高考物理二轮复习专题讲义专题03 重力 弹力 摩擦力 (含解析)

专题03重力弹力摩擦力一、核心知识+方法知识点一：力和力的图示1．力的基本特征（1）力的物质性：力不能离开物体而独立存在，有力就一定有“施力”和“受力”两个物体。二者缺一不可。（2）力的相互性：力的作用是相互的（3）力的作用效果：①形变；②改变运动状态。（4）力的表达：力的图示2．力的图示力的图示：用一条带箭头的有向线段表示力，线段的长度表示力的大小，同时应该有明确的标度，箭头表示力的方向，箭头或箭尾表示力的作用点。说明：（1）线段的起点或终点表示力的作用点，必须画在受力物体上；（2）箭头方向必须与力的方向一致；（3）线段的长度跟力的大小成比例。3．力的示意图在许多情形下，我们只是关心力的方向，而不太关心力的大小和作用点。这时只需在物体上沿力的方向画一个带箭头的线段来表示力，这样的图叫做力的示意图。4．力的图示和力的示意图区别力的图示精确地把力的三要素大小、方向、作用点用有向线段的方式表示出来，力的示意图较粗略。知识点二：重力1.产生：由于地球的吸引而使物体受到的力．2.大小：与物体的质量成正比，即G＝mg.可用弹簧测力计测量重力．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．对重力的理解(1)物体的重力与地球对物体的万有引力二者一般不相等．(2)重力的大小仅与质量和重力加速度有关，与其运动状态无关．(3)重力的方向是竖直向下的，垂直向下和指向地心的说法错误．(4)质量分布均匀且有规则的几何形状，其重心在几何中心，重心不一定在物体上．知识点三：弹力1.形变物体在力的作用下形状或体积的变化叫形变．①弹性形变：有些物体在形变后撤去作用力能够恢复原状的形变．②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，对跟它接触的物体产生的力叫弹力．（2）弹力的产生条件：①弹力的产生条件是两个物体直接接触，②并发生弹性形变．（3）弹力的方向：力垂直于两物体的接触面．①支撑面的弹力：支持力的方向总是垂直于支撑面，指向被支持的物体；压力总是垂直于支撑面指向被压的物体．点与面接触时弹力的方向：过接触点垂直于接触面．球与面接触时弹力的方向：在接触点与球心的连线上．球与球相接触的弹力方向：垂直于过接触点的公切面．②弹簧两端的弹力方向：与弹簧中心轴线重合，指向弹簧恢复原状的方向．其弹力可为拉力，可为压力．③轻绳对物体的弹力方向：沿绳指向绳收缩的方向，即只为拉力．（4）弹力的大小对有明显形变的弹簧，弹力的大小可以由胡克定律计算．对没有明显形变的物体，如桌面、绳子等物体，弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定．①胡克定律可表示为（在弹性限度内）：F＝kx，还可以表示成△F＝k△x，即弹簧弹力的改变量和弹簧形变量的改变量成正比．式中k叫弹簧的劲度系数，单位：N/m．k由弹簧本身的性质决定（与弹簧的材料、粗细、直径及原长都有关系）．②“硬”弹簧，是指弹簧的k值较大．（同样的力F作用下形变量△x较小）③几种典型物体模型的弹力特点如下表．项目轻绳轻杆弹簧形变情况伸长忽略不计认为长度不变可伸长可缩短施力与受力情况只能受拉力或施出拉力能受拉或受压，可施出拉力或压力同杆力的方向始终沿绳不一定沿杆沿弹簧轴向力的变化可发生突变同绳只能发生渐变胡克定律的应用（1）胡克定律对轻弹簧、橡皮条均适用，但形变量应在弹性限度内．（2）胡克定律推论在弹性限度内，由F＝kx，得F1＝kx1，F2＝kx2，即F2﹣F1＝k（x2﹣x1），即：△F＝k△x即：弹簧弹力的变化量与弹簧形变量的变化量（即长度的变化量）成正比．（3）确定弹簧状态对于弹簧问题首先应明确弹簧处于“拉伸”、“压缩”还是“原长”状态，并且确定形变量的大小，从而确定弹簧弹力的方向和大小．如果只告诉弹簧弹力的大小，必须全面分析问题，可能是拉伸产生的，也可能是压缩产生的，通常有两个解．（4）利用胡克定律的推论确定弹簧的长度变化和物体位移的关系如果涉及弹簧由拉伸（压缩）形变到压缩（拉伸）形变的转化，运用胡克定律的推论△F＝k△x可直接求出弹簧长度的改变量△x的大小，从而确定物体的位移，再由运动学公式和动力学公式求相关量．4．弹力有无的判断(1)根据弹力产生的条件直接判断．(2)利用假设法判断．(3)根据物体的运动状态分析：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．(4)利用替换法判断：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易发生明显形变的物体来替换，看能否维持原来的力学状态，若发生形变，则此处一定有弹力．知识点四：静摩擦力1.定义：互相接触的两物体存在相对运动的趋势而又保持相对静止时，在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力，叫静摩擦力．2.产生条件：a：相互接触且发生弹性形变；b：有相对运动趋势；c：接触面粗糙；3.方向：总是与物体的相对运动趋势方向相反．4.静摩擦力的大小：（1）静摩擦力的大小随着运动趋势强弱变化而在0～最大静摩擦力Fm之间变化，跟相对运动趋势强弱程度有关，但跟接触面相互挤压力FN无直接关系．由受力物体所处的运动状态根据平衡条件或牛顿第二定律来计算．（2）最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，在中学阶段讨论问题时，如无特殊说明，可认为它们数值相等．5.作用效果：总是起着阻碍物体间相对运动趋势的作用．6.静摩擦力的有无及方向的判断方法(1)假设法即先假定没有静摩擦力(光滑)的作用时，看相对静止的物体间能否发生相对运动．若能，则有静摩擦力，方向与相对运动方向相反；若不能，则没有静摩擦力．换句话说，静摩擦力的存在是为了使两物体相对静止，若没有它，两物体也能相对静止，但物体间就没有静摩擦力了．(2)反推法从研究的物体表现出的运动状态反推它必须具有的条件，分析组成条件的相关因素中摩擦力所起的作用，就容易判断摩擦力的方向了．(3)状态法根据平衡条件、牛顿第二定律，判断静摩擦力的方向．(4)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．知识点五：滑动摩擦力1.定义：一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体滑动的时候，要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力。2.产生条件：①接触面粗糙；②有弹力；③有相对运动。3.滑动摩擦力的方向：总跟接触面相切，并且跟物体的相对运动方向相反。4.滑动摩擦力的大小：滑动摩擦力跟正压力成正比，也就是跟一个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比。公式：F＝μFN，F表示滑动摩擦力大小，FN表示正压力的大小，μ叫动摩擦因数。5.效果：总是阻碍物体间的相对运动，但并不总是阻碍物体的运动，可能是动力，也可能是阻力。6．动摩擦因数（1）定义：彼此接触的物体做相对运动时摩擦力和正压力之间的比值，称为动摩擦因数μ．当物体处于水平运动状态时，正压力＝重力。（2）影响因素：不同材质的物体的动摩擦因数不同，μ与接触面的材料、接触面的粗糙程度有关，无单位。注意：动摩擦因数与压力无关、与接触面积大小无关、与滑动摩擦力的大小无关、与相对运动的速度大小无关。动摩擦系数是物体本身的属性，只与物体本身有关，与有没有进行相对运动，以及有没有正压力无关。所以不能说动摩擦系数与摩擦力成正比，与正压力成反比。只能说摩擦力与正压力和动摩擦系数成正比，也就是f＝μN。二、重点题型分类例析题型一：力的概念和性质【例题1】（2020·全国高三专题练习）下列说法正确的是()A．同学甲把同学乙推倒，说明只有甲对乙有力的作用，乙对甲没有力的作用B．只有有生命的物体才会施力，无生命的物体只能受到力，不会施力C．任何一个物体，一定既是受力物体，也是施力物体D．在几组力的图示中，长的线段所对应的力一定比短的线段所对应的力大题型二：力的图示和示意图【例题2】（2020·北京市第二十二中学高一期中）（1）静止物体A重力G=5N，请在图中画出A物体所受重力的图示。（2）画出图中静止物体A所受的各力的示意图（球面是光滑的，其他粗糙）题型三：重力及重心【例题3】（2020·山东高三专题练习）下列关于重力、重心的说法，正确的是（）A．任何有规则形状的物体，它的重心一定与它的几何中心重合B．任何物体的重心都在物体内，不可能在物体外C．用一绳子将物体悬挂起来，物体静止时，该物体的重心不一定在绳子的延长线上D．重力是由于地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的题型四：弹力及产生条件【例题4】（2020·江苏高三期中）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，是因为桥梁发生了弹性形变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，是因为桥梁发生了弹性形变D．汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了形变题型五：弹力的方向【例题5】（2020·陕西省黄陵县中学高三期中）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（）A． B．C． D．题型六：弹力的有无判断【例题6】（2020·全国高三专题练习）如图所示，A、B两物体并排放在水平桌面上，C物体叠放在A、B上；D物体悬挂在竖直悬线的下端，且与斜面接触．若接触面均光滑，下列说法正确的是（）A．C对桌面的压力大小等于C的重力B．B对A的弹力方向水平向左C．斜面对D的支持力方向垂直斜面向上D．D对斜面没有压力作用题型七：胡克定律【例题7】（2020·渝中·重庆巴蜀中学高一期中）如图所示，A、B两轻质弹簧原长分别为l1和l1，劲度系数分别为k1和k2，竖直地悬挂在天花板上，两弹簧之间连接有一质量为m1的物体，最下端挂着质量为m2的另一物体，整个装置处于静止状态。现用一个平板把下面的物体缓慢向上托起，直到两个弹簧的总长度等于两弹簧原长之和，则（）A．此时A、B两弹簧均处于原长状态B．此时A弹簧处于压缩状态，B弹簧处于拉伸状态C．此时A、B两弹簧弹力相等D．此过程m2上升的高度是SKIPIF1<0题型八：F-x图像【例题8】（2020·贵阳市白云兴农中学高三月考）如图所示为一轻质弹簧的长度和弹力大小的关系图像．根据图像判断，正确的结论是A．弹簧的原长为6cmB．弹簧的劲度系数为1N/mC．可将图像中右侧的图线无限延长D．该弹簧两端各加2N拉力时，弹簧的长度为10cm题型九：静摩擦力的方向【例题9】（2020·宿松县程集中学高三月考）如图所示，一同学站在木板上用力向右推木箱，该同学的脚与木板之间没有相对运动。若地面与木板、木箱之间均是粗糙的，下列说法正确的是（）A．若木箱静止，木板向左运动，则地面对木板的摩擦力方向向右，对木箱没有摩擦力B．若木板静止，木箱向右运动，则地面对木板的摩擦力方向向右，对木箱的摩擦力方向向左C．若木板、木箱均静止，地面对木箱和木板均没有摩擦力D．若木箱向右运动，木板向左运动，则地面对木板的摩擦力方向向左，对木箱的摩擦力方向向右题型十：静摩擦力的大小【例题10】（2020·全国高三专题练习）如图所示，有一个重力不计的方形容器，被水平力F压在竖直的墙面上处于静止状态，现缓慢地向容器内注水，直到将容器刚好盛满为止，在此过程中容器始终保持静止，则下列说法中正确的是（）A．容器受到的摩擦力不变B．容器受到的摩擦力逐渐增大C．水平力F一定不变D．水平力F必须逐渐增大题型十一：滑动摩擦力的大小和方向【例题11】（2020·湖南宁乡一中高三月考）如图所示，两根粗糙的直木棍甲和乙相互平行，固定在同一个水平面上。一个圆柱形工件P架在两木棍之间，在水平向右的推力F的作用下，向右做匀加速运动。若保持两木棍在同一水平面内，但将它们间的距离稍微减小一些后固定，仍将圆柱形工件P架在两木棍之间，用同样大小的水平推力F向右推该工件，则下列说法中正确的是（）A．可能静止不动 B．可能向右做匀速运动C．一定向右做减速运动 D．一定向右做加速运动题型十二：最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系【例题12】（2020·全国高三专题练习）某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器，传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板，传感器记录的SKIPIF1<0图像如图乙所示。下列说法正确的是（）

A．实验中必须让木板保持匀速运动B．图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线C．最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10:7D．只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数参考答案【例题1】C【解析】A．力是相互的，甲对乙有力的作用同样乙对甲也有力的作用，A错误；B．施力物体不一定非要有生命才行，比如桌子对放在上面的书有支持力作用，B错误；C．根据力的相互性可得任何一个物体一定既是受力物体又是施力物体，C正确；D．如果选取的比例不同，长线段代表的力不一定比短线段代表的力大，D错误；故选C。【例题2】(1)(2)【解析】(1)如图所示：(2)如图所示：【例题3】D【解析】A、只有质量分布均匀形状规则的物体，其重心才在几何中心上，故A错误；B、物体的重心可以在物体上，也可以在物体外，如质量分布均匀环的重心在环的本体外，故B错误；C、用一绳子将物体悬挂起来，物体静止时，由二力平衡可知，该物体的重心一定在绳子的延长线上，故C错误；D、重力是由于地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的，故D正确；故选D．【例题4】C【解析】AB．模型桥受到向下的弹力，是因为汽车发生了弹性形变，故AB错误；

CD．汽车受到向上的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变，故C正确，D错误。

故选C。【例题5】C【解析】一般来讲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。选项B中因为绳竖直向上，如果左边的绳有拉力的话，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。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D中大半圆对小球的支持力SKIPIF1<0应是沿过小球与圆接接触点的半径，且指向圆心的弹力，所以D错。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。所以选C。【例题6】D【解析】A．C与桌面间无压力作用，因为它们之间没有直接接触，所以A错误；B．由平衡条件可判断B与A之间没有弹力作用，因为若有弹力，则AB在水平方向受力不平衡，所以B错误；CD．同样由D物体受力平衡可知斜面对D物体无弹力作用，因为若斜面对D若有弹力，则必然垂直斜面斜向上，此时小球水平方向受力不平衡，则斜面对小球无弹力作用，所以C错误，D正确。故选D。【例题7】D【解析】托起前，两个弹簧的形变量分别为SKIPIF1<0SKIPIF1<0托起后，若两个弹簧的总长度等于两弹簧原长之和，则此时A弹簧处于拉伸状态，B弹簧处于压缩状态，且两弹簧的形变量相等，设该形变量为x，由平衡条件得SKIPIF1<0此过程m2上升的高度是SKIPIF1<0A．此时两个弹簧都不是原长，A错误；B．此时A弹簧处于拉伸状态，B弹簧处于压缩状态，B错误；C．此时A、B两弹簧弹力不相等，C错误；D．此过程m2上升的高度是SKIPIF1<0，D正确。故选D。【例题8】A【解析】A、由图读出，弹簧的弹力F=0时，弹簧的长度为SKIPIF1<0，即弹簧的原长为6cm，故A正确；B、由图读出弹力为SKIPIF1<0，弹簧的长度为SKIPIF1<0，弹簧压缩的长度SKIPIF1<0，由胡克定律得弹簧的劲度系数为SKIPIF1<0，故B错误；C、弹簧都有一定的弹性限度，故长度不能无限拉长，故C错误；D、该弹簧两端各加2N拉力时，弹簧弹力为2N，弹簧伸长2cm，长度为8cm，故D错误；故选A．