专题02 相互作用（讲义）（原卷版）

专题02相互作用明目录目录学考要求速览必备知识梳理高频考点精讲考点一、重力与弹力考点二、摩擦力考点三、牛顿第三定律考点四、力的合成与分解考点五、受力分析力的平衡实战能力训练一、重力与弹力理解重力及重心的概念，会用二力平衡知识确定重心。会用力的图示和力的示意图表示力。知道形变的概念及产生弹力的条件。知道压力、支持力和绳的拉力都是弹力，会分析弹力的方向。二、摩擦力知道滑动摩擦力的概念及产生条件，会判断滑动摩擦力的方向。知道滑动摩擦力的大小跟什么有关，会求滑动摩擦力。知道静摩擦力的概念及产生条件，会判断静摩擦力的方向。知道最大静摩擦力的概念，知道静摩擦力的大小范围。三、牛顿第三定律理解作用力和反作用力的概念，知道一对作用力和反作用力与一对平衡力的区别。理解牛顿第三定律，并会用其解决简单问题。能对一些简单的问题进行受力分析。四、力的合成与分解知道什么是共点力。知道合力和分力的概念，合力与分力是等效替代关系。知道什么是力的合成和力的分解，理解力的合成和分解遵循的规律——平行四边形定则。知道平行四边形定则是矢量合成的普遍法则。五、共点力的平衡知道什么是共点力，知道什么是平衡状态，掌握共点力平衡的条件。会利用合成法或分解法分析三力平衡问题。知识点1力与重力一、力力是物体与物体之间的相互作用。力的作用效果是使物体发生形变或改变物体的运动状态。二、重力由于地球对物体的吸引而使物体受到的力。大小：G＝mg，方向：竖直向下。1.重力加速度g的特点（1）在地球上同一地点g值是一个不变的常数。（2）g值随着纬度的增大而增大。（3）g值随着高度的增大而减小。2.重心：物体的重心与物体的几何形状、物体的质量分布有关；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，重心可用悬挂法确定。知识点2形变和弹力、胡克定律1.形变（1）形变：物体在力的作用下形状或体积的变化。（2）弹性形变：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，会对与它接触的物体产生力的作用，这个力叫作弹力。（2）产生条件：物体相互接触且物体发生弹性形变。（3）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：F＝kx（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）。知识点3弹力有无及方向的判断一、判断弹力有无的“三法”1.条件法：根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力。此方法多用来判断形变较明显的情况。2.假设法：对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的运动状态，若运动状态不变，则此处可能不存在弹力；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，利用牛顿第二定律计算二、弹力方向的判断知识点4弹力大小的计算一、弹力大小的计算方法（1）对有明显形变的弹簧、橡皮条等物体，弹力的大小可以由胡克定律F＝kx计算。注意：x表示弹簧伸长（或缩短）的长度，形变量没有超出弹性限度。（2）对于难以观察的微小形变，可以根据物体的受力情况和运动情况，运用共点力的平衡条件或牛顿第二定律来确定弹力大小。知识点5静摩擦力、滑动摩擦力1.定义：相互接触且发生形变的粗糙物体间，有相对运动或相对运动趋势时，在接触面上所产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力。2.产生条件：接触面粗糙；接触面间有弹力；物体间有相对运动或相对运动趋势。3.大小：滑动摩擦力f＝μFN，静摩擦力：0≤f≤fmax。4.方向：与相对运动或相对运动趋势方向相反。5.作用效果：阻碍物体间的相对运动或相对运动趋势。知识点6静摩擦力的有无及方向判断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的方向。知识点7摩擦力大小的计算一、静摩擦力大小的计算方法1.物体处于平衡状态：利用平衡条件求解。2.物体处于加速状态：应用牛顿第二定律F合＝ma求解。3.最大静摩擦力：与接触面间的压力成正比，其值略大于滑动摩擦力，通常认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力，即Fmax＝μFN。二、滑动摩擦力大小的计算方法1.公式法：F＝μFN；注意：FN是两物体间的正压力，不一定等于物体的重力。2.状态法：利用平衡条件或牛顿第二定律列方程求解。知识点8合力与分力1.定义：如果一个力的作用效果跟几个力共同作用的效果相同，这一个力就叫那几个力的合力，那几个力就叫这个力的分力。2.逻辑关系：合力和分力是一种等效替代的关系。3.共点力：作用在物体上的力的作用线或作用线的反向延长线交于一点的力。4.平行四边形定则：求两个互成角度的共点力F1、F2的合力，可以用表示F1、F2的有向线段为邻边作平行四边形，平行四边形的对角线（在两个有向线段F1、F2之间）就表示合力的大小和方向，如图甲所示。5.三角形定则：求两个互成角度的共点力F1、F2的合力，可以把表示F1、F2的线段首尾顺次相接地画出，把F1、F2的另外两端连接起来，则此连线就表示合力的大小和方向，如图乙所示。知识点9合力大小的范围1.两个共点力的合成：｜F1－F2｜≤F≤F1＋F2。即两个力的大小不变时，其合力随夹角的增大而减小，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。2.三个共点力的合成（1）三个力共线且同向时，其合力最大，为F＝F1＋F2＋F3。（2）任取两个力，求出其合力的范围，如果第三个力在这个范围之内，则三个力的合力最小值为零；如果第三个力不在这个范围内，则合力最小值等于最大的力减去另外两个力。知识点10共点力合成的常用方法1.作图法：从力的作用点O起，按同一标度作出两个分力F1和F2的图示，再以F1和F2的图示为邻边作平行四边形，画出过作用点O的对角线，量出对角线的长度，计算出合力F的大小，量出对角线与某一分力的夹角，确定合力F的方向（如图所示）。2.计算法：若两个力F1、F2的夹角为θ，如图所示，合力的大小可由余弦定理得到，即F＝F12＋F2知识点11牛顿第三定律1.作用力和反作用力：两个物体之间的作用总是相互的。当一个物体对另一个物体施加了力，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。物体间相互作用的这一对力，通常叫作作用力和反作用力。2.内容：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。3.表达式：F＝－F'。4.意义：建立了相互作用的物体之间的联系，体现了作用力与反作用力的相互依赖关系。知识点12牛顿第三定律的理解与应用1.作用力与反作用力的“六同、三异、二无关”（1）“六同”：①大小相同；②性质相同；③作用在同一条直线上；④同时产生；⑤同时变化；⑥同时消失。（2）“三异”：①方向不同；②受力物体不同；③产生效果不同。（3）“二无关”：①与物体的运动状态无关；②与是否和另外物体相互作用无关。2.一对平衡力和一对作用力与反作用力的比较一对平衡力一对作用力与反作用力相同点大小相等、方向相反、作用在同一条直线上不同点作用对象同一个物体两个相互作用的不同物体作用时间不一定同时产生、同时变化、同时消失一定同时产生、同时变化、同时消失力的性质不一定相同一定相同作用效果可相互抵消不可抵消知识点13力的分解1.定义：求一个已知力的分力的过程。2.遵循的原则：平行四边形定则或三角形定则。3.分解的方法（1）按力产生的实际效果进行分解。（2）正交分解法。知识点14力的分解方法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。（2）正交分解将力沿相互垂直的两个坐标轴分解，从而求出沿坐标轴方向上的合力，列平衡方程或牛顿第二定律。①建立坐标系的原则：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：把各力沿相互垂直的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＝F若合力方向与x轴夹角为θ，则tanθ＝Fy考点一、重力与弹力例1、玩具汽车停在模型桥面上，如图所示，下列说法正确的是（）A．桥面受向下的弹力，是因为桥面发生了弹性形变B．汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力C．汽车受向上的弹力，是因为桥面发生了弹性形变D．汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了弹性形变例2、如图所示，小华用手拉弹簧使弹簧伸长了0.1m，弹簧的劲度系数k=200N/mA．弹簧对手产生的弹力大小为20NB．手对弹簧的拉力和弹簧对手的拉力是一对平衡力C．此时弹簧的长度为0.1mD．拉弹簧的力越大，弹簧的劲度系数也越大练习1、如图所示，一铁块被磁性黑板吸引不动。则铁块受到的弹力（）A．由其自身形变而产生B．作用点在黑板上C．方向与铁块表面平行D．大小与黑板形变程度有关练习2、如图所示，在杂技“顶花坛”表演中，演员头顶受到的压力产生的直接原因是（）A．坛子发生形变 B．头顶发生形变C．坛子受到支持力 D．坛子受到重力考点二、摩擦力例3、关于滑动摩擦力，下列说法正确的是（）A．滑动摩擦力的大小与接触面积有关B．滑动摩擦力总是阻碍物体的运动C．滑动摩擦力的大小与接触面上的压力大小有关D．滑动摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反例4、一物体置于粗糙水平地面上，按图所示不同的放法，在水平力F的作用下运动，设地面与物体各接触面间的动摩擦因数均相等。则物体受到的摩擦力的大小关系是（）A．F甲>F乙>F丙 B．F乙>F甲>F丙C．F丙>F乙>F甲 D．F甲=F乙=F丙练习3、广西学生军训开展多课目反恐演练。如图所示为某同学沿竖直杆向上匀速爬升的情景，则该同学（）A．受到的摩擦力方向向下B．手握杆的力是由手的形变产生的C．手握杆的力越大，该同学受到的摩擦力越大D．手握得越紧，杆子与手之间的动摩擦因数就会越大练习4、2023年4月，海安杂技团以“逐梦航天”为主题，表演“爬䇯探苍穹”，致敬中国载人航天精神。某杂技演员双手握住竖直竹等匀速上攀和匀速下滑时，所受的摩擦力分别是f1和fA．f1向上，f2向上，f1=f2 C．f1向上，f2向下，f1=f2 考点三、牛顿第三定律例5、如图所示，水平恒力F推小车和货物一起做匀加速直线运动，小车的质量为M，货物的质量为m，它们的共同加速度为a，货物与小车间的动摩擦因数为μ。小车与地面间的滚动摩擦力不计，在运动过程中（）A．货物受到的合力大小为FB．货物受到的合力大小一定为μmgC．小车受到的摩擦力大小一定为mFD．小车受到的合力大小一定为F−μmg例6、在研究作用力和反作用力的关系时，做如下实验，如图甲是利用力传感器研究两个物体间的作用力和反作用力的示意图，图乙是记录的两个物体间的作用力和反作用力的变化图线。根据实验操作事实和图线可以得出结论正确的是（）A．作用力与反作用力大小不相等B．作用力和反作用力是作用在同一个物体上的C．作用力和反作用力不是作用在同一直线上D．作用力和反作用力的方向总是相反的练习5、如图所示，水平地面粗糙，竖直墙面光滑，某学生“靠墙倒立”，下列说法正确的是（）A．人对地面的压力就是人的重力B．人体重心的位置仅与人的身高有关C．地面对人的支持力与人对地面的压力是一对相互作用力D．墙面对人的作用力和人对墙面的作用力是一对平衡力练习6、如图所示，硬纸板（重力不可忽略）在物理课本与水平桌面之间，现用水平拉力将硬纸板从课本底下水平向右迅速抽出（物理课本未滑离桌面），下列说法正确的是（）A．物理课本对硬纸板的压力与桌面对硬纸板的支持力是一对相互作用力B．未拉动硬纸板时，硬纸板受到的重力与桌面对硬纸板的支持力是一对平衡力C．硬纸板被抽出的过程中对物理课本的摩擦力方向水平向右D．硬纸板被抽出的过程中对桌面的摩擦力方向水平向左考点四、力的合成与分解例7、在“探究两个互成角度的力的合成规律”实验中，数据处理如图所示，下列说法正确的是（）A．F'B．F是由弹簧测力计直接测量C．F1、FD．本实验采用的是等效替代法例8、一位老人，一条狗分别用如图所示两个力拉一截沉甸甸的树枝在公路上缓慢前进，假设F1=120NA．0 B．60N C．150N 练习7、某物体同时受到同一平面内的三个共点力作用，如图所示，坐标纸中每格边长表示1N大小的力，该物体所受的合外力大小为（）

A．22N B．25N C．4N练习8、如图所示，一个物体受F1和F2两个互相垂直的共点力作用，其中F1

A．1.0N B．5.0N C．7.0N考点五、受力分析力的平衡例9、如图所示，质量为m的风筝静止在空中。线对风筝的拉力大小为F，方向斜向下且与水平夹角为θ，重力加速度为g。下列关于风筝所受风力，说法正确的有（）A．与F的大小相等B．竖直分量大小为FC．水平分量大小为FD．方向与水平夹角大于θ例10、“叶问蹲”是咏春拳的一个基本动作。武术爱好者在练习“叶问蹲”时，单腿下蹲，另一条腿伸直并保持与地面平行，以如图所示的姿势静止在水平地面上。武术爱好者（

）A．所受支持力由地面形变产生 B．所受支持力小于他的重力C．可能受到水平向左的摩擦力 D．可能受到水平向右的摩擦力练习9、如图所示，一只小松鼠站在倾斜的树枝上保持静止状态，该树枝与水平方向的夹角为30°，小松鼠所受重力大小为G。下列结论正确的是（）A．树枝对小松鼠的支持力大小为32B．树枝对小松鼠的支持力大小为32C．树枝对小松鼠的作用力大小等于12D．树枝对小松鼠的作用力大小等于32练习10、在球箱内有许多球均处于静止状态，如图所示，已知A球重为G，则周围球对A球的作用力的合力大小和方向（）A．等于G，方向竖直向上 B．等于G，方向竖直向下C．等于2G，方向竖直向上 D．等于2G，方向竖直向下炎热的暑天，喝冰水降暑是一件很幸福的事情。如图是某同学从冰箱里取出一瓶冰水，此时瓶子（）A．仅受重力 B．仅受重力和弹力C．仅受重力和摩擦力 D．受重力、弹力和摩擦力太极拳是我国国家级非物质文化遗产。为增强学生身体素质，某学校积极开展太极拳的学习活动。如图所示，小艳用力推小华时，两人均处于静止状态，则小艳对小华的推力与小华对小艳的推力（）A．大小不相等 B．方向相同C．是一对平衡力 D．是一对相互作用力如图所示，父亲拉着小孩散步，父亲对小孩的拉力大小为F1，小孩对父亲的拉力大小为F2。关于F1、F2大小及方向的判断正确的是（

）A．F1>F2，方向相反B．F1<F2，方向相同C．F1=F2，方向相反D．F1=F2，方向相同如图所示，边长为L的正方形相框ABCD用a、b两轻绳悬挂于水平天花板上，相框静止时，相框AB边水平，a、b两绳与天花板之间的夹角分别为45°和53°，sin53°=0.8，cos53°=0.6，则相框的重心到A．35L B．34L C．仰韶文化时期的尖底双耳瓶装水“虚则欹（倾斜）、中则正、满则覆”。如图所示，用两细绳悬挂装有适量水的该瓶，瓶竖直而立。设瓶（含水）的重力为G，下列有关说法正确的是（

）A．重力只作用在瓶的重心上B．瓶（含水）的重心一定在两绳所在线的交点C．装水量会影响瓶（含水）的重心位置D．图中每根细绳的拉力等于0.5G如图所示为龙舟运动比赛场景，多艘龙舟在水面上全力向终点划行，下列说法正确的是（

）A．当船体加速前进时，其加速度方向与速度方向相反B．某一龙舟以其它龙舟为参考系，它一定是运动的C．船桨对水的作用力与水对船桨的作用力为一对平衡力D．当船体加速前进时，船桨对水的作用力大小等于水对船桨的作用力大小在“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验中，以弹簧弹力F为纵轴、弹簧伸长的长度x为横轴建立坐标系。下列图像能正确反映F与x关系的是（）A． B．C． D．关于下列四幅图片的说法，正确的是（）A．甲图中足球对球网的作用力是球发生形变产生的B．乙图中重力的分力G1C．丙图中桌面对书的支持力与书对桌子的压力是一对平衡力D．丁图中轮胎上的花纹是为了减小接触面的面积如图所示，人用力推沙发，但沙发纹丝不动。下列属于一对作用力与反作用力的是（）A．人所受重力与人对地面的压