2025年物理新高考备考2025年（版）物理《三维设计》一轮总复习（提升版）第1讲　重力　弹力　摩擦力

课标要求备考策略1.认识重力、弹力。2.了解胡克定律。3.知道滑动摩擦和静摩擦现象，能用动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小。4.了解力的合成与分解，知道矢量和标量。5.能用共点力的平衡条件分析生产生活中的问题。6.实验二：探究弹簧弹力与形变量的关系。实验三：探究两个互成角度的力的合成规律培养学生按顺序分析力的良好思维习惯、规范做好力的示意图的能力，掌握整体法和隔离法选取研究对象的技巧，利用数学知识（尤其是三角形知识）处理力的平衡问题是突破本章核心的基础第1讲重力弹力摩擦力考点一重力和重心1.重力（1）产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。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。（2）大小：G＝mg，可用弹簧测力计测量。同一物体G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的。（3）方向：竖直向下。2.重心：物体的各部分都受到重力的作用，可认为重力集中作用于一点，即物体的重心。（1）影响重心位置的因素：物体的几何形状；物体的质量分布。（2）不规则薄板形物体重心的确定方法：悬挂法。注意：重心的位置不一定在物体上。▢判断小题1.重力就是地球对物体的吸引力。（×）2.形状规则的物体的重心一定在物体的几何中心。（×）3.重力加速度g的大小与在地球表面的位置有关。（√）1.【重力】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.地面上的同一物体在赤道上所受重力最小D.物体挂在弹簧测力计下，弹簧测力计的示数一定等于物体的重力解析：C物体受到重力的作用，与物体的运动状态无关，A错误；重力的方向总是竖直向下，不一定指向地心，B错误；物体的重力随纬度增大而增大，因此地面上的同一物体在赤道上所受重力最小，C正确；物体挂在弹簧测力计下处于平衡状态时，弹簧测力计的示数才等于物体的重力，D错误。2.【重心】小明在参观科技馆时观察到有一个十分有趣的“锥体上滚”实验。如图所示，将一个双圆锥体轻轻放在倾斜轨道的低端，就会看到它似乎在向“上”滚去，关于锥体的运动说法正确的是（）A.双圆锥体的重心在锥体的外部，不在锥体上B.在双圆锥体上滚的过程中，锥体的重心在向上运动C.双圆锥体上滚实验中，虽然看到的现象好像是锥体在上滚，但是从侧面观察的话锥体重心其实是下移的D.当双圆锥体在轨道的最低处时，它的重心在最低处；当双锥体在轨道最高处时，它的重心在最高处解析：C锥体上滚的原理是重心运动，虽然看到的现象好像是锥体在上滚，但是从侧面观察的话锥体重心其实是下移的，B错误，C正确；锥体的重心在锥体的内部几何重心上，不在物体外面，重心的具体位置在锥体的中心轴的中间，A错误；双锥体放在轨道的低处时，放手后它会向轨道高处滚动，这是因为当双锥体在轨道的最低处时，它的重心在最高处；当双锥体在轨道最高处时，它的重心却在最低处，D错误。考点二弹力1.弹力（1）定义：发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用。（2）产生条件①物体间直接接触；②接触处发生弹性形变。（3）方向：总是与施力物体形变的方向相反。2.弹力有无的判断方法条件法根据弹力产生的两个条件（接触和形变）直接判断假设法在一些微小形变难以直接判断的情况下，可以先假设有弹力存在，然后判断是否与研究对象所处状态的实际情况相符合状态法根据研究对象的运动状态进行受力分析，判断是否需要弹力，物体才能保持现在的运动状态3.接触面上的弹力方向判断面与面点与平面垂直于接触面垂直于接触面点与曲面曲面与平面垂直于切面垂直于平面▢判断小题1.只要物体发生形变就会产生弹力作用。（×）2.轻绳产生的弹力方向一定沿着绳并指向绳收缩的方向。（√）3.轻杆产生的弹力方向一定沿着杆的方向。（×）1.轻绳、轻杆、弹性绳和轻弹簧的比较图示受外力作用时形变的种类受外力作用时形变量大小弹力方向轻绳拉伸形变微小，可忽略沿着绳，指向绳收缩的方向图示受外力作用时形变的种类受外力作用时形变量大小弹力方向轻杆拉伸形变、压缩形变、弯曲形变微小，可忽略既能沿着杆，也可以与杆成任意角度图示受外力作用时形变的种类受外力作用时形变量大小弹力方向弹性绳拉伸形变较大，不可忽略沿着绳，指向绳收缩的方向轻弹簧拉伸形变、压缩形变较大，不可忽略沿着弹簧，指向弹簧恢复原长的方向2.弹力大小的计算（1）应用胡克定律F＝kx计算弹簧的弹力。注意：x表示形变量。（2）物体静止或做匀速直线运动时，用共点力平衡条件来计算弹力。（3）物体不处于平衡状态时可应用牛顿第二定律计算弹力。弹力有无及方向的判断【例1】如图所示，光滑的小球A放在车内的水平地面上，小球A紧靠车厢左壁，车和小球一起沿水平面向右运动，则（）A.小球一定受到3个力作用B.小球受到小车对它的弹力，该弹力产生的原因是小球的微小形变C.若小车匀速运动，则车厢左壁对小球A的弹力方向水平向右D.若小车加速运动，则车厢左壁对小球A的弹力等于小球对车厢左壁的弹力答案：D解析：若小车匀速运动，小球受到重力和车厢竖直向上的支持力，二力平衡，若小车加速运动，则小球受到重力、车厢底面对小球竖直向上的支持力和车厢左壁对小球的弹力三个力，故A、C错误；小球一定受到小车底面对它的弹力，若小车向右加速时小球还受到侧壁的弹力，小球受到的弹力产生的原因是小车的微小形变，故B错误；若小车加速运动，则车厢左壁对小球A的弹力与小球对车厢左壁的弹力是一对相互作用力，根据牛顿第三定律，二力等大反向，故D正确。杆的弹力方向判断及大小计算【例2】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，重力加速度为g。现使小车以加速度a（a≠0）向右做匀加速直线运动，下列说法正确的是（）A.杆对小球的弹力一定竖直向上B.杆对小球的弹力一定沿杆斜向上C.杆对小球的弹力大小为mgD.杆对小球的弹力大小为（答案：D解析：对小球受力分析如图，由图可知，当a大小不同时，杆上的弹力与竖直方向的夹角也不同，方向不一定沿杆，但一定是斜向上，且F＞mg，选项A、B、C错误；由几何关系可知F＝（mg）2＋胡克定律的理解及应用【例3】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，当a弹簧的伸长量为L时（）A.b弹簧的伸长量为k2B.b弹簧的伸长量也为LC.P端向右移动的距离为2LD.P端向右移动的距离为（1＋k1k答案：D解析：由题意知，两根轻弹簧串接在一起，则两弹簧弹力大小相等，根据胡克定律F＝kx，得x＝Fk，则得b弹簧的伸长量为k1k2L，故A、B错误；P端向右移动的距离等于两根弹簧伸长量之和，即为L＋k1k2L＝1+k【例4】如图所示，一根轻质弹簧上端固定，下端挂一质量为m0的平盘，盘里有一物体，质量为m，当盘静止时，弹簧的长度比其自然长度伸长了L。今向下拉盘使弹簧再伸长ΔL后停止，然后松手放开。设弹簧总处在弹性限度以内，则刚松开手时盘对物体的支持力等于（）A.1+ΔLLmg B.1+ΔLL（C.mgΔL D.ΔLL（m＋m0答案：A解析：盘静止时由胡克定律得（m＋m0）g＝kL，设弹簧再伸长ΔL时，所用拉力为F，则F＝kΔL，联立解得F＝ΔLL（m＋m0）g，刚松手时，盘和物体受向上合力为F，对整体由牛顿第二定律得F＝（m＋m0）a，设松手时盘对物体的支持力FN，对物体由牛顿第二定律得FN－mg＝ma，联立解得FN＝1+ΔLL考点三摩擦力1.定义：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在接触面上产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力。2.产生条件（1）接触面粗糙；（2）接触处有压力；（3）两物体间有相对运动或相对运动趋势。3.方向：与受力物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。4.大小（1）滑动摩擦力：Ff＝μFN，μ为动摩擦因数；（2）静摩擦力：0＜F≤Fmax。5.弹力与摩擦力的关系若两物体间有摩擦力，则两物体间一定有弹力，若两物体间有弹力，但两物体间不一定有摩擦力。（均选填“一定有”或“不一定有”）▢判断小题1.滑动摩擦力的方向与物体的运动方向一定相反。（×）2.静摩擦力可能是动力，滑动摩擦力一定是阻力。（×）3.运动的物体不可能受到静摩擦力作用。（×）4.正压力越大，摩擦力可能越大，也可能不变。（√）5.滑动摩擦力与接触面积有关，相同材料的两物体接触面积越大，滑动摩擦力越大。（×）1.静摩擦力的有无及其方向的判断方法（1）假设法（2）运动状态法先确定物体的运动状态，再利用平衡条件或牛顿第二定律确定静摩擦力的有无及方向。（3）牛顿第三定律法“力是物体间的相互作用”，先确定受力较少的物体是否受到静摩擦力并判断静摩擦力的方向，再根据牛顿第三定律确定另一物体是否受到静摩擦力及静摩擦力的方向。2.静摩擦力大小的分析（1）物体处于平衡状态（静止或匀速直线运动），利用力的平衡条件来判断静摩擦力的大小。（2）物体有加速度时，若只受静摩擦力，则Ff＝ma。若除受静摩擦力外，物体还受其他力，则F合＝ma，先求合力再求静摩擦力。摩擦力方向的判断【例5】（多选）如图所示，物体A沿粗糙斜面加速下滑，斜面体B静止不动，在这个过程中（）A.A所受斜面的支持力与摩擦力的合力方向斜向左上方B.A所受斜面的支持力与摩擦力的合力方向斜向右上方C.斜面体B受到地面向右的摩擦力作用D.斜面体B受到地面向左的摩擦力作用答案：BC解析：取A为研究对象，由于物体A匀速下滑时所受合力为零，支持力、摩擦力的合力与重力等大反向，即支持力与摩擦力的合力方向竖直向上，当物体A加速下滑时，A所受合力平行斜面向下，则此时摩擦力与支持力的合力一定斜向右上方，故A错误，B正确；取A、B整体为研究对象，因斜面体静止，物体A有平行斜面向下的加速度，则整体在水平方向上受到的合力不为零且方向向右，而此合力只能由地面对斜面体的摩擦力来提供，故斜面体B受到地面向右的摩擦力作用，故C正确，D错误。摩擦力大小的计算【例6】如图所示，打印机进纸槽里叠放有一叠白纸，进纸时滚轮以竖直向下的力F压在第一张白纸上，并沿逆时针方向匀速转动，滚轮与第一张纸不打滑，但第一张纸与第二张纸间发生相对滑动。设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等。滚轮与白纸之间的动摩擦因数为μ1，白纸之间、白纸与纸槽底座之间的动摩擦因数均为μ2，每张白纸的质量为m，不考虑静电力的影响，重力加速度为g，则下列说法正确的是（）A.滚轮对第一张白纸的摩擦力大小为μ1FB.第二、三张白纸间的摩擦力大小为μ2（F＋2mg）C.第三、四张白纸间的摩擦力大小为μ2（F＋mg）D.越靠近底座，白纸间的摩擦力越大答案：C解析：μ1F为滚轮与第一张白纸间的滑动摩擦力，滚轮与第一张白纸间的摩擦力为静摩擦力，小于或等于最大静摩擦力，故A错误；第一、二张白纸间的摩擦力为滑动摩擦力，大小为f12＝μ2（F＋mg），第二张白纸处于静止状态，第二、三张白纸间的摩擦力为静摩擦力，大小等于第一、二张白纸间的摩擦力，即f23＝μ2（F＋mg），故B错误；第三张白纸处于静止状态，第三、四张白纸间的摩擦力为静摩擦力，大小等于第二、三张白纸间的摩擦力，即f34＝μ2（F＋mg），故C正确；除第一张白纸外，所有白纸均处于静止状态，白纸间的摩擦力均为μ2（F＋mg），大小相等，故D错误。考点四摩擦力的突变问题“静→静”突变物体受到静摩擦力和其他力的共同作用，当其他力的合力发生变化时，如果仍保持相对静止，则静摩擦力的大小和（或）方向可能发生突变。【例7】（多选）如图所示，一重力为50N的木块原来静止在水平桌面上，某瞬间在水平方向上同时受到两个方向相反的力F1、F2的作用，其中F1＝20N，F2＝8N，已知木块与桌面间的动摩擦因数为0.3，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则（）A.木块受到的摩擦力的大小为15N，方向水平向左B.木块受到的摩擦力的大小为12N，方向水平向左C.若将F1撤去，木块受到的摩擦力的大小为8N，方向水平向右D.若将F2撤去，木块受到的摩擦力的大小为20N，方向水平向左答案：BC解析：最大静摩擦力为Ffm＝μFN＝15N，F1、F2的合力F＝F1－F2＝12N＜15N方向向右，所以木块处于静止状态，所受的合力为零，故静摩擦力向左，大小为12N，A错误，B正确；若将F1撤去，因为F2＜15N，木块在F2的作用下仍然处于静止状态，则摩擦力大小等于F2的大小为8N，方向与力F2的方向相反，即方向水平向右，C正确；若将F2撤去，因为F1＞15N，木块将运动，受到的是滑动摩擦力，大小为15N，方向水平向左，“静→动”突变物体受到静摩擦力和其他力的共同作用，当其他力变化时，如果发生相对滑动，则静摩擦力可能突变为滑动摩擦力。【例8】如图所示，一箱子放在水平地面上，现对箱子施加一斜向上的拉力F，保持拉力的方向不变，在拉力F的大小由零逐渐增大的过程中。关于摩擦力f的大小随拉力F的变化关系，下列四幅图可能正确的是（）答案：B解析：设F与水平方向的夹角为θ，箱子处于静止状态时，根据平衡条件得，箱子所受的静摩擦力为f＝Fcosθ，F增大，f增大；当拉力达到一定值，箱子运动瞬间，静摩擦力变为滑动摩擦力，由于最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，故摩擦力有个突然减小的过程；箱子运动时，所受的支持力N＝G－Fsinθ，F增大，N减小，此时箱子受到的是滑动摩擦力，大小为f＝μN，N减小，则f减小，故B正确，A、C、D错误。“动→静”突变物体受到滑动摩擦力和其他力的共同作用，当相对滑动突然停止时，滑动摩擦力可能突变为静摩擦力。【例9】如图所示，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，g取10m/s2，取向右为正方向，该物体受到的摩擦力Ff随时间t变化的图像是（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）（）答案：A解析：物体从t＝0开始以初速度v0沿水平地面向右做匀减速运动，受到的滑动摩擦力大小为Ff1＝μmg＝0.2×1×10N＝2N，方向水平向左，为负值；当物体的速度减到零时，因物体所受的最大静摩擦力为Ffm＝μmg＝2N，F＜Ffm，所以此后物体不能被拉动而处于静止状态，此后受到静摩擦力作用，其大小为Ff2＝F＝1N，方向水平向右，为正值，综上所述，选A。“动→动”突变物体受到滑动摩擦力和其他力的共同作用，当两物体间的正压力发生变化时，滑动摩擦力的大小随之而变；或两物体达到共同速度时相对滑动方向发生变化，滑动摩擦力的方向也会随之而变。【例10】（多选）如图所示，足够长的传送带与水平面夹角为θ，以速度v0逆时针匀速转动。在传送带的上端轻轻放置一个质量为m的小木块，小木块与传送带间的动摩擦因数μ＜tanθ，则下列选项中能客观地反映小木块的受力和运动情况的是（）答案：BD解析：在传送带的上端轻轻放置一个质量为m的小木块，小木块的速度开始时小于传送带的速度，小木块受到的摩擦力沿斜面向下，随着小木块速度的增大，当小木块的速度等于传送带的速度时，因为μ＜tanθ，小木块不可能与传送带保持相对静止，一定会继续加速，超过传送带的速度，此时小木块所受的摩擦力沿斜面向上，而在此过程中，小木块对斜面的压力不变，摩擦力的大小也不改变，A错误，B正确；摩擦力沿斜面向下时，由牛顿第二定律得mgsinθ＋μmgcosθ＝ma1，摩擦力沿斜面向上时，由牛顿第二定律得mgsinθ－μmgcosθ＝ma2，则a1＞a2，C错误，D正确。跟踪训练·巩固提升1.（2024·山东日照统考）在力学中，物体间的相互作用抽象为力的概念。下列有关力的说法正确的是（）A.物体的运动状态发生变化，所受合力的大小一定变化B.重心可以看作是物体所受重力的作用点C.桌面上的书本受到向上的支持力，是因为书本发生了形变D.爬杆表演时，杂技演员沿竖直杆匀速上爬，其受到的摩擦力方向竖直向下解析：B力是改变物体运动状态的原因，物体的运动状态发生变化，合力必定不为零，所受合力可以是恒力也可以是变力，故A错误；重心是重力的等效作用点，可以看作是物体所受重力的作用点，故B正确；桌面上的书本受到向上的支持力，是因为桌面发生了形变，故C错误；爬杆表演时，杂技演员沿竖直杆匀速上爬，演员受到重力和摩擦力，二力平衡，所以演员受到的摩擦力方向竖直向上，故D错误。2.（2024·浙江温州模拟）如图所示，光滑小球A左边靠着竖直墙壁B，右边靠着桌沿处于静止状态，则关于小球A的受力下列说法正确的是（）A.墙对A的作用力一定过A的重心B.桌沿C对A的作用力一定过A的重心C.A的重力一定过A的重心D.A球的重心一定在球心解析：C墙对A的作用力和桌沿C对A的作用力都过球心，重心不一定在球心，故A、B、D错误；重心是重力的等效作用点，所以重力一定过A的重心，故C正确。3.（2024·天津宁河模拟）下面对于物体的受力情况描述正确的是（）A.如图（1），光滑球静止在两夹板之间，则小球一定会受到两夹板的弹力作用B.如图（2），用竖直细线将光滑小球吊起，搁在斜面上，则斜面对小球一定没有弹力作用C.如图（3），A、B两物体叠放，在水平外力F的作用下共同做匀速直线运动，则A、B间摩擦力与外力F大小相等，方向相反D.如图（4），某人对木块施加一沿粗糙斜面向上的拉力作用，木块保持静止不动，则斜面对木块的摩擦力方向一定沿斜面向下解析：B如图（1），光滑球静止在两夹板之间，只有下板有弹力，故A错误；如图（2），用竖直细线将光滑小球吊起，搁在斜面上，细线处于竖直，根据平衡条件知，细线的拉力和小球的重力等大反向，斜面没有弹力，故B正确；如图（3），A、B两物体叠放，在水平外力F的作用下共同做匀速直线运动，由平衡条件可知，A物体的重力和支持力平衡，A、B间无摩擦力，故C错误；如图（4），某人对木块施加一沿粗糙斜面向上的拉力作用，木块保持静止不动，由于不知道拉力与木块的重力沿斜面向下分力的大小关系，所以无法确定静摩擦力的大小及方向，故D错误。4.（2024·广东广州期末）如图所示，甲、乙为两根完全相同的轻质弹簧，甲弹簧一端固定在天花板上，另一端悬挂一质量为m的物块；乙弹簧一端固定在水平地面上，另一端连接一质量也为m的物块。两物块静止时，测得甲、乙两根弹簧的长度分别为l1和l2。已知重力加速度为g，两弹簧均在弹性限度内。则这两根弹簧的劲度系数为（）A.mgl1－C.mgl1＋解析：B设弹簧的劲度系数是k，原长为l0，则甲弹簧的伸长量为Δx1＝l1－l0，弹簧受到拉力为F1＝kΔx1＝k（l1－l0）＝mg，乙弹簧的压缩量为Δx2＝l0－l2，弹簧受到的压力为F2＝kΔx2＝k（l0－l2）＝mg，联立解得k＝2mgl1－l2，故B正确，5.（2024·湖南长沙模拟）图甲是一种榫卯连接构件。相互连接的两部分P、Q如图乙所示。图甲中构件Q固定在水平地面上，榫、卯接触面间的动摩擦因数均为μ，沿P的轴线OO'用大小为F的力才能将P从Q中拉出。若各接触面间的弹力大小均为FN，滑动摩擦力与最大静摩擦力大小相等，则FN的大小为（）A.F6μ C.4Fμ 解析：A由于有6个接触面间存在摩擦，所以F＝6μFN，解得FN＝F6μ，故选6.如图所示，一倾角为45°的斜面固定于墙角，为使一光滑的铁球静止于图示位置，需加一水平力F，且F通过球心。下列说法正确的是（）A.铁球一定受墙面水平向左的弹力B.铁球可能受墙面水平向左的弹力C.铁球一定受斜面通过铁球的重心的弹力D.铁球可能受斜面垂直于斜面向上的弹力解析：BF的大小合适时，铁球可以静止在无墙的斜面上，F增大时墙面才会对铁球有弹力，选项A错误，B正确；斜面必须对铁球有斜向上的弹力才能使铁球不下滑，该弹力方向垂直于斜面但不一定通过铁球的重心，选项C、D错误。7.（2024·广东潮州统考）如图所示为智能机器人协助派件员分拣快递的场景，派件员将包裹放在机器人的水平托盘上后，机器人通过扫码读取目的地信息，并生成最优路线，将不同目的地的包裹送至不同的位置，从而实现包裹的分拣功能。关于机器人和包裹，下列说法正确的是（）A.机器人加速前进则包裹对水平托盘的摩擦力方向向后B.包裹受到向上的支持力是包裹发生形变产生的C.包裹对机器人的压力和机器人对包裹的支持力是一对平衡力D.包裹随着机器人一起做匀速直线运动时，包裹受到向前的摩擦力解析：A机器人加速前进时，机器人相对包裹有向前运动的趋势，故此时包裹对水平托盘的摩擦力方向向后，A正确；包裹受到向上的支持力是托盘发生形变产生的，B错误；包裹对机器人的压力和机器人对包裹的支持力是一对相互作用力，C错误；包裹随着机器人一起做匀速直线运动时，包裹加速度为零，故包裹此时不受摩擦力，D错误。8.（2024·安徽芜湖一模）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5kg的木箱，木箱所受的摩擦力f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fm＝21NB.木箱所受的最大静摩擦力fm＝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解析：A由图乙可知，木箱受到的静摩擦力随推力的增大而增大，最大静摩擦力为fm＝21N，当推力F大于21N后，静摩擦力变为滑动摩擦力，其大小为f＝20N，故A正确，B错误；木箱与地面间的动摩擦因数为μ＝fFN＝205×10＝0.4，故C9.如图所示，质量为10kg的物体A拴在一个被水平拉伸的弹簧一端，弹簧的拉力为6N时，物体处于静止状态。若小车以0.8m/s2的加速度向右加速运动（取g＝10m/s2），则（）A.物体A受到的弹簧拉力不变B.物体A相对小车向左运动C.物体A相对小车向右运动D.物体A受到的摩擦力增大解析：A由题意得弹簧的拉力为6N时，物体处于静止状态，此时物体受到的摩擦力大小为6N，且为静摩擦力，方向水平向左，故物体A与平板车的上表面间的最大静摩擦力Fmax≥6N。若小车以0.8