高考物理一轮 （考纲自主研读+命题探究+高考全程解密） 第1讲重力 弹力 摩擦力（含解析） 新人教版

物理1第二章相互作用第1讲重力弹力摩擦力eq\f(对应学生,用书P23)重力Ⅰ(考纲要求)【思维驱动】(单选)(·蚌埠高三检测)小明对重力有以下四种认识，其中正确的是()．A．重力方向总是垂直于物体的表面B．重力方向总是竖直向下C．物体的重心一定在物体上D．在同一地点，同一物体静止时所受的重力与其运动时所受的重力不一样答案B【知识存盘】1．产生：由于地球对物体的吸引而使物体受到的力．2．大小：G＝mg．3．g的特点(1)在地球上同一地点g值是一个不变的常数．(2)g值随着纬度的增大而增大．(3)g值随着高度的增大而减小．4．方向：竖直向下5．重心(1)相关因素①物体的几何形状．②物体的质量分布．(2)位置确定①质量分布均匀的规则物体，重心在其几何中心；②对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板，重心可用悬挂法确定．形变和弹力、胡克定律Ⅰ(考纲要求)【思维驱动】(单选)在图中，A、B均处于静止状态，则A、B之间一定有弹力的是()．解析假设将与研究对象接触的物体逐一移走，如果研究对象的状态发生变化，则表示它们之间有弹力；如果状态无变化，则表示它们之间无弹力．四个选项中当B选项中的B物体移走后，A物体一定会摆动，所以B选项中A、B间一定有弹力．答案B【知识存盘】1．形变：物体在力的作用下形状或体积的变化叫形变．2．弹性(1)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(1)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用．(2)产生条件①物体相互接触；②物体发生弹性形变．(3)方向：弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反．4．胡克定律(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．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是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度．静摩擦、滑动摩擦、摩擦力、动摩擦因数Ⅰ(考纲要求)【思维驱动】(单选)下列关于摩擦力的说法正确的是()．A．摩擦力的方向总与物体的运动方向相反B．摩擦力的大小与相应的正压力成正比C．运动着的物体不可能受静摩擦力作用，只能受滑动摩擦力作用D．静摩擦力的方向与接触物体相对运动趋势的方向相反解析摩擦力的方向与物体的运动方向可以相同也可以相反，故A错；静摩擦力的方向总是与物体间相对运动趋势的方向相反，故D对；静摩擦力存在于相对静止的物体间，物体可以是静止的，也可以是运动的，故C错；滑动摩擦力大小与正压力成正比，静摩擦力与正压力无关，最大静摩擦力与正压力成正比，故B错．答案D【知识存盘】1．静摩擦力和滑动摩擦力(1)静摩擦力：两个有相对运动趋势的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力叫静摩擦力．(2)滑动摩擦力：两个有相对滑动的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动的力叫滑动摩擦力．2．两种摩擦力的对比摩擦力静摩擦力滑动摩擦力产生条件(必要条件)接触面粗糙接触处有弹力两物体有相对运动趋势(仍保持相对静止)接触面粗糙接触处有弹力两物体有相对运动大小静摩擦力F为被动力，与正压力无关，满足0<Ff≤Fmax最大静摩擦力Fmax大小与正压力大小有关滑动摩擦力：Ff＝μFN(μ为动摩擦因数，取决于接触面材料及粗糙程度，FN为正压力)方向沿接触面与受力物体相对运动趋势的方向相反沿接触面与受力物体相对运动的方向相反1.2．三个方向eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(运动方向,相对运动方向,相对运动趋势的方向))3．两个“相对”eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(相对静止,相对运动))eq\f(对应学生,用书P24)考点一弹力方向的判断及大小计算图2－1－1【典例1】(单选)如图2－1－1所示，一重为10N的球固定在支杆AB的上端，今用一段绳子水平拉球，使杆发生弯曲，已知绳的拉力为7.5N，则AB杆对球的作用力()．A．大小为7.5NB．大小为10NC．方向与水平方向成53°角斜向右下方D．方向与水平方向成53°角斜向左上方解析对小球进行受力分析可得，AB杆对球的作用力和绳的拉力的合力与小球重力等值反向，令AB杆对小球的作用力与水平方向夹角为α，可得：tanα＝eq\f(G,F拉)＝eq\f(4,3)，α＝53°，故D项正确．答案D【变式跟踪1】(单选)小车上固定一根弹性直杆A，图2－1－2杆顶固定一个小球B(如图2－1－2所示)，现让小车从光滑斜面上自由下滑，在下图的情况中杆发生了不同的形变，其中正确的是()．解析小车在光滑斜面上自由下滑，则加速度a＝gsinθ(θ为斜面的倾角)，由牛顿第二定律可知小球所受重力和杆的弹力的合力沿斜面向下，且小球的加速度等于gsinθ，则杆的弹力方向垂直于斜面向上，杆不会发生弯曲，C正确．答案C,以题说法1．判断弹力有无的常用方法(1)“条件法”：根据弹力产生的两个条件——接触和发生弹性形变直接判断．(2)“状态法”：根据研究对象的运动状态进行分析，判断物体是否需要弹力，才能保持现在的运动状态．2．弹力方向的判断方法(1)根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反，与自身(受力物体)形变方向相同判断．注：几种常见接触面间的弹力见“状元微博”．(2)根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律进行判断．3．弹力大小的计算方法(1)根据力的平衡条件进行求解．(2)根据胡克定律进行求解．(3)根据牛顿第二定律进行求解．4．杆的弹力：杆既可以产生拉力，也可以产生支持力，弹力的方向可能沿着杆，也可能不沿杆．考点二静摩擦力方向的判断1．受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的．2．摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势，但摩擦力不一定阻碍物体的运动，即摩擦力不一定是阻力．【典例2】(单选)如图2－1－3所示，物体P、Q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P所受的摩擦力，下列说法正确的是()．图2－1－3A．甲、乙两图中物体P均受摩擦力，且方向均与F相同B．甲、乙两图中物体P均受摩擦力，且方向均与F相反C．甲、乙两图中物体P均不受摩擦力D．甲图中物体P不受摩擦力，乙图中物体P受摩擦力，方向和F方向相同解析用假设法分析：甲图中，假设P受摩擦力，与P做匀速运动在水平方向合力为零不符，所以P不受摩擦力；乙图中，假设P不受摩擦力，P将相对Q沿斜面向下运动，从而P受沿F方向的摩擦力．正确选项是D.答案D【变式跟踪2】(单选)图2－1－4如图2－1－4所示，A、B两物体叠放在一起，在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动，运动过程中B受到的摩擦力()．A．方向向左，大小不变B．方向向左，逐渐减小C．方向向右，大小不变D．方向向右，逐渐减小解析物体B具有水平向左的恒定加速度，由牛顿第二定律知，物体B受到的合外力水平向左且恒定，对物体B受力分析可知，物体B在水平方向的合外力就是物体A施加的静摩擦力，因此，物体B受到的摩擦力方向向左，且大小不变，故A正确．答案A【变式跟踪3】(多选)如图2－1－5所示，图2－1－5用一水平力F把A、B两个物体挤压在竖直的墙上，A、B两物体均处于静止状态，下列判断正确的是()．A．B物体对A物体的静摩擦力方向向下B．F增大时，A和墙之间的摩擦力也增大C．若B的重力大于A的重力，则B受到的摩擦力大于墙对A的摩擦力D．不论A、B的重力哪个大，B受到的摩擦力一定小于墙对A的摩擦力解析将A、B视为整体，可以看出A物体受到墙的摩擦力方向竖直向上．对B受力分析可知B受到的摩擦力方向向上，由牛顿第三定律可知B对A的摩擦力方向向下，A正确；由于A、B两物体受到的重力不变，根据平衡条件可知B错误；A和墙之间的摩擦力与A、B两物体重力平衡，故C错误、D正确．答案AD,以题说法判断静摩擦力的有无及方向的常用方法1．假设法：利用假设法判断的思维程序如下：2．状态法：(如变式跟踪2)明确物体的运动状态，分析物体的受力情况，根据平衡方程或牛顿第二定律求解静摩擦力的大小和方向．3．牛顿第三定律法：(如变式跟踪3)此法的关键是抓住“力是成对出现的”，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．考点三摩擦力的大小计算图2－1－6【典例3】在粗糙的水平面上放一物体A，A上再放一质量为m的物体B，A、B间的动摩擦因数为μ，施加一水平力F作用于A(如图2－1－6所示)，计算下列情况下A对B的摩擦力．(1)当A、B一起做匀速运动时；(2)当A、B一起以加速度a向右匀加速运动时；(3)当力F足够大而使A、B发生相对滑动时；(4)当A、B发生相对滑动，且B物体的eq\f(1,5)伸到A的外面时．解析(1)因A、B一起向右匀速运动，B物体受到的合力为零，所以B物体受到的摩擦力为零．(2)因A、B无相对滑动，所以B受到的摩擦力是静摩擦力，此时不能用Ff＝μFN来计算，对B物体受力分析，由牛顿第二定律得F合＝ma，所以Ff＝ma，方向水平向右．(3)因A、B发生相对滑动，所以B受到的摩擦力是滑动摩擦力，即Ff＝μFN＝μmg，方向水平向右．(4)因滑动摩擦力的大小与物体间的接触面积大小无关，所以Ff＝μmg.方向水平向右．答案(1)0(2)ma，方向水平向右(3)μmg，方向水平向右(4)μmg，方向水平向右【变式跟踪4】(单选)(·山东淄博联考)图2－1－7如图2－1－7所示，物块A放在倾斜的木板上，已知木板的倾角α分别为30°和45°时物块所受摩擦力的大小恰好相同，则物块和木板间的动摩擦因数为()．A.eq\f(1,2)B.eq\f(\r(3),2)C.eq\f(\r(2),2)D.eq\f(\r(5),2)解析由题意可以判断出，当倾角α＝30°时，物块受到的摩擦力是静摩擦力，大小为Ff1＝mgsin30°，当α＝45°时，物块受到的摩擦力为滑动摩擦力，大小为Ff2＝μFN＝μmgcos45°，由Ff1＝Ff2得μ＝eq\f(\r(2),2).答案C,借题发挥摩擦力大小的计算技巧分析计算摩擦力的大小和方向时，应先分清是滑动摩擦力还是静摩擦力．1．若是滑动摩擦力，则根据公式Ff＝μFN或力的平衡条件或牛顿第二定律进行分析计算，切记压力FN一般情况下不等于重力．2．若是静摩擦力，则只能根据力的平衡条件或牛顿第二定律进行分析计算，切记不能用公式Ff＝μFN计算静摩擦力．eq\f(对应学生,用书P26)疑难突破1摩擦力的“突变”问题一、静静“突变”物体在摩擦力和其他力的作用下处于静止状态，当作用在物体上的其他力的合力发生变化时，如果物体仍然保持静止状态，则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变．(如典例1)二、静动“突变”物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持静止状态，则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力．(如典例2)三、动静“突变”在摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物体突然停止滑行时，物体将不受摩擦力作用，或滑动摩擦力“突变”成静摩擦力．(如典例3)突破策略物体受到的外力发生变化时，物体受到的摩擦力的种类就有可能发生突变．解决这类问题的关键是：正确对物体受力分析和运动状态分析，从而找到物体摩擦力的突变“临界点”.典例1(单选)一木块放在水平桌面上，图2－1－8在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用，木块处于静止状态，如图2－1－8所示，其中F1＝10N，F2＝2N，若撤去F1，则木块受到的摩擦力为()．A．10N，方向向左B．6N，方向向右C．2N，方向向右D．0解析当物体受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时，由平衡条件可知物体所受的摩擦力的大小为8N，可知最大静摩擦力Ffmax≥8N．当撤去力F1后，F2＝2N<Ffmax，物体仍处于静止状态，由平衡条件可知物体所受的静摩擦力大小和方向发生突变，且与作用在物体上的F2等大反向．C正确．答案C典例2(单选)长直木板的上表面的一端放有一铁块，图2－1－9木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与水平面的夹角α变大)，另一端不动，如图2－1－9所示．则铁块受到的摩擦力Ff随角度α的变化图象可能正确的是下图中的(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)()．解析设木板与水平面间的夹角增大到θ时，铁块开始滑动，显然当α<θ时，铁块与木板相对静止．由力的平衡条件可知，铁块受到的静摩擦力的大小为Ff＝mgsinα；当α≥θ时铁块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力，设动摩擦因数为μ，由滑动摩擦力公式得，铁块受到的滑动摩擦力为Ff＝μmgcosθ.通过上述分析知道：α<θ时，静摩擦力随α角增大按正弦函数增加；当α≥θ时，滑动摩擦力随α角增大按余弦规律减小，所以正确选项为C.答案C典例3(单选)如图2－1－10所示，图2－1－10质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，从t＝0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同时受到一个水平向左的恒力F＝1N的作用，取g＝10m/s2，向右为正方向，该物体受到的摩擦力Ff随时间变化的图象是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)．()．解析答案Aeq\f(对应学生,用书P27)一、对力、重力概念的理解1．(单选)下列说法正确的是()．A．力是物体对物体的作用B．只有直接接触的物体间才有力的作用C．用脚踢出去的足球，在向前飞行的过程中，始终受到向前的力来维持它向前运动D．甲用力把乙推倒，说明甲对乙的作用力在先，乙对甲的作用力在后解析力的作用不一定要直接接触．譬如地球与物体之间的万有引力，电荷与电荷之间的作用力，都不需要直接接触，所以B错误；力的作用离不开物体，用脚踢出去的足球，在向前飞行的过程中，球没有受到向前的力来维持它向前运动，C错误；两个物体之间的相互作用力没有先后之说，所以D错误．答案A2．(单选)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作用B．重力的方向总是指向地心C．地面上的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解析物体是否受重力作用与其运动状态无关，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，重力方向不一定指向地心(只有在两极或赤道上的物体所受的重力方向才指向地心)，故B错．在赤道上，物体所受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，在地球各纬度物体所受万有引力大小相同，分析可知物体在赤道上受的重力最小，C正确．在弹簧秤和物体都静止或匀速运动时，测出的示数才等于物体的重力，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．答案C二、对弹力的理解3．(多选)下列关于弹力的几种说法，其中正确的是()．A．两物体接触并不一定产生弹力B．静止在水平面上的物体所受重力就是它对水平面的压力C．静止在水平面上的物体受到向上的弹力是因为地面发生了形变D．只要物体发生形变就一定有弹力产生解析两物体接触并发生弹性形变才产生弹力，A正确、D错误．静止在水平面上的物体所受重力的施力物体是地球，而压力的施力物体是该物体，受力物体是水平面，两力不同，B错误、C正确．答案AC4．(单选)图2－1－11如图2－1－11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