最新 2021届高考物理一轮复习：第二章《相互作用》第1讲：重力弹力摩擦力.pdf

第 1 页 共 49 页 2021 届高考物理一轮复习 第二章 相互作用 第 1 讲重力弹力摩擦力 一 力 1 定义 力是物体与物体间的相互作用 2 作用效果 使物体发生形变或改变物体的运动状态 即产生加速度 3 性质 力具有物质性 相互性 共存性 矢量性 独立性等特征 4 四种基本相互作用 引力相互作用 电磁相互作用 强相互作用和弱相互作用 二 重力 1 产生 由于地球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 注意 1 物体的质量不会变 2 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 总是竖直向下 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 4 重心 物体的每一部分都受重力作用 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 第 2 页 共 49 页 自测 1 多选 关于地球上的物体 下列说法中正 确的是 A 物体只有静止时才受重力作用 B 地面上的物体受到的重力垂直于水平面 C 重心是物体受到重力的等效作用点 故重心一定在物体上 D 物体所受重力的大小与物体运动状态无关 答案BD 三 弹力 1 弹力 1 定义 发生形变的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力 2 产生条件 物体间直接接触 接触处发生形变 第 3 页 共 49 页 3 方向 总是与施力物体形变的方向相反 2 胡克定律 1 内容 在弹性限度内 弹力和弹簧形变大小 伸长或缩短的量 成正比 2 表达式 F kx k 是弹簧的劲度系数 单位是牛顿每米 用符号N m 表示 k 的大小由弹簧自身性质决定 x 是弹簧长度的变化量 不是弹簧形变以后的长度 自测 2如图 1 所示 一重为10 N 的球固定在支 撑杆 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 5 N 则 AB 杆 对球的作用力方向及大小为多少 由此说明杆弹力的方向有什么特点 第 4 页 共 49 页 图 1 答案AB 杆对球的作用力与水平方向夹角为53 指向左上方 大小为12 5 N杆弹力的方向 不一定沿杆方向 解析对小球进行受力分析可得 AB 杆对球的作用力F 和绳的拉力的合力与小球的重力等 大 反向 可得F 方向斜向左上方 设AB 杆对小球的作用力与水平方向夹角为 可得 tan G FT 4 3 53 F G sin 53 12 5 N 这种情况说明杆弹力的方向不一定沿杆方向 四 摩擦力 1 静摩擦力与滑动摩擦力 名称 项目 静摩擦力滑动摩擦力 定义两相对静止的物体间的摩擦力两相对运动的物体间的摩擦力 产生条件 接触面粗糙 接触处有压力 两物体间有相对运动趋势 接触面粗糙 接触处有压力 两物体间有相对运动 大小0 Ff Ffm Ff FN 方向与受力物体相对运动趋势的方向相反与受力物体相对运动的方向相反 作用效果总是阻碍物体间的相对运动趋势总是阻碍物体间的相对运动 2 动摩擦因数 1 定义 彼此接触的物体发生相对运动时 摩擦力和正压力的比值 Ff FN 2 决定因素 接触面的材料和粗糙程度 第 5 页 共 49 页 自测 3 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 第 6 页 共 49 页 命题点一弹力分析的 四类模型 问题 1 弹力方向 1 第 7 页 共 49 页 2 计算弹力大小的三种方法 根据胡克定律进行求解 根据力的平衡条件进行求解 根据牛顿第二定律进行求解 2 弹力有无的判断 三法 假 设 法 思 路 假设将与研究对象接触的物体解除接触 判断研究对象的运动状态是否发生改变 若运动状态不变 则此处不存在弹力 若运动状态改变 则此处一定存在弹力 例 证 图中细线竖直 斜面光滑 因去掉斜面体 小球的状态不变 故小球只受细线的 拉力 不受斜面的支持力 第 8 页 共 49 页 替 换 法 思 路 用细绳替换装置中的轻杆 看能不能维持原来的力学状态 如果能维持 则说明这 个杆提供的是拉力 否则 提供的是支持力 例 证 图中轻杆AB AC 用绳替换杆AB 原装置状态不变 说明杆AB 对 A 施加的是 拉力 用绳替换杆AC 原状态不能维持 说明杆AC 对 A 施加的是支持力 状 态 法 思 路 由运动状态分析弹力 即物体的受力必须与物体的运动状态相符合 依据物体的 运动状态 由二力平衡 或牛顿第二定律 列方程 求解物体间的弹力 例 证 升降机以a g 加速下降或减速上升时物体不受底板的弹力作用 第 9 页 共 49 页 模型 1物体与物体间弹力 例 第 10 页 共 49 页 1 多选 如图 2 所示 一倾角为45 的斜面固 定于竖直墙上 为使一光滑的铁球静止 需加一水平力F 且 F 通过球心 下列说法正确的 是 图 2 A 球一定受墙的弹力且水平向左 B 球可能受墙的弹力且水平向左 C 球一定受斜面的弹力且垂直斜面向上 D 球可能受斜面的弹力且垂直斜面向上 答案BC 解析铁球处于静止状态 当F 较小时 球的受力情况如图甲所示 当F 较大时 球的受力 情况如图乙所示 故B C 正确 第 11 页 共 49 页 模型 2绳的弹力 例 第 12 页 共 49 页 2如图 3 所示 质量为 m 的小球套在竖直固 定的光滑圆环上 轻绳一端固定在圆环的最高点A 另一端与小球相连 小球静止时位于环上 的 B 点 此时轻绳与竖直方向的夹角为60 则轻绳对小球的拉力大小为 图 3 A 2mgB 3mg C mgD 3 2 mg 答案C 解析对 B 点处的小球受力分析 如图所示 则有 第 13 页 共 49 页 FT sin 60 FN sin 60 FT cos 60 FN cos 60 mg 解得 FT FN mg 故 C 正确 模型 3杆的弹力 例 第 14 页 共 49 页 3 多选 如图 4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 在斜杆的下端固定有质量为m 的小球 下列 关于杆对球的作用力F 的判断中 正确的是 图 4 A 小车静止时 F mgsin 方向沿杆向上 B 小车静止时 F mgcos 方向垂直于杆向上 C 小车向右匀速运动时 一定有F mg 方向竖直向上 D 小车向右匀加速运动时 一定有F mg 方向可能沿杆向上 答案CD 解析小球受重力和杆的作用力F 处于静止状态或匀速直线运动状态时 由力的平衡条件知 二力必等大反向 则F mg 方向竖直向上 小车向右匀加速运动时 小球有向右的恒定加速 度 根据牛顿第二定律知 mg 和 F 的合力应水平向右 如图所示 由图可知 F mg 方向 可能沿杆向上 选项C D 正确 第 15 页 共 49 页 模型 4弹簧的弹力 例 4如图 5 所示 质量均为m 的 A B两球 第 16 页 共 49 页 由一根劲度系数为k 的轻弹簧连接静止于半径为R 的光滑半球形碗中 弹簧水平 两球间距 为 R 且球半径远小于碗的半径 则弹簧的原长为 图 5 A mg k RB mg 2k R C 2 3mg 3k RD 3mg 3k R 答案D 解析以 A 球为研究对象 小球受三个力 重力 弹簧的弹力和碗的支持力 如图所示 由平衡条件 得 tan mg kx 解得 x mg ktan 第 17 页 共 49 页 根据几何关系得 cos 1 2R R 1 2 则 tan 3 所以 x mg ktan 3mg 3k 故弹簧原长x0 3mg 3k R 故 D 正确 第 18 页 共 49 页 命题点二 动杆 和 定杆 与 活结 和 死结 问题 1 动杆 和 定杆 问题 1 动杆 若轻杆用光滑的转轴或铰链连接 当杆处于平衡时杆所受到的弹力方向一定沿着杆 否则会引起杆的转动 如图 6 甲所示 若 C 为转轴 则轻杆在缓慢转动中 弹力方向始终沿杆 的方向 图 6 2 定杆 若轻杆被固定不发生转动 则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向 如图乙所示 2 活结 和 死结 问题 1 活结 当绳绕过光滑的滑轮或挂钩时 由于滑轮或挂钩对绳无约束 因此绳上的力是相等 的 即滑轮只改变力的方向不改变力的大小 例如图乙中 两段绳中的拉力大小都等于重物 第 19 页 共 49 页 的重力 2 死结 若结点不是滑轮 是固定点时 称为 死结 结点 则两侧绳上的弹力不一定相等 例 5 2016 全国卷 17 如图 7 所示 两个轻环 a 和 b 套在位于竖直面内的一段固定圆弧上 一细线穿过两轻环 其两端各系一质量为m 的 小球 在 a 和 b 之间的细线上悬挂一小物块 平衡时 a b 间的距离恰好等于圆弧的半径 不计 所有摩擦 小物块的质量为 第 20 页 共 49 页 图 7 A m 2 B 3 2 m C mD 2m 答案C 解析如图所示 圆弧的圆心为O 悬挂小物块的点为c 由于 ab R 则 aOb 为等边三角 形 同一条细线上的拉力相等 FT mg 合力沿 Oc 方向 则Oc 为角平分线 由几何关系 知 acb 120 故线的拉力的合力与物块的重力大小相等 即每条线上的拉力FT G mg 所以小物块质量为m 故 C 对 第 21 页 共 49 页 变式 1 2018 湖南怀化博览联考 如图 8 所示 与 竖直墙壁成53 角的轻杆一端斜插入墙中并固定 另一端固定一个质量为m 的小球 水平 轻质弹簧处于压缩状态 弹簧弹力大小为 3 4mg g 表示重力加速度 则轻杆对小球的弹力大 小为 第 22 页 共 49 页 图 8 A 5 3mg B 3 5mg C 4 5mg D 5 4mg 答案D 变式 第 23 页 共 49 页 2 多选 如图 9 所示 质量均可忽略的轻绳 与轻杆 A 端用铰链固定 滑轮在A 点正上方 滑轮大小及摩擦均可不计 B 端吊一重物 现 将绳的一端拴在杆的B 端 用拉力F 将 B 端缓慢上拉 在AB 杆达到竖直前 图 9 A 绳子拉力不变B 绳子拉力减小 C AB 杆受力增大D AB 杆受力不变 答案BD 解析以 B 点为研究对象 分析受力情况 重物的拉力FT1 等于重物的重力 G 轻杆的支持 力 FN和绳子的拉力 FT2 作出受力图如图所示 第 24 页 共 49 页 由平衡条件得 FN和 FT2的合力与 FT1大小相等 方向相反 根据三角形相似可得 FN AB FT2 BO FT1 AO 又 F FT2 解得 FN AB AO G F BO AO G BAO 缓慢变小时 AB AO 保持不变 BO 变小 则 FN保持不变 F 变小 故选项 B D 正 确 命题点三摩擦力的分析与计算 1 静摩擦力的分析 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 第 25 页 共 49 页 2 滑动摩擦力的分析 滑动摩擦力的大小用公式Ff FN来计算 应用此公式时要注意以下几点 1 为动摩擦因数 其大小与接触面的材料 表面的粗糙程度有关 FN为两接触面间的正压 力 其大小不一定等于物体的重力 2 滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面的大小均无关 3 静摩擦力的有无和方向的判断方法 1 假设法 利用假设法判断的思维程序如下 2 状态法 先判断物体的状态 即加速度的方向 再利用牛顿第二定律 F 合 ma 确定合力 然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向 3 牛顿第三定律法 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 例 第 26 页 共 49 页 6如图 10 所示 物体 A 。