内容正文:
赢在微点 高考复习顶层设计 物理
第二章
相互作用——力
第1讲
第二章 相互作用——力
重力 弹力 摩擦力
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目
标
要
求
1.掌握重力的大小、方向及重心的概念。2.掌握弹力的有无及方向的判断,会计算弹力大小,理解并掌握胡克定律。
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考点1 重力和重心
考点2 弹力
内容
索引
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考点3 摩擦力
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重力和重心
考点1
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内容索引
6
必|备|知|识
1.力。
(1)力是物体对物体的作用,力的三要素:力的 、 、
。
(2)力的性质。
①力不能脱离物体而独立存在,没有施力物体或受力物体的力是不存在的。
②力的作用是相互的,施力物体同时也一定是受力物体。
大小
方向
作用点
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(3)力的作用效果:使物体发生形变或改变物体的 (即产生加速度)。
(4)力的表示方法。
①力的图示。
②力的示意图。
运动状态
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2.重力。
(1)产生:由于 的吸引而使物体受到的力。
(2)大小:G= ,可用 测量。同一物体重力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 的。
地球
mg
弹簧测力计
竖直向下
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(4)重心:物体各部分所受重力作用的等效集中作用点。
①重心位置与物体的 分布和 有关。
②重心可能在物体上,也可能在物体之外。
③不规则薄板形物体的重心可用悬挂法确定。
质量
形状
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(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)纬度越高,地球表面的重力加速度越大( )
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【典例1】 一个足球静止在草地上,所受重力
的图示如图所示,下列说法正确的是( )
A.足球重力的作用点在重心上,表示其他部分
不受重力
B.足球重力的方向垂直草地向下
C.根据力的图示可读得足球重力的大小为5 N
D.力的图示中标度是唯一的,必须是2.5 N
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足球重力的作用点在重心上,但是其他部分也受重力,A项错误;足球重力的方向竖直向下,B项错误;根据力的图示可读得足球重力的大小为5 N,C项正确;力的图示中标度不是唯一的,不一定是2.5 N,D项错误。
解析
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【典例2】 (2025·深圳模拟)如图所示为仰韶文化
时期的某款尖底双耳汲水瓶,该瓶装水后“虚则款、
中则正、满则覆”。关于此瓶(包括瓶中的水),下列
说法正确的是( )
A.重力只作用在瓶的重心上
B.重心概念的建立用到了“转换法”
C.瓶的重心不一定在两条绳子延长线的交点上
D.装入瓶中的水越多,瓶的重心一定越高
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重心是重力的等效作用点﹐重力作用在瓶的各个部分,A项错误;重心是物体各部分所受重力的等效作用点,重心概念的建立用到了“等效替代”的方法,B项错误;由题图可知,两绳的延长线的交点是确定的,但瓶的重心是变化的,所以瓶的重心不一定在两条绳子延长线的交点上,C项正确;瓶本身的重心位置不变,将水装入瓶中,随着水量的增加,瓶和水整体的重心可能先降低后逐渐升高,D项错误。
解析
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弹力
考点2
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必|备|知|识
1.弹力。
(1)定义:发生 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:①物体间直接 ;②接触处发生 。
(3)方向:总是与施力物体形变的方向 。
弹性形变
接触
弹性形变
相反
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2.弹力方向的判断。
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3.计算弹力大小的三种方法。
(1)根据胡克定律进行求解。
(2)根据力的平衡条件进行求解。
(3)根据牛顿第二定律进行求解。
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(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( )
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关|键|能|力
弹力有无的判断“三法”。
(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。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,可假设两个物体间不存在弹力,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,则此处一定存在弹力。
(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是否存在弹力。
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【典例3】 (多选)下列四种情景中,物体(球或轻杆)均处于静止状态,它与外界的接触面(接触点)均光滑,物体所受弹力的示意图正确的是
( )
考向1
弹力的有无和方向判断
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A项,球受到重力与水平面的支持力即可保持静止,若受到左侧顶点处的弹力,则球将向右运动,所以题图中球只受到水平地面的弹力F1,不能存在弹力F2,A项错误;B项,处在杆顶的小球处于静止状态时受到重力与杆对小球的弹力,二者是一对平衡力,所以杆对小球的弹力的方向与重力的方向相反,为竖直向上,B项正确;C项,小球受到竖直向下的重力,如果受到左上方F1的拉
解析
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力,小球将无法处于静止状态,C项错误;D项,杆与半球容器有两个接触点,左侧处为点与球面接触,所以弹力的方向过圆心与接触点,方向指向被支持的物体(杆);右侧是点与直杆接触,方向垂直于杆的方向向上,题图中两个弹力的位置与方向都正确,D项正确。
解析
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【典例4】 如图所示,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,关于杆对球的作用力F,下列判断正确的是( )
A.小车静止时,F=mgsin θ,方向沿杆向上
B.小车静止时,F=mgcos θ,方向垂直于杆向上
C.小车向右以加速度a运动时,一定有F=
D.小车向左匀速运动时,F=mg,方向竖直向上
考向2
杆的弹力方向及大小计算
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小车静止时,球受到重力和杆的弹力作用,由平衡
条件可得杆对球的作用力F=mg,方向竖直向上,
A、B两项错误;小车向右以加速度a运动时,如图
所示,只有当a=gtan θ时,才有F=,C项错误;
小车向左匀速运动时,根据平衡条件知,杆对球的
弹力大小为mg,方向竖直向上,D项正确。
解析
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【典例5】 (2025·广州模拟)一根轻质弹簧一端固定,用大小为F的力压弹簧的另一端,平衡时弹簧长度为L;改用大小为2F的力拉弹簧,平衡时弹簧长度为2L。弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,该弹簧的劲度系数为( )
A. B. C. D.
考向3
胡克定律的理解和应用
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由胡克定律得F=kx,式中x为弹簧的形变量,设弹簧原长为L0,则有F=k(L0-L),2F=k(2L-L0),联立解得k=,A项正确。
解析
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摩擦力
考点3
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29
必|备|知|识
1.定义:两个相互接触的物体,当它们有相对运动或相对运动趋势时,在接触面上会产生一种阻碍相对运动或 的力,叫作滑动摩擦力或 。
2.产生条件。
(1)接触面粗糙。
(2)接触物体间有 力。
(3)物体间有 或 。
相对运动趋势
静摩擦力
相对运动
相对运动趋势
弹
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3.大小。
(1)滑动摩擦力:f=μFN,μ为动摩擦因数,其大小与两物体的材料和接触面的粗糙程度有关。
(2)静摩擦力:0<f静≤fmax,fmax为最大静摩擦力。
4.方向:与物体的相对运动方向或相对运动趋势方向相反,可能跟运动方向相同或相反。
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(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)摩擦力大小一定与正压力大小成正比( )
(5)两物体间的接触面积越大,滑动摩擦力一定越大( )
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关|键|能|力
计算摩擦力大小时的三点注意事项。
(1)在计算滑动摩擦力的公式中f=μFN,μ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无关,与接触面积也无关。
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(3)最大静摩擦力并不是物体实际受到的力,物体实际受到的静摩擦力小于等于最大静摩擦力;最大静摩擦力与接触面间的压力成正比;一般情况下,为了处理问题的方便,最大静摩擦力可按近似等于滑动摩擦力处理。
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【典例6】 (多选)如图所示,A、B、C三个物体质量相等,它们与传送带间的动摩擦因数也相同,三个物体随传送带一起匀速运动,运动方向如图中箭头所示,则下列说法正确的是( )
A.A物体受到的摩擦力方向向右
B.B物体受到的摩擦力方向沿传送带向下
C.C物体受到的摩擦力方向沿传送带向上
D.若传送带突然加速,则A物体受到的摩擦力向右
考向1
摩擦力方向的判断
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A物体在水平方向上做匀速直线运动,应用状态法可判断水平方向不受摩擦力,A项错误;B、C物体受到的摩擦力方向可用状态法或假设法判断。状态法的判断过程如下:B、C均做匀速运动,处于平衡状态,一定是摩擦力与重力沿传送带向下的分力平衡,所以受到的静摩擦力均沿传送带向上。假设法的判断过程如下:假设传送带光滑,B、C均会沿传送带下滑,所以物体相对传送带的
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运动趋势方向均沿传送带向下,受到的静摩擦力方向均沿传送带向上,B项错误,C项正确;若传送带突然加速,A物体受到的摩擦力方向由状态法判断(假设法也可,这里不再赘述),A物体只能由向右的摩擦力产生向右的加速度,所以A受到的摩擦力向右,D项正确。
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静摩擦力的有无及方向的判断
(1)假设法。
利用假设法判断的思维程序如下:
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(2)状态法。
此法关键是先判明物体的运动状态(即加速度的方向),再利用牛顿第二定律(F=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。
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(3)转换法。
利用牛顿第三定律(作用力与反作用力的关系)来判定。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大小和方向,再确定另一物体受到的反作用力——静摩擦力的大小和方向。
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【典例7】 为研究球鞋的防滑性能,同学将球鞋置于
斜面上,逐渐增大斜面倾角。当球鞋刚好开始滑动时,
斜面倾角等于37°,设滑动摩擦力等于最大静摩擦力,
已知sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。下列说法正确的是( )
A.球鞋与斜面间的动摩擦因数为0.8
B.在球鞋滑动前,增大斜面倾角时,球鞋对斜面的压力减小,摩擦力增大
C.斜面倾角不变时,球鞋沿斜面滑动的过程中加速度越来越大
D.在鞋内放置重物,逐渐增大斜面倾角,当球鞋刚好开始滑动时,斜面倾角大于37°
考向2
摩擦力大小的计算
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球鞋沿斜面方向受力平衡,有mgsin 37°=μmgcos 37°,解得球鞋与斜面间的动摩擦因数为μ=0.75,A项错误;在球鞋滑动前,由平衡条件和牛顿第三定律得球鞋对斜面的压力FN=mgcos θ,静摩擦力f=mgsin θ,增大斜面倾角时,球鞋对斜面的压力减小,静摩擦力增大,B项正确;斜面倾角不变时,球鞋受力不变,沿斜面滑动的过程中加速度不变,C项错误;在鞋内放置重物,逐渐增大斜面倾角,当球鞋刚好开始滑动时,满足(m+m0)gsin α= μ(m+m0)gcos α,解得斜面倾角α=37°,D项错误。
解析
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计算摩擦力大小时,首先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力。若是静摩擦力,则根据平衡条件或牛顿第二定律求解;若是滑动摩擦力,有三种常用的方法:
(1)滑动摩擦力公式f=μFN;(2)平衡条件;(3)牛顿第二定律。
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把握高考微点,实现素能提升
完成——微练7
本部分内容讲解结束
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