2024届高考物理复习：重力弹力

第1讲重力弹力一、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(1)定义：物体各部分都受重力的作用，从效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫作物体的重心。(2)重心位置的确定①其位置与物体的质量分布和形状有关。②质量分布均匀的规则物体的重心在其几何中心。二、形变、弹力、胡克定律1．形变(1)定义：物体在力的作用下形状或体积的变化叫作形变。(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。(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，这个限度叫作弹性限度。2．弹力(1)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫作弹力。(2)产生条件：物体相互接触且发生弹性形变。(3)方向：①总是与物体形变的方向相反；②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。3．胡克定律(1)内容：弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。(2)表达式：F＝kx。①k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。②x是形变量，不是弹簧形变以后的长度。,eq\a\vs4\al(情境创设)如图所示，健身拉力器是一种很简单且容易获得的健身器材。拉力器能够锻炼的部位有很多：可以练肩部，练手臂，练胸，练腿，练背等。微点判断(1)健身爱好者所受重力的方向不一定指向地心。(√)(2)地面对健身爱好者的支持力是由于健身爱好者的脚发生了形变。(×)(3)弹簧拉伸时，健身爱好者的手与弹簧间一定有弹力。(√)(4)健身拉力器中的弹簧，其形变量越大，劲度系数越大。(×)(5)健身拉力器中的弹簧，其劲度系数是由弹簧自身性质决定的。(√)(6)F＝kx中“x”表示弹簧形变后的长度。(×)(一)重力与重心(固基点)[题点全练通]1．关于物体的重力，下列说法正确的是()A．在“天上”绕地球飞行的人造卫星不受重力作用B．物体放在真空中不受重力作用C．将物体竖直向上抛出后，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解析：选D重力是由于地球的吸引而使地面附近物体受到的地球的作用力，不管物体是否在真空中，是静止还是运动，也不管物体是上升还是下落，一切物体都受重力作用，故A、B项错误；地面附近同一物体的重力大小、方向都不会发生改变，重力的大小可由公式G＝mg求出，C项错误；重力大小与物体的质量m有关，与物体的运动状态无关，D项正确。2．在下列物品中符合重心在几何体内部且位于中心的是()A．如图甲所示的均匀材质的铁球B．如图乙所示的煎好的麦饼C．如图丙所示的实心球D．如图丁所示的对称的马蹄形磁铁解析：选A图甲为均匀材质的铁球，故重心在其内部且位于中心，A正确；煎好的麦饼质地不一定均匀、形状不一定规则，B错误；实心球质地不一定均匀，C错误；马蹄形磁铁的重心在几何体外部，D错误。3.(2022·浙江1月选考)如图所示，公园里有一仿制我国古代欹器的U形水桶，桶可绕水平轴转动，水管口持续有水流出，过一段时间桶会翻转一次，决定桶能否翻转的主要因素是()A．水桶自身重力的大小B．水管每秒出水量的大小C．水流对桶撞击力的大小D．水桶与水整体的重心高低解析：选D由题意可知水桶中的水到一定量之后，导致水桶与水整体的重心往上移动，竖直向下的重力作用线偏离中心转轴，导致水桶不能稳定平衡，发生翻转，D正确。[要点自悟明]1．重心是重力的等效作用点，其位置与物体的形状和质量分布有关，但不一定在物体上。2．对于形状不规则或质量不均匀分布的薄板，重心可用悬挂法确定。3．重力的方向总是竖直向下，不一定指向地心，也不一定垂直向下。4．重力的大小G＝mg，而g的大小与所处的地球位置有关。(二)弹力(精研点)研清微点1弹力的有无判断1．[假设法]如图所示，图中的物体A、B均处于静止状态，下列说法正确的是()A．图甲中水平地面是光滑的，A与B间存在弹力B．图乙中两斜面与水平地面的夹角分别为α、β，A对两斜面均有压力的作用C．图丙中A不会受到斜面B对它的支持力的作用D．图丁中A受到斜面B对它的支持力的作用解析：选B图甲中对B进行受力分析，B受重力和地面支持力的作用，竖直方向二力平衡，B静止，水平方向不可能再受到A对B的弹力作用，A错误；图乙中若除去左侧的斜面，或去掉右侧的斜面，A不能保持静止，所以A对两斜面均有压力的作用，B正确；图丙中绳子对A的拉力斜向右上，若将斜面B移走，A不能保持静止，故A受到斜面B对它的弹力作用，C错误；图丁中绳子处于竖直状态，若A与斜面B间有弹力，绳子不能保持竖直状态，故A不受斜面B的弹力作用，D错误。2．[状态法]如图所示，一小车的表面由一光滑水平面和光滑斜面连接而成，其上放一球，球与水平面的接触点为a，与斜面的接触点为b。当小车和球一起在水平桌面上做直线运动时，下列结论正确的是()A．球在a、b两点处一定都受到支持力B．球在a点一定受到支持力，在b点处一定不受支持力C．球在a点一定受到支持力，在b点处不一定受到支持力D．球在a点处不一定受到支持力，在b点处也不一定受到支持力解析：选D若球与小车一起做水平匀速运动，则球在b处不受支持力作用；若球与小车一起水平向左做匀加速运动，则球在a处受到的支持力可能为零，D正确。一点一过判断弹力有无的三种方法1．条件法：看是否接触，有无弹性形变。2．假设法(以下图为例说明)eq\a\vs4\al(光滑接触面a倾斜,光滑接触面b水平)项目具体方法结果结论解除接触面去除接触面a球保持静止a对球无弹力去除接触面b球下落b对球有弹力假设有弹力a对球有弹力球向右滚动a对球无弹力b对球有弹力球仍保持静止b对球有弹力3．状态法根据物体的运动状态，由平衡条件或牛顿第二定律进行判断。如第2题，球在a点和b点是否存在支持力，与球和小车所处的运动状态有关。研清微点2弹力的方向判断3．在下图中画出各弹力的方向类型面与面点与面点与曲面曲面与平面示例注：学生用书中已将3、4题示例中的弹力方向删除。4．在下图中画出各弹力的方向类型绳的弹力一定沿绳杆的弹力不一定沿杆弹簧分拉伸、压缩示例一点一过常见的5种形式的弹力方向1．物体间平面与平面接触：弹力的方向垂直于公共接触面，指向受力物体。2．物体间点与曲面接触：物体所受弹力垂直于接触点的切面，指向受力物体。3．物体间平面与曲面接触：物体所受弹力垂直于平面指向受力物体。4．细绳上的弹力方向：沿绳指向绳收缩的方向。5．轻杆对物体的弹力方向：不一定沿杆，其方向与物体的状态有关。研清微点3弹力的大小计算5．[弹簧]两个劲度系数分别为k1和k2的轻质弹簧a、b串接在一起，a弹簧的一端固定在墙上，如图所示。开始时弹簧均处于原长状态，现用水平力作用在b弹簧的P端向右拉动弹簧，已知a弹簧的伸长量为L，则()A．b弹簧的伸长量也为LB．b弹簧的伸长量为eq\f(k1L,k2)C．P端向右移动的距离为2LD．P端向右移动的距离为eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(k2,k1)))L解析：选B根据两根弹簧中弹力相等可得b弹簧的伸长量为eq\f(k1L,k2)，P端向右移动的距离为L＋eq\f(k1,k2)L，选项B正确。6．[平衡体]现代人经常低头玩手机，这会使颈椎长期受压，可能引发颈椎病。某同学低头看手机时，可粗略认为头受到重力G、肌肉拉力F和颈椎支持力N，如图所示，若颈椎弯曲与竖直方向成30°，此时肌肉对头的拉力F约为头所受重力的1倍，由此估算颈椎受到的压力大小约为()A．2GB.eq\r(3)GC．GD.eq\f(\r(3),2)G解析：选B由平衡条件知，重力G与肌肉拉力F的合力与颈椎支持力N平衡，根据几何关系及力的平行四边形定则得N＝2Gcos30°＝eq\r(3)G，由牛顿第三定律知，颈椎受到的压力大小约为eq\r(3)G，故B正确。7．[非平衡体](多选)如图所示为位于水平面上的小车，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定有质量为m的小球。现使小车以加速度a向右做匀加速运动，下列说法正确的是()A．杆对小球的弹力竖直向上B．杆对小球的弹力沿杆向上C．杆对小球的弹力大小可能为eq\f(mg,cosθ)D．杆对小球的弹力大小为F＝eq\r(mg2＋ma2)解析：选CD设杆对小球的弹力F在竖直方向的分力为Fy，水平方向的分力为Fx，由牛顿第二定律可知，Fy＝mg，Fx＝ma，F＝eq\r(mg2＋ma2)，当eq\f(ma,mg)＝tanθ时，即a＝gtanθ时，杆对球的弹力沿杆向上，此时F＝eq\f(mg,cosθ)，综上所述，A、B错误，C、D正确。一点一过计算弹力大小的3种方法1．弹簧——应用胡克定律计算(1)由F＝kx计算，其中x为弹簧的形变量。(2)弹簧串联时，各弹簧的弹力大小相等，弹簧的形变量一般不同。(3)弹簧并联时，各弹簧的形变量相等，弹力一般不同。2．平衡体——应用平衡条件计算(1)对物体受力分析，明确是二力平衡还是多力平衡，画出受力图。(2)应用物体的平衡条件，借助力的平行四边形定则及三角函数知识求解结果。3．非平衡体——应用牛顿第二定律计算(1)对物体受力分析，画出受力图。(2)应用牛顿第二定律，沿加速度的方向和垂直于加速度方向列方程。(3)求解弹力的大小和方向，并判断结果的合理性。[课时跟踪检测]1．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上，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．重力是由地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的解析：选D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；物体的重心可以在物体上，也可以在物体外，如环的重心在环的本体外，故B错误；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；重力是由地面附近的物体受到地球的吸引力而产生的，故D正确。2．双层巴士靠站后，上车乘客向上层的后方走动，此时，车的重心()A．向前上方移动 B．向后上方移动C．向上移动 D．不变解析：选B在乘客移动过程中，双层巴士后上方的质量增大，所以车的重心向后上方移动，故B正确。3．下列图中，光滑小球都与下表面接触，则小球一定受支持力的是()解析：选C选项A、B、D中，如果绳子的拉力等于小球的重力，则小球不会受到支持力的作用，但是选项C中若小球不受支持力的作用，小球不会处于平衡状态，故一定受到支持力作用，故C正确。4.在日常生活及各项体育运动中，有弹力出现的情况比较普遍，如图所示的情况就是一个实例。当运动员踩压跳板使跳板弯曲到最低点时，下列说法正确的是()A．跳板发生形变，运动员的脚没有发生形变B．运动员受到的支持力是运动员的脚发生形变而产生的C．此时跳板对运动员的支持力和运动员的重力等大D．此时跳板对运动员的支持力大于运动员的重力解析：选D发生相互作用的物体均要发生形变，故A错误；发生形变的物体，为了恢复原状，会对与它接触的物体产生弹力的作用，B错误；在最低点，运动员的瞬时速度虽然为零，但接着运动员要加速上升，故此时跳板对运动员的支持力大于运动员的重力，C错误，D正确。5.高竿船技是浙江嘉兴文化古镇(乌镇)至今仍保留并演出的传统民间杂技艺术，表演者爬上固定在船上的竹竿，模拟蚕宝宝吐丝作茧的动作祈愿蚕茧丰收。如图所示，此时表演者静止在弯曲倾斜的竹竿上，则下列说法正确的是()A．表演者对竹竿的弹力是由竹竿形变产生的B．表演者对竹竿的力竖直向下C．表演者对竹竿的摩擦力一定为零D．表演者对竹竿的力大于竹竿对表演者的力解析：选B表演者对竹竿的弹力是由表演者发生形变产生的，故A错误；因为表演者静止在弯曲倾斜的竹竿上，受到重力、弹力和摩擦力作用，且处于平衡，故竹竿对表演者的力竖直向上，根据牛顿第三定律可知表演者对竹竿的力竖直向下，故B正确，C错误；表演者对竹竿的力与竹竿对表演者的力大小相等，故D错误。6.如图所示，有两根完全相同的轻弹簧。图甲中，弹簧竖直固定在地面上，弹簧顶端有一质量为2kg的物块A，弹簧长度为7cm；图乙中，质量为0.5kg的物块B悬挂在弹簧下端，弹簧长度为9.5cm。物块A、B均处于静止状态，弹簧均处于弹性范围内，取重力加速度大小g＝10m/s2。则该弹簧的原长为()A．7.5cm B．8cmC．8.5cm D．9cm解析：选D由胡克定律可得mAg＝k(x0－x1)，mBg＝k(x2－x0)，解得x0＝9cm，D正确。7．如图所示，小车内沿竖直方向的一根轻质弹簧和一条与竖直方向成α角的细绳拴接