（浙江选考）2021高考物理一轮复习 第二章 第1讲 重力 弹力 摩擦力教案

第1讲重力弹力摩擦力一、重力基本相互作用1重力的理解(1)产生：由于地球吸引而使物体受到的力(2)大小：gmg，可用弹簧测力计测量(3)方向：总是竖直向下的(4)重心：其位置与物体的质量分布和形状有关(5)重心位置的确定质量分布均匀的规则物体，重心在其几何中心；对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板，重心可用两次悬挂来确定2基本相互作用(1)万有引力(2)电磁相互作用(3)强相互作用(4)弱相互作用自测1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重力的方向总是指向地心c用细线将重物悬挂起来，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答案c二、弹力1形变与弹性形变(1)形变：物体在力的作用下形状或体积的变化叫形变(2)弹性形变：有些物体在形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变(3)弹性限度：当形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹性限度2弹力(1)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力(2)产生条件：物体相互接触且发生弹性形变(3)方向：弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反3胡克定律(1)内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小f跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比(2)表达式：fkx.说明：k是弹簧的劲度系数，单位为n/m；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(多选)下列说法正确的是()a木块放在桌面上受到一个向上的弹力，这是由于木块发生微小形变而产生的b拿一根竹竿拨动水中的木头，木头受到竹竿的弹力，这是由于竹竿发生形变产生的c绳对物体的拉力的方向总是沿着绳而指向绳收缩的方向d挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小形变而产生的答案bcd三、摩擦力1静摩擦力与滑动摩擦力名称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方向：与受力物体相对运动趋势的方向相反大小：fffn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2动摩擦因数(1)定义：彼此接触的物体发生相对运动时，滑动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(多选)关于摩擦力，以下说法中正确的是()a运动物体可能受到静摩擦力作用，但静止物体不可能受到滑动摩擦力作用b静止物体可能受到滑动摩擦力作用，但运动物体不可能受到静摩擦力作用c正压力越大，摩擦力可能越大，也可能不变d摩擦力方向可能与速度方向在同一直线上，也可能与速度方向不在同一直线上答案cd命题点一弹力的分析和求解1弹力有无的判断“三法”(1)假设法：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(2)替换法：用细绳替换装置中的轻杆，看能不能维持原来的状态如果能维持，则说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是支持力(3)状态法：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，由力的平衡条件(或牛顿第二定律)列方程，求解物体间的弹力2弹力方向3弹力大小计算的三种方法(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模型1物体与物体间的弹力例1(2019四川成都市第二次诊断)如图1，半圆球p和竖直挡板固定在水平面上，挡板与p相切，光滑小球q静止在p和挡板之间已知q的质量为m，p、q的半径之比为41，重力加速度大小为g.则q对p的压力大小为()图1a.b.c.d.答案b解析对q受力分析如图所示设q的半径为r，由几何关系得：4rcos4r(rrcos)解得：cos由平衡条件得：fn2解得：fn2mg由牛顿第三定律可知，q对p的压力大小为fn2fn2mg.模型2绳的弹力例2如图2所示，质量为m的小球套在竖直固定的光滑圆环上，轻绳一端固定在圆环的最高点a，另一端与小球相连小球静止时位于环上的b点，此时轻绳与竖直方向的夹角为60，则轻绳对小球的拉力大小为(重力加速度为g)()图2a2mgb.mgcmgd.mg答案c解析对b点处的小球受力分析，如图所示，则有ftsin60fnsin60ftcos60fncos60mg解得ftfnmg，故c正确模型3弹簧的弹力例3如图3所示，小球a的质量为小球b的质量的一半，分别与轻弹簧a、b和轻绳相连接并处于平衡状态轻弹簧a与竖直方向的夹角为60，轻弹簧a、b的伸长量刚好相同，则下列说法正确的是()图3a轻弹簧a、b的劲度系数之比为13b轻弹簧a、b的劲度系数之比为21c轻绳上拉力与轻弹簧a上拉力的大小之比为21d轻绳上拉力与轻弹簧a上拉力的大小之比为2答案d解析设轻弹簧a、b的伸长量都为x，小球a的质量为m，则小球b的质量为2m.对小球b，由平衡条件知，弹簧b中弹力为kbx2mg；对小球a，由平衡条件知，竖直方向上，有kbxmgkaxcos 60，联立解得ka3kb，选项a、b错误；水平方向上，轻绳上拉力ftkaxsin60，选项c错误，d正确变式1如图4所示，某一弹簧测力计外壳的质量为m，弹簧及与弹簧相连的挂钩质量忽略不计将其放在光滑水平面上，现用两水平拉力f1、f2分别作用在与弹簧相连的挂钩和与外壳相连的提环上，关于弹簧测力计的示数，下列说法正确的是()图4a只有f1f2时，示数才为f1b只有f1f2时，示数才为f2c不论f1、f2大小关系如何，示数均为f1d不论f1、f2大小关系如何，示数均为f2答案c解析弹簧及与弹簧相连的挂钩质量忽略不计，弹簧测力计的示数一定等于弹簧挂钩上的拉力f1，与f1、f2的大小关系无关，c正确模型4杆的弹力例4如图5所示，与竖直墙壁成53角的轻杆一端斜插入墙中并固定，另一端固定一个质量为m的小球，水平轻质弹簧处于压缩状态，弹力大小为mg(g表示重力加速度)，则轻杆对小球的弹力大小为()图5a.mgb.mgc.mgd.mg答案d解析小球处于静止状态，其所受合力为零，小球受力如图所示，由图中几何关系可得fmg，选项d正确变式2如图6所示，小车上固定着一根弯成角的曲杆，杆的另一端固定一个质量为m的小球，重力加速度为g.关于杆对球的作用力f，下列判断正确的是()图6a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fd小车向右以加速度a运动时，fm，方向斜向右上方，与竖直方向的夹角为，则tan答案d解析小车静止时，由平衡条件知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，故a、b错误；小车向右以加速度a运动时，弹力f的方向一定指向右上方，只有这样，才能保证小球在竖直方向上受力平衡，水平方向上具有向右的加速度设小球所受弹力方向与竖直方向的夹角为，如图所示，据力的平衡和牛顿第二定律得fsinma，fcosmg，解得fm，tan，可见，只有当小车向右的加速度大小agtan时，杆对球的作用力才沿杆的方向，此时才有f，故c错误，d正确命题点二摩擦力的分析与计算1静摩擦力的分析(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，若只受静摩擦力，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滑动摩擦力的分析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、接触面的粗糙程度有关；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题型1静摩擦力的分析与计算例5(多选)(2019河北唐山市上学期期末)如图7所示，长木板a与物体b叠放在水平地面上，物体与木板左端立柱间放置水平轻质弹簧，在水平外力f作用下，木板和物体都静止不动，弹簧处于压缩状态将外力f缓慢减小到零，物体始终不动，在此过程中()图7a弹簧弹力不变b物体b所受摩擦力逐渐减小c物体b所受摩擦力始终向左d木板a所受地面的摩擦力逐渐减小答案ad解析将外力f缓慢减小到零，物体始终不动，则弹簧的长度不变，弹力不变，选项a正确；对物体b，因开始时所受摩擦力的方向不确定，有f弹fff，则随f的减小，物体b所受摩擦力的大小和方向都不能确定，选项b、c错误；对a、b与弹簧组成的整体，在水平方向，力f与地面对a的摩擦力平衡，则随f的减小，木板a所受地面的摩擦力逐渐减小，选项d正确变式3一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即f1、f2和摩擦力的作用，木块处于静止状态，如图8所示，其中f110n，f22n，若撤去f1，则木块受到的摩擦力为()图8a10n，方向向左b6n，方向向右c2n，方向向右d0答案c解析当木块受f1、f2及摩擦力的作用而处于静止状态时，由平衡条件可知木块所受的静摩擦力的大小为8n，可知最大静摩擦力ffmax8n当撤去力f1后，f22nffmax，木块仍处于静止状态，由平衡条件可知木块所受的静摩擦力大小和方向发生突变，且与作用在木块上的力f2等大反向，故c正确变式4如图9所示，质量为m的滑块静止放在半径为r的半球体上，滑块与半球体间的动摩擦因数为，滑块与球心的连线与水平地面的夹角为，重力加速度为g，则下列说法正确的是()图9a地面对半球体的摩擦力方向水平向左b滑块对半球体的压力大小为mgcosc滑块所受摩擦力大小为mgsind滑块所受摩擦力大小为mgcos答案d解析以滑块与半球体为整体，由平衡条件知，地面对半球体的摩擦力为零，选项a错误；对滑块受力分析，如图所示，由平衡条件得，fnmgsin，ffmgcos，fnfn，选项d正确，b、c错误题型2滑动摩擦力的分析和计算例6(2019全国卷16)物块在轻绳的拉动下沿倾角为30的固定斜面向上匀速运动，轻绳与斜面平行已知物块与斜面之间的动摩擦因数为，重力加速度取10m/s2.若轻绳能承受的最大张力为1500n，则物块的质量最大为()a150kgb100kgc200kgd200kg答案a解析设物块的质量最大为m，将物块的重力沿斜面方向和垂直斜面方向分解，由平衡条件，在沿斜面方向有fmgsin30mgcos30，当f1500n时，物块的质量最大，解得m150kg，a项正确变式5如图10所示的实验可以用来研究物体所受到的滑动摩擦力当手拉木板从木块下抽出时，弹簧测力计的示数为ff，由此可知()图10a木板与桌面间的滑动摩擦力等于ffb木块与木板间的滑动摩擦力等于ffc绳子对木板的拉力等于ffd人手对绳子的拉力等于ff答案b解析由木块受力平衡可知，弹簧测力计的示数等于木板对木块的滑动摩擦力，故b正确；因不知木板与桌面间的动摩擦因数的大小情况，故无法得知木板与桌面间的滑动摩擦力是否等于ff，故a错误；要使木板从木块下抽出，绳子对木板的拉力应大于木块和桌面对木板的滑动摩擦力之和，故c、d错误变式6(2017全国卷16)如图11，一物块在水平拉力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11a2b.c.d.答案c解析当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正确命题点三摩擦力的三类突变类型1“静静”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突变时，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7(2019福建三明市质检)如图12所示，质量为10kg的物体a拴在一个被水平拉伸的弹簧一端，弹簧的拉力为5n时，物体a处于静止状态若小车以1m/s2的加速度向右运动，则(g10 m/s2)()图12a物体a相对小车向右运动b物体a受到的摩擦力减小c物体a受到的摩擦力大小不变d物体a受到的弹簧的拉力增大答案c解析由题意得，物体a与小车的上表面间的最大静摩擦力ffm5n，小车加速运动时，假设物体a与小车仍然相对静止，则物体a所受合力f合ma10n，可知此时小车对物体a的摩擦力为5n，方向向右，且为静摩擦力，所以假设成立，物体a受到的摩擦力大小不变，故a、b错误，c正确；弹簧长度不变，物体a受到的弹簧的拉力大小不变，故d错误类型2“静动”突变物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持静止状态，则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力例8(多选)在探究静摩擦力变化规律及滑动摩擦力变化规律的实验中，设计了如图13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(调节力传感器高度可使细绳水平)，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质定滑轮系一只空沙桶(调节滑轮可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13a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，说明带有沙子的沙桶重力等于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；此后由于沙子和沙桶重力3.5n大于滑动摩擦力3n，故50s后小车将做匀加速运动，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“突变”为静摩擦力例9如图14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14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(限时：35分钟)1(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反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abd2.如图1，某消防战士握住旗杆匀速上爬，到顶后再匀速滑下到达底端，则下列说法正确的是()图1a该战士上爬时受到的摩擦力方向是沿着旗杆向下的b该战士下滑时受到的摩擦力方向是沿着旗杆向下的c该战士上爬时手握旗杆的力越大，受到的摩擦力越大d体重更大的战士匀速上爬时，受到的摩擦力更大答案d解析该战士匀速上爬时，受到的静摩擦力方向是沿着旗杆向上的，且大小等于战士的重力，与手握旗杆的力大小无关，选项a、c错误；该战士下滑时相对旗杆向下滑动，受到的摩擦力方向沿着旗杆向上，选项b错误；由c项分析知，体重更大的战士匀速上爬时，受到的摩擦力更大，选项d正确3.(2019浙江宁波市期末)如图2，某同学将一本物理书用手压在竖直的墙壁上保持静止，则与书本相关的作用力的大小，下列说法正确的是()图2a书本受到的摩擦力一定等于书本的重力b手对书本的摩擦力一定等于书本的重力c墙对书本的摩擦力一定等于书本的重力d当手对书本的压力增大时，书本受到的摩擦力也增大答案a解析书静止，处于平衡状态，书在竖直方向受重力与摩擦力作用，由平衡条件可知，书本受到的摩擦力等于书本的重力，故a正确；书本受到手与墙壁的摩擦力作用，由平衡条件可知，书本的重力等于手与墙壁对书本的摩擦力的合力，手对书本的摩擦力、墙壁对书本的摩擦力均小于书本的重力，故b、c错误；书本受到的摩擦力等于书本的重力，书本的重力不变，当手对书本的压力增大时，书本受到的摩擦力不变，故d错误4.(2019浙江超级全能生2月联考)打印机是现代办公不可或缺的设备，正常情况下，进纸系统能做到“每次只进一张纸”，进纸系统的结构如图3所示设图中刚好有10张相同的纸，每张纸的质量均为m，搓纸轮按图示方向转动时带动最上面的第1张纸匀速向右运动，搓纸轮与纸张之间的动摩擦因数为1，纸张与纸张之间、纸张与底部摩擦片之间的动摩擦因数均为2，下列说法正确的是()图3a第1张纸受到搓纸轮的摩擦力方向向左b第2张与第3张纸之间的摩擦力大小为22mgc第10张纸与摩擦片之间的摩擦力为0d要做到“每次只进一张纸”，应要求12答案d解析第1张纸上表面受到搓纸轮施加的静摩擦力ff0，方向向右，第1张纸下表面受到第2张纸施加的滑动摩擦力ff，方向向左，ff2(mgf)，f为搓纸轮对第1张纸的压力，ff0ff1f，故12，a错误，d正确第2张与第3张纸之间的摩擦力及第10张纸与摩擦片之间的摩擦力都是静摩擦力，根据受力平衡知，大小均为ff，b、c错误5.如图4所示，两块木板紧紧夹住木块，一直保持静止，木块重为30n，木块与木板之间的动摩擦因数为0.2，若左右两端的正压力f都是100n，则木块所受的摩擦力的大小和方向是()图4a30n，方向向上b20n，方向向上c40n，方向向下d100n，方向向上答案a解析由于木块静止，故摩擦力与重力平衡，ffg30n，方向向上6如图5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，若要求继续保持平衡()图5a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b7(2019浙江宁波市重点中学联考)如图6所示，质量为m的小英坐在质量为m的雪橇上，狗拉着雪橇沿水平地面从静止开始向左移动了一段距离，假定狗对雪橇的拉力恒为f且与水平方向成角已知雪橇与雪地间的动摩擦因数为，重力加速度为g，则下列说法正确的是()图6a雪橇对小英的作用力大小大于mgb雪橇受到的滑动摩擦力大小为(mm)gc雪橇受到的滑动摩擦力大小为fcosd地面对雪橇的支持力大小为mgfsin答案a8如图7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7af1f2f3bf1f2f3cf1f3f2df3f1f2答案a9.如图8所示，物体a静止在粗糙水平面上，左边用一水平轻质弹簧和竖直墙相连，弹簧的长度大于原长现用从零开始逐渐增大的水平力f向右拉a，直到a被拉动，在a被拉动之前的过程中，弹簧对a的弹力f1的大小和地面对a的摩擦力ff大小的变化情况是()图8af1减小bf1增大cff先减小后增大dff始终减小答案c解析在a被拉动之前的过程中，弹簧长度始终不变，因此弹簧弹力f1不变，静止时弹簧的长度大于原长，则弹簧对a的拉力向左，由于水平面粗糙，因此物体受到水平向右的静摩擦力ff，当再用一个从零开始逐渐增大的水平力f向右拉a，直到把a拉动前过程中，物体a受到的静摩擦力ff从水平向右变为水平向左，所以ff大小先减小后增大，故选项c正确，a、b、d错误10物体a的质量为1kg，置于水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.2，从t0开始物体以一定初速度v0向右滑行的同时，受到一个水平向左的恒力f1n的作用，则能反映物体受到的摩擦力ff随时间变化的图象是下列图中的(取向右为正方向，g10m/s2)()答案a解析开始时，滑动摩擦力方向与速度方向相反，即水平向左，大小为ffmg2n；当物体的速度减到零时，由于物体受到向左的恒力f1n的作用，所以物体将受到向右的静摩擦力，大小等于1n，a项正确11.如图9，一长木板静止在倾角为的斜面上，长木板上一人用力推长木板上的物块，使物块与长木板间的摩擦力刚好为零，已知人、物块、长木板的质量均为m，人、物块与长木板间的动摩擦因数均为1，长木板与斜面间的动摩擦因数为2，重力加速度为g，则下列说法正确的是()图9a斜面对