备战2024年高考物理一轮重难点复习 第二章 相互作用-力

相互作用——力1．知道力的概念及矢量性，会作力的图示。2．了解重力产生的原因，会确定重力的大小和方向，理解重心的概念。3．知道形变的概念，并会区分某种形变是弹性形变还是非弹性形变。4．知道弹力的定义及产生的条件，会判断两个物体间是否存在弹力，并会判断弹力的方向。5．掌握胡克定律并能用此定律解决有关问题。一、力1.力的概念：力是物体对物体的作用。2.力的三要素：力的大小、方向、作用点。3.力的表示方法：力的图示或力的示意图。二、重力1.产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。2.大小：G＝mg。3.方向：总是竖直向下的。4.重心：物体各部分都受重力的作用，从效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫作物体的重心；质量分布均匀的规则物体的重心在其几何中心上，形状不规则或质量分布不均匀的薄板，重心可用悬挂法确定。三、弹力1.弹力(1)定义：发生弹性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)产生的条件①物体间直接接触。②接触处发生弹性形变。(3)方向：总是与物体形变的方向相反。2.胡克定律(1)内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。(2)表达式：F＝eq\a\vs4\al(kx)。k是弹簧的劲度系数，由弹簧自身的性质决定，单位是N/m，x是弹簧长度的改变量，不是弹簧形变以后的长度。3.弹力有无的判断(1)条件法：根据弹力产生的两个条件——接触和形变直接判断。(2)假设法：假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定有弹力。(3)状态法：根据物体的运动状态，由平衡条件或牛顿第二定律进行判断。4.弹力方向的判断(1)五种常见模型中弹力的方向(2)根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向。5弹力大小的计算(1)应用胡克定律F＝kx计算弹簧的弹力．注意：x表示形变量．(2)物体静止或做匀速直线运动时，用共点力平衡来计算弹力．(3)物体不平衡时应用牛顿第二定律计算弹力．四、摩擦力1.静摩擦力(1)定义：两个物体之间只有相对运动趋势，而没有相对运动时的摩擦力。(2)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。(3)方向：沿两物体的接触面，与相对运动趋势的方向相反。(4)大小：0<F≤eq\a\vs4\al(Fmax)。2.滑动摩擦力(1)定义：一个物体在另一个物体表面滑动时，受到另一物体阻碍它们相对滑动的力。(2)产生条件：接触面粗糙；接触处有弹力；两物体间有相对运动。(3)方向：沿两物体的接触面，与相对运动的方向相反。(4)大小：F＝eq\a\vs4\al(μFN)，μ为动摩擦因数，其值与两个物体的材料和接触面的粗糙程度有关。3.对摩擦力的理解(1)摩擦力的方向总是与物体间相对运动(或相对运动趋势)的方向相反,但不一定与物体的运动方向相反。(2)摩擦力总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势)，但不一定阻碍物体的运动。(3)摩擦力不一定是阻力，也可以是动力。(4)受静摩擦力作用的物体不一定静止，但一定保持相对静止。4.静摩擦力的有无及方向的判断方法(1)假设法(2)状态法根据平衡条件、牛顿第二定律,判断静摩擦力的方向。(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。5.摩擦力的突变问题当物体的受力情况发生变化时，摩擦力的大小和方向往往会发生变化，有可能导致静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化。常见的摩擦力突变模型如下。分类案例图示“静—静”突变在水平力F作用下物体静止于斜面上，F突然增大时物体仍静止，则物体所受静摩擦力的大小或方向将“突变”“静—动”突变物体放在粗糙水平面上，作用在物体上的水平力F从零逐渐增大，当物体开始滑动时，物体受水平面的摩擦力由静摩擦力“突变”为滑动摩擦力“动—静”突变滑块以v0冲上斜面做减速运动，当到达某位置时速度减为零而后静止在斜面上，滑动摩擦力“突变”为静摩擦力“动—动”突变水平传送带的速度v1大于滑块的速度v2，滑块受滑动摩擦力方向水平向右，当传送带突然被卡住时，滑块受到的滑动摩擦力方向“突变”为向左五、作用力和反作用力1．力是物体对物体的作用，一个力一定存在着受力物体和施力物体。2．力的作用总是相互的，物体间相互作用的这一对力叫作作用力和反作用力。作用力和反作用力总是互相依赖、同时存在的。六、牛顿第三定律1．实验探究：如图，两个弹簧测力计A和B连接在一起，用手拉测力计A，结果发现两个弹簧测力计的示数是相等的。改变拉力，弹簧测力计的示数也随着改变，但两个弹簧测力计的示数总是相等，这说明作用力和反作用力大小相等，方向相反。2．牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。七、平衡力与相互作用力1．一对相互平衡的力作用在同一个物体上，一对作用力与反作用力分别作用在两个物体上。2．一对相互平衡的力不一定是同一种类的力，而一对作用力和反作用力一定是同一种类的力。八.合力与分力(1)定义：如果一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同，这个力叫作那几个力的合力，那几个力叫作这个力的分力．(2)关系：合力与分力是等效替代关系．九.力的合成(1)定义：求几个力的合力的过程．(2)运算法则①平行四边形定则：求两个互成角度的分力的合力，可以用表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向．如图甲所示，F1、F2为分力，F为合力．②三角形定则：把两个矢量的首尾顺次连接起来，第一个矢量的起点到第二个矢量的终点的有向线段为合矢量．如图乙，F1、F2为分力，F为合力．3.求合力的方法(1)作图法：作出力的图示，结合平行四边形定则，用刻度尺量出表示合力的线段的长度，再结合标度算出合力大小．(2)计算法：根据平行四边形定则作出力的示意图，然后利用勾股定理、三角函数、正弦定理等求出合力．4合力范围的确定(1)两个共点力的合力大小的范围：|F1－F2|≤F≤F1＋F2.①两个力的大小不变时，其合力随夹角的增大而减小．②合力的大小不变时，两分力随夹角的增大而增大．③当两个力反向时，合力最小，为|F1－F2|；当两个力同向时，合力最大，为F1＋F2.④当两个力大小都为F，夹角为时，其合力大小F合。(2)三个共点力的合力大小的范围①最大值：三个力同向时，其合力最大，为Fmax＝F1＋F2＋F3.②最小值：如果一个力的大小处于另外两个力的合力大小范围内，则其合力的最小值为零，即Fmin＝0；如果不处于，则合力的最小值等于最大的一个力减去另外两个力的大小之和，即Fmin＝F1－(F2＋F3)(F1为三个力中最大的力)．十．力的分解1.力的分解是力的合成的逆运算，遵循的法则：平行四边形定则或三角形定则．2.分解方法(1)按力产生的效果分解；(2)正交分解如图，将结点O的受力进行分解．3.力的效果分解法(1)根据力的实际作用效果确定两个实际分力的方向．(2)再根据两个分力方向画出平行四边形．(3)最后由几何知识求出两个分力的大小和方向．4.力的正交分解法(1)建立坐标轴的原则：在静力学中，以少分解力和容易分解力为原则(使尽量多的力分布在坐标轴上)；在动力学中，往往以加速度方向和垂直加速度方向为坐标轴建立坐标系．(2)多个力求合力的方法：把各力向相互垂直的x轴、y轴分解．x轴上的合力Fx＝Fx1＋Fx2＋Fx3＋…y轴上的合力Fy＝Fy1＋Fy2＋Fy3＋…合力大小F＝eq\r(Fx2＋Fy2)若合力方向与x轴夹角为θ，则tanθ＝eq\f(Fy,Fx).十一、受力分析1.受力分析的一般步骤2.整体法与隔离法整体法隔离法概念将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法将研究对象与周围物体分隔开来分析的方法选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力或求系统整体的加速度研究系统内物体之间的相互作用力整体法不用画系统之间的作用力3.受力分析的三个技巧(1)不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆．(2)除了根据力的性质和特点进行判断，假设法是判断弹力、摩擦力有无及方向的常用方法．(3)善于转换研究对象，尤其是弹力、摩擦力的方向不易判定的情形，可以分析与其接触物体的受力，再应用牛顿第三定律判定．十二、共点力平衡(1)平衡状态：物体静止或做匀速直线运动．(2)平衡条件：F合＝0或Fx＝0且Fy＝0.(3)常用推论①二力平衡：两力大小相等，方向相反，作用在同一物体同一直线上②若物体受n个作用力而处于平衡状态，则其中任意一个力与其余(n－1)个力的合力大小相等、方向相反．③若三个共点力的合力为零，则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一个封闭三角形（三个力不在同一直线上）．2.处理共点力平衡问题的基本思路确定平衡状态(加速度为零)→巧选研究对象(整体法或隔离法)→受力分析→建立平衡方程→求解或作讨论．一、单选题1．一本书静止放在水平桌面上，下列说法正确的是（

）A．桌面对书的支持力的大小等于书的重力，它们是一对平衡力B．书受到的重力和桌面对书的支持力是一对作用力与反作用力C．书对桌面的压力就是书的重力，它们是同性质的力D．书对桌面的压力和桌面对书的支持力是一对平衡力【答案】A【详解】A．桌面对书的支持力的大小等于书的重力，它们是一对平衡力，A正确；B．书受到的重力和桌面对书的支持力是一对平衡力，B错误；C．书对桌面的压力不是书的重力，它们是性质不同的力，压力的性质是弹力，C错误；D．书对桌面的压力和桌面对书的支持力是一对作用力和反作用力，D错误。故选A。2．已知两个共点力的合力大小为10N，其中一个分力大小为30N，则另一个分大小可能是（）A．10N B．30N C．50N D．70N【答案】B【详解】根据合力与分力的关系可得另一个分力的大小范围为故选B。3．如图所示，质量为m的木箱P静止在倾角为的斜面上，木箱与斜面之间的动摩擦因数为，重力加速度为g，则斜面对木箱的摩擦力大小为（）A． B． C． D．【答案】A【详解】木箱处于平衡状态，在沿斜面方向，斜面对木箱的摩擦力与木箱重力沿斜面向下的分力平衡，即故选A。4．如图所示，一只蚂蚁（可视为质点）在半球形碗内从底部经b点缓慢爬到a点处，整个过程中蚂蚁受到的合力（）A．逐渐增大 B．逐渐减小 C．始终不变 D．先减小后增大【答案】C【详解】蚂蚁缓慢爬行，一直处于平衡状态，合力始终等于零，始终不变。故选C。5．如图所示，某同学将一块物块轻放在塑料直尺的一端，并将该端伸出水平桌面边缘。现将直尺缓慢向外移动，弯曲程度变大，物块相对直尺始终保持静止，则在此过程中（）A．物块对直尺的压力是直尺发生形变而产生的B．物块受到的摩擦力在不断减小C．直尺对物块的作用力大于物块对直尺的作用力D．直尺对物块的作用力方向始终竖直向上【答案】D【详解】A．物块对直尺的压力是物块发生形变而产生的，故A错误；B．根据受力平衡可得直尺缓慢向外移动，弯曲程度变大，即越来越大，则物块受到的摩擦力在不断增大，故B错误；C．根据牛顿第三定律可知，直尺对物块的作用力等于物块对直尺的作用力，故C错误；D．根据受力平衡可知，直尺对物块的作用力与重力平衡，则方向始终竖直向上，故D正确。故选D。6．餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示，三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上，下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300g，相邻两盘间距1.0cm，重力加速度大小取10m/s2。弹簧始终在弹性限度内，每根弹簧的劲度系数为（

）A．10N/m B．100N/m C．200N/m D．300N/m【答案】B【详解】由题知，取走一个盘子，稳定后余下的正好升高补平，则说明一个盘子的重力可以使弹簧形变相邻两盘间距，则有mg=3∙kx解得k=100N/m故选B。7．如图所示，水平面上固定两排平行的半圆柱体，重为G的光滑圆柱体静置其上，a、b为相切点，，半径Ob与重力的夹角为37°。已知，，则圆柱体受到的支持力Fa、Fb大小为（

）A．， B．，C．， D．，【答案】D【详解】对光滑圆柱体受力分析如图由题意有故选D。8．如图所示，重力为G的木块，在水平向右的推力F的作用下，恰好能沿着倾角为的光滑斜面匀速上滑，斜面固定在水平地面上，若不计空气阻力，下列说法正确的是（

）A．木块一共受4个力作用B．斜面对木块的作用力等于GC．木块对斜面的作用力大于GD．若木块是匀速下滑，则水平向右的推力要小于F【答案】C【详解】A．木块受重力、支持力、推力3个力作用，故A错误；BC．根据力的合成法则可知，斜面对木块的作用力为根据牛顿第三定律可知，木块对斜面的作用力大于G，故B错误，C正确；D．若木块是匀速下滑，根据力的平衡条件可知，水平向右的推力要等于F，故D错误；故选C。9．如图所示，两轻质弹簧P、Q连接在一起，Q的下端与一质量为m的物块相连，物块处于静止状态。已知P、Q的劲度系数分别为、，且，重力加速度为g。下列说法正确的是（）A．P对Q的拉力与Q对P的拉力是一对平衡力B．P对Q的拉力与Q对P的拉力是一对相互作用力C．弹簧P、Q的形变量相同D．与Q相比，P的形变量更大【答案】B【详解】A．平衡力是作用在同一物体上，大小相等，方向相反，使物体保持平衡状态的两个力，P对Q的拉力是作用在Q上，Q对P的拉力是作用在P上，不满足平衡力的条件，故A错误；B．相互作用力是作用在不同的两个物体上，大小相等，方向相反，且同时产生同时消失，P对Q的拉力是作用在Q上，Q对P的拉力是作用在P上，两个力是一对相互作用力，故B正确；CD．由于P对Q的拉力与Q对P的拉力是一对相互作用力，两个弹簧的弹力大小相等，即且有则应满足即Q的形变量更大，故CD错误。故选B。10．如图所示，用一轻质细绳系着一质量为2kg的小球，细绳的另一端固定在墙壁上，为了防止小球碰到墙壁，在小球和墙壁之间放置一水平轻质弹簧，弹簧的一端与竖直墙壁固定。小球处于静止状态时，细绳与竖直墙壁之间夹角为30°，已知重力加速度为10m/s2，小球可视为质点，则（

）A．小球所受合力为20NB．细绳上的张力大小为C．弹簧处于伸长状态，弹力大小为D．剪断细绳瞬间小球的加速度大小为【答案】B【详解】A.小球处于静止状态，合力为零，A错误；B.对小球进行受力分析，设细绳得拉力为T，根据共点力平衡得则B正确；C.由受力分析得方向水平向右，弹簧处于压缩状态，C错误；D.剪断细绳瞬间，弹簧弹力不会突变，重力不变，则细绳的拉力为小球的合力，根据牛顿第二定律得则D错误。故选B二、多选题11．如图甲所示，用两手指对称地压在锥体的两侧，再将锥体提于空中处于静止状态，其简化图如图乙所示，若锥体的质量m=0.1kg，顶角θ=60°，手指与锥体接触面间的动摩擦因数为，下列说法正确的是（）A．锥体受到3个力的作用B．锥体受到5个力的作用C．食指对锥体的压力可以为3ND．拇指对锥体的压力可以为1N【答案】BC【详解】AB．锥体受两个压力、两个静摩擦力、一个重力，共五个力，故A错误，B正确；CD．恰好将锥体提起时，食指对锥体施加的压力N和静摩擦力f的分解如图所示所以由几何规律得由对称性知，拇指对锥体施加的压力和静摩擦力的竖直分量与N1和f1相同，由平衡条件可得即解得故食指和拇指对锥体的压力大于等于2N即可保证锥体悬空静止，故C正确，D错误。故选BC。12．如图所示，粗糙水平面上放着一横截面为圆的柱状物体A，固定竖直挡板与A物体之间放着一横截面为圆的光滑柱体B。系统平衡时，A、B两物体的接触点恰为圆弧的中点，已知B物体的质量为，重力加速度为，下列说法正确的是（）A．竖直挡板与B物体间的弹力大小为B．A、B两物体之间的弹力大小为C．若将A稍左移并固定，竖直挡板与B间的弹力将增大D．若将A稍左移并固定，地面对A的支持力不变【答案】AD【详解】AB．将圆弧面看成是倾角不同的斜面组合而成，对物体B受力分析如图所示由平衡条件可得，解得，当A、B两物体的接触点恰为圆弧的中点时，，此时可得，故A正确，B错误；C．若将A稍左移并固定，则角减少，可知减少，即竖直挡板与B间的弹力将减小，故C错误；D．由整体法可知，地面对A的支持力等于A、B整体的重力，若将A稍左移并固定，地面对A的支持力不变，故D正确。故选AD。13．如图所示，在固定好的水平和竖直的框架上，A、B两点连接着一根绕过光滑轻小滑轮的不可伸长的细绳，重物悬挂于滑轮下，处于静止状态。若按照以下的方式缓慢移动细绳的端点，则下列判断正确的是（）A．只将绳的左端移向A′点，拉力变小B．只将绳的左端移向A′点，拉力不变C．只将绳的右端移向B′点，拉力变小D．只将绳的右端移向B′点，拉力变大【答案】BD【详解】AB．设滑轮两侧绳子与竖直方向的夹角为α，绳子的长度为L，B点到A点的距离为s，根据几何知识和对称性，得以滑轮为研究对象，设绳子拉力大小为F，根据平衡条件得联立解得当只将绳的左端移向A′点，s不变，可知F不变，故A错误，B正确；CD．当只将绳的右端移向B′点，s增加，可知F增大，故C错误，D项正确。故选BD。14．一倾角为的斜劈放在水平地面上，物块与斜劈间的动摩擦因数为，现给物体施加如图所示的力F，F与竖直方向夹角为，物块沿斜面下滑，斜劈仍静止，已知，斜劈的质量为M，物块的质量为m，设地面对斜劈的支持力为，地面对斜劈的摩擦力为f，则下列说法中正确的是（）A． B．C． D．【答案】AC【详解】由题意可知所以物块在没有施加外力F时，可以沿斜面匀速下滑，此时物块受重力、支持力和摩擦力作用，三力平衡，所以支持力和摩擦力的合力与重力等大反向。根据牛顿第三定律可知，物体对斜面体的作用力方向竖直向下，大小等于mg。施加力F后，物块受重力、支持力、摩擦力和推力F，导致支持力变大，因为所以支持力和滑动摩擦力同比增加，故其合力的方向不变，大小增大。根据牛顿第三定律，物体对斜面体的压力和滑动摩擦力的合力方向也不变，竖直向下，大小大于mg，因此对M受力分析可知故选AC。15．如图甲所示，挡板与挡板夹角为，的角平分线沿竖直方向，将一个重的铅球放在两挡板之间，现将整个装置以过O点的水平线为轴沿逆时针方向缓慢地转动，直到沿竖直方向位置如图乙所示，整个过程两挡板的夹角保持不变，忽略一切摩擦力，则（

）A．挡板对小球的作用力逐渐减小B．挡板对小球的作用力先增大后减小C．转动前挡板对小球的作用力大小为60ND．图乙中挡板对小球的作用力大小为【答案】AC【详解】AB．整个过程球处于动态平衡，由力的平衡条件可知两支持力的合力与重力等大反向，两挡板的支持力之间的夹角始终为，受力分析如图所示当装置转动到挡板竖直时，由图可知该过程中挡板对球的作用力逐渐减小，挡板对球的作用力逐渐增大，故A正确，B错误；C．根据对称性可知，转动前挡板对球的作用力大小等于挡板对球的作用力大小，根据受力平衡可得解得转动前挡板对球的作用力大小为故C正确；D．转动后，以球为对象，根据受力平衡可得可得挡板对球的作用力大小为故D错误。故选AC。三、实验题16．某学习小组通过以下实验来“验证力的平行四边形定则”。（1）如图甲所示，把白纸固定在木板上后，再把木板竖直固定，将图钉固定在A点，弹簧测力计一端固定在图钉上，另一端与细绳a相连，细绳a与细绳b、c相连接，细绳b、c跨过光滑定滑轮后，分别悬挂3个和5个质量均为50g的钩码，稳定后，a、b、c的结点位于O处，此时弹簧测力计的读数为N，记录O点的位置和。（2）如图乙所示，取图中长度为标度表示0.5N，请在图乙中用力的图示作出细绳b、c的拉力F1和F2，并作出它们合力F′的示意图。若在误差允许范围内满足F，则力的平行四边形定则可得到验证。（取g=10m/s2）（3）弹簧测力计的外壳与白纸之间存在摩擦（填“会”或“不会”）对实验产生影响。【答案】3.00两条细绳的方向见解析不会【详解】（1）[1]弹簧测力计需要估读一位，所以读数为3.00N。[2]本实验需要记录b、c绳上拉力的方向，即两条细绳的方向。（2）[3]依题意，有示意图为（3）[4]由于弹簧秤内部弹簧并不和外壳接触，因此实验中弹簧秤的外壳与纸面间的摩擦不影响细绳受到拉力的大小。所以弹簧测力计的外壳与白纸之间存在摩擦，不会对实验产生影响。17．在探究弹簧弹力与形变量之间关系的实验中（1）将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在方向；（填“水平”或“竖直”）（2）弹簧自然悬挂，待弹簧稳定时，长度记为，弹簧下端挂上砝码盘稳定时，长度记为，在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧稳定时长度依次记为至，数据如下表，表中有一个数值记录不符合规范，其长度符号为；长度符号数值/cm26.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30（3）以砝码的质量为纵轴，弹簧总长度与的差值为横轴建立直角坐标系，根据表中数据描绘出图像；（4）根据图像计算可得该弹簧的劲度系数为N/m；（结果保留两位有效数字，重力加速度取）。【答案】竖直5.0【详解】（1）[1]因为弹簧有自重，所以在探究弹簧的弹力与形变量之间的关系时，需要排除自身重力带来的误差，故实验时弹簧轴线和刻度尺都应在竖直方向；（2）[2]根据表格中的数据，可知该刻度尺的分度值为1mm，只有测量的数据保留到分度值，其余都是保留到了分度值的下一位，故数值记录不符合规范；（4）[3]根据胡克定律公式结合图像的斜率可得该弹簧的劲度系数四、解答题18．如图，质量为的物块，放在倾角的固定斜面上静止不动。按照力实际产生的效果来分解重力。g取10m/s2，，，求物块重力的两个分力F1、F2的大小各是多少？【答案】，【详解】重力产生“使物体有沿斜面向下滑的趋势”和“垂直于接触面方向压紧斜面”两个效果，所以重力的两个分力一个是