2024届高考物理大一轮复习模拟题：专题拓展课4　弹力和摩擦力的综合分析

专题拓展课4弹力和摩擦力的综合分析[学习目标要求]1.进一步分析弹力的方向和大小。2.对滑动摩擦力和静摩擦力综合分析。3.掌握受力分析的基本思路和方法。拓展点1弹力的分析和计算1.三种常见弹力2.杆的弹力方向可沿杆：可不沿杆：3.弹力的计算(1)公式法：利用公式F＝kx计算，适用于弹簧、橡皮筋等物体的弹力的计算。(2)二力平衡法：若物体处于静止状态或匀速直线运动状态，物体所受弹力与物体所受的其他力应为平衡力，可根据其他力的大小确定弹力的大小。【例1】如图所示的四个图中，AB、BC均为轻质杆，各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接，两杆都在B处由铰链连接，且系统均处于静止状态。现用等长的轻绳来代替轻杆，系统依然保持平衡，下列说法正确的是()A.图中的AB杆可以用轻绳代替的是甲、乙、丙B.图中的AB杆可以用轻绳代替的是甲、丙、丁C.图中的BC杆可以用轻绳代替的是乙、丙、丁D.图中的BC杆可以用轻绳代替的是甲、乙、丁答案B解析轻绳只能产生拉力，在甲、丙、丁三图中的AB杆产生的都是拉力，可用轻绳代替，所以选项A错误，B正确；图中的BC杆可以用轻绳代替的只有丙，故选项C、D错误。【例2】如图为一轻质弹簧的长度l和弹力F大小的关系，试由图线确定：(1)弹簧的原长；(2)弹簧的劲度系数；(3)弹簧伸长了15cm时弹力的大小。答案(1)10cm(2)200N/m(3)30N解析(1)当F＝0时，弹簧处于原长状态，由图读出F＝0时，l＝10cm，即弹簧的原长为l0＝10cm。(2)由图知：F＝10N，l＝5cm则弹簧被压缩的长度x＝l0－l＝10cm－5cm＝5cm＝0.05m。根据胡克定律F＝kx得k＝eq\f(F,x)＝eq\f(10,0.05)N/m＝200N/m。(3)当弹簧伸长了x′＝15cm＝0.15m，弹力的大小为F′＝kx′＝200×0.15N＝30N。拓展点2摩擦力的分析和计算1.静摩擦力有无的判断方法(1)条件法：根据静摩擦力的产生条件，直接判断静摩擦力的有无。(2)假设法：假设接触面光滑，若研究对象仍保持原状态，则不受静摩擦力；若运动状态改变，则受静摩擦力。2.摩擦力大小的计算(1)计算摩擦力时，应先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力。(2)滑动摩擦力用公式Ff＝μFN或平衡条件求解。(3)静摩擦力的大小根据运动状态求解。若物体处于静止状态或匀速直线运动状态，可利用二力平衡条件求解摩擦力。【例3】如图物体A、B相互叠加，在水平面上一起做匀速或变速直线运动，则A、B间不存在摩擦力的是()A.图①和图③ B.图①和图②C.只有图③ D.只有图①答案D解析图①中，A、B一起匀速运动，A受到重力和支持力处于平衡状态，做匀速直线运动。若受到B对A的摩擦力则A不能平衡，所以图①中A、B间不存在摩擦力；图②中，A、B一起减速运动，竖直方向上A受到重力和支持力，水平方向上，A做减速运动，则存在B对A向左的摩擦力，所以图②中A、B间存在摩擦力；图③中，A、B一起做匀速运动，A受到重力和支持力、拉力F以及B对A向左的摩擦力处于平衡状态，做匀速直线运动，所以图③中A、B间存在摩擦力。故选项D正确。【针对训练】(2020·北京海淀期中)如图所示，木块A、B分别重50N和60N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.20，夹在A、B之间的弹簧被压缩了1cm，弹簧的劲度系数为400N/m，系统置于水平地面上静止不动(可认为木块与水平地面之间的最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力)。现用F＝2N的水平拉力作用在木块B上，此时木块A、B所受摩擦力分别记为FfA和FfB。则()A.FfA＝10N B.FfA的方向水平向左C.FfB＝10N D.FfB的方向水平向左答案D解析由于中间的弹簧被压缩了1cm，弹簧的劲度系数为400N/m，故弹簧对A和B两个木块的作用力为F′＝kx＝400N/m×0.01m＝4N，方向均向外；对B而言，它的重力是60N，放在水平桌面上，故它对桌面的压力也是60N，所以它的最大静摩擦力为FfB＝0.2×60N＝12N，而木块B除了受弹簧的弹力以外，还受到向右的拉力F＝2N，故B受到的拉力与弹簧弹力的合力是6N，方向向右，而6N<12N，故木块B也处于静止状态，它所受的摩擦力与B受到的拉力与弹簧弹力的合力平衡，所以B受到的摩擦力是6N，方向向左；而对木块A而言，它的重力是50N，放在水平桌面上，它对桌面的压力也是50N，所以它的最大静摩擦力为FfA＝0.2×50N＝10N，因为F′<FfA，所以物体A没有运动，它受到的摩擦力是静摩擦力，其大小为4N，方向向右，选项A、B、C错误，D正确。拓展点3摩擦力的突变【例4】(多选)(2020·辽宁鞍山高一期中)如图所示，水平木板上有质量m＝3.75kg的物块，受到随时间t变化的水平拉力F作用，用力传感器测出相应时刻物块所受摩擦力Ff的大小如图所示，取重力加速度g＝10m/s2，下列判断正确的是()A.t＝1s时外力F等于零B.t＝6s时外力F可能等于5NC.物块与木板间的动摩擦因数为0.08D.物块与木板间的动摩擦因数为0.11答案ABC解析根据题意可知水平木板表面粗糙，因为物块在水平方向上的摩擦力在t＝1s时为零，若受到不为零的外力F作用，则必定会产生摩擦力，故互相矛盾，因此t＝1s时F＝0，故A正确；由图可知，物块受到的最大静摩擦力为4N，外力需要大于最大静摩擦力才可能让该物体受到的摩擦力从静摩擦力变成滑动摩擦力，而在t＝6s时，该物体受到的摩擦力刚好从静摩擦力变成滑动摩擦力，所以外力F必定大于4N，可能是5N，故B正确；由图可知，物体受到的滑动摩擦力Ff＝3N，因为Ff＝μmg，动摩擦因数μ＝eq\f(Ff,mg)＝eq\f(3,3.75×10)＝0.08，故C正确，D错误。1.(弹力的分析与计算)下列关于弹力产生条件的说法中正确的是()A.只要两个物体接触就一定有弹力产生B.轻杆一端所受弹力的作用线一定与轻杆方向垂直C.压力和支持力的方向总是垂直于接触面D.形变大的物体产生的弹力一定比形变小的物体产生的弹力大答案C解析两个物体相互接触，若是没有相互挤压，就不会产生弹性形变，就不会产生弹力，故A错误；轻杆一端所受弹力的作用线可能沿着轻杆方向，也可能与其方向垂直，具体弹力方向根据受力来确定，故B错误；压力和支持力均属于弹力，其方向总是垂直于接触面，故C正确；物体发生弹性形变时才会产生弹力，但形变大的物体产生的弹力不一定比形变小的物体产生的弹力大，还与劲度系数有关，故D错误。2.(摩擦力的分析与计算)(多选)关于摩擦力，有人总结了“四条不一定”，其中说法正确的是()A.摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相同B.静摩擦力的方向不一定与运动方向共线C.受静摩擦力或滑动摩擦力的物体不一定静止或运动D.静摩擦力一定是阻力，滑动摩擦力不一定是阻力答案ABC解析摩擦力的方向与跟它接触的物体间相对运动方向或相对运动趋势的方向相反，与它的运动方向可能相同，也可能相反，也可能不在一条直线上。摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相同，比如在地面上相对地面滑动的物体，受地面的摩擦力方向与其运动方向相反，故选项A正确；汽车在水平路面上匀速转弯，静摩擦力充当向心力指向圆心，地面对汽车的静摩擦力方向与其运动方向垂直，故选项B正确；运动的物体可能受静摩擦力作用，也可能受滑动摩擦力作用；静止的物体可能受静摩擦力作用，也可能受滑动摩擦力作用。推动书本在桌面上滑动，桌面也受到滑动摩擦力作用，故选项C正确；静摩擦力可能是动力，也可能是阻力；滑动摩擦力可能是动力，也可能是阻力，故选项D错误。3.(摩擦力的分析和计算)如图，物块放在倾斜的木板上，改变木板与水平面之间的夹角θ，当θ＝30°和37°时物块所受的摩擦力大小恰好相等，求物块与木板之间的动摩擦因数()A.0.577 B.0.75C.0.625 D.0.833答案C解析设物块的质量为m，当木板与水平面间的夹角为30°时，物体静止在斜面上，对应的静摩擦力为Ff1＝mgsin30°＝0.5mg，当木板与水平面间的夹角为37°时，物块沿斜面加速下滑，对应的滑动摩擦力Ff2＝μ·mgcos37°＝0.8μmg，由Ff1＝Ff2，解得μ＝eq\f(5,8)＝0.625。4.(摩擦力的突变)(多选)如图甲所示，一人用由零逐渐增大的水平力F推静止于水平地面上质量为10kg的木箱，木箱所受的摩擦力Ff与F的关系如图乙所示，g取10m/s2，下列说法正确的是()A.木箱所受的最大静摩擦力Ffm＝21NB.木箱所受的最大静摩擦力Ffm＝20NC.木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0.21D.木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0.2答案AD解析由图乙知木箱受的最大静摩擦力为Ffm＝21N，故A正确，B错误；当木箱运动后受的是滑动摩擦力，大小为Ff＝μmg＝20N，解得μ＝0.2，故C错误，D正确。课时定时训练(限时25分钟)题组一弹力的分析和计算1.下列图中小球均处于静止状态，a、b板均光滑都和小球接触。A图中b板在竖直位置，B、C、D图中b板均在水平位置。则小球同时受到a、b板对它的弹力作用的是()答案A解析假设将与小球接触的两板分别撤去，根据小球的静止状态是否受影响可知：B、C、D图中，a板对小球没有弹力作用，A图中的两板和B、C、D图中的b板对小球都有弹力作用，故选项A正确。2.如图所示，物体A和B受到的重力分别为10N和8N，不计弹簧测力计和细线的重力及一切摩擦，则弹簧测力计的读数和地面对A的支持力分别为多大？答案8N2N解析物体B处于静止状态，对B受力分析，B受到细线的拉力和重力作用，故细线的拉力大小为8N，弹簧测力计右端受到的拉力大小为8N。又因为弹簧测力计处于静止状态，所以弹簧测力计受力是平衡的，则弹簧测力计左端受到的拉力大小也为8N，弹簧测力计的读数是8N。对A受力分析如图所示，由于A处于平衡状态，故FN＋F＝GA，FN＝2N。题组二摩擦力的分析和计算3.如图所示，物体A、B在力F作用下一起以相同速度沿F方向匀速运动，关于物体A所受的摩擦力，下列说法正确的是()A.甲、乙两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相同B.甲、乙两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相反C.甲、乙两图中物体A均不受摩擦力D.甲图中物体A不受摩擦力，乙图中物体A受摩擦力，方向和F相同答案D解析甲、乙两图中物体A、B都处于平衡状态，对甲图，A受重力、B的支持力作用，相对于B无运动趋势，A不受摩擦力。对乙图，A相对于B有沿斜面向下运动的趋势，A受摩擦力，且方向与F方向相同。4.(多选)(2020·江苏省梅村高级中学月考)如图所示，A、B两长方体物块叠放在水平地面上，物块A受到水平向右的力F作用，两物块均处于静止状态，下列说法正确的是()A.A、B之间没有摩擦力B.A、B之间有摩擦力C.地面对B有水平向右的摩擦力D.地面对B有水平向左的摩擦力答案BD解析以A物块为研究对象进行受力分析，处于静止状态，受到水平向右的力F作用，A物块有向右运动的趋势，则A、B之间有摩擦力，A错误，B正确；对整体进行受力分析，两物块均处于静止状态，在水平方向上整体受到向右的拉力，有向右运动的趋势，则地面对B有向左的摩擦力，D正确。题组三摩擦力的突变5.(2020·吉林高二期末)物体A的质量为1kg，置于水平地面上，物体与地面的动摩擦因数为μ＝0.2。从t＝0开始物体以一定初速度v0向右滑行的同时，受到一个水平向左的恒力F＝1N的作用，则下图中能反映物体受到的摩擦力Ff随时间变化的图像是(取向右为正方向，g＝10m/s2)()答案A解析物体先受到滑动摩擦力，大小Ff＝μmg＝2N，方向水平向左，做匀减速直线运动，当速度减为0，物体静止，所受的摩擦力为静摩擦力，大小为Ff′＝1N，方向水平向右。故A项正确。6.(多选)如图所示，用水平力F拉着一物体在水平地面上做匀速直线运动，从t＝0时刻起水平力F的大小随时间均匀减小，到t1时刻，F减小为零。物体所受的摩擦力Ff随时间t变化的图像可能是()答案AD解析由题意可知，物体在匀速运动，从t＝0时刻，拉力F开始均匀减小，t1时刻拉力减小为零，出现的摩擦力有两种可能，一是当拉力为零时，物体仍在滑动，则受到的一直是滑动摩擦力，即大小不变，A正确；二是当拉力减小为零前，物体已静止，则先是滑动摩擦力，后是静摩擦力，滑动摩擦力大小不变，而静摩擦力的大小与拉力相等，此时拉力小于滑动摩擦力大小，D正确，B、C错误。7.(多选)(2020·吴江汾湖高级中学高一月考)如图所示，物体A、B、C叠放在水平桌面上，力F作用在物体C上后，各物体仍保持静止状态，那么以下说法正确的是()A.C不受摩擦力作用B.B不受摩擦力作用C.A受的各个摩擦力的合力为零D.A、B、C三个物体组成的整体所受摩擦力为零答案BC解析对C分析，在水平方向上受拉力和静摩擦力作用，知A对C的摩擦力方向向左，大小等于F，A错误；对B分析，B在水平方向上平衡，不受摩擦力作用，B正确；对A分析，在水平方向上受C对A的摩擦力和地面对A的摩擦力，两个摩擦力的合力等于0，C正确；对A、B、C三个物体组成的整体分析，整体受到地面的摩擦力，大小等于F，D错误。8.如图所