2009年高考一轮复习能力测试点5力、重力和弹力完全解读

能力测试点5 力、重力和弹力考纲三维解读1.高考考点内容及要求 本讲要求知道力的概念，理解重心的位置与质且分布和物体形状有关，知道重力的特点；理解弹力产生的条件，会确定弹力的方向；知道胡克定律并能熟练运用胡克定律求解弹力的大小了解四种基本相互作用力2.高考命题趋势 本讲是力学的基础，物理中的受力分析与矢量运算是力学中的重要方法，故本讲是高考的重要内容应注意，山东、广东2008年新课标物理考试大纲把形变、胡克定律由级降为I级，增加了弹性弹力的大小和方向的判断应引起考生的重视预测未来高考直接针对弹力的命题可能性很小，若有应以胡克定律为平台，且与其他知识综合，放在具体情境中进行考查的可能性最大知识要点高考考点解读名师释疑答题点1.力的概念（force)力的定义：力是物体对物体的作用。力的性质 物质性：力是不能离开物体而独立存在的，只要有力，就有施力物体和受力物体 相互性：力存在于施力物体和受力物体之间，力的作用是相互的，施力物体同时也是受力物体 矢量性：力不仅有大小，而且有方向，力是矢量力的作用效果 改变物体运动状态 使物体发生形变2.力的表示 力的三要素：力的大小、方向、作用点称为力的三要素 力的图示 描述一个力，必须把力的三要素全部表述出来力既可用文字表述，也可用图形表示在物理学中，力的图示法是用一根带箭头的线段（有向线段）表示力3.力的分类 力按命名方式的不同可分为两类：按性质命名的力有：重力、弹力、摩擦力、电场力、分子力等按效果命名的力有：压力、支持力、拉力、推力、动力、阻力、浮力等按研究对象分：内力、外力4.四种基本相互作用万有引力作用：任何两物体间都存在的一种相互吸引作用电磁相互作用：电荷和电荷、磁体和磁体间的相互作用，其本质相同，随距离变化的规律和引力作用类似强相互作用：组成原子核的核子间的相互作用，作用范围小，与引力作用和电磁作用相比，受距离变化的影响更大弱相互作用：发生在放射现象中，作用范围与强相互作用相同，但作用力很弱5.重力（gravity）定义：重力是由于地球的吸引而使物体所受的力产生原因：重力是由于地球的吸引而产生的地球周围的物体，无论与地球接触与否，运动状态如何，都要受到地球的吸引力，因此任何物体都要受到重力的作用6.重心（center of gravity）定义：物体所受重力的作用点叫物体的重心重心是一根等效的概念，物体上每一部分都要受到重力作用，不可能分别进行研究，于是进行科学的抽象：物休各部分受到的重力对物体产生的总效果，跟重力集中作用在某一点产生的效果相同，我们就等效地认为重力集中作用在这一点（即重心）上重心的位置：物体重心的位置与物体的形状及质量分布有关，物体的位置发生变化时，其重心相对物体的位置不变。形状规则、质量均匀分布的物体的重心在其几何中心，可用几何法确定其重心7.形变（deformation）定义：物体的形状或体积的改变叫形变。形变的种类： 形变有拉伸形变（或压缩形变）、弯曲形变、扭转形变等本节主要讨论拉伸（或压缩）形变弹性形变（elastic deformation)：物体在外力作用下发生形变，如果撤去外力后，形变能完全恢复，这种形变叫弹性形变弹性限度（elasticity limit)：如果外力使物体的形变过大，超过一定限度，在撤去外力后，形变不能完全恢复，这个限度就叫弹性限度范性形变（plastic deformation)：另一类是当撤去外力作用后物体的形变或多或少仍有保留而不能完全复原的，称为范性形变8.弹力（elastic force）定义：发生弹性形变的物体由于要恢复原状而对与之接触的物体产生的作用，这种力叫弹力弹力产生的条件：物体相互接触接触面处产生弹性形变样板题解析看看以前怎样考的考题1：下列说法中正确的是（ ）A.拳击手一拳击出，没有击中对方，这时只有施力物体，没有受力物体B.运动员将足球踢出去，球在空中飞行是因为球受到一个向前的冲力C.甲用力把乙推倒，说明只是甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用D.两个物体发生相互作用不一定相互接触解析：拳击手出拳未击中对方，说明拳击手与对方之间没有相互作用因为没有受力物体的力是不存在的，所以此时也不存在说拳击手是施力物体的问题故选项A错误踢出去的球之所以向前运动是物体具有惯性的原因，而不是受到了向前的冲力假设此“冲力”存在，那么一定存在一施力物体，而事实上并不存在这一施力物体，故此“冲力”是不存在的，故选项B错误由力的相互性可知，甲推乙的同时，乙对甲有反作用力，故选项C错误物体间发生相互的作用并不一定要相互接触，如相互靠近的两块磁铁并不需相互接触就能产生力的作用答案：D考题2：有一批记者乘飞机从上海来到西藏旅游，他们托运的行李与在上海时比较，行李的质量将 （填“变大”“不变”或“变小”）；所受重力的大小将 （填“变大”“不变”或“变小”） （上海高考题）解析：物体（行李）的质量是指物体所含物质的多少，写地理位置和高度无关物体的重力与高度有关，高度越高重力越小答案：不变 变小考题3：如图5一5所示，两辆车在以相同的速度做匀速运动；根据图中所给信息和所学知识你可以得出的结论是（ ）A.物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中于一点B.重力的方向总是垂直向下的C.物体重心的位置与物体形状和质量分布有关D.力是使物体运动的原因 （2008年青岛一模）解析：物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中于一点，这个点就是物体的重心，故A正确；重力的方向总是和水平面垂直，是竖直向下而不是垂直向下，故B错误；从图中可以看出，汽车（包括货物）的形状和质量分布发生了变化，重心的位置就发生了变化，故C正确；力不是使物体运动的原因，而是使物体发生形变或产生加速度的原因，故D错误答案： A、C考题4：如图5一6所示，小球B放在真空容器A内，球B的直径恰好等于正方体A的边长，将它们以初速度v0竖直向上抛出，下列说法中正确的是（ ）A.若不计空气阻力，上升过程中，A对B有向上的支持力B.若考虑空气阻力，上升过程中，A对B的压力向下C.若考虑空气阻力，下落过程中，B对A的压力向上D.若不计空气阻力，下落过程中，B对A没有压力 （2007年莱芜市高三期末）解析：先利用整体法确定加速度与重力加速度的大小关系，再利用隔离法分析A、B之间的相互作用情况 若不计空气阻力，则A、B整体的加速度等于重力加速度，物体B的加速度也等于重力加速度，因此A对B没有作用力，同理，B对A也没有作用力，故选项A错D对；若考虑空气阻力，则上升过程中，A、B整体的加速度大于重力加速度，则B的加速度大于重力加速度，故A对B有向下的压力，选项B对；在下降过程中，A、B整体的加速度小于重力加速度，则B的加速度小于重力加速度，故A对B有向上的压力，根据力的相互性，B对A有向下的压力，故选项C错，应选B、D.答案：B、D点评：本题易误选A、C，原因是没有正确判断加速度与重力加速度的大小关系，从而导致不能正确判断A、B间相互作用力的情况。思维拓展高考考点解读名师释疑答题点9.对重力概念的理解要掌握重力的概念，应注意区分重力与地球引力、重力与质量、重力与压力这三组概念重力与万有引力的联系与区别重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，但不能认为重力就是地球对物体的吸引力，因为此引力除产生重力外，还要提供物体随地球自转所需的向心力，如图5一1所示因物体在地球上不同的纬度处随地球自转所需的向心力大小不同，故同一物体在地球上不同纬度处重力大小不同.不过由于此原因引起的重力变化不大，一般情况下，可不考虑地球的自转效应。重力与质量在同一地点，重力的大小与质量成正比，但重力与质量有着本质的区别：质量是物体所含物质的多少，是标量，可用天平测量，它不随物体的地理位置的改变而改变；重力是由于地球对物体的吸引而使物体所受的力，是矢量，用弹簧测力计测量，物体所受的重力随物体的地理位置的改变而变化重力与压力重力是由于地球的吸引而使物体所受的力，它存在于物体与地球之间，只与物体的质量及物体所处的地理位置有关而物体对支持物的压力是弹力存在于相互接触的物体之间，并且压力与物体的重力没有什么大小上的必然联系10.对重心概念的理解重心不是一个最重的点物体各部分所受重力的效果，与只在重心处受各部分重力的合力是等效的，因此可以认为物体各部分所受重力集中于重心，但实际上物体各部分都受重力，重力并不只作用于重心上，重心也不是物体上最重的一个“点”任何一个物体有且仅有一个重心任何一个物体都要受到重力作用，它必定有一个等效作用点有人认为：将物体的重心挖去，物体将没有重心这种认识显然是错误的物体的形状改变时，其重心相对物体的位置可能也随之变化，但物体仍有一个重心质量分布均匀的物体，重心的位置只跟物体的形状有关，有规则几何形状的均匀物体，它的重心的位置在它的几何中心，如实心铅球的重心就在球心质量分布不均匀的物体，重心的位置不仅与物体的形状有关，还跟物体质量的分布有关物体的重心可以不在物体上由于重心是一个等效作用点，它就可以不在物体上例如：质量均匀分布的球壳，其重心在球心，并不在壳体上用悬挂法确定重心图5一2所示为薄板状物体重心的确定方法11.关于弹力有无的判定相互接触的物体不一定发生形变，因此不一定产生弹力，那么如何判断有、无弹力呢？通常有以下两种方法：利用假设法判断要判断物体的某一接触处是否受到弹力作用，可假设在该处将与物体接触的另一物体去掉，看物体是否在该位置保持原来的状态，从而判断物体在该处是否受到弹力作用例如，如图5一3所示，一小球放在光滑水平面AC上，并和光滑面AB接触静止，分析小球所受的弹力假设去掉AB面，小球仍保持原来的静止状态，可判断出在小球与AB面的接触处没有弹力；假设去掉AC面，球将向下运动，故在与AC面的接触处球受到弹力，其方向垂直于AC面竖直向上利用力的作用效果或物体的运动状态分析静止（或匀速直线运动）的物体都处于受力平衡状态，这可以作为判断某个接触面上弹力是否存在的依据例如：如图54所示小球A在车厢内随车厢一块向右运动，可根据小球的运动状态分析车厢后壁对球A的弹力的情况若车厢和小球做匀速直线运动，则小球A受力平衡，所以后车厢对小球无弹力若车厢和小球向右做加速运动，则由牛顿第二定律可知，后车厢壁对小球的弹力水平向右12.关于弹力方向的判定物体所受弹力的方向总是指向该物体发生形变的方向，弹力的作用线总是通讨两物体的接触点并沿其接触点共切面的垂直方向绳子只能受拉力而发生形变，即绳子只能承受拉力，则绳子拉物体的弹力的方向总是沿着绳子指向其收缩的方向物体放在支持物上，支持物因其形变而产生弹力作用在物体上的支持力，这种弹力方向总是垂直于支持面指向被支持的物体具体情况如下表弹力弹力的方向弹簧两端的弹力与弹簧测力计中心轴线相重合，指向弹簧恢复原状的方向轻绳的弹力沿绳指向绳收缩的方向面与面接触的弹力垂直于接触面指向受力的物体点与面接触的弹力过接触点垂直于接触面（或接触面的切面）而指向受力物体球与面接触的弹力在接触点与球心连线上，指向受力物体球与球接触的弹力垂直于过接触点的公切面，而指向受力物体杆的弹力可能沿杆，也可能不沿杆，应具体情况具体分析13.胡克定律（Hooke law）胡克定律的内容：在弹性限度内弹力的大小跟弹簧伸长（或缩短）的长度成正比表达式： Fkx上式中，x为弹簧的伸长量或压缩量，不是伸长或压缩后弹簧的总长度；k为弹簧的劲度系数，不同的弹簧有不同的劲度系数k，k由弹簧本身的物理性质（材料、长度、截面大小）决定，k的单位是N/m.样板题解析看看以前怎样考的考题5.请在图57中画出杆或球所受的弹力解析：要准确画出弹力的方向，第一要分析弹力的受力物体，第二要明确各接触面的方式如何 (a）图中杆在重力作用下对A、B两处均会产生挤压作用，故A、B两处均对杆有弹力作用，弹力方向与接触的平面垂直如图58(a)所示(b)图中C、D两处均对杆有弹力作用，C处为曲面与点的接触形式，所以此处弹力垂直于曲面的切面或说沿半径指向圆心O；D处为平面与点的接触方式，则此处弹力垂直于平面指向受力物体杆如图5一8（b）所示(c)图中球挤压墙且拉紧绳子，所以墙对球的弹力垂直于墙，因为此处为平面（墙）与曲面（球）的接触；绳对球的拉力沿绳斜向上如图58(c)所示答案：如图5一8所示。点评：弹力的方向与物体间的接触面的几何特征有密切的关系。接触的双方中，有平面的，优先垂直于平面，无平面的优先垂直于曲面的切面或沿曲面的半径考题6：如图5一9所示，四个完全相同的弹簧都处于水平位置，它们的右端受到大小皆为F的拉力作用，而左端的情况各不相同：中弹簧的左端固定在墙上，中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用，中弹簧的左端拴一小物块，物块在光滑的桌面上滑动，中弹簧的左端拴一小物块，物块在有摩擦的桌面上滑动若认为弹簧的质量都为零，以l1、l2 、l3 、l4依次表示四个弹簧的伸长量，则有（ ）A. l2l1 B. l4l3 C. l1l3 D. l2 l4 （2004年湖南、湖北理综）解析：考查胡克定律的应用及物体平衡的条件因为四个弹簧上各点受到的拉力都是F，由胡克定律可知F=kx，则四个弹黄的伸长量：都相等。答案：D点评：本题建立了拉伸弹簧的四种情形，貌似是过程计算题，实际上只是考查了弹簧弹力的产生特点，只要把握住“弹簧两端的作用力是等大反向的”这一结论，就可得出正确答案考题7：图5一10中a、b、c为三个物体，M、N为两个轻质弹簧，R为跨过光滑定滑轮的轻绳，它们的连接如图510所示，并处于平衡状态，则（ ）A.有可能N处于拉伸状态而M处于压缩状态B.有可能N处于压缩状态而M处于拉伸状态C.有可能N处于不伸不缩状态而M处于拉伸状态D.有可能N处于拉伸状态而M处于不伸不缩状态（全国高考题）解析：绳R对弹簧N只能向上拉而不能向下压，所以绳R受到拉力或处于不受拉力两种状态弹簧N可能处于拉伸或原长状态而对于弹簧M，它所处状态是由弹黄N所处的状态来决定的当弹簧N处于原长时，弹簧M一定处于压缩状态；当弹簧N处于拉伸时，对物体a进行受力分析，由共点力平衡条件可知，弹簧M可能处于拉伸、压缩、不伸不缩三种状态故A、D选项正确答案：A、D考题8：如图5一11所示，原长分别为L1和L2、劲度系数分别为k1和k2的轻质弹簧竖直地悬挂在天花板下两弹簧之间有一质量为m1的物体，最下端挂着质量为m2的另一物体整个装置处于静止状态，这时两个弹簧长度为 用一个质量为m的平板把下面的物体竖直地缓慢地向上托起，直到两个弹簧的总长度等于两弹簧的原长之和，这时平板受到下面物体的压力大小等于 （上海高考题）解析：弹簧L1伸长量L1（m1m2）g/k1；弹簧L2伸长量L2m2g/k2，这时两个弹簧的总长度为.设托起m2后，L1的伸长量为，L2的压缩量为，据题意，由m1的平衡条件可知：k1k2m1g，解得m1g/(k1k2)，这时平板所受到的m2的压力大小为：FNk2m2g.答案： 考题9：如图5一12所示，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为，在斜杆下端固定有质量为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，Fmgcos，方向沿杆向上B.小车静止时，Fmgcos，方向垂直杆向上C.小车向右以加速度a运动时，一定有Fma/sinD.小车向左以加速度a运动时，F，方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为arctan (a/g) （2008年深圳期末统考）解析：小车静止时，由物体的平衡条件有此时杆对球的作用力方向竖直向上，且大小等于球的重力mg.小车向右以加速度a运动，设小球受杆的作用力方向与竖直方向的夹角为，如图5一13所示，根据牛顿第二定律有 Fsinma，Fcosmg两式相除可得tana/g只有当球的加速度agtan时，杆对球的作用力才沿杆的方向，此时才有Fma/sin.小车向左以加速度a运动，根据牛顿第二定律知小球受重力mg和杆对球的作用力F的合力大小为ma，方向水平向左，根据力的合成这三力构成如图5一14所示的矢量三角形，方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为arctan（ma/mg）arctan（a/g）。正确答案为D.答案：D点评：杆可以发生拉伸形变和弯曲形变因此杆的弹力方向不一定沿杆.综合创新高考考点解读名师释疑答题点14.理解弹簧测力计的读数弹簧测力计是一种测量力的常用仪器，它是根据胡克定律制成的，即在弹性限度内弹簧弹力的大小与弹簧长度的改变量成正比弹簧测力计内的弹簧一端与挂钩相连，另一端与弹簧测力计的外壳相连。由于弹簧及挂钩质量不计，则不论弹簧处于什么运动状态，弹簧测力计的读数应是挂钩拉弹簧的力的大小值。如果弹簧测力计外壳质量可以忽略，挂钩拉弹簧的力与外壳受到的拉力大小相等，则不论弹簧处于什么运动状态，弹簧测力计的读数可以是它们中任一个力的大小值但如果弹簧测力计外壳质量不能忽略，且弹簧测力计不处于平衡状态，弹簧测力计的读数则只能是挂钩拉弹簧的力的大小值15.“二力杆”的特点及应用在中学阶段涉及的杆一般是轻的刚性杆所谓“轻”，是指它本身的质量、重力都可以忽略不计；所谓“刚性”，是指它的形变可以忽略（当然实际上是存存的否则没有弹力）二力杆是指不计重力、两端可以自由转动的轻杆弹力是由于物体发生弹性形变而产生的杆既可以发生拉伸或压缩形变，也可以发生弯曲或扭转形变因此杆的弹力不一定沿杆的方向但是二力杆两端的弹力必定沿杆的方向，否则不能平衡样板题解析看看以前怎样考的考题10：实验室常用的弹簧测力计如图5一15甲所示，弹簧的一端与连接有挂钩的拉杆相连，另一端固定在外壳上的O点，外壳上固定一个圆环，整个外壳重为G，弹簧和拉杆的质量忽略不计现将该弹簧测力计以如图5一15乙和515丙的两种方式固定在地面上，并分别用同样的力F0（F0G）竖直向上拉弹簧测力计，则稳定后弹簧测力计的读数分别为（ ）A.乙图读数为F0G，丙图读数为F0B.乙图读数为F0G，丙图读数为F0GC.乙图读数为F0，丙图读数为F0GD.乙图读数为F0G，丙图读数为F0G（2008年济南一模试题）解析：在乙图中F0等于G加上弹黄的拉力，在丙图中F0等于弹簧的拉力，故A对答案：A能力题型设计预测1：下列词语所隐含的物理现象，可用牛顿理论中力的概念和规律来解释的是（ ）滴水穿石铁杵成针水中望月逆向扬帆光阴飞逝A. B. C. D.2005年上海大综合高考题预测2：一辆拖拉机停在水平地面上，下列说法中正确的是（ ）A.地面受到了向下的弹力，是因为地面发生了弹性形变；拖拉机没有发生形变，所以拖拉机不受弹力B.地面受到了向下的弹力，是因为地面发生了弹性形变；拖拉机受到了向上的弹力，是因为拖拉机也发生了形变C.拖拉机受到了向上的弹力，是因为地面发生了形变；地面受到了向下的弹力，是因为拖拉机发生了形变D.以上说法都不正确预测3：足球运动员已将足球踢向空中，如图5一16所示，下列描述足球在向斜上方飞行过程中某时刻的受力图中，正确的是（G为重力，F为脚对球的作用力，Ff为空气阻力）（ ）2007年烟台三月调考预测4：三个相同的支座上分别搁着三个质量和直径都相等的光滑圆球a、b、c，支点P、Q在同一水平面上。a球的重心Oa位于球心，b球和c球的重心Ob、Oc分别位于球心的正上方和球心的正下方，如图5一18所示，.三球均处于平衡状态，支点P对a球的弹力为Fa ，对b球和c球的弹力分别为Fb和Fc，则（ ）AFaFbFc BFbFaFc CFbFaFc DFaFbFc 上海高考题预测5：跳高运动员在做如图5一19所示的四种过杆姿势中，重心最能接近甚至低于横杆的是（ ）2007年杭州期末预测6：如图5一20所示，一根弹性杆的一端固定一个重量是2N的小球，小球处于静止状态时，弹性杆对小球的弹力（ ）A.大小为2N，方向平行于斜面向上B.大小为1N，方向平行于斜面向上C.大小为2N，方向垂直于斜面向上D.大小为2N，方向竖直向上2008年长沙一模预测7：如图5一21所示，重力为G的质点M与三根相同的弹簧A、B、C相连，C弹簧竖直，静止时相邻弹簧间夹角为120.已知A、B对M的作用力大小均为2G，则C对M的作用力可能为（ ）A. 2G B.G C.0 D. 3G上海高考题预测8：质量为m1的物体A用细线跨过轻质的无摩擦的定滑轮，与重物B和C连接，如图5一22所示，B、C的质量分别为m2、m3，且物体C在水平地面上，细线不可伸长。要使物体A、B、C都不发生运动，则m1应满足的条件是（ ）A.m1m2m3B. m1m2C.m2m1（m2m3）D. m2m1m2m32007年南通期中预测9：如图5一23所示，在光滑放置的水平桌面的两端各固定一个定滑轮