第二章　第6课时　重力　弹力　摩擦力　牛顿第三定律-2027版高考物理一轮复习

第二章相互作用考情分析试题情境生活实践类生活中的摩擦力的应用，索桥、千斤顶、刀、木楔的工作原理学习探究类探究弹簧弹力与形变量的关系，探究两个互成角度的力的合成规律，共点力平衡条件及应用，平衡中的临界问题第6课时重力弹力摩擦力牛顿第三定律目标要求1.掌握重力的大小、方向及重心的概念。2.掌握弹力的有无、方向的判断及弹力大小的计算方法，理解并掌握胡克定律。3.会判断摩擦力的方向，会计算摩擦力的大小。4.理解牛顿第三定律的内容，并能区分作用力和反作用力与一对平衡力。考点一重力和重心1.力(1)定义：力是一个物体对另一个物体的作用。(2)作用效果：使物体发生形变或改变物体的运动状态(即产生加速度)。(3)性质：力具有物质性、相互性、矢量性、独立性等特征。2.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，可用弹簧测力计测量。同一物体G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的。(3)方向：竖直向下。(4)重心：物体的各部分都受到重力的作用，可认为重力集中作用于一点，这一点叫作物体的重心。①影响重心位置的因素：物体的几何形状；物体的质量分布。②不规则薄板形物体重心的确定方法：悬挂法。注意：重心的位置不一定在物体上。例1小明在参观科技馆时观察到有一个十分有趣的“锥体上滚”实验。如图所示，将一个双圆锥体轻轻放在倾斜轨道的底端，就会看到它似乎在向“上”滚去，关于锥体的运动，下列说法正确的是()A.双圆锥体的重心在锥体的外部，不在锥体上B.在双圆锥体上滚的过程中，锥体的重心在向上运动C.双圆锥体上滚实验中，虽然看到的现象好像是锥体在上滚，但是从侧面观察，锥体重心其实是下移的D.当双圆锥体在轨道的最低处时，它的重心在最低处；当双锥体在轨道最高处时，它的重心在最高处答案C解析双圆锥体的重心在锥体的中心轴的中间，A错误；虽然看到的现象好像是锥体在上滚，但是从侧面观察，锥体重心其实是下移的，B错误，C正确；双圆锥体放在轨道的低处时，放手后它会向轨道高处滚动，这是因为当双圆锥体在轨道的最低处时，它的重心在最高处，当双圆锥体在轨道最高处时，它的重心却在最低处，D错误。考点二弹力1.弹力(1)定义：发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体产生的力的作用。(2)产生条件：①物体间直接接触；②接触处发生弹性形变。(3)方向：总是与施力物体形变的方向相反。2.弹力有无的判断方法(1)条件法：根据弹力产生条件——物体是否直接接触并发生弹性形变。(2)假设法：假设两个物体间不存在弹力，看物体能否保持原有的状态，若运动状态不变，则此处没有弹力；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，利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在。3.弹力方向的判断4.弹力大小的计算(1)弹簧弹力大小胡克定律F=kx，其中x表示弹簧的形变量。(2)一般物体所受弹力：利用平衡条件或牛顿第二定律计算。物理中的轻绳、轻杆、橡皮筋、轻弹簧四个物体中(1)受外力作用形变量较小的有轻绳、轻杆。(2)产生弹力方向不一定沿物体本身的有轻杆。(3)既可产生拉伸形变，又可产生压缩形变的有轻杆、轻弹簧。例2图中各物体均处于静止状态。画出图中物体A所受的弹力。答案例3(2023·山东卷·2)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/mC.200N/m D.300N/m答案B解析由题知，取走一个盘子，稳定后余下的盘子正好升高补平，则说明一个盘子的重力可以使三根弹簧发生形变的形变量恰好等于相邻两盘间距，则有mg=3kx，解得k=100N/m，故选B。考点三摩擦力1.定义：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在接触面上会产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力。2.产生条件(1)接触面粗糙；(2)接触处有压力；(3)两物体间有相对运动或相对运动趋势。3.方向：与受力物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。4.大小(1)滑动摩擦力：Ff=μFN，μ为动摩擦因数；(2)静摩擦力：0<F≤Fmax。5.弹力与摩擦力的关系若两物体间有摩擦力，则两物体间一定有弹力，若两物体间有弹力，则两物体间不一定有摩擦力。(均选填“一定有”或“不一定有”)例4请判断相互接触的物体间是否存在摩擦力，若存在，请画出物体A或人所受摩擦力的示意图(各接触面均粗糙，且相互挤压)。答案(2)A不受摩擦力(6)A不受摩擦力思考(1)摩擦力的方向是不是可以与物体运动方向相反，可以与物体运动方向相同，也可以与物体运动方向成任意角度？试举例说明。(2)用手握住水杯保持静止，增加手的压力，水杯所受摩擦力的大小如何变化？最大静摩擦力如何变化？答案(1)用手握住水杯，水杯所受静摩擦力竖直向上，当水杯向下运动、向上运动、水平运动、斜向上运动、斜向下运动时，静摩擦力可以与物体运动方向相反，可以与物体运动方向相同，也可以与物体运动方向成任意角度。同理，当一个物体沿斜面体斜面下滑时，斜面体也可以向空间各个方向运动，物体所受滑动摩擦力可以与物体运动方向相反，可以与物体运动方向相同，也可以与物体运动方向成任意角度。(2)静止时，在竖直方向上，水杯受竖直向下的重力和竖直向上的静摩擦力，根据二力平衡，水杯受到的静摩擦力大小等于水杯的重力大小。最大静摩擦力的大小与压力有关，压力变大，最大静摩擦力变大。静摩擦力有无及方向的判断“三法”(1)状态法根据平衡条件、牛顿第二定律，判断静摩擦力的有无及方向。(2)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，再根据牛顿第三定律确定另一物体受到的静摩擦力的方向。(3)假设法例5(来自教材改编)如图所示，重为800N的沙发放在水平地面上，体重600N的小王至少要用96N的水平力推沙发，才能使沙发开始运动。沙发开始运动以后，小王用80N的水平力推沙发，就可以使沙发保持匀速直线运动。以下说法正确的是()A.沙发与地面之间的动摩擦因数为0.12B.若用90N的水平力推这个静止的沙发，则此时沙发所受的摩擦力大小为80NC.若用96N的水平力推这个已经在运动的沙发，则此时沙发所受的摩擦力大小为96ND.小王盘腿坐在沙发上，小李用140N的水平力推已经在运动的沙发，可使小王和沙发保持匀速直线运动答案D解析由题意知沙发与地面间的滑动摩擦力大小Ff滑=80N，则由Ff滑=μG沙发，解得沙发与地面之间的动摩擦因数为μ=80N800N=0.1，故A错误；由题意知沙发与地面间的最大静摩擦力为96N，所以若用90N的水平力推这个静止的沙发，沙发不动，沙发所受的摩擦力大小与推力相等，即为90N，故B错误；若用96N的水平力推这个已经在运动的沙发，此时沙发所受的摩擦力为滑动摩擦力，大小为80N，故C错误；小王盘腿坐在运动的沙发上，想使小王和沙发保持匀速直线运动，则小李的水平推力至少为F=μ(G小王+G沙发)=140N，故D计算摩擦力大小时，首先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力。滑动摩擦力用Ff=μFN计算，其中FN并不总等于物体的重力。静摩擦力通常根据平衡条件或牛顿第二定律求解。例6(2024·江苏南京市检测)激光打印机是自动进纸的，其进纸原理如图所示，进纸槽里叠放一叠白纸，每一张纸的质量均相等，进纸时滚轮以竖直向下的力压在第1张白纸上，并沿逆时针方向转动，确保第1张纸与第2张纸相对滑动，设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，滚轮与白纸之间的动摩擦因数为μ1，白纸与白纸之间、白纸与纸槽底座之间的动摩擦因数均为μ2，不考虑静电力的影响，则()A.第1张白纸受到滚轮的摩擦力向左B.最后一张白纸受到纸槽底座的摩擦力向右C.下一张白纸受到上一张白纸的摩擦力一定向左D.正常情况下单张纸打印必须满足μ1>μ2答案D解析第1张白纸相对于滚轮有向左的运动趋势，则受到滚轮的摩擦力向右，A错误；对除第1张白纸外的所有白纸整体进行研究，处于静止状态，水平方向受到第1张白纸的滑动摩擦力，方向向右，则根据平衡条件知，最后1张白纸受到纸槽底座的摩擦力向左，B错误；根据题意，因上一张白纸相对下一张白纸向右滑动或有向右滑动的趋势，则上一张白纸受到下一张白纸的摩擦力一定向左，那么下一张白纸受到上一张白纸的摩擦力一定向右，C错误；正常情况下单张纸打印必须满足滚轮与白纸之间的最大静摩擦力大于纸与纸之间的滑动摩擦力，则μ1>μ2，D正确。拓展(1)甲同学认为“若滚轮对第一张白纸的正压力为F，则滚轮对第一张白纸的摩擦力大小一定为μ1F”，对吗？(2)乙同学认为“越靠近底座，白纸间的摩擦力越大”，对吗？答案(1)滚轮与第一张白纸间的摩擦力为静摩擦力，小于或等于最大静摩擦力，甲同学说法错误；(2)第一、二张白纸间的摩擦力为滑动摩擦力，大小为Ff12=μ2(F+mg)，第二张白纸处于静止状态，第二、三张白纸间的摩擦力为静摩擦力，大小等于第一、二张白纸间的摩擦力，即Ff23=μ2(F+mg)，除第一张白纸外，所有白纸均处于静止状态，白纸间的摩擦力均为μ2(F+mg)，大小相等，故乙同学说法错误。考点四牛顿第三定律1.牛顿第三定律的内容：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。2.表达式：F=-F'。3.一对平衡力和作用力与反作用力的比较平衡力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、同时消失一定同时产生、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如图所示，体育项目“押加”实际上相当于两个人拔河，如果甲、乙两人在“押加”比赛中，甲获胜，是因为甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力吗？如果不是，请说明甲获胜的原因。答案不是。甲对乙的拉力与乙对甲的拉力是一对作用力与反作用力，大小总是相等，甲获胜的原因是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力。例7物体静止在固定的斜面上，如图所示，则下述说法中正确的是()A.物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对平衡力B.物体所受的重力和斜面对物体的作用力是一对平衡力C.斜面对物体的摩擦力和物体所受的重力沿斜面向下的分力是一对作用力和反作用力D.物体所受的重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力答案B解析物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对作用力和反作用力，故A错误；斜面对物体的作用力是支持力和摩擦力的合力，与重力平衡，所以物体所受的重力和斜面对物体的作用力是一对平衡力，故B正确；斜面对物体的摩擦力和物体所受的重力沿斜面向下的分力是一对平衡力，故C错误；物体所受的重力可以分解为沿斜面向下的力和垂直于斜面向下的力，重力与压力的性质不同，所以垂直于斜面向下的力不是对斜面的压力，故D错误。课时精练[分值：56分][1~6题，每题4分]1.(来自教材改编)如图所示，某同学将均匀薄泡沫塑料板用细线悬挂，利用悬挂法确定薄泡沫板的重心O。下列说法正确的是()A.任何物体的重心一定与其几何中心重合B.除O点外，薄泡沫板其他部分均不受重力C.要得到泡沫板的重心位置，至少要在不同位置悬挂两次D.将均匀泡沫板换成同样形状的均匀薄铝板，重复上述实验，O点位置将发生变化答案C解析只有质量分布均匀、形状规则的物体的重心才与几何中心重合，A错误；薄泡沫板任何地方都受重力，B错误；要得到泡沫板的重心位置，至少要在不同位置悬挂两次，C正确；将均匀泡沫板换成均匀薄铝板，重复上述实验，因为形状不变，则O点位置不变，D错误。2.(2025·江苏南京市检测)如图所示的是一只处在南极极点的帝企鹅。把地球看成一个质量分布均匀的球体，帝企鹅()A.受到的重力的方向一定指向地心B.受到的重力的方向一定偏离地心C.对地面的压力就是其受到的重力D.受到的重力小于地球对它的吸引力答案A解析重力的方向竖直向下，由于把地球看成一个均匀的球体，则帝企鹅受到的重力的方向一定指向地心，故A正确，B错误；帝企鹅对地面的压力的受力物体是地球，帝企鹅的重力的受力物体是企鹅，压力与重力作用在不同物体上，因此，不能够认为帝企鹅对地面的压力就是其受到的重力，故C错误；由于帝企鹅处在南极极点，帝企鹅相对于地心处于静止状态，并没有随地球自转，则帝企鹅受到的重力等于地球对它的吸引力，故D错误。3.鸟类随季节迁移是它们的生存法则，如图是一只小鸟秋季返回南方过冬迁移过程中停在竹枝上休息而使得竹枝发生弯曲，若小鸟保持静止状态，下列说法正确的是()A.竹枝对小鸟的支持力方向沿竹枝指向右上方B.竹枝对小鸟的支持力是由于竹枝发生形变产生的C.小鸟对竹枝的压力大于竹枝对小鸟的支持力D.竹枝弯曲是因为小鸟的重力大于竹枝对小鸟的作用力答案B解析根据平衡条件可知，竹枝对小鸟的支持力方向为过两者接触点垂直于竹枝指向小鸟，故A错误；根据弹力产生的条件可知，竹枝对小鸟的支持力是由于竹枝发生形变产生的，故B正确；根据牛顿第三定律可知，小鸟对竹枝的压力大小等于竹枝对小鸟的支持力大小，故C错误；竹枝弯曲是因为小鸟对竹枝的压力作用，故D错误。4.如图所示，底端置于粗糙水平地面上的杆，其顶端被一根细线用手拉住，杆处于静止状态，细线水平。下列说法正确的是()A.杆对细线的弹力方向为水平向右B.细线对杆的弹力方向垂直杆向左C.杆受到地面的弹力是由杆的弹性形变产生的D.地面受到杆的弹力沿杆向左下方答案A解析细线的弹力方向沿细线指向细线收缩的方向。细线水平，可知细线对杆的作用力方向水平向左，则杆对细线的弹力方向为水平向右，故A正确，B错误；杆受到地面的弹力，施力物体是地面，是由于地面发生弹性形变产生的，故C错误；杆受到地面的弹力方向垂直于地面向上，所以地面受到杆的弹力垂直于地面向下，故D错误。5.(2024·广西卷·2)工人卸货时常利用斜面将重物从高处滑下。如图，三个完全相同的货箱正沿着表面均匀的长直木板下滑，货箱各表面材质和粗糙程度均相同。若1、2、3号货箱与直木板间摩擦力的大小分别为Ff1、Ff2和Ff3，则()A.Ff1<Ff2<Ff3 B.Ff1=Ff2<Ff3C.Ff1=Ff3<Ff2 D.Ff1=Ff2=Ff3答案D解析根据滑动摩擦力的公式Ff=μFN，可知滑动摩擦力的大小与接触面积无关，只与接触面的粗糙程度和压力大小有关，由题可知三个货箱各表面材质和粗糙程度均相同，压力大小也相同，故摩擦力相同，即Ff1=Ff2=Ff3，故选D。6.(2025·江苏南通市检测)在探究弹簧弹力F与弹簧长度l的关系实验中，某同学用a、b两弹簧测得如图所示的关系，则a、b两弹簧的劲度系数之比为()A.5∶1 B.5∶2C.5∶3 D.5∶4答案A解析根据胡克定律可得F=k(l-l0)，可知在F-l图像中，图线的斜率表示弹簧的劲度系数，由题图可知，kakb=5137.(12分)如图所示，质量m=6kg的木箱静置于水平地面上，木箱与地面间的动摩擦因数μ=0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2。现给木箱一水平拉力F。求：(1)(5分)当F1=6N时，地面对木箱的摩擦力Ff1的大小；(2)(3分)当F2=15N时，地面对木箱的摩擦力Ff2的大小；(3)(4分)在(2)条件下，若此后将拉力减小为F3=5N(木箱仍在滑动)，地面对木箱的摩擦力Ff3的大小。答案(1)6N(2)12N(3)12N解析(1)设木箱与地面间的最大静摩擦力为Ffmax，则有Ffmax=μFN，FN=mg解得Ffmax=12N，当F1=6N时，由于F1<Ffmax，木箱没有滑动，则地面对木箱的摩擦力为静摩擦力，Ff1=F1=6N(2)当F2=15N时，由于F2>Ffmax，木箱滑动，地面对木箱的摩擦力为滑动摩擦力，则有Ff2=Ffmax=12N(3)若此后将拉力减小为F3=5N，此时木箱仍在滑动，则木箱受到的摩擦力仍是滑动摩擦力，即Ff3=Ffmax=12N。[8~11题，每题4分]8.(2026·江苏南通市检测)如图所示，质量均匀的细链条悬挂在A、B两点，过A、B两点的切线交于点O1，O3是链条的最低点，O2、O4是O1、O3连线上的另外两点。该链条的重心可能位于()A.O1 B.O2 C.O3 D.O4答案D解析过A、B两点的切线交于点O1，根据共点力平衡条件可知，该链条的重心一定在过O1的竖直线上；由于O3是链条的最低点，所以该链条的重心一定在O3的上方，则该链条的重心可能位于O4。故选D。9.(2025·江苏省苏州中学质检)如图所示，A和B两个物体通过一竖直轻弹簧固定连接，两物体的质量均为2kg，开始时，系统静止，弹簧的劲度系数为100N/m，在竖直向上的拉力F作用下，B物体缓慢向上运动，重力加速度大小g取10m/s2，弹簧始终在弹性限度内。当B物体缓慢上升0.4m时，地面对A物体的支持力大小为()A.0 B.50NC.100N D.150N答案A解析设初始时弹簧的压缩量为x1，以B为研究对象，根据平衡条件可得kx1=mBg，解得x1=mBgk=2×10100m=0.2m，当B物体缓慢上升0.4m时，弹簧的伸长量为x2=0.4m-x1=0.2m，弹簧的弹力大小为F弹=kx2=100×0.2N=20N，由于mAg=2×10N=20N，以A为研究对象，可知此时弹簧弹力与A所受重力平衡，则地面对10.(2026·江苏南通市检测)如图所示，细线1、2与两相同的轻质弹簧连接竖直悬挂在O点，细线3、4与两弹簧首尾相连，弹簧底端悬挂一重物，静止时1、2紧绷，3、4自然伸长且绳中无弹力。现将2剪断，重物再次静止时()A.1中拉力变大 B.弹簧的拉力变大C.3中拉力比4大 D.重物的位置上移答案D解析剪断2前后，1中拉力总等于重物的重力，则1中拉力大小不变，A错误；剪断2之前，两弹簧串联，每个弹簧的拉力都等于重物的重力；剪断2之后两弹簧并联，则每个弹簧的拉力等于重物重力的一半，可知弹簧的拉力变小，B错误；由以上分析可知，3中拉力与4中拉力相等，C错误；因弹簧弹力变为原来的一半，则弹簧伸长量减小，重物的位置上移，D正确。11.如图所示，一位同学用双手水平夹起一摞书，并停留在空中。已知手掌与书间的动摩擦因数μ1=0.3，书与书间的动摩擦因数μ2=0.2，设最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力大小。若每本书的质量均为0.2kg，该同学对书的水平正压力为200N，每本书均