备战2019年高考物理 考点一遍过 专题05 力的概念及常见的三种力

专题05 力的概念及常见的三种力
一、力
1．概念
（1）力是物体间的相互作用，力总是成对出现的，这一对力的性质相同。

不接触的物体间也可以有力的作用，如重力、电磁力等。

（2）力是矢量，其作用效果由大小、方向和作用点三个要素决定。

力的作用效果是使物体产生形变或加速度。

2．力的分类
（1）按性质分类：重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力、安培力等。

（2）按作用效果分类：拉力、压力、支持力、动力、阻力、向心力、浮力、回复力等。

（3）按研究对象分类：内力和外力。

3．力的图示和示意图
（1）力的图示：力的图示中，线段的长短表示力的大小，箭头的指向表示力的方向，箭尾（或箭头）表示力的作用点，线段所在的直线叫做力的作用线。

（2）力的示意图：力的示意图只能粗略表示力的作用点和方向，不能表示力的大小。

二、重力
1．产生：由于地球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：物体的几何形状；物体的质量分布。

（2）位置确定：质量分布均匀的规则物体，重心在其几何中心；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。

三、弹力
1．形变：物体形状或体积的变化叫形变。

2．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：物体相互接触；物体发生弹性形变。

3．胡克定律
（1）内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F与弹簧伸长（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。

x是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度。

4．弹力的大小、有无及方向的判断
（1）弹力有无的判断方法
①条件法：根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力。

此方法多用来判断形变较明显的情况。

②假设法：对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若运动状态不变，则此处不存在弹力，若运动状态改变，则此处一定有弹力。

③状态法：根据物体的运动状态，利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在。

④替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能否维持原来的运动状态。

（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判断。

②根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向。

（3）弹力的分析与计算
首先分析物体的运动情况，然后根据物体的运动状态，利用共点力平衡的条件或牛顿第二定律求弹力。

5．几种典型接触弹力的方向确认：
6．含弹簧类弹力问题的分析与计算
中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”也是理想化模型，具有如下几个特性：
（1）弹力遵循胡克定律F=kx，其中x是弹簧的形变量。

（2）轻：即弹簧（或橡皮绳）的重力可视为零。

（3）弹簧既能受拉力，也能受压力（沿着弹簧的轴线），橡皮绳只能受拉力，不能受压力。

（4）由于弹簧和橡皮绳受力时，其形变较大，发生形变需要一段时间，所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能突变。

但是，当弹簧和橡皮绳被剪断时，它们产生的弹力立即消失。

7．滑轮模型与死结模型问题的分析
（1）跨过滑轮、光滑杆、光滑钉子的细绳两端张力大小相等。

（2）死结模型：如几个绳端有“结点”，即几段绳子系在一起，谓之“死结”，那么这几段绳中的张力不一定相等。

（3）同样要注意轻质固定杆的弹力方向不一定沿杆的方向，作用力的方向需要结合平衡方程或牛顿第二定律求得，而轻质活动杆中的弹力方向一定沿杆的方向。

四、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趋势时，在接触面上产生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）接触处有挤压作用；
（3）两物体间有相对运动或相对运动的趋势。

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：F=μF N；
（2）静摩擦力：0<F f≤F max。

5．静摩擦力方向的判断
（1）假设法：静摩擦力的方向一定与物体相对运动趋势的方向相反，利用“假设法”可以判断出物体相对运动趋势的方向。

（2）状态法：根据二力平衡条件、牛顿第二定律，可以判断静摩擦力的方向。

（3）利用牛顿第三定律（即作用力与反作用力的关系）来判断，此法关键是抓住“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“反向”确定另一物体受到的静摩擦力的方向。

6．应用“状态法”解题时应注意的问题
状态法是分析判断静摩擦力有无及方向、大小的常用方法，用该方法可以不必分析物体相对运动的趋势，使模糊不清的问题明朗化，复杂的问题简单化。

在使用状态法处理问题时，需注意以下两点：（1）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。

（2）静摩擦力的方向与物体的运动方向没有必然关系，可能相同，也可能相反，还可能成一定的夹角。

7．摩擦力的突变问题
当物体的受力情况发生变化时，摩擦力的大小和方向往往会发生变化，有可能会导致静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化。

该类问题常涉及摩擦力的突变问题，在分析中很容易发生失误。

在解决此类问题时应注意以下两点：（1）如题干中无特殊说明，一般认为最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。

（2）由于此类问题涉及的过程较为复杂，采用特殊位置法解题往往比采用过程分析法解题更为简单。

8．摩擦力大小的计算
计算摩擦力时首先要分清是静摩擦力还是滑动摩擦力。

（1）滑动摩擦力由公式F=μF N计算，应用此公式时要注意以下两点：
①μ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；F N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无关，与接触面积的大小无关。

（2）静摩擦力的计算
①它的大小和方向都跟产生相对运动趋势的力密切相关，跟接触面相互挤压力F N无直接关系，因此它具有大小、方向的可变性，变化性强是它的特点。

对具体问题，要具体分析研究对象的运动状态，根据物体所处的状态（平衡、加速等），由力的平衡条件或牛顿运动定律求解。

②最大静摩擦力F max：是物体将要发生相对运动这一临界状态时的摩擦力。

它的数值与F N成正比，在F N不变的情况下，F max比滑动摩擦力稍大些，通常认为二者相等，而静摩擦力可在0~F max间变化。

9．摩擦力认识的三个误区
（1）认为滑动摩擦力的大小与接触面积大小、物体速度大小有关；
（2）不能认识到摩擦力性质、方向、大小会发生突变而产生错误；
（3）认为静止的物体只能受到静摩擦力，运动的物体只能受到滑动摩擦力。

10．对摩擦力的进一步理解
误区一：有弹力就有摩擦力，有摩擦力就有弹力。

从产生摩擦力的条件可知：有弹力存在仅仅是产生摩擦力的一个条件。

虽有弹力存在，但两物体间若没有“相对运动或相对运动的趋势”，则不会产生摩擦力，反之，若两物体间有摩擦力，则一定有弹力。

误区二：摩擦力的大小一定与正压力成正比。

若摩擦力是滑动摩擦力，根据F f=μF N可知，两物体间的滑动摩擦力确实与正压力成正比。

但对静摩擦力而言，它是一个被动力，随着使物体产生“相对运动趋势”的外力的变化而变化，与正压力大小无关，正压力只可影响最大静摩擦力的大小。

误区三：摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反。

摩擦力的方向应与“相对运动”或“相对运动趋势”的方向相反，与物体的运动方向有可能相反也有可能相同。

即摩擦力可以是阻力，也可以是动力。

误区四：摩擦力的方向与物体运动方向一定在同一直线上。

常见的多数摩擦力的方向与物体运动方向在同一直线上，但不是所有情境下的摩擦力均如此。

如图所示，一人站在扶梯上，随扶梯斜向上加速上升；人沿扶梯斜向上运动，而人所受摩擦力却是水平方向，与运动方向并不共线。

故两物体间摩擦力的方向应理解为“与两物体接触面相切，和物体间“相对运动”或“相对运动趋势”的方向相反，而与物体的运动方向无关。

（2018·河南省中原名校）下列说法中正确的是
A．重力是地球对物体的吸引力
B．形状规则的物体重心在物体的几何中心
C．相互接触的物体间一定有弹力
D．静止的物体可能受到滑动摩擦力
【参考答案】D
1．有一个圆形的均质薄板，若以板中心为圆心挖掉一个小圆成一圆环，下列说法正确的是A．板的重力不变，重心位置改变
B．板的重力减小，重心不存在了
C．板的重力不变，重心位置不变
D．板的重力减小，重心位置不变
【答案】D
【解析】重力与质量有关，故挖去一块，质量减小，重力减小；形状规则，质量分布均匀的物体，重心在其几何中心，圆形的匀质薄板，若以板中心为圆心挖掉一个小圆成一圆环，仍然还是形状规则，质量分布均匀的物体，故中心还在板的圆心位置，故重心位置不变；选项D正确，ABC错误。

故选D。

（2018·新课标I卷）如图，轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，系统处于静止状态，现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动，以x表示P离开静止位置的位移，在弹簧恢复原长前，下列表示F和x之间关系的图象可能正确的
A．B．
C．D．
【参考答案】A
1．在半球形光滑碗内斜搁一根筷子，如图所示，筷子与碗的接触点分别为A、B，则碗对筷子A、B两点处的作用力方向分别为
A．均竖直向上
B．均指向球心O
C．A点处指向球心O，B点处竖直向上
D．A点处指向球心O，B点处垂直于筷子斜向上
【答案】D
【解析】碗对筷子A、B两点处的作用力属于弹力，而接触的弹力总是垂直于接触面，因而寻找接触面便成为确定弹力方向的关键。

在A点处，当筷子滑动时，筷子与碗的接触点在碗的内表面（半球面）上滑动，所以在A点处的接触面是球面在该点的切面，此处的弹力与切面垂直，即指向球心O。

在B点处，当筷子滑动时，筷子与碗的接触点在筷子的下表面上滑动，所以在B点处的接触面与筷子平行，此处的弹力垂直于筷子斜向上。

故选项D正确。

（2018·北京西城区）一物块放在固定斜面上，物块处于静止状态，如图所示。

下列说法正确的是
A．物块不受摩擦力
B．物块受到沿斜面向上的摩擦力
C．物块受到沿斜面向下的摩擦力
D．物块受到水平向右的摩擦力
【参考答案】B
1．如图所示，物体A置于倾斜的传送带上，它能随传送带一起向上或向下做匀速运动，下列关于物体A在上述两种情况下的受力描述，正确的是
A．物体A随传送带一起向上运动时，A所受的摩擦力沿斜面向下
B．物体A随传送带一起向下运动时，A所受的摩擦力沿斜面向下
C．物体A随传送带一起向下运动时，A不受摩擦力作用
D．无论A随传送带一起向上还是向下运动，传送带对物体A的作用力均相同
【答案】D
【解析】无论传送带向上还是向下运动，物体A随传送带匀速运动处于平衡状态，在重力作用下有相对于传送带沿斜面向下的运动趋势，传送带对物体有沿斜面向上的静摩擦力，根据平衡条件可得F f=mg sin θ，所以D 正确。

1．关于重心，下列说法正确的是
A．物体的重心一定在物体上
B．物体的质量全部集中在重心上
C．物体的重心位置跟物体的质量分布情况和物体的形状有关
D．物体的重心跟物体的质量分布没有关系
2．关于重力，下列说法正确的是
A．重力是由于地球对物体的吸引而产生的
B．重力的方向总是与支持面垂直
C．重力的大小与质量的大小相同
D．物体对支持面的压力一定等于物体的重力
3．手拿起玻璃瓶，使瓶在空中处于静止状态，关于瓶的受力，下列说法中正确的是
A．滑动摩擦力，方向竖直向上
B．静摩擦力，方向竖直向下
C．摩擦力和重力是一对平衡力
D．摩擦力和重力是作用力和反作用力
4．（2018·河南省中原名校）下面关于重力的说法不正确的是
A．物体对悬绳的拉力或对支持面的压力的大小可以不等于重力
B．质量一定的物体，其重心位置不仅与形状有关．还与质量分布情况有关
C．赤道上各处的重力加速度都相同
D．某地的重力加速度是9.79 m/s2，则此地做是由落体运动的物体速度毎秒增加9.79 m/s 5．（2018·山东实验中学）如图甲所示，轻弹簧竖直固定在水平面上，一质量为m=0.2 kg的小球从弹簧上端某高度处自由下落，从它接触弹簧到弹簧压缩至最短的过程中（弹簧始终在弹性限度内），其速度v和弹簧压缩量∆x的函数图象如图乙所示，其中A为曲线的最高点，小球和弹簧接触瞬间的机械能损失不计，取重力加速度g=10 m/s2，则下列说法中不正确的是
A．该弹簧的劲度系数为20 N/m
B．当∆x=0.3 m时，小球处于超重状态
C．小球刚接触弹簧时速度最大
D．从接触弹簧到压缩至最短的过程中，小球的加速度先减小后增大
6．（2018·百校联盟）如图，两个质量都是m的物体A、B，通过劲度系数为k的轻弹簧相连，开始时A、B均处于静止状态。

现在A上施加一个竖直向上的恒力F，使A由静止开始向上做加速直线运动，当B刚要离开地面时，A的速度恰好达到最大，在此过程中，下列说法正确的是
A．A的最大加速度为2g
B．A
C．恒力F的大小为mg
D．恒力在此过程中做的功为
22 4m g
k
7．（2018·北京西城区）骑自行车有很多益处，可缓解交通压力，可节能减排，可锻炼身体。

近来多个城市推出摩拜单车，车锁内主要集成了芯片、GPS定位模块和SIM卡等，便于掌控自行车的具体位置和状态，其工作原理如图所示。

使用摩拜单车APP，用户可以查看并找到单车位置，扫描车身上的二维码，中心控制单元通过无线移动通信模块与后台管理系统进行连接，把从GPS定位模块获取的位置信息发送给后台管理系统，根据开锁指令控制机电锁车装置开锁。

用户便可开始骑行。

单车自身配置有太阳能发电以及蓄电装置。

根据上述材料，对于共享单车下列说法正确的是
A．摩拜单车车锁工作过程中需要用电，车内有供电系统
B．摩拜单车车锁直接接收了手机的电磁辐射信号后自动开锁，无需用电
C．单车在骑行时，前后车轮所受地面的摩擦力均与自行车运动方向相反
D．单车在滑行时，前后车轮所受地面的摩擦力均与自行车运动方向相反
8．（2018·湖北五月冲刺）如图所示，质量均为M的物块A、B叠放在光滑水平桌面上，质量为m的物块C用跨过轻质光滑定滑轮的轻绳与B连接，且轻绳与桌面平行，A、B之间的动摩擦因数为μ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度大小为g，下列说法正确的是
A．物块A运动的最大加速度为g
μ
B．要使物块A、B发生相对滑动，应满足关系
1M
m
μ
μ>
-
C．若物块A、B未发生相对滑动，物块A受到的摩擦力为
2Mmg M m
+
D
9．（2016·江苏卷）一轻质弹簧原长为8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为
A．40 m/N B．40 N/m C．200 m/N D．200 N/m
10．（2014·广东卷）如图所示，水平地面上堆放着原木，关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是
A ．M 处受到的支持力竖直向上
B ．N 处受到的支持力竖直向上
C ．M 处受到的静摩擦力沿MN 方向
D ．N 处受到的静摩擦力沿水平方向
11．（2012·海南卷）下列关于摩擦力的说法，正确的是
A ．作用在物体上的滑动摩擦力只能使物体减速，不可能使物体加速
B ．作用在物体上的静摩擦力只能使物体加速，不可能使物体减速
C ．作用在物体上的滑动摩擦力既可能使物体减速，也可能使物体加速
D ．作用在物体上的静摩擦力既可能使物体加速，也可能使物体减速
3．C 【解析】手拿起玻璃瓶，使瓶在空中处于静止状态，则瓶子竖直方向受向下的重力和向上的静摩擦力作用，这两个力是平衡力，故选项C 正确。

4．C 【解析】物体处于平衡状态时，对竖直悬线或对水平支持面的压力的大小才等于重力，其余的状态下，可以不等于重力，故A 正确；质量一定的物体，其重心位置不仅与形状有关，还与质量分布情况有关，故B 正确；重力加速度的大小与纬度以及海拔的高度都有关，在赤道上，不同的海拔高度上的重力加速度不一定相等，故C 错误；某地的重力加速度是29.79m/s ，则此地做自由落体运动的加速度等于29.79m/s ，所以物体速度毎秒增加9.79m/s ，故D 正确。

5．C 【解析】当0.1m x ∆=时，小球的重力等于弹簧对它的弹力，合力为零，小球的加速度为零，小球处于平衡状态，可得：k x mg ∆=，解得：0.210N/m 20N/m 0.1
mg k x ⨯===∆，故A 正确；由图可知，0.3m x ∆=时，
物体的速度减小，加速度向上，故说明物体处于超重状态，故B 正确；由小球的速度图象知，开始小球的速度增大，小球的重力大于弹簧对它的弹力，当x ∆为0.1 m 时，小球的速度最大，然后速度减小，故C 错误；图中的斜率表示加速度，则由图可知，从接触弹簧到压缩至最短的过程中，小球的加速度先减小后增大，故D 正确。

6．AD 【解析】当B 刚好离开地面时，即弹簧的弹力等于B 的重力mg ，此时A 的速度最大，对A 受力分析可知，F =2mg ，当弹簧处于压缩且处于平衡时，A 的合外力为F ，加速度为2g ，故A 正确，C 错误；开始到A 到达最
大速度过程应用动能定理有：212m Fx mgx mv -=，其中x 为A 运动的位移，即为2mg x k =，解得：m v =故B 错误；恒力做功为22
242mg m g W mg k k
=⋅=，故D 正确。

7．AD 【解析】根据题意可知，车辆收到解锁指令后自动开锁，可知开锁过程需要用电，故A 正确；解锁系统是车辆通过接收云端发送的解锁指令而实现的，并不是接收手机的电磁辐射信号，故B 错误；单车骑行时，后轮为驱动轮有向后的运动趋势，所受摩擦力向前(驱动动力)，前轮为从动轮，有向前的运动趋势受到向后的摩擦力(运动阻力)，故C 错误。

单车滑行时，前后轮都是向前的运动趋势，均受到向后的滑动摩擦力，故D 正确。

9．D 【解析】由题意知，弹簧的弹力为4 N 时，弹簧伸长2 cm ，根据胡克定律F=kx ，代入数据可得弹簧的劲度
系数k =200 N/m ，所以ABC 错误，D 正确。

10．A 【解析】M 处支持力方向与支持面（地面）垂直，即竖直向上，选项A 正确；N 处支持力与支持面（原木接
触面）垂直，即垂直MN 向上，故选项B 错误；摩擦力与接触面平行，故选项CD 错误。

11．CD 【解析】作用在物体上的滑动摩擦力方向，若与物体的运动方向相同时，能使物体加速，比如物体轻轻放
在水平匀速传动的传送带上时物体受到滑动摩擦力而加速，故A 错误；当静摩擦力与物体的运动方向相反时，物体可能做减速运动，故B 错误；当滑动摩擦力方向与物体的运动方向相同时，物体。