2016高考物理 第1讲 重力 弹力 摩擦力

高考目标复习指导形变、弹性、胡克定律Ⅰ高考试题的考查形式主要有两种，①一种是以生活中的静力学材料为背景，考查力的合成与分解和共点力的平衡的综合应用；②另一种是以现实中可能出现的各种情况，考查重力、弹力、摩擦力的理解和计算．2014年高考对本专题内容的考查仍将以力的合成与分解和共点力的平衡的综合应用为主.滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力Ⅰ矢量和标量Ⅰ力的合成和分解Ⅱ共点力的平衡Ⅱ实验二：探究弹力和弹簧伸长的关系实验三：验证力的平行四边形定则第1讲重力弹力摩擦力一、对力的认识1．定义：物体与物体之间的相互作用．2．三要素：力的大小、方向和作用点．3．力的作用效果(1)改变物体的运动状态．(2)使物体发生形变．4．力的性质(1)物质性 (2)相互性 (3)矢量性 (4)独立性二、重力三、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：弹力的方向总是与产生弹力的物体形变的方向相反．4．大小(1)胡克定律：弹簧类弹力在弹性限度内遵守F ＝kx .(2)非弹簧类弹力的大小应由平衡条件或牛顿第二定律求解． 名称 项目静摩擦力 滑动摩擦力 定义 两个相对静止的物体间的摩擦力 两个相对运动的物体间的摩擦力产生 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趋势 (1)接触面粗糙 (2)接触处有压力 (3)两物体间有相对运动(1)接触面处有摩擦力时一定有弹力，且弹力与摩擦力的方向总垂直，反之不一定成立．(2)“F f ＝μF N ”中F N “并不一定等于物体的重力”(3)“阻碍”是指阻碍研究对象与其接触的物体间的相对运动，但并不一定阻碍物体的运动．1．下列关于重力的说法中正确的是( )A ．由G ＝mg 可知，物体的质量与重力成正比B ．同一物体在地球上各处重力相同C ．重力就是地球对物体的吸引力，其方向必定指向地心D ．重力的大小不是总等于竖直测力计对物体的拉力解析：质量是物体所含物质的多少，是物体本身固有的属性，与重力大小无关，选项A 错误；同一物体在地球上的不同位置，重力大小略有差别，方向也不相同，选项B 错误；重力是由于地球对物体的吸引而产生的，其大小一般小于地球对物体的吸引力，方向是竖直向下而非指向地心，选项C 错误；用测力计竖直悬挂物体，只有当物体处于静止(或匀速直线运动)状态时，测力计的读数才等于物体的重力的大小，选项D 正确．答案： D2．一辆汽车停在水平地面上，下列说法中正确的是( )A．地面受到了向下的弹力，是因为地面发生了弹性形变；汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力B．地面受到了向下的弹力，是因为地面发生了弹性形变；汽车受到了向上的弹力，是因为汽车发生了弹性形变C．汽车受到向上的弹力，是因为地面发生了弹性形变；地面受到向下的弹力，是因为汽车发生了弹性形变D．以上说法都不对解析：答案： C3．(2013·湖北孝感市模拟)下列说法正确的是()A．摩擦力的大小一定与该处压力的大小成正比B．压力发生变化时，该处摩擦力可能不变C．摩擦力的方向与该处压力的方向可能不垂直D．摩擦力的方向不是与物体运动方向相同，就是与物体运动方向相反解析：静摩擦力的大小与该处的正压力没有直接关系，选项A错误、B正确；摩擦力的方向与接触面相切，弹力方向与接触面垂直，故摩擦力方向一定与弹力方向垂直，选项C错误；水平匀速旋转的转盘上的物体受到的摩擦力与运动方向垂直，所以选项D错误．答案： B4．如图甲所示，小孩用80 N的水平力推木箱不动，木箱此时受到水平地面的摩擦力大小为F1；如图乙所示，小孩把木箱推动了，此时木箱与水平地面间摩擦力大小为F2，若木箱对水平地面的压力大小为200 N，木箱与水平地面间的动摩擦因数为0.45，则F1、F2的大小分别为()A．90 N、80 N B．80 N、45 NC．80 N、90 N D．90 N、90 N解析：甲图是静摩擦力，由平衡条件得：F1＝80 N，乙图是滑动摩擦力，由F f＝μF N 得F f＝0.45×200 N＝90 N，故选项C正确．答案： C5．如图所示的装置中，小球的质量均相同，弹簧和细线的质量均不计，一切摩擦忽略不计，平衡时各弹簧的弹力分别为F1、F2、F3，其大小关系是()A ．F 1＝F 2＝F 3B ．F 1＝F 2<F 3C ．F 1＝F 3>F 2D ．F 3>F 1>F 2解析：第一个图中，以弹簧下面的小球为研究对象，第二个图中，以悬挂的小球为研究对象，第三个图中，以小球为研究对象．第一个图中，小球受竖直向下的重力mg 和弹簧向上的弹力，二力平衡，F 1＝mg ；后面两个图中，小球受竖直向下的重力和细线的拉力，二力平衡，弹簧的弹力大小均等于细线拉力的大小，则F 2＝F 3＝mg ，故三图中平衡时弹簧的弹力相等．答案：A对弹力的理解及分析1．弹力有无的判断方法(1)直接判断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)利用假设法判断对形变不明显的情况，可假设两个物体间不存在弹力，即把与我们所研究的物体相接触的其他物体去掉，看物体还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，则此处一定存在弹力．(3)根据“物体的运动状态”判断物体的受力必须与物体的运动状态符合，依据物体的运动状态，由物体受力平衡(或牛顿第二定律)列方程来判断物体间的弹力是否存在．点与点 与公共切面垂直轻绳 沿绳收缩的方向轻杆拉伸时沿杆收缩的方向，压缩时沿杆伸长的方向对于弹力不沿杆时，应具体分析画出图中静止的各球或杆受到的弹力．解析： 平面与平面接触，弹力方向垂直于平面；平面与曲面接触，弹力方向垂直于平面，也垂直于曲面过接触点的切面；曲面与曲面接触，弹力方向垂直于公切面；点与平面接触，弹力方向垂直于平面；点与曲面接触，弹力方向垂直于曲面过接触点的切面．根据不同接触面上弹力的特点，作图如图所示．(1)弹力方向的判断①先明确两物体间作用的类型，②再根据各种类型的特点来判断弹力的方向．(2)计算弹力大小常见的三种方法①根据力的平衡条件进行求解．②根据胡克定律F ＝kx 进行求解．③根据牛顿第二定律进行求解．1－1：(2012·深圳市阶段性检测)如图所示，一重为8 N 的球固定在AB 杆的上端，今用测力计水平拉球，使杆发生弯曲，此时测力计的示数为6 N ，则AB 杆对球作用力的大小及方向为( )A ．6 N ，竖直向上B ．8 N ，竖直向下C ．10 N ，斜左上与竖直方向的夹角为37°D ．12 N ，斜右上与竖直方向的夹角为53°解析：取球受力分析如图所示，由平衡条件知F杆＝62＋82N ＝10 N.设F 杆与竖直方向的夹角为θ，则tan θ＝F G ＝68所以θ＝37°.答案： C摩擦力方向的判断1．静摩擦力的有无及其方向的判定方法(1)假设法利用假设法判断摩擦力的有无及方向的思维程序如下：(2)状态法：从物体的运动状态反推出必须具备的受力条件，并进一步分析组成条件中静摩擦力所起的作用，从而判断出静摩擦力的有无及方向．(3)利用牛顿第三定律来判断：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“反向”确定另一物体受到的静摩擦力方向．2．滑动摩擦力方向判断的关键——对“相对运动”的理解“相对运动”是指研究对象相对于与其接触的物体是运动的．因此，研究对象与其接触的物体可能一个静止，另一个运动(如物体在地面上运动时，物体是运动的，地面是静止的)，也可能两者都是运动的．如图甲、乙所示，物体A、B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A所受的摩擦力，下列说法正确的是()A．甲、乙两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相同B．甲、乙两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相反C．甲、乙两图中物体A均不受摩擦力D．甲图中物体A不受摩擦力，乙图中物体A受摩擦力，方向和F相同解析：图甲中，假设A、B之间光滑接触，则物体A在水平方向不受任何外力作用，A仍可保持原来的匀速直线运动，故A不受摩擦力；图乙中，假设物体A不受摩擦力或所受摩擦力沿斜面向下时，则A将会在重力沿斜面向下的分力或该分力与摩擦力的合力作用下，沿斜面向上做匀减速直线运动，与题设条件矛盾，故A所受摩擦力应沿斜面向上．答案： D2－1：一个斜面体上搁置一根只能沿竖直方向运动的直杆，杆与斜面接触面粗糙．斜面体水平向右运动过程中，发现杆匀加速上升，如图所示，关于斜面体对杆的作用力，下列判断正确的是()A．斜面对杆的滑动摩擦力沿斜面向下B．斜面对杆的滑动摩擦力沿斜面向上C．斜面体对杆的作用力竖直向上D．斜面体对杆的作用力竖直向下解析：杆匀加速上升，斜面体水平向右运动，杆相对于斜面体向上滑动，因此杆受的摩擦力沿斜面向下，A对，B错；杆受的支持力垂直于斜面向上，杆受斜面体的作用力斜向右上方，C、D项错误．答案： A摩擦力大小的计算有三个相同的物体叠放在一起，置于粗糙水平地面上，物体之间不光滑，如图所示．现用一水平力F作用在乙物体上，物体仍保持静止，下列说法正确的是()A．丙受到地面的摩擦力大小为F，方向水平向左B．甲受到水平向右的摩擦力作用C．乙对丙的摩擦力大小为F，方向水平向右D．丙对乙的摩擦力大小为F，方向水平向右解析：甲、乙、丙均处于静止状态，确定丙与地面间的摩擦力可采用整体法．研究甲、乙、丙的受力情况时，需要将它们隔离开进行分析．对于选项A，以甲、乙、丙三者整体为研究对象，此整体在水平方向上受平衡力的作用，因此丙受到地面的摩擦力大小等于拉力F ，方向水平向左，选项A 正确；对于选项B ，以甲为研究对象，甲不受摩擦力，选项B 错误；对于选项C ，乙对丙的摩擦力与丙对乙的摩擦力大小相等、方向相反，由此可知，乙对丙摩擦力的大小等于F ，方向水平向右，故选项C 正确，选项D 错误．答案：AC1.静摩擦力大小的计算根据物体的运动状态求解(1)若物体处于平衡状态，利用平衡条件求解．(2)若物体有加速度，利用牛顿第二定律和受力分析结合起来求解．2．滑动摩擦力大小的计算(1)滑动摩擦力的大小用公式F f ＝μF N 来计算，但应注意：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，与接触面的面积大小也无关．(2)根据物体的运动状态求解①若物体处于平衡状态，利用平衡条件求解．②若物体有加速度，利用牛顿第二定律和受力分析结合起来求解．3－1：(2013·银川模拟)在水平力F 作用下，重为G 的物体沿墙壁匀速下滑，如图所示，若物体与墙之间的动摩擦因数为μ，则物体所受的摩擦力的大小为( )A ．μFB ．μF ＋GC ．G D.F 2＋G 2解析：由F f ＝μF N 得F f ＝μF ，A 正确，B 错误；由竖直方向二力平衡得F ＝G ，C 正确，D 错误．答案：AC摩擦力的突变问题当作用在物体上的其他力发生突变时，(静－静“突变”)一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即F 1、F 2和摩擦力的作用，木块处于静止状态，如图所示，其中F 1＝10 N ，F 2＝2 N ，若撤去F 1，则木块受到的摩擦力为( )A ．10 N ，方向向左B ．6 N ，方向向右C ．2 N ，方向向右D ．0解析：当物体受F 1、F 2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8 N ，可知最大静摩擦力F f max ≥8 N ．当撤去力F 1后，F 2＝2 N<F f max ，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F 2等大反向．C 正确．答案： C(“静－动”突变)长直木板的上表面的一端放有一铁块，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，如图所示．则铁块受到的摩擦力F f 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F f＝mg sin α；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F f＝μmg cos θ.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： C1.(2012·山东基本能力)力是物体间的相互作用．下列有关力的图示及表述正确的是()解析：由于在不同纬度处重力加速度g不同，旅客所受重力不同，故对飞机的压力不同，A错误．充足气的篮球平衡时，篮球壳对内部气体有压力作用，即内外气体对篮球壳压力的差值等于篮球壳对内部气体的压力，故B正确．书对桌子的压力作用在桌子上，箭尾应位于桌面上，故C错误．平地上匀速行驶的汽车，其主动轮受到地面的静摩擦力是其前进的动力，地面对其从动轮的摩擦力是阻力，汽车受到的动力与阻力平衡时才能匀速前进，故D正确：答案：BD2．(2013·安庆检测)下列两个实验中体现出的共同的物理思想方法是()A ．极限法B ．放大法C ．控制变量法D ．等效替代法解析：图甲是利用光的多次反射将微小形变放大，图乙是利用细管中液面的变化观察玻璃瓶的微小形变，故为放大法，B 正确．答案： B3．(2012·海南单科)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，也可能使物体减速解析：摩擦力总是阻碍物体的相对运动(或相对运动趋势)，而物体间的相对运动与物体的实际运动无关．当摩擦力的方向与物体的运动方向一致时，摩擦力是动力，方向相反时为阻力，故C 、D 项正确．答案： CD4．(2013·揭阳模拟)如图所示，物体P 放在粗糙水平面上，左边用一根轻弹簧与竖直墙相连，物体静止时弹簧的长度小于原长．若再用一个从0开始逐渐增大的水平力F 向右拉P ，直到拉动，那么在P 被拉动之前的过程中，弹簧对P 的弹力F T 的大小和地面对P 的摩擦力Ff 的大小的变化情况是 ( )A ．弹簧对P 的弹力F T 始终增大，地面对P 的摩擦力始终减小B ．弹簧对P 的弹力F T 保持不变，地面对P 的摩擦力始终增大C ．弹簧对P 的弹力F T 保持不变，地面对P 的摩擦力先减小后增大D ．弹簧对P 的弹力F T 先不变后增大，地面对P 的摩擦力先增大后减小答案： B5.两个宽度同为d 的水平光滑直角槽，槽两边在同一水平面上，上面分别放两个质量分布均匀的小球，两个球的质量相同，半径为R 1和R 2，每个球受到槽单侧边沿的弹力分别为F N 1和F N 2，已知R 2>R 1>d 2，则F N 1和F N 2的关系正确的是( )A ．F N 1＝F N 2B ．F N 1<F N 2C ．F N 1>F N 2D ．以上条件不能确定F N 1和F N 2的大小关系解析：对小球受力分析如图所示，每个球受到槽两侧边沿的弹力均为F N，有F＝2F N cos θ2＝mg，因为R2>R1，所以θ2<θ1，cosθ22>cosθ12，可得F N1>F N2.答案： C6．木块甲、乙分别重50 N和60 N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.25.夹在甲、乙之间的轻弹簧被压缩了2 cm，弹簧的劲度系数为400 N/m.系统置于水平地面上静止不动．现将F＝1 N的水平拉力作用在木块乙上，如图所示，力F作用后()A．木块甲所受摩擦力大小是12.5 NB．木块甲所受摩擦力大小是11.5 NC．木块乙所受摩擦力大小是9 ND．木块乙所受摩擦力大小是7 N解析：由题意可得木块乙受到的最大静摩擦力F max＝μF N＝0.25×60 N＝15 N，弹簧的弹力F弹＝kx＝400×0.02 N＝8 N，木块乙受到向右的力F弹＋F＝9 N<F max，故木块乙仍静止．由平衡条件可得木块乙受到向左的摩擦力F f乙＝F弹＋F＝9 N，故C正确，D错误；木块甲受到的最大静摩擦力F′max＝μF′N＝0.25×50 N＝12.5N，弹簧的弹力F弹＝8 N<F′max，故甲仍静止，受到向右的摩擦力F f甲＝F弹＝8 N，故A、B错误．答案：C。