第三章 相互作用—力2022-2023学年物理人教版(2019)必修1大单元四步复习法

第三章相互作用—力——2022-2023学年高一物理人教版（2019）必修第一册大单元“四步复习法”
第一步：单元学习目标整合
第二步：单元思维导图回顾知识
第三步：单元重难知识易混易错
重难点：
一、重力与弹力
1.重力
（1）产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。

（2）大小
①在实验室中可以用弹簧测力计测量重力的大小。

②重力的计算公式是G＝mg，公式中G是物体的重力，m是物体的质量，g 是自由落体加速度。

（3）方向：总是竖直向下。

（4）重心
①定义：重力的等效作用点。

②重心位置决定因素：物体的形状和质量分布。

①a.质量均匀的几何体，其重心在几何重心；b.片状物体可用悬挂法测出其重心。

2.弹力
（1）定义：发生形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生的力。

（2）方向
①压力和支持力的方向垂直于物体的接触面。

②绳的拉力沿着绳而指向绳收缩的方向。

3.胡克定律
（1）内容：弹簧发生弹性形变时，弹力大小F 跟弹簧伸长（或缩短）长度x 成正比。

（2）公式：F ＝kx ，其中k 为弹簧的劲度系数，单位为牛顿每米，符号N/m ，它的大小反映了弹簧的软硬程度。

（3）适用条件：在弹簧的弹性限度内。

二、摩擦力 1.滑动摩擦力
（1）定义：两个相互接触的物体，当它们相对滑动时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动的力，这种力叫作滑动摩擦力。

（2）产生条件：
①两物体接触；②接触物体间有弹力；③接触面粗糙；④物体间发生相对运动
（3）大小：
滑动摩擦力的大小跟压力成正比，即f N F F μ=
说明：①动摩擦因数μ与材料及接触面的粗糙程度有关，与其他因素无关； ②N F 是接触物间的弹力，在数值上不一定等于重力，方向垂直于接触面。

（4）方向：摩擦力的方向可能跟运动方向相同或相反，但一定跟相对运动方向或相对运动趋势方向相反。

2.静摩擦力
（1）定义：相互接触的两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动这时的摩擦力叫作静摩擦力。

（2）大小
静摩擦力随外力的增大而增大，一直达到最大静摩擦力max F 为止。

即
max 0F F <≤
说明：
①静摩擦力的大小与外部条件有关，其最大值比滑动摩擦力大，有时认为两者相等；
②摩擦力方向平行于接触面。

三、牛顿第三定律 1.作用力和反作用力
（1）力是物体对物体的作用，只要谈到力，就一定存在受力物体和施力物体。

（2）两个物体之间的作用总是相互的。

施力物体同时也一定是受力物体，物体间相互作用的这一对力叫作作用力和反作用力。

（3）作用力和反作用力总是相互依存、同时存在的，我们可以把其中的任何一个力叫作作用力，另一个力叫作反作用力。

2.牛顿第三定律
（1）内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

（2）表达式：F ＝－F′，负号表示两力的方向相反。

（3）意义：揭示了物体间力的作用的相互性，明确了相互作用力的关系。

3.物体的受力分析
（1）受力分析：把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有力找出来，并画出受力示意图，这就是受力分析。

（2）受力分析中常见的三种力：
①重力：任何物体都受重力，其方向竖直向下。

①弹力：两个相互接触的物体相互挤压，就会产生弹力，其方向与接触面垂直。

①摩擦力：当接触面粗糙、相互挤压且发生相对运动或具有相对运动趋势时，接触面处就会产生滑动摩擦力或静摩擦力，其方向与接触面平行。

（3）作用力、反作用力与平衡力的比较
①作用力、反作用力：大小相等，方向相反，作用在不同物体上；
①平衡力：大小相等，方向相反，作用在同一物体上。

四、力的合成与分解、共点力的平衡
1.合力和分力
（1）合力与分力：如果一个力作用在物体上产生的效果跟原来几个力的共同效果相同，这个力就叫作那几个力的合力，原来的几个力叫作分力。

（2）共点力：如果一个物体受到两个或更多力的作用，这些力共同作用在物体的同一点上或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线交于一点，这样的一组力叫作共点力。

2.力的合成和分解
（1）力的合成：求几个力的合力的过程。

（2）力的分解：已知一个力求它的分力的过程。

力的分解是力的合成逆运算。

（3）平行四边形定则：两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。

（4）三角形定则：把两个矢量首尾相接，从第一个矢量的始端指向第二个矢量的末端的有向线段就表示合矢量的大小和方向。

三角形定则与平行四边形定则实质上是一样的。

（5）多力合成的方法：先求出任意两个力的合力，再求出这个合力与第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。

3.矢量和标量
（1）矢量：既有大小，又有方向，相加时遵守平行四边形定则或三角形定则的物理量。

（2）标量：只有大小，没有方向，求和时按照算术法则相加的物理量。

4.共点力平衡条件：
（1）平衡状态
物体受到几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态。

（2）共点力平衡的条件
在共点力作用下物体平衡的条件是合力为零。

5.解决共点力平衡的方法：
易错题：
一、忽视物理条件，错误利用结论
例1.如图所示，一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力，即1F 、2F 和摩擦力作用，木块处于静止状态，其中110N F =，22N F =。

若撤去力1F ，则木块在水平方向受到的合力为( )
A.10N ，方向向左
B.6N ，方向向右
C.2N ，方向向左
D.零
答案：D
解析：木块开始在水平方向受三个力而平衡，则有
128N f F F =-=
物体处于静止状态，则说明物体受到的最大静摩擦力大于8N ；撤去1F 后，外力为2N ，故物体仍能处于平衡，故合力一定是零，ABC 错误，D 正确。

故选D 。

二、过程分析不清晰
例2.如图所示，在粗糙的长木板上放一个物体，现将木板一端从水平逐渐抬高，直到竖直，那么物体受到的摩擦力将( )
A.逐渐增大
B.先增大后减小
C.逐渐减小
D.先减小后增大 答案：B
解析：开始时物体受重力和支持力，抬起后物体还受到向上的静摩擦力.设木板与水平面的夹角为θ.静摩擦力等于重力沿斜面向下的分力，即f sin F mg θ=，随角度的增大，摩擦力增大.当角度增大到一定程度时，物体开始滑动，静摩擦力变为滑动摩擦力，而滑动摩擦力f cos ,cos F mg μθθ=随角度的增大而减小，故摩
擦力将减小，所以摩擦力是先增大后减小的，故B正确.
三、对摩擦力公式理解不正确
θ=︒的斜面上有一重为G的物体，在与斜面底边平行的例3.如图所示，倾角30
ϕ=︒，则( )
水平推力F作用下沿斜面上的虚线匀速运动，若图中45
A.推力F一定是一个变力
B.物体可能沿虚线向上运动
C.物体与斜面间的动摩擦因数μ=
D.物体与斜面间的动摩擦因数
μ=
3
答案：D
解析：对物块进行受力分析，如图所示：
物块在重力G、斜面的支持力N、推力F、沿虚线方向上的摩擦力f共同作用下沿斜面上的虚线匀速运动，因为G，N，F三力的合力方向向下，故摩擦力f方向沿斜面虚线向上，所以物块沿虚线向下运动；
现将重力分解为沿斜面向下且垂直于底边（也垂直于推力F）的下滑力1G、垂直与斜面的力2G，如图所示：
其中2G 恰好把N 平衡掉了，这样可视为物体在推力F 、重力分力1G 、摩擦力f 三个力作用下沿斜面上的虚线匀速运动，由于重力分力1G 、摩擦力f 恒定，则力F 也为恒力；
根据三力平衡特点，F 与1G 的合力必沿斜面向下，同时摩擦力f 只能沿斜面向上，
根据几何关系，F 与1G 的合力1F 合，即1f =，故物体与斜面间的动摩
擦因数1sin cos f mg N N mg θμθ=
===四、不能正确理解作用力与反作用力和平衡力
例4.引体向上是同学们经常做的一项健身运动。

该运动的规范动作是：两手正握单杠，由悬垂开始，上拉时，下颚须超过单杠。

下放时，两臂放直，不能曲臂，如图所示，这样上拉下放，重复动作，达到锻炼臂力和腹肌的目的。

以下判断正确的是( )
A.在上拉开始的过程中，单杠对人的作用力小于人的重力
B.在上拉结束的过程中，单杠对人的作用力小于人的重力
C.在下放开始的过程中，单杠对人的作用力大于人的重力
D.在下放结束的过程中，单杠对人的作用力等于人的重力
答案：B
解析：A.在上拉开始的过程中，人要向上加速，处于超重状态，则单杠对人的作用力大于人的重力，选项A错误；
B.在上拉结束的过程中，人要向上减速，处于失重状态，单杠对人的作用力小于人的重力，选项B正确；
C.在下放开始的过程中，人要向下加速，处于失重状态，单杠对人的作用力小于人的重力，选项C错误；
D.在下放结束的过程中，人要向下减速，处于超重状态，单杠对人的作用力大于人的重力，选项D错误；
故选B。

第四步：单元核心素养对接高考
单元核心素养
①物理观念：能了解重力、弹力、摩擦力、作用力和反作用力的内涵，能计算滑动摩擦力，对标量和矢量有全面的了解；知道矢量运算的平行四边形定则；能用共点力的平衡条件分析解决生产生活中的相关问题。

具有与重力、弹力、摩擦力、力的平衡相关的初步的相互作用观念。

①科学思维：能在熟悉的情境中运用轻弹簧、光滑物体等模型解决问题；能体会力的等效替代方法；能对物体受力情况进行分析，能运用数学中的三角函数、几何关系等对力与平衡的问题进行分析和推理；能从不同角度解决力与平衡的问题。

①科学探究：能完成“探究弹簧弹力与形变量的关系”“探究两个互成角度的力的合成规律”等物理实验。

能观察实验现象并提出问题；能根据已有实验方案，使用弹簧测力计、刻度尺等器材收集数据；能通过图形分析，寻找规律，形成初步结论；能撰写简单的实验报告，通过与他人交流解决实验中的问题。

①科学态度与责任：通过对弹力和力的合成规律的探究，能认识实验对物理研究
的重要性；能欣赏“力与平衡”之美，能做到实事求是，坚持自己的观点；能为我国古代精湛的建筑艺术而骄傲，体会物理学的技术应用在生产生活中的作用及意义。

情景应用
例1.如图1所示是房间里的挂衣架示意图，它由三部分组成：最左侧是枝丫形杆、中间为直平杆、右侧为矮水平短杆；按丫型杆上端挂着一顶帽子（放大图如图2）；中间直平杆上面挂着衣服，右侧短杆上挂着个手提包、包的背带与竖直方向有一定的夹角（如图3所示），包紧靠挂衣架右侧壁，已知房间的地板水平，则( )
A.挂衣架对帽子的作用力沿着枝丫型杆斜向上
B.挂衣架对包的弹力水平向右
C.背带对包的拉力大于包的重力
D.挂衣架可能受到地面的摩擦力 答案：C
解析：A.挂衣架对帽子的作用力与帽子的重力等大反向，则挂衣架对帽子的作用力竖直向上，选项A 错误；
B.挂衣架对包的弹力由对包带的拉力和对包的弹力构成，则弹力方向不一定水平向右，选项B 错误；
C.因包的背带与竖直方向有一定的夹角，则由cos T mg θ=可知，背带对包的拉力大于包的重力，选项C 正确；
D.因房间的地板水平，对整体受力分析可知，水平方向合力为零，即挂衣架不可能受到地面的摩擦力，选项D 错误。

故选C 。

例2.为改善电脑族“长期弯腰、颈椎酸痛”问题，根据人体工程学设计，可设计角
度约70°可调笔记本支架如图（a ）。

假设支架斜面和笔记本足够长，在支架顶端放置一台质量为M 的笔记本，笔记本顶端放一部质量为m 的手机，如图（b ）所示，笔记本与支架间的动摩擦因数为1μ，手机与笔记本间的动摩擦因数为2μ，
支架由水平方向位置缓慢向上转动，支架与水平方向成α角度时，12tan μαμ<<；成β角时，12tan μβμ<<，下列说法正确的是( )
A.支架与水平方向成α角时，手机相对笔记本滑动，笔记本相对支架未滑动
B.从支架开始转动到与水平方向成α角的过程中，手机所受摩擦力逐渐减小
C.从支架与水平方向成α角转动到与水平方向成β角的过程中，笔记本与支架间的摩擦力逐渐减小，手机与笔记本间的摩擦力逐渐减小
D.从支架开始转动到与水平方向成β角的过程中，笔记本对支架压力先增大后减小 答案：C
解析：A.支架与水平方向成α角时，12tan μαμ<<，对笔记本和手机整体有
1()cos ()sin m M g m M g μαα+<+，对手机有2sin cos mg mg αμα<，则笔记本相对支架发生滑动，手机相对笔记本不发生滑动，故A 错误；
B.从支架开始转动到与水平方向成α角的过程中，手机相对笔记本不发生滑动，则手机所受摩擦力为f sin F mg α=，即随α增大而逐渐增大，故B 错误；
C.从支架与水平方向成α角转动到与水平方向成β角的过程中，笔记本与支架间为滑动摩擦力f11()cos F m M g μα=+，即随α增大而减小，手机与笔记本不发生相对滑动，设角度为θ，根据牛顿第二定律
1()sin ()cos ()M m g M m g M m a θμθ+-+=+，
解得1sin cos a g g θμθ=-，对手机由牛顿第二定律可得f2sin mg F ma θ-=，解得f21cos F mg μθ=，可知手机与笔记
本间为静摩擦力随着角度的增大而减小，故C正确；
D.手机和笔记本在垂直于支架方向始终受力平衡，笔记本对支架的压力为
N ()cos
F m M gα
=+，随α增大而减小，故D错误。

故选C。

例3.小明路过广场时发现很多广告条幅下端用绳子系住套在石块上，石块放在水平地面上。

上端也用绳子系住套在氢气球上吊起来悬在空中。

突然，一阵风从水平方向吹来，条幅偏向一边。

如果水平风力突然增大（空气密度保持不变）则( )
A.氢气球受到的浮力将变大
B.水平地面对石块的支持力变大了
C.氢气球可能会使小石块沿水平地面滑动
D.条幅受到的拉力不变
答案：C
解析：A.氢气球受到的浮力等于排开空气的重力，由于空气密度不变，故氢气球受到的浮力不变，A错误；
B.以氢气球、条幅和石块为整体，竖直方向受到重力，浮力和地面支持力，水平风力突然增大时，对竖直方向的受力没有影响，故水平地面对石块的支持力不变，B错误；
C.以氢气球、条幅和石块为整体，水平方向受到风力和地面静摩擦力的作用，当风力大于最大静摩擦力时，石块会沿水平地面滑动，C正确；
D.当水平风力不够大时，整体仍处于静止状态，细线的拉力沿竖直方向的分力等于氢气球的重力和浮力的合力，保持不变，细线水平方向的分力随风力的增大而变大，所以细线的拉力变大，即条幅受到的拉力变大，D错误；
故选C。

例4.消防员在抢险救灾工作中扮演了非常重要的角色，被誉为“最可爱的人”。

在救援过程中常常需要从顶楼直降到某一楼层（如图甲所示），在下降过程中，可以将模型简化为如图乙所示的物理模型:脚与墙壁接触点为A点，人的重力全部
集中在B点，A到B可简化为轻杆，OB为轻绳。

已知下降过程中AB长度以及AB与竖直方向的夹角保持不变。

初始时刻，消防员保持静止，下降一定高度后再次保持静止，静止后相对于初始位置，下列说法正确的是( )
A.AB杆的支持力变大
B.AB杆的支持力变小
C.AB杆的支持力保持不变
D.条件不足，无法判断
答案：B
解析：由分析可知，两个状态相比，重力大小方向不变，杆的支持力方向不变，所以如图所示
由作图法可知AB杆的支持力变小，故B正确，ACD错误。

故选B。

例5.图甲所示为生活中巧妙地利用两根并排的竹竿，将长方体砖块从高处运送到低处的场景。

将竹竿简化为两根平行放置，粗细均匀的圆柱形直杆，砖块放在两竹竿的正中间，由静止开始从高处下滑，图乙所示为垂直于运动方向的截面图（砖块截面为正方形）。

若仅将两竹竿间距增大一些，则砖块( )
A.下滑过程中竹竿对砖块的弹力变大
B.下滑过程中竹竿对砖块的摩擦力不变
C.下滑的加速度变小
D.下滑到底端的时间变短
答案：B
解析：A.假定两竹竿与地面倾角为θ、砖块的质量为m ，每一根竹竿对砖块的支持力为N ，以砖块为研究对象，只在垂直于竹竿平面内对其受力分析，如图所示，依题意有
2cos cos N mg αθ=，则有N =
力垂直于接触面，α角保持不变，则N 不变，故A 错误；
B.假定砖块与竹竿的动摩擦因数为μ，则摩擦力为2f N μ=，据前面分析，由于N 不变，则下滑过程中竹竿对砖块的摩擦力不变，故B 正确；
C.根据牛顿第二定律有sin ma mg f θ=-，解得sin a g θ=变，则下滑的加速度不变，故C 错误；
D.由于下滑加速度变小，根据匀变速直线运动规律，21
2
x at =，则下滑时间不变，
故D 错误。

故选B 。

物理模型
例6.如图，斜面体放在粗糙的水平地面上，轻绳绕过两光滑的轻小定滑轮，左端与粗糙斜面上的物块P 相连，右端与小球相连，轻绳PC 与斜面垂直。

现将小球
从A 处由静止释放，小球在A B 、间摆动过程中，斜面体和物块P 始终保持静止不动，则小球从A O B →→的运动过程中，先增大后减小的力是( )
A.斜面对物块的支持力
B.斜面对物块的静摩擦力
C.地面对斜面体的支持力
D.地面对斜面体的静摩擦力
答案：D
解析：小球从A O B →→的运动过程中，结合机械能守恒定律、牛顿第二定律和受力分析可知轻绳的拉力T 先增大后减小，设物块的质量为m ，斜面体的质量为M 、倾角为θ，对物块受力分析可知斜面对物块的支持力为1cos N mg T θ=-，斜面对物块的静摩擦力为1sin f mg θ=，则1N 先减小后增大，1f 不变，AB 错误；对斜面体和物块P 整体受力分析可知地面对斜面体的支持力
2()cos N M m g T θ=+-，地面对斜面体的静摩擦力2sin f T θ=，则2N 先减小后
增大，2f 先增大后减小，C 错误，D 正确。

例7.质量均为m 的物块A B 、放在水平面上，用轻弹簧连接，给A 施加水平向右
的推力,F A 、的加速度做匀加速运动，两个物块与水平面间的动摩擦因数相同，则（重力加速度为g ）( )
答案：AD
解析：对整体分析，得22F mg m μ-==
设弹簧的弹力为N F ，对B 分析得N F mg m μ-=N 1
2
F =，C 错误，D 正确。

例8.如图所示，水平地面上固定有一竖直光滑杆，杆上套有质量为m 的圆环，地面上放一质量为M 的物块，圆环和物块由绕过光滑定滑轮的轻绳相连，物块恰好不滑动，连接圆环和物块的轻绳与竖直方向的夹角分别为37,53αβ==。

设物块与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。

（重力加速度为g ，取
sin 370.6,cos370.8==）求：
（1）轻绳的拉力大小； （2）物块对地面的压力大小； （3）物块与地面间的动摩擦因数。

解析：将圆环所受轻绳的拉力分解，对圆环有
T cos mg F α=
解得T 54
mg
F =
（2）答案：34M m g ⎛
⎫- ⎪⎝
⎭
解析：设物块所受地面的支持力大小为N F ，则
T N cos F F Mg β+=
根据牛顿第三定律，可知物块对地面的压力与地面对物块的支持力大小相等 则N N F F '=
解N 34F M m g ⎛
⎫=- ⎪⎝
⎭'
解析：对物块进行受力分析可知，此时物块受到的静摩擦力恰好最大，设最大静摩擦力为f ，则T N sin ,F f f F βμ==' 解得443m
M m
μ=-。