2021届高考物理一轮复习第二章研究物体间的相互作用第1讲重力弹力摩擦力学案粤教版

1、第二章 研究物体间的相互作用高考导航考点内容要求全国卷三年考情分析201720182019形变、弹性、胡克定律卷t21：共点力的动态平衡卷t16：摩擦力、共点力的平衡卷t17：胡克定律、共点力的平衡卷t22：胡克定律、游标卡尺的读数卷t23：弹簧测力计的读数、图象法处理数据卷t19：共点力的动态平衡卷t16：力的分解、平衡条件的应用卷t16：受力分析、共点力的平衡滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力矢量和标量力的合成和分解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要点一、重力1.定义：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

2、比，即gmg。3.方向：竖直向下。4.重心：重力宏观作用效果的等效作用点。二、弹力1.弹力(1)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生的作用力。(2)产生条件：物体相互接触且发生弹性形变。(3)方向：总是与施力物体的形变方向相反。2.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。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是弹簧的形变量，但不是弹簧形变以后的长度。三、摩擦力1.静摩擦力与滑动摩擦力对比比较项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

3、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0ffmffn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，摩擦力的大小和压力的比值，表达式。(2)决定因素：与接触面的材料和粗糙程度有关。基础诊断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bd2.(2

4、019西宁模拟)图中各物体均处于静止状态。图中画出了小球a所受弹力的情况，其中正确的是()解析轻质杆对物体的弹力不一定沿着杆的方向，选项a中小球只受重力和杆的弹力且处于静止状态，由二力平衡可得小球受到的弹力应竖直向上，所以a错误；选项b中如果左边的绳有拉力，则竖直向上的那根绳就会发生倾斜，所以左边的绳没有拉力，故b错误；对于球与面接触的弹力方向，过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上)，即选项d中大半球对小球的支持力fn2应是沿着过小球与圆弧接触点的半径，且指向圆心的弹力，所以d错误；球与球相接触的弹力方向，垂直于过接触点的公切面(即在两球心的连线上)，而指向受力物体，由上可知c正确。

5、答案c3.一轻质弹簧原长为8 cm，在4 n的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度。则该弹簧的劲度系数为()a.40 m/n b.40 n/mc.200 m/n d.200 n/m解析由胡克定律得劲度系数k200 n/m，选项d正确。答案d4.(多选)如图1所示，物块m在静止的传送带上以速度v匀速下滑时，传送带突然启动，方向如图中箭头所示，若传送带的速度大小也为v，则传送带启动后()图1a.m静止在传送带上 b.m可能沿斜面向上运动c.m受到的摩擦力不变 d.m下滑的速度不变解析由m匀速下滑可知其处于平衡状态，受重力、摩擦力和支持力作用，传送带启动以后对m受力没有影响，不会影响其运动状

6、态，c、d项正确。答案cd5.(多选)粤教版必修1p58t2改编一个重600 n的物体放在水平地面上，要使它从原地运动，最小要用190 n的水平推力，若移动后只需180 n的水平推力即可维持物体匀速运动，那么()a.物体与地面间的最大静摩擦力为190 nb.物体与地面间的滑动摩擦力为190 nc.当用250 n的水平推力使物体运动后，物体受到的摩擦力为180 nd.物体与地面间的动摩擦因数为0.3答案acd弹力的分析与计算1.“三法”研判弹力的有无2.五种常见模型中弹力的方向常见的弹力弹力的方向弹簧两端的弹力与弹簧中心轴线重合，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杆的弹力可能沿

7、杆，也可能不沿杆，应具体情况具体分析面与面接触的弹力垂直于接触面指向受力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)且指向受力物体3.弹力大小的计算弹簧的弹力由胡克定律计算。其他微小形变产生的弹力，要结合运动状态，根据平衡条件或牛顿第二定律求解。特别提醒(1)任何弹力都是由于形变引起的。(2)胡克定律适用于能发生明显形变的弹簧、橡皮筋等物体。考向弹力有无的判断【例1】 图中光滑小球都与下表面接触，则小球一定受支持力的是()答案c考向弹力方向的判断【例2】 按下列要求画出图2中所示物体所受的弹力的示意图。图2(1)图甲中斜面对物块的支持力；(2)图乙中用细绳悬挂靠在光滑竖直墙上的小

8、球受到的弹力；(3)图丙中大半球面对小球的支持力；(4)图丁中光滑但质量分布不均的小球的球心在o点，重心在p点，静止在竖直墙和桌边之间，试画出小球所受弹力；(5)图戊中质量分布均匀的杆被细绳拉住而静止，画出杆所受的弹力。答案各物体所受弹力如图所示考向弹力大小的计算【例3】 如图3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3a.mg b.mgc.mg d.mg解析小球处于静止状态，其合力为零，对小球受力分析，如图所示，由图中几何关系可得fmg，选项d正确。答案d1.

9、(多选)如图4所示是锻炼身体用的拉力器，并列装有四根相同的弹簧，每根弹簧的自然长度都是40 cm，某人用600 n的力把它们拉长至1.6 m，则()图4a.人的每只手受到拉力器的拉力为300 nb.每根弹簧产生的弹力为150 nc.每根弹簧的劲度系数为125 n/md.每根弹簧的劲度系数为500 n/m解析每只手的拉力均为600 n，故选项a错误；每根弹簧的弹力为f n150 n，故选项b正确；每根弹簧的劲度系数k n/m125 n/m，故选项c正确，d错误。答案bc 2.如图5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

10、点，此时轻绳与竖直方向的夹角为60，重力加速度为g，则轻绳对小球的拉力大小为()图5a.2mg b.mgc.mg d.mg解析对b点处的小球受力分析，如图所示，则有ft sin 60fn sin 60ft cos 60fn cos 60mg解得ftfnmg，故c正确。答案c摩擦力的分析与计算1.明晰“三个方向”名称释义运动方向物体相对某参考系(一般以地面为参考系)的运动方向相对运动方向以其中一个物体为参考系，另一个物体相对该物体的运动方向相对运动趋势方向两物体间能发生却没有发生的相对运动的方向2.静摩擦力的分析与计算(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

11、大小。(2)物体有加速度时，若只受静摩擦力，则fma。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。3.滑动摩擦力的分析与计算(1)滑动摩擦力的大小可以用公式ffn来计算，应用此公式时要注意以下几点：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的大小不一定等于物体的重力。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。(2)结合研究对象的运动状态(静止、匀速运动或变速运动)，利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解。4.静摩擦力的有无及方向的判断方法(1)假设法(2)状态法先确定物体的运动状态，再根据平衡条件或牛顿第二定律，判断静摩擦力的方向。(3)牛顿

12、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。考向摩擦力方向的判断【例4】 在国际田联钻石联赛上海站百米大战中，苏炳添以10秒09的成绩夺冠，成为第一个在钻石联赛百米大战中夺冠的中国人。图6甲、乙为他奔跑途中的两个瞬间，其受力可简化成图丙、丁。用f1、f2分别表示他在图甲、乙两瞬间所受到的摩擦力，则关于f1、f2的方向，以下说法正确的是()图6a.f1向后，f2向后 b.f1向前，f2向前c.f1向前，f2向后 d.f1向后，f2向前解析在苏炳添奔跑途中，后脚用力向后蹬，他才向前运动，正是由于地面给后脚一个向前的静摩擦力，才使他能向前运

13、动；而当前脚向前跨出着地时，正是由于地面给前脚一个向后的静摩擦力，他才不会向前滑动，所以前脚受到地面的向后的静摩擦力，故选项c正确。答案c考向摩擦力大小的计算【例5】 如图7所示，物块a放在倾斜的木板上，已知木板的倾角分别为30和45时物块所受摩擦力的大小恰好相等，则物块和木块间的动摩擦因数为()图7a. b.c. d.解析当为30时，静摩擦力fmgsin 30mg；当为45时，滑动摩擦力ffnmgcos 45。由题意知，mgmgcos 45，所以。故选项c正确。答案c1.下列情景中，物体m所受摩擦力f的示意图正确的是()解析物体静止在水平面上时，不受摩擦力，选项a错误；汽车停在斜坡上时，有沿

14、斜坡向下滑动的趋势，则摩擦力方向沿斜坡向上，选项b正确；物体贴着竖直墙壁自由下落时，物体与墙壁间没有正压力，则没有摩擦力，选项c错误；瓶子被握在手中时，有下滑的趋势，则摩擦力方向向上，选项d错误。答案b2.如图8所示为某新型夹砖机，它能用两支巨大的“手臂”将几吨砖夹起，大大提高了工作效率。已知某夹砖机能夹起质量为m的砖，两支“手臂”对砖产生的最大压力为fnmax(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g)，则“手臂”与砖之间的动摩擦因数至少为()图8a. b.c. d.解析由于砖处于平衡状态，由平衡条件可得2fnmaxmg，解得，故b正确。答案b3.(2019甘肃省天水市调研)如图9所示，

15、a、b两个物体质量分别为m1和m2，a与b间动摩擦因数为1，b与地面间动摩擦因数为2，重力加速度大小为g。现用力f拉着a物体向右运动，b保持静止，则关于地面对b物体的摩擦力大小和方向，下列说法正确的是()图9a.2(m1m2)g，方向水平向左b.2(m1m2)g，方向水平向右c.2m2g，方向水平向左d.1m1g，方向水平向左解析对a受力分析，a受到重力、支持力、拉力和b对a的摩擦力fba1m1g，方向水平向左；对b受力分析，在水平方向b受到a对b的摩擦力fab与地面对b的摩擦力，由于b保持静止，所以地面对b的摩擦力与a对b的摩擦力大小相等，方向相反，又因为a对b的摩擦力和b对a的摩擦力是相互

16、作用力，大小相等，方向相反，故地面对b物体的摩擦力大小为1m1g，方向水平向左，故d正确，a、b、c错误。答案d摩擦力的突变问题1.“静静”突变物体在摩擦力和其他力的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，如果物体仍然保持静止状态，则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变。2.“动一静”突变在滑动摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物体停止滑行时，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。3.“静动”突变物体在静摩擦力和其他力作用下处于相对静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持相对静止状态，则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力。4.“动动”突变在某

17、物体相对于另一物体滑动的过程中，若突然相对运动方向变了，则滑动摩擦力方向发生“突变”。【例6】 “动静”突变如图10所示，斜面固定在地面上，倾角为37(sin 37 0.6，cos 370.8)。质量为1 kg 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f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，g10 m/s2)()图10解析滑块上升过程中受到滑动摩擦力作用，由ffn和fnmgcos 联立得f6.4 n，方向沿斜面向下。当滑块的速度减为零后，由于重力的分力mgsin mgcos ，滑块不动，滑块受的摩擦力为静

18、摩擦力，由平衡条件得fmgsin ，代入可得f6 n，方向沿斜面向上，故选项b正确。答案b1.“静静”突变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11所示，其中f110 n，f22 n，若撤去f1，则木块受到的摩擦力为()图11a.10 n，方向向左 b.6 n，方向向右c.2 n，方向向右 d.0解析当物体受f1、f2及摩擦力的作用而处于平衡状态时，由平衡条件可知物体所受的摩擦力的大小为8 n，方向向左。则最大静摩擦力fmax8 n。当撤去力f1后，f22 nfmax，物体仍处于静止状态，由平衡条件可知物体所受的静摩擦力大小和方向发生突变

19、，且与作用在物体上的f2等大反向，选项c正确。答案c2.“静动”突变(多选)如图12甲所示，a、b两个物体叠放在水平面上，b的上下表面均水平，a物体与一拉力传感器相连接，连接拉力传感器和物体a的细绳保持水平。从t0时刻起，用一水平向右的力fkt(k为常数)作用在b物体上，拉力传感器的示数随时间变化的图线如图乙所示，已知k、t1、t2，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。据此可求()图12a.a、b之间的最大静摩擦力b.水平面与b之间的滑动摩擦力c.a、b之间的动摩擦因数abd.b与水平面间的动摩擦因数解析当f大于b与地面间的最大静摩擦力后，拉力传感器才有示数，地面对b的最大静摩擦力为fmkt1，a、

20、b相对滑动后，拉力传感器的示数保持不变，则fabkt2fmk(t2t1)，选项a、b正确；由于a、b的质量未知，则ab和不能求出，选项c、d错误。答案ab课时作业(时间：40分钟)基础巩固练1.(多选)关于胡克定律，下列说法正确的是()a.由fkx可知，在弹性限度内弹力f的大小与弹簧形变量x成正比b.由k可知，劲度系数k与弹力f成正比，与弹簧的形变量x成反比c.弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的，与弹力f的大小和弹簧形变量x的大小无关d.弹簧的劲度系数在数值上等于在弹性限度内弹簧伸长(或缩短)单位长度时弹力的大小答案acd2.足球运动是目前全球体育界最具影响力的运动项目，深受青少年喜爱。

21、如图1所示为四种与足球有关的情景，下列说法正确的是()图1a.图甲中，静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力b.图乙中，静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力c.图丙中，即将被踢起的足球一定能被看作质点d.图丁中，落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变答案d3.在日常生活及各项体育运动中，有弹力出现的情况比较普遍，如图2所示的情况就是一个实例。当运动员踩压跳板使跳板弯曲到最低点时，下列说法正确的是()图2a.跳板发生形变，运动员的脚没有发生形变b.运动员受到的支持力是运动员的脚发生形变而产生的c.此时跳板对运动员的支持力和运动员的重力等大d.此时跳板对运动员的支持力

22、大于运动员的重力解析发生相互作用的物体均要发生形变，故a错误；发生形变的物体，为了恢复原状，会对与它接触的物体产生弹力的作用，b错误；在最低点，运动员虽然处于瞬时静止状态，但接着运动员要加速上升，故此时跳板对运动员的支持力大于运动员的重力，c错误，d正确。答案d4.(2019江苏扬州一模)如图3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f与位移s的关系图线是()图3答案d5.中国制造2025是国家实施强国战略行动纲领，智能机器制造是一个重要方向，如图4所示，一机械臂铁夹竖直夹起一个金属小球，小球在空中处于静止状态，

23、铁夹与球接触面保持竖直，则()图4a.小球受到的摩擦力方向竖直向下b.小球受到的摩擦力与重力大小相等c.若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力变大d.若铁夹水平移动，小球受到的摩擦力变大解析对小球受力分析可知，小球受重力、两侧铁夹的弹力以及摩擦力作用，根据平衡条件可知，小球在竖直方向上受到的摩擦力与重力大小相等，方向相反，故a项错误，b项正确；增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力仍等于重力，大小不变，故c项错误；若水平移动铁夹，由于小球在竖直方向受力始终平衡，故摩擦力大小不变，故d项错误。答案b6.如图5所示，质量为m的质点静止地放在半径为r的半球体上，质点与半球体间的动摩擦因数为，质点与

24、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5a.地面对半球体的摩擦力方向水平向左b.质点对半球体的压力大小为mgcos c.质点所受摩擦力大小为mgsin d.质点所受摩擦力大小为mgcos 答案d7.(多选)如图6甲所示，一人用由零逐渐增大的水平力f推静止于水平地面上的质量为10 kg的木箱，木箱所受的摩擦力f与f的关系如图乙所示，下列说法正确的是(g取10 m/s2)()图6a.木箱所受的最大静摩擦力fm21 nb.木箱所受的最大静摩擦力fm20 nc.木箱与地面间的动摩擦因数0.21d.木箱与地面间的动摩擦因数0.2解析木箱受到的静摩擦力随推力的增大而增大，最

25、大静摩擦力为21 n，当推力f21 n时，摩擦力变为滑动摩擦力，大小为20 n，木箱与地面间的动摩擦因数0.2，选项a、d正确。答案ad8.如图7所示，一根原长为10 cm、劲度系数为1 000 n/m的弹簧一端固定在倾角为30的粗糙斜面底端，弹簧轴线与斜面平行，弹簧处于自然伸直状态，将重80 n的物体a放在斜面上，放置物体a后，弹簧长度缩短为8 cm。现用一弹簧测力计沿斜面向上拉物体，若物体与斜面间的最大静摩擦力为25 n，当弹簧的长度仍为8 cm时，弹簧测力计示数不可能为()图7a.10 n b.20 nc.40 n d.60 n解析当物体受到的静摩擦力方向沿斜面向下，且达到最大静摩擦力时

26、，测力计的示数最大，此时有fkxgsin fm，解得f45 n，故弹簧测力计示数不能超过45 n，选项d正确。答案d9.如图8所示，弹簧测力计和细绳重力不计，不计一切摩擦，物体的重力为g5 n。当装置稳定时，弹簧测力计a和b的读数分别为()图8a.5 n、0 b.5 n、10 nc.5 n、5 n d.10 n、5 n解析弹簧测力计的示数为弹簧测力计挂钩上所受力的大小，无论弹簧测力计的右端是固定在支架上还是挂上重物，其作用效果都是相同的，所以弹簧测力计受到的拉力的大小都等于物体所受的重力的大小，选项c正确。答案c综合提能练10.如图9所示，a、b两物体叠放在水平地面上，a物体质量m20 kg，

27、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，轻弹簧处于自然状态，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。现用一水平推力f作用于物体b上使b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/s2)()图9a.350 n b.300 nc.250 n d.200 n解析假设a、b间没有相对滑动，则轻弹簧的压缩量为x0.2 m，此时轻弹簧的弹力大小为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

28、，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，由b缓慢移动，可知推力的大小为ff1f2300 n，选项b正确。答案b11.(2019邯郸模拟)小车上固定一根弹性直杆a，杆顶固定一个小球b(如图10所示)，现让小车从光滑斜面上自由下滑，在下图的情况中杆发生了不同的形变，其中正确的是()图10解析小车沿光滑的斜面下滑时的加速度agsin ，即小球沿斜面方向的合力为mgsin ，杆只对小球施加了垂直于斜面向上的支持力，故c正确。答案c12.如图11甲所示，粗糙的水平地面上有一斜劈，斜劈上一物块正沿斜面以速度v0匀速下滑，斜劈保持静止，地面对斜劈的摩擦力为f1；如图乙所示，若对该物块施加一平行于斜面向下的推力f1，使其加速下滑，则地面对斜劈的摩擦力为f2；如图丙所示，若对该物块施加一平行于斜面向上的推力f2，使其减速下滑，则地面对斜劈的摩擦力为f3。下列关于f1、f2、f3的大小关系正确的是()图11a.f10 b.f2f3c.