m的小球.下列關于桿對球的作用力F的判斷中，正確的是(　　) 圖4 A.小車靜止時，F(xiàn)＝mgsin θ，方向沿桿向上 B.小車靜止時，F(xiàn)＝mgcos

10、θ，方向垂直于桿向上 C.小車向右勻速運動時，一定有F＝mg，方向豎直向上 D.小車向右勻加速運動時，一定有F＞mg，方向可能沿桿向上 答案　CD 解析　小球受重力和桿的作用力F處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)時，由力的平衡條件知，二力必等大反向，則F＝mg，方向豎直向上.小車向右勻加速運動時，小球有向右的恒定加速度，根據(jù)牛頓第二定律知，mg和F的合力應水平向右，如圖所示.由圖可知，F(xiàn)＞mg，方向可能沿桿向上，選項C、D正確. 模型4　彈簧的彈力 例4　如圖5所示，質(zhì)量均為m的A、B兩球，由一根勁度系數(shù)為k的輕彈簧連接靜止于半徑為R的光滑半球形碗中，彈簧水平，兩球間距為R且球半徑

11、遠小于碗的半徑.則彈簧的原長為(　　) 圖5 A.＋R B.＋R C.＋R D.＋R 答案　D 解析　以A球為研究對象，小球受三個力：重力、彈簧的彈力和碗的支持力，如圖所示. 由平衡條件，得：tan θ＝ 解得：x＝ 根據(jù)幾何關系得：cos θ＝＝，則tan θ＝， 所以x＝＝ 故彈簧原長x0＝＋R，故D正確. 命題點二　“動桿”和“定桿”與“活結(jié)” 和“死結(jié)”問題 1.“動桿”和“定桿”問題 (1)動桿：若輕桿用光滑的轉(zhuǎn)軸或鉸鏈連接，當桿處于平衡時桿所受到的彈力方向一定沿著桿，否則會引起桿的轉(zhuǎn)動.如圖6甲所示，若C為轉(zhuǎn)軸，則輕桿在緩慢轉(zhuǎn)

12、動中，彈力方向始終沿桿的方向. 圖6 (2)定桿：若輕桿被固定不發(fā)生轉(zhuǎn)動，則桿所受到的彈力方向不一定沿桿的方向.如圖乙所示. 2.“活結(jié)”和“死結(jié)”問題 (1)活結(jié)：當繩繞過光滑的滑輪或掛鉤時，由于滑輪或掛鉤對繩無約束，因此繩上的力是相等的，即滑輪只改變力的方向不改變力的大小，例如圖乙中，兩段繩中的拉力大小都等于重物的重力. (2)死結(jié)：若結(jié)點不是滑輪，是固定點時，稱為“死結(jié)”結(jié)點，則兩側(cè)繩上的彈力不一定相等. 例5　(2016·全國卷Ⅲ·17)如圖7所示，兩個輕環(huán)a和b套在位于豎直面內(nèi)的一段固定圓弧上；一細線穿過兩輕環(huán)，其兩端各系一質(zhì)量為m的小球.在a和b之間的細線上懸掛一小

13、物塊.平衡時，a、b間的距離恰好等于圓弧的半徑.不計所有摩擦.小物塊的質(zhì)量為(　　) 圖7 A. B.m C.m D.2m 答案　C 解析　如圖所示，圓弧的圓心為O，懸掛小物塊的點為c，由于ab＝R，則△aOb為等邊三角形，同一條細線上的拉力相等，F(xiàn)T＝mg，合力沿Oc方向，則Oc為角平分線，由幾何關系知，∠acb＝120°，故線的拉力的合力與物塊的重力大小相等，即每條線上的拉力FT＝G＝mg，所以小物塊質(zhì)量為m，故C對. 變式1　(2018·湖南懷化博覽聯(lián)考)如圖8所示，與豎直墻壁成53°角的輕桿一端斜插入墻中并固定，另一端固定一個質(zhì)量為m的小球，水平輕質(zhì)彈簧處于

14、壓縮狀態(tài)，彈簧彈力大小為mg(g表示重力加速度)，則輕桿對小球的彈力大小為(　　) 圖8 A.mg B.mg C.mg D.mg 答案　D 變式2　(多選)如圖9所示，質(zhì)量均可忽略的輕繩與輕桿，A端用鉸鏈固定，滑輪在A點正上方(滑輪大小及摩擦均可不計)，B端吊一重物.現(xiàn)將繩的一端拴在桿的B端，用拉力F將B端緩慢上拉，在AB桿達到豎直前(　　) 圖9 A.繩子拉力不變 B.繩子拉力減小 C.AB桿受力增大 D.AB桿受力不變 答案　BD 解析　以B點為研究對象，分析受力情況：重物的拉力FT1(等于重物的重力G)、輕桿的支持力FN和繩子的拉力FT2，作出受力

15、圖如圖所示： 由平衡條件得，F(xiàn)N和FT2的合力與FT1大小相等、方向相反，根據(jù)三角形相似可得： ＝＝ 又F＝FT2 解得：FN＝·G，F(xiàn)＝·G ∠BAO緩慢變小時，AB、AO保持不變，BO變小，則FN保持不變，F(xiàn)變小.故選項B、D正確. 命題點三　摩擦力的分析與計算 1.靜摩擦力的分析 (1)物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速直線運動)，利用力的平衡條件來判斷靜摩擦力的大小. (2)物體有加速度時，若只受靜摩擦力，則Ff＝ma.若除受靜摩擦力外，物體還受其他力，則F合＝ma，先求合力再求靜摩擦力. 2.滑動摩擦力的分析 滑動摩擦力的大小用公式Ff＝μFN來計算，應用此公

16、式時要注意以下幾點： (1)μ為動摩擦因數(shù)，其大小與接觸面的材料、表面的粗糙程度有關；FN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和接觸面的大小均無關. 3.靜摩擦力的有無和方向的判斷方法 (1)假設法：利用假設法判斷的思維程序如下： (2)狀態(tài)法：先判斷物體的狀態(tài)(即加速度的方向)，再利用牛頓第二定律(F合＝ma)確定合力，然后通過受力分析確定靜摩擦力的大小及方向. (3)牛頓第三定律法：先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向，再根據(jù)“力的相互性”確定另一物體受到的靜摩擦力方向. 例6　如圖10所示，物體A、B在力F作用下

17、一起以大小相等的速度沿F方向勻速運動，關于物體A所受的摩擦力，下列說法正確的是(　　) 圖10 A.甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力，且方向均與F相同 B.甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力，且方向均與F相反 C.甲、乙兩圖中物體A均不受摩擦力 D.甲圖中物體A不受摩擦力，乙圖中物體A受摩擦力，方向和F相同 答案　D 解析　用假設法分析：甲圖中，假設A受摩擦力，與A做勻速運動在水平方向所受合力為零不符合，所以A不受摩擦力；乙圖中，假設A不受摩擦力，A將相對B沿斜面向下運動，則知A受沿F方向的摩擦力.正確選項是D. 例7　(2017·全國卷Ⅱ·16)如圖11，一物塊在水平拉力F的作用下

18、沿水平桌面做勻速直線運動.若保持F的大小不變，而方向與水平面成60°角，物塊也恰好做勻速直線運動.則物塊與桌面間的動摩擦因數(shù)為(　　) 圖11 A.2－ B. C. D. 答案　C 解析　當F水平時，根據(jù)平衡條件得F＝μmg；當保持F的大小不變，而方向與水平面成60°角時，由平衡條件得Fcos 60°＝μ(mg－Fsin 60°)，聯(lián)立解得，μ＝，故選項C正確. 變式3　(多選)下列關于摩擦力的說法中正確的是(　　) A.靜止的物體可以受到滑動摩擦力，運動的物體也可以受到靜摩擦力 B.物體所受的滑動摩擦力或靜摩擦力既可以充當動力也可以充當阻力 C.相互接觸的物體之間，

19、壓力增大，摩擦力也增大 D.兩物體間有彈力但不一定有摩擦力，而兩物體間有摩擦力則一定有彈力 答案　ABD 解析　靜摩擦力只是阻礙相對運動趨勢，受靜摩擦力的物體可以靜止也可以運動，A正確；滑動摩擦力或靜摩擦力不一定阻礙物體的運動，物體所受的滑動摩擦力或靜摩擦力既可以充當動力也可以充當阻力，B正確；滑動摩擦力與正壓力有關，靜摩擦力與壓力無關，C錯誤；兩物體之間有摩擦力時，兩物體一定接觸，且相互擠壓，即存在彈力作用，反之則不一定成立，D正確. 變式4　如圖12所示，質(zhì)量為mB＝24 kg的木板B放在水平地面上，質(zhì)量為mA＝22 kg的木箱A放在木板B上.一根輕繩一端拴在木箱上，另一端拴在天花

20、板上，輕繩與水平方向的夾角為θ＝37°.已知木箱A與木板B之間的動摩擦因數(shù)μ1＝0.5.現(xiàn)用水平向右、大小為200 N的力F將木板B從木箱A下面勻速抽出(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，重力加速度g取10 m/s2)，則木板B與地面之間的動摩擦因數(shù)μ2的大小為(　　) 圖12 A.0.3 B.0.4 C.0.5 D.0.6 答案　A 解析　對A受力分析如圖甲所示，由題意得 FTcos θ＝Ff1 ① FN1＋FTsin θ＝mAg ② Ff1＝μ1FN1 ③ 由①②③得：FT＝100 N

21、 對A、B整體受力分析如圖乙所示，由題意得 FTcos θ＋Ff2＝F ④ FN2＋FTsin θ＝(mA＋mB)g ⑤ Ff2＝μ2FN2 ⑥ 由④⑤⑥得：μ2＝0.3，故A正確. 命題點四　摩擦力和三類突變 類型1　“靜—靜”突變 物體在摩擦力和其他力的共同作用下處于靜止狀態(tài)，當作用在物體上的其他力的合力發(fā)生變化時，物體雖然仍保持相對靜止，但物體所受的靜摩擦力發(fā)生突變. 例8　如圖13所示，質(zhì)量為10 kg的物體A拴在一個被水平拉伸的彈簧一端，彈簧的拉力為5 N時，物體A處于靜止狀態(tài).若小車以1 m

22、/s2的加速度向右運動，則(g＝10 m/s2)(　　) 圖13 A.物體A相對小車向右運動 B.物體A受到的摩擦力減小 C.物體A受到的摩擦力大小不變 D.物體A受到的彈簧的拉力增大 答案　C 解析　由題意得，物體A與小車的上表面間的最大靜摩擦力Ffm≥5 N，小車加速運動時，假設物體A與小車仍然相對靜止，則物體A所受合力F合＝ma＝10 N，可知此時小車對物體A的摩擦力為5 N，方向向右，且為靜摩擦力，所以假設成立，物體A受到的摩擦力大小不變，故選項A、B錯誤，C正確；同理可知，物體A受到的彈簧的拉力大小不變，故D錯誤. 類型2　“靜—動”突變 物體在摩擦力和其他力作用下

23、處于靜止狀態(tài)，當其他力變化時，如果物體不能保持靜止狀態(tài)，則物體受到的靜摩擦力將“突變”成滑動摩擦力. 例9　(多選)在探究靜摩擦力變化的規(guī)律及滑動摩擦力變化規(guī)律的實驗中，設計了如圖14甲所示的演示裝置，力傳感器A與計算機連接，可獲得力隨時間變化的規(guī)律，將力傳感器固定在光滑水平桌面上，測力端通過細繩與一滑塊相連(調(diào)節(jié)力傳感器高度可使細繩水平)，滑塊放在較長的小車上，小車一端連接一根輕繩并跨過光滑的輕定滑輪系一只空沙桶(調(diào)節(jié)滑輪可使桌面上部輕繩水平)，整個裝置處于靜止狀態(tài).實驗開始時打開力傳感器同時緩慢向沙桶里倒入沙子，小車一旦運動起來，立即停止倒沙子，若力傳感器采集的圖象如圖乙，則結(jié)合該圖象，

24、下列說法正確的是(　　) 圖14 A.可求出空沙桶的重力 B.可求出滑塊與小車之間的滑動摩擦力的大小 C.可求出滑塊與小車之間的最大靜摩擦力的大小 D.可判斷第50 s后小車做勻速直線運動(滑塊仍在車上) 答案　ABC 解析　t＝0時刻，力傳感器顯示拉力為2 N，則滑塊受到的摩擦力為靜摩擦力，大小為2 N，由小車與空沙桶受力平衡可知空沙桶的重力也等于2 N，A選項正確；t＝50 s時刻摩擦力達到最大值，即最大靜摩擦力為3.5 N，同時小車啟動，說明帶有沙的沙桶重力等于3.5 N，此時摩擦力立即變?yōu)榛瑒幽Σ亮Γ誓Σ亮ν蛔優(yōu)? N的滑動摩擦力，B、C選項正確；此后由于沙和沙桶重

25、力3.5 N大于滑動摩擦力3 N，故50 s后小車將加速運動，D選項錯誤. 思維拓展　如圖15所示，為什么不能固定木板，用彈簧測力計拉著木塊運動來測定木塊和木板之間的動摩擦因數(shù)呢？ 圖15 答案　如果固定木板，用彈簧測力計拉著木塊運動，要保證木塊勻速運動非常困難，且彈簧測力計的示數(shù)不穩(wěn)定，不能根據(jù)二力平衡求木塊與木板間的滑動摩擦力. 類型3　“動—靜”突變 在滑動摩擦力和其他力作用下，做減速運動的物體突然停止滑行時，物體將不再受滑動摩擦力作用，滑動摩擦力可能“突變”為靜摩擦力. 例10　如圖16所示，斜面固定在地面上，傾角為θ＝37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8).質(zhì)量為1 kg的滑塊以初速度v0從斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足夠長，該滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.8)，則該滑塊所受摩擦力Ff隨時間變化的圖象是下圖中的(取初速度v0的方向為正方向，g＝10 m/s2)(　　) 圖16 答案　B 解析　滑塊上升過程中受滑動摩擦力，F(xiàn)f＝μFN和FN＝mgcos θ聯(lián)立得Ff＝6.4 N，方向沿斜面向下.當滑塊的速度減為零后，由于重力的分力mgsin θ＜μmgcos θ，滑塊不動，滑塊受到的摩擦力為靜摩擦力，由平衡條件得Ff′＝mgsin θ，代入可得Ff′＝6 N，方向沿斜面向上，故選項B正確.