第03讲相互作用（第6课时）2024年高中物理学业水平考试必备考点归纳与测试

第03讲相互作用第六课时重力与弹力了解力、重力、弹力。考点十四、力1．力的定义：力是物体对物体的相互作用。力的产生方式：（1）直接接触，如推力、拉力；（2）不直接接触，如重力、磁铁间的相互作用力。2．力的特性（1）物质性：力不能离开物体而独立存在。有力发生则一定存在着施力物质和受力物质。（2）相互性：力的作用是相互的。施力物体给予受力物体作用力的同时必然受到受力物体的反作用力。即力总是成对出现的。甲对乙有力的作用，同时乙对甲一定也有力的作用。（3）矢量性：力不仅有大小，而且有方向，方向不同，效果不同，所以力是矢量。可以用有方向的线段表示力。（4）力的瞬时性：有力则有加速度，力消失，加速度亦消失。因此要确切地表示一个力，必须既指明其大小，又指明其方向。可以用有方向的线段表示力。（5）同时性：发生相互作用的两个物体A与B，A对B作用的同时，B也一定对A发生作用。3．力的作用效果——两个（1）作用效果：①使物体产生形变；②使物体的运动状态发生改变。使物体的速度（大小或方向）发生变化，使物体产生加速度。（2）影响作用效果的要素：力的大小、方向和作用点。（3）作用效果的应用：是分析物体是否受力的基本方法。若存在作用效果，说明该力存在；若没有作用效果，说明该力不存在。【特别提醒】①并非有生命的物体才是施力物体，也并非先有施力物体后有受力物体。②任何一个力都独立地产生作用效果，使物体发生形变或使物体运动状态发生变化。4．力的表示：（1）力的三要素：大小、方向和作用点。（2）力的表示：①力的图示——能表示出力的大小、方向和作用点。②力的示意图——只能表示出力的方向和作用点。5．四种相互作用（1）相互吸引作用：存在于一切有质量的物体之间，作用强度随距离增大而减弱。（2）电磁相互作用：与万有引力相似。存在于电荷间和磁体间，作用强度随距离增大而减弱。（3）强相互作用：作用范围仅10–15m。存在于原子核内部粒子间。距离增大时，作用急剧减小。（4）弱相互作用：作用范围只有10–15m，强度只有强相互作用的10–12。存在于微观粒子间，其作用范围与强相互作用相同。【典型题例1】关于力的概念，下列说法哪些是正确的A．一个力必然联系着两个物体，其中每个物体既是受力物体又是施力物体B．只要两个力的大小相同，它们产生的效果一定相同C．物体受到力的作用，运动状态一定改变D．竖直向上抛出的物体，物体竖直上升，是因为竖直方向受到升力的作用【答案】A【解析】有力存在，必有两个物体同时存在，由于力的相互性，每个物体既是受力物体，同时也是施力物体，故A正确。力产生的效果不但跟力的大小有关，还与力的方向、作用点等有关，故B错。力的作用效果除运动状态改变还有形变，故C错。竖直向上升的物体，找不到施力物体，故此力不存在，D错。【典型题例2】下列关于力的说法中，正确的是A．有的力有施力物体，有的力没有施力物体B．任何物体受到力的作用后形状都发生改变C．两个物体相互作用，其相互作用力可以是不同性质的力D．影响力的作用效果的因素有力的大小、方向和作用点【答案】D【解析】任何力都必定同时存在施力物体和受力物体，A错；物体受到力的作用，运动状态可能发生改变，也可能不发生改变，形状也可能改变，也可能不变，B错；两物体间的相互作用力一定是同性质的力，C错；影响力的作用效果的因素是力的三要素，D对。【典型题例3】下列说法正确的是A．甲打乙一拳，乙感到痛，而甲未感觉到痛，说明甲对乙施加了力，而乙未对甲施加力B．“风吹草动”，草受到了力，但没有施力物体，说明没有施力物体的力也是存在的C．磁铁吸引铁钉时，磁铁不需要与铁钉接触，说明力可以脱离物体而存在D．网球运动员用力击球，网球受力后飞出，网球受力的施力物体不再是球网【答案】D【解析】甲对乙施力的同时，乙对甲也施力，只不过甲的“拳头”比乙“被打的部位”——如肚子、胸部，更能承受打击罢了，所以乙感到痛而甲未感到痛，A错；“风吹草动”的施力物体是空气，B错；力不可以离开物体，磁铁对铁钉的作用是通过磁铁产生的磁场发生的，磁场离不开磁铁，故C错；网球飞出后受重力和阻力，施力物体是地球和空气，故D正确。考点十五、重力1．重力的产生：由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。注意：重力不是万有引力，而是万有引力竖直向下的一个分力。（1）重力是非接触力。（2）重力的施力物体是地球。2．重力的大小：（1）由G=mg计算；可用弹簧测力计测量。注意：①物体的质量不会变；②G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的。在同一地点，重力的大小与质量成正比；在不同地点，如从两极到赤道或离地面越高，g值均减小，从而使同一物体的重力也有所不同；物体的重力与其运动状态无关，与物体是否受其他力也无关。（2）物体处于静止时，重力等于物体对水平支持物的压力或对竖直悬绳的拉力。用弹簧秤测量，物体处于静止时，弹簧秤的示数等于重力的大小。【典型题例4】下列关于重力的说法中，正确的是A．物体只有静止时才受重力B．重力的方向总是指向地心C．物体在赤道上受的重力最小D．物体挂在弹簧秤下，弹簧秤的示数一定等于物体的重力【答案】【解析】C物体受重力与运动状态是静止还是运动无关，故A错。重力实际是万有引力的一个分力（另一个分力提供物体绕地球自转的向心力），万有引力方向指向地心，重力不一定（只有两极或赤道重力指向地心）故B错。在赤道上，物体的重力等于万有引力与物体随地球运动的向心力之差，而在赤道上向心力最大，故物体的重力最小，C正确。只有在弹簧静止或匀速运动时，测出的才是物体的重力，若弹簧秤拉着物体加速上升或下降则弹簧秤的示数不等于重力，故D错。【典型题例5】关于地球上的物体，下列说法中正确的是A．在“天上”绕地球飞行的人造卫星不受重力作用B．物体只有落向地面时才受到重力作用C．将物体竖直向上抛出，物体在上升阶段所受的重力比落向地面时小D．物体所受重力的大小与物体的质量有关，与物体是否运动及怎样运动无关【答案】D【解析】物体无论运动还是静止均受重力作用，A、B均错误；物体重力的大小与物体的质量、当地的重力加速度大小有关，与物体怎样运动无关，D正确，C错误。【典型题例6】关于重力的大小，下列说法中正确的是A．物体的重力大小总是恒定的B．同一地点，物体的重力与物体的质量成正比C．物体落向地面时，它受到的重力大于它静止时所受的重力D．物体的重力总等于它对竖直测力计的拉力【答案】B【解析】物体的重力的计算式为G＝mg，物体的质量m是恒定的，但g的取值与地理位置有关。对同一地点，g的取值相同。随着物体所处的地理位置纬度的升高，g值将增大，随高度的增加，g将减小。因此，不能认为物体的重力是恒定的，故选项A错，选项B正确。由公式可知，物体所受的重力与物体的质量和g值有关，与物体是否受其他力及运动状态均无关，故选项C错误。用测力计竖直悬挂重物只有静止（或匀速运动）时，物体对测力计的拉力才等于物体的重力，故选项D错误。3．重力的方向：竖直向下（即垂直于水平面向下）。注意：竖直向下是和水平面垂直，不一定和接触面垂直，也不一定指向地心。垂直要看接触面，重力和水平面垂直，与斜面并不垂直。物体在自由释放后总是竖直向下的，就说明了重力的方向。4．重心：物体所受重力的作用点。物体的每一部分都受重力作用，从效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心。（1）影响重心位置的因素：其位置与物体的质量分布和形状有关。①质量分布均匀的物体的重心，只与物体的形状有关。形状规则的质量分布均匀的物体，它的重心就在几何中心上，如均匀直棒的重心，在棒的中心。②质量分布不均匀的物体的重心与物体的形状、质量分布有关。（2）不规则薄板形物体重心的确定方法：悬挂法。（3）重心在物体上的位置与物体所处的位置、放置状态及运动状态无关，但一个物体的质量分布或形状发生变化时，其重心在物体上的位置也发生变化。（4）质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上；对形状不规则的薄物体，可用支撑法或悬挂法来确定。注意：重心的位置可以在物体上，也可以在物体外。如一个圆形平板的重心在板上，而一个铜环的重心就不在环上。【典型题例7】下列关于重力和重心的说法正确的是A．物体所受的重力就是地球对物体产生的吸引力B．重力的方向总是指向地心C．用细线将重物悬挂起来，静止时物体的重心一定在悬线所在的直线上D．重心就是物体所受重力的等效作用点，故重心一定在物体上【答案】C【解析】重心是由于地球吸引而产生的，但不是地球的吸引力，A错；重力的方向竖直向下，B错；由平衡条件可知，细线拉力和重力平衡，重心在重力作用线上，C对；重心位置跟物体的形状、质量分布有关，是重力的等效作用点，但不一定在物体上，如球壳，其重心就不在球壳上，D错。【典型题例8】关于不倒翁不倒的原因，是它的重心设计巧妙，下列说法中正确的是A．重心在不倒翁的几何中心上B．不倒翁的重心很高C．不倒翁的重心很低D．不倒翁的重心不在物体上【答案】C【解析】由于物体在其他条件不变的情况下，重心越低，物体的稳定性越好，不倒翁的重心一定做得很低，C对，A，B，D均不对。【典型题例9】在体育运动中，人的身体重心位置随着姿势的变化而改变，下列姿势中身体重心位于体外的是【答案】B【解析】根据重心的概念可判B选项正确。考点十六、形变与弹力1．形变和弹性形变（1）形变：物体在力的作用下形状或体积发生改变，叫做形变。（2）弹性形变：有些物体在形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变。2．弹力（1）定义：发生形变的物体，由于要恢复原状，就会对跟它接触使它发生形变的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。发生形变的物体——施力体。（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。3．弹力产生的条件：两物体①直接接触；②有弹性形变（接触处有挤压或拉伸）。【典型题例10】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，是因为汽车发生了形变【答案】C【解析】汽车与桥面相互挤压都发生了形变，B错；由于桥面发生弹性形变，所以对汽车有向上的弹力，C对D错；由于汽车发生了形变，所以对桥面产生向下的压力，A错。【典型题例11】如图为四种与足球有关的情景，下列说法正确的是A．甲图中，静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力B．乙图中，静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力C．丙图中，被竖直踩在脚下且静止在水平草地上的足球可能受到4个力的作用D．丁图中，落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变【答案】D【解析】甲图中足球受到的弹力是地面的支持力，A错误；静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触，但是没有弹力，B错误；被竖直踩在脚下且静止在水平草地上的足球受到3个力的作用，即重力，地面的支持力，脚对球的压力，C错误；落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变，D正确。【典型题例12】关于弹力的产生，下列说法正确的是A．木块放在桌面上受到一个向上的弹力，这是由于木块发生微小形变而产生的B．木块放在桌面上，木块没有形变，所以对桌面没有施加弹力C．拿一根细竹竿拨动水中的木头，木头受到竹竿的弹力，这是由于木头发生弹性形变而产生的D．挂在电线下面的电灯受到向上的拉力，是因为电线发生微小的形变而产生的【答案】D【解析】木块和桌面相互作用，都会发生微小的形变．桌面发生微小形变对木块有向上的弹力即支持力；木块由于发生微小形变对桌面有向下的弹力即压力，A、B都错。木头受到的弹力是由细竹竿发生弹性形变而产生的，C错。电灯受到的拉力是电线发生微小形变而产生的，D对。4．弹力的方向：总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。弹力的方向总是与（施力物体形变的方向）相反。（1）常见的三种接触方式①面与面接触，垂直于公共接触面；②点与面接触，过点垂直于面；③点与点接触（点与曲线、曲面），垂直于公切面（垂直于过接触点的切线、切面）。（2）压力、支持力的方向——垂直于接触面，指向被压、被支持的物体。确定它们方向的关键是找准它们的接触面或接触点的切面。（3）轻绳，沿绳指向绳收缩方向；（4）轻杆，可沿杆，也可不沿杆，具有不确定性，一般要根据物体的运动状态结合平衡条件确定轻杆的弹力方向。【典型题例13】体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示，下列关于足球与斜台作用时斜台给足球的弹力方向的说法正确的是A．沿v1的方向B．沿v2的方向C．先沿v1的方向后沿v2的方向D．沿垂直于斜台斜向左上方的方向【答案】D【解析】足球与斜台的作用是球面与平面的相互作用，足球所受弹力方向垂直于斜台指向足球，即斜向左上方的方向，故D正确。5．弹力的大小：弹力的大小跟形变大小有关，形变越大，弹力越大。（1）根据力的平衡条件进行求解。（2）根据牛顿第二定律进行求解。（3）根据胡克定律进行求解——弹簧的弹力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，k只与弹簧本身有关，由弹簧本身的材料、长度、粗细、匝数等因素决定。它反映了弹簧的软硬程度，k越大，弹簧越硬，其长度越难改变。其中x为弹簧长度的变化量（可能为伸长量l−l0，也可能为缩短量l0−l），不是弹簧形变以后的长度。③弹力与弹簧伸长量的关系可用F−x图象表示，如图，图线的斜率即为弹簧的劲度系数。④由于F1＝kx1，F2＝kx2，故ΔF＝F2−F1＝kx2−kx1＝k（x2−x1）＝kΔx，因此，弹簧上弹力的变化量ΔF与形变量的变化量也成正比关系，即ΔF＝kΔx。【典型题例14】如图所示的装置中，小球的质量均相同，弹簧和细线的质量均不计，一切摩擦忽略不计，平衡时各弹簧的弹力分别为F1、F2、F3，其大小关系是A．F1＝F2＝F3 B．F1＝F2<F3C．F1＝F3>F2 D．F3>F1>F2【答案】A【解析】弹簧拉伸或压缩必然两端同时受力才可，只有一端有力时弹簧不会被拉伸或压缩，因弹簧均是拉住一相同质量小球，则弹力一样大，A正确。【典型题例15】一根轻弹簧在10.0N的拉力作用下，其长度由原来的5.00cm伸长为6.00cm.（1）当这根弹簧长度为4.20cm时，弹簧受到的力为多大？（2）当弹簧受到15N的拉力时，弹簧的长度是多少？（弹簧始终在弹性限度内）【答案】（1）8.0N（2）6.50cm【解析】（1）弹簧原长L0＝5.00cm＝5.00×10－2m在拉力F1＝10.0N的作用下伸长到L1＝6.00cm＝6.00×10－2m根据胡克定律得F1＝kx1＝k（L1－L0）解得弹簧的劲度系数k＝eq\f(F1,L1－L0)＝eq\f(10.0N,6.00－5.00×10－2m)＝1.00×103N/m当压力为F2时，弹簧被压缩到L2＝4.20cm＝4.20×10－2m根据胡克定律得，压力F2＝kx2＝k（L0－L2）＝1.00×103N/m×（）×10－2m＝8.0N。（2）当拉力F＝15N时弹簧的伸长量为x。由胡克定律得x＝eq\f(F,k)＝eq\f(15N,1.00×103N/m)＝1.50×10－2m＝1.50cm此时弹簧的长度为L＝L0＋x＝6.50cm。【典型题例16】如图所示，四个完全相同的弹簧都处于水平位置，它们的右端受到大小皆为F的拉力作用，而左端的情况各不相同：①弹簧的左端固定在墙上；②弹簧的左端受大小也为F的拉力作用；③弹簧的左端拴一小物块，物块在光滑的桌面上滑动；④弹簧的左端拴一小物块，物块在有摩擦的桌面上滑动。若认为弹簧质量都为零，以L1、L2、L3、L4依次表示四个弹簧的伸长量，则有A．L2>L1B．L4>L3C．L1>L3D．L2＝L4【答案】D【解析】弹簧伸长量由弹簧的弹力（F弹）大小决定。由于弹簧质量不计，这四种情况下，F弹都等于弹簧右端拉力F，因而弹簧伸长量均相同，故选D项。1．下列有关力的说法中正确的是A．力的产生离不开施力物体，但可以没有受力物体B．力的产生离不开受力物体，但可以没有施力物体C．力是物体对物体的作用，如果找不到施力物体或受力物体，这个力就不存在D．不接触的物体间也可以产生力的作用。如，磁铁吸引铁钉，可见力可以离开物体单独存在【答案】C【解析】任何力都有它的施力物体和受力物体，只有施力物体而没有受力物体，或只有受力物体，没有施力物体的力是不存在的，A、B错误。磁铁吸引铁钉，说明不接触的物体之间也可以产生力的作用，力不能离开物体单独存在，任何力都有它的施力物体和受力物体，C对，D错。2．在世界壮汉大赛上有拉汽车前进的一项比赛，如图是某壮汉正通过绳索拉汽车运动。则汽车所受拉力的施力物体和受力物体分别是A．壮汉、汽车B．壮汉、绳索C．绳索、汽车D．汽车、绳索【答案】C【解析】要研究的是汽车，直接对汽车产生拉力的是绳索而不是壮汉，汽车所受拉力是绳索和汽车之间的相互作用，故其施力物体是绳索，受力物体是汽车。3．下列说法正确的是A．甲挥拳击打乙，却被乙躲开，这时只有施力物体没有受力物体B．射出枪口的子弹能打到很远的地方，是因为子弹离开枪口后受到一个推力作用C．力也可以脱离物体而单独存在的D．一个力必定联系着两个物体，其中每个物体既是施力物体又是受力物体【答案】D【解析】甲的手臂和拳头应该看做两个部分，它们之间存在力的作用，并不是乙躲开就没有受力物体了，所以A错误。B选项提到的推力没有施力物体，所以这个力是不存在的，子弹离开枪口时具有很大的速度，可以飞得很远，所以B错误。由力的物质性可知C不正确。力是物体之间的相互作用，涉及力就必须有两个物体，即施力物体和受力物体，所以D正确。4．如图所示，“马踏飞燕”是汉代艺术家集高度智慧、丰富想象、浪漫主义精神和高超的艺术技巧的结晶，是我国古代雕塑艺术的稀世之宝，飞奔的骏马之所以能用一只蹄稳稳地踏在飞燕上，是因为A．马跑得快的缘故B．马蹄大的缘故C．马的重心在飞燕上D．马的重心位置和飞燕在一条竖直线上【答案】D【解析】马的重心位置在马身上而不在飞燕上，但只有马的重心位置和飞燕在一条竖直线上，才能保持平衡，故A、B、C错误，D正确。5．图中表示的是小车所受外力F的图示，所选标度都相同，则对于小车的运动，作用效果相同的是A．F1和F2B．F1和F4C．F1和F3、F4D．都不相同【答案】B【解析】由力的图示可知，F1和F4的大小和方向相同，产生的效果相同。6．一人站在体重计上称体重，保持立正姿势称的体重为G，当其缓慢地把一条腿平直伸出台面，体重计指针稳定后读数为G′，则A．G>G′B．G<G′C．G＝G′D．无法确定【答案】C【解析】人平直伸出腿后，身体重心所在的竖直线必过与台面接触的脚，即重心仍在台面上方，故两次示数应相同。7．足球运动员已将足球踢向空中，如图所示，下列描述足球在向斜上方飞行过程中某时刻的受力图中，正确的是（G为重力，F为脚对球的作用力，F阻为阻力）【答案】B【解析】足球在向斜上方飞行的过程中，脚对球已经没有作用力，球只受到重力和空气阻力，重力的方向竖直向下，空气阻力的方向与球的运动方向相反，B正确。8．关于重心，下列说法正确的是A．重心就是物体上最重的点B．重心的位置不一定在物体上，但形状规则的质量分布均匀的物体的重心一定在物体上C．用一根细线悬挂的物体静止时，细线方向不一定通过重心D．重心位置与物体的质量分布情况及形状有关【答案】D【解析】重心是物体重力的等效作用点，并非物体上最重的点，A错。形状规则、质量分布均匀物体的重心也可能不在物体上，如均匀圆环的重心在其圆心处，B错。据二力平衡知识，一根细线悬挂的物体静止时，拉力与重力共线，必过重心，C错。重心的位置只与物体的质量分布及形状有关，与物体所处位置及运动状态无关，D对。9．跳高运动员在下列四种过杆姿势中，重心最能接近甚至低于横杆的是【答案】D【解析】A、B、C图中，运动员跨过杆的瞬时，其身体的大部分在横杆以上，因此其重心高于横杆。只有D的重心接近甚至低于横杆。10．关于重力的大小及重心的位置，以下说法正确的是A．重力是物体本身具有的力，大小与物体的质量成正比B．静止在水平面上的物体对水平面的压力大小一定小于其所受的重力大小C．重力只作用在物体的重心上，重心的位置总在物体的几何中心D．重力是由于地球对物体的吸引而产生的，重力的施力物体是地球【答案】D【解析】重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，而不是物体本身具有的力，施力物体是地球；物体重力的计算式G＝mg，其中g的值与物体所处的地理位置有关，同一地点、同一高度，g值相同，物体的重力与物体的质量成正比，不同地点，不同高度，g值一般不同，因此，不能说物体的重力大小与物体的质量成正比，选项A错误，D正确；静止在水平面上的物体，对水平面的压力大小等于物体的重力大小，选项B错误；重心是物体所受重力的等效作用点，重心的位置与物体的形状和质量分布均有关，只有形状规则、质量均匀分布时，重心的位置才在物体的几何中心，故选项C错误。11．杂技演员有高超的技术，如图所示，能轻松地顶住从高处落下的坛子，关于他顶坛时头顶受到的压力产生的直接原因是A．坛的形变B．头的形变C．物体受到的重力D．人受到的重力【答案】A【解析】头顶受到的压力的施力物体是坛子，受力物体是头顶，它产生的直接原因是坛的形变，间接原因是物体受到的重力，A项正确。12．一只松鼠站在倾斜的树枝上，则树枝对松鼠的弹力的方向为A．竖直向上B．竖直向下C．垂直树干斜向上D．沿树干方向【答案】C【解析】支持力的方向总是垂直于接触面指向被支持的物体，选项C正确。13．如图所示，液晶电视静止于电视机架上，关于液晶电视与电视机架之间的相互作用，下列说法正确的是A．液晶电视向下形变，对电视机架产生压力的作用B．液晶电视向上形变，对电视机架产生压力的作用C．电视机架向下形变，对液晶电视产生压力的作用D．电视机架向上形变，对液晶电视产生支持力的作用【答案】B【解析】液晶电视对电视机架产生压力是由于液晶电视向上形变引起的，选项A错，B对；电视机架对液晶电视产生支持力是由于电视机架向下形变引起的，选项C、D错。14．如图所示，球A在斜面上，被竖直挡板挡住而处于静止状态，关于球A所受的弹力