内容正文:
易错02 受力分析与相互作用
目录
第一部分 易错点剖析
易错典题 避错攻略 举一反三
易错点1 对摩擦力的方向理解不透彻
易错点2 混淆两种摩擦力的计算,误认为滑动摩擦力大小与接触面积有关
易错点3 不会运用三角形法分析三力平衡问题
易错点4 混淆“死结”和“活结”
易错点5 混淆“轻杆、轻绳”连接体问题,默认轻杆受力沿杆方向
易错点6 受力分析不是漏力就是多力
易错点7 胡克定律应用错误,将F=kx中的x当作弹簧总长度而非形变量
第二部分 易错题闯关
易错点1 对摩擦力的方向理解不透彻
易错典题
【例1】(2023·江苏盐城·模拟预测)如图所示,一简易书架置于水平地面上,书架中斜放着一叠书本,书和书架都处于静止状态。下列说法中正确的是( )
A. 书本对书架底面有向右的摩擦力
B.桌面对书架有向右的摩擦力
C.书架对书本的作用力大于书本的重力
D.桌面对书架的作用力大于书本和书架的总重力
【错因分析】没有认清静摩擦力的方向与相对运动趋势的方向相反,同时不能使用整体法对受力的对象进行分析。
【答案】A
【详解】A.书相对于书架地面有向右运动的趋势,因此书架地面对书有向左的静摩擦力,根据牛顿第三定律可知,书本对书架底面有向右的摩擦力,故A正确;
B.将书和书架看成一个整体,该整体在竖直方向受到重力与桌面对其的支持力,竖直方向合力为零,若桌面对书架有向右的摩擦力,则水平方向合力不为零,书架不可能处于静止状态,因此水平方向桌面对书架没有摩擦力的作用,故B错误;
C.书本处于静止状态,竖直向下受到重力,则可知书架对书本的作用力一定竖直向上,且大小等于书本的重力,故C错误;
D.书本和书架处于静止状态,竖直向下受到重力,则可知桌面对书架的作用力一定竖直向上,大小等于书本和书架的总重力,故D错误。
故选A。
避错攻略
【方法总结】.在分析摩擦力的方向时,一定要注意摩擦力方向的可变性,尤其是在分析静摩擦力的时候,二者共速(转折点)的时刻往往是摩擦力方向发生突变的关键时刻。
【知识链接】1.对摩擦力的理解
(1)摩擦力的方向总是与物体间相对运动(或相对运动趋势)的方向相反,但不一定与物体的运动方向相反。
(2)摩擦力总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势),但不一定阻碍物体的运动。
(3)摩擦力不一定是阻力,也可以是动力;摩擦力不一定使物体减速,也可以使物体加速。
(4)受静摩擦力作用的物体不一定静止,但一定与接触面保持相对静止。
2.滑动摩擦力方向的确定
滑动摩擦力的方向总与物体相对运动方向相反,“相对”是指“相对接触的物体”,与相对地面的运动方向可能相反,也可能相同。
2.静摩擦力的有无及方向的判断方法
(1)假设法
(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
举一反三
【变式1-1】(22-23高三上·江苏镇江·期中)电动自行车依靠后轮的电机驱动行驶,在加速骑行的过程中,后轮受到地面的摩擦力为,断开电源后,电瓶车靠惯性继续前行,后轮受到地面的摩擦力为,则下列说法正确的是( )
A. 的方向向前,的方向向后 B.的方向向后,的方向向前
C.的方向向后,的方向向后 D.的方向向前,的方向向前
【答案】A
【详解】电动自行车依靠后轮的电机驱动行驶,在加速骑行的过程中,后轮会向前加速转动,说明后轮相对于地面有向后的转动趋势,摩擦力方向与运动趋势方向相反,则摩擦力方向向前;断开电源后,电瓶车靠惯性继续前行,后轮相对于地面有向前的转动趋势,则摩擦力向后。
故选A。
【变式1-2】(2025·安徽·高考真题)如图,装有轻质光滑定滑轮的长方体木箱静置在水平地面上,木箱上的物块甲通过不可伸长的水平轻绳绕过定滑轮与物块乙相连。乙拉着甲从静止开始运动,木箱始终保持静止。已知甲、乙质量均为,甲与木箱之间的动摩擦因数为0.5,不计空气阻力,重力加速度g取,则在乙下落的过程中( )
A.甲对木箱的摩擦力方向向左 B.地面对木箱的支持力逐渐增大
C.甲运动的加速度大小为 D.乙受到绳子的拉力大小为
【答案】C
【详解】A.因为物块甲向右运动,木箱静止,根据相对运动,甲对木箱的摩擦力方向向右,A错误;
B.设乙运动的加速度为,只有乙有竖直向下的恒定加速度,
对甲、乙和木箱,由整体法,竖直方向受力分析有
则地面对木箱的支持力大小不变,B错误;
CD.设绳子的弹力大小为,对甲受力分析有
对乙受力分析有
联立解得,
C正确,D错误。
故选C。
【变式1-3】(2024·江苏泰州·一模)如图所示,将一张重力不计的白纸夹在重力为G的课本与水平桌面之间,现用一水平拉力F将白纸从课本下向右抽出(书本始终未从桌面上滑落),已知所有接触面间的动摩擦因数均为μ,则在白纸被抽出的过程中( )
A.课本对白纸的滑动摩擦力方向向右
B.课本与桌面接触前,白纸所受滑动摩擦力大小为2μG
C.白纸被抽出越快,课本动量的变化越大
D.白纸被抽出越快,课本所受滑动摩擦力的冲量越大
【答案】B
【详解】A.根据题意可知,白纸相对课本向右运动,则课本对白纸的摩擦力方向向左,故A错误;
B.课本与桌面接触前,白纸受到的是滑动摩擦力,根据滑动摩擦力公式
且白纸受到课本与桌面的两个滑动摩擦力,因此其大小为2μG,故B正确;
C.根据
白纸被抽出越快,时间越短,课本动量的变化越小,故C错误;
D.根据
白纸被抽出越快,时间越短,课本所受滑动摩擦力的冲量越小,故D错误。
故选B。
易错点2 混淆两种摩擦力大小的计算,误认为滑动摩擦力的大小与接触面积有关
易错典题
【例2】如图所示,完全相同的三条轮胎整齐叠放在墙角,所有接触面间的动摩擦因数均相同,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现将水平向右的恒力F作用在中间轮胎上,一小段时间后三条轮胎的位置可能是( )
A. B.
C. D.
【错因分析】没有认清滑动摩擦力的大小与正压力的大小有关。
【答案】A
【详解】第三条轮胎与地面之间的最大静摩擦力
第二条轮胎与第三条轮胎之间的最大静摩擦力
由此可发现,第三条轮胎不可能对地发生位移,当拉力足够大时,第二条轮胎可以带动第一条轮胎运动,同时与第一条轮胎发生相对位移。
故选A。
避错攻略
【方法总结】.滑动摩擦力大小的计算方法
(1)公式法:F=μFN;注意FN是两物体间的正压力,不一定等于物体的重力。
(2)状态法:利用平衡条件或牛顿第二定律列方程求解
【知识链接】
举一反三
【变式2-1】如图所示,一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出,鱼缸最终没有滑出桌面.则在上述过程中( )
A.桌布对鱼缸摩擦力的方向向左
B.桌布对桌子的摩擦力方向向左
C.桌子对鱼缸摩擦力的方向向左
D.鱼缸所受摩擦力方向一直未变
【答案】C
【详解】A.鱼缸相对桌布向左运动,则桌布对鱼缸摩擦力的方向向右,选项A错误;
B.桌子相对桌布向左运动,则桌布对桌子的摩擦力方向向右,选项B错误;
C.鱼缸相对桌面向右运动,则桌子对鱼缸摩擦力的方向向左,选项C正确;
D.鱼缸先是受到桌布向右的摩擦力,后受到桌子向左的摩擦力,则鱼缸所受摩擦力方向发生了变化,选项D错误。
故选C。
【变式2-2】一物体由圆锥和与它底面相同的半球组成(如图所示),置于粗糙的水平地面上用水平外力拉它做图中所示三种情况的运动.比较它所受的摩擦力大小分别为f1、f2、f3.则( )
A. f1>f2>f3 B.f3>f2>f1 C.f1=f2=f3 D.f3=f2>f1
【答案】C
【详解】物体在三种不同的运动情况下,都相对水平面有相对运动,故它受到滑动摩擦力的作用.在三种情况下,水平地面对物体的支持力的大小都等于物体的重力,故物体对地面的正压力的大小都等于其重力,即FN=mg.因滑动摩擦力的大小与接触面积无关.由F=μFN,知以上三种情况下摩擦力的大小相等.
A.f1>f2>f3,与结论不相符,选项A错误;
B.f3>f2>f1,与结论不相符,选项B错误;
C.f1=f2=f3,与结论相符,选项C正确;
D.f3=f2>f1,与结论不相符,选项D错误;
【变式2-3】(25-26高一上·福建福州·期中)如图所示,质量为m的木块在质量为M的木板上滑行,木板与地面间动摩擦因数为,木块与木板间的动摩擦因数为,木板一直静止,重力加速度为g,那么木板受地面的摩擦力大小为( )
A. B. C. D.
【答案B
【详解】木块m相对木板M向右滑动,受到向左的滑动摩擦力,大小为
力的作用是相互的,故木块对木板有向右的滑动摩擦力,故木板有向右滑动的趋势,受到地面对其向左的静摩擦力,根据共点力平衡条件,有
所以,故选B。
易错点3 不会运用三角形法分析三力平衡问题
易错典题
【例3】(25-26高一上·甘肃兰州·期末)如图所示,倾角为的固定斜面上有一质量为m的小球,小球被一个竖直挡板挡住处于静止状态,现在以挡板的下端O点为轴逆时针缓慢旋转90°,不计一切摩擦,重力加速度为,则在转动过程中挡板受到的最小压力为( )
A. B. C. D.
【错因分析】在受力分析的过程中,无法将物体所受的三个力首尾相连构成三角形,从而进行力的动态分析。
【答案】A
【详解】小球受到斜面的弹力、挡板的弹力以及自身重力,三个力首尾相连构成三角形,如图
在挡板逆时针转动的过程中,向重力靠拢,当与垂直时,即挡板与斜面垂直时,小球所受挡板的弹力最小,由共点力的平衡条件可得,挡板对小球的弹力,由牛顿第三定律可得小球对挡板的最小压力为
故选A。
避错攻略
【方法总结】摩擦力突变问题注意事项
(1)静摩擦力是被动力,其大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势,而且静摩擦力存在最大值。存在静摩擦力的连接系统,相对滑动与相对静止的临界状态是静摩擦力达到最大值。
(2)滑动摩擦力的突变问题:滑动摩擦力的大小与接触面的动摩擦因数和接触面受到的正压力均成正比,发生相对运动的物体,如果接触面的动摩擦因数发生变化或接触面受到的正压力发生变化,则滑动摩擦力就会发生变化。
(3)研究传送带问题时,物体和传送带的速度相等的时刻往往是摩擦力的大小、方向和运动性质发生变化的分界点。.
【知识链接】.摩擦力的的突变问题
(1)“静→静”突变:物体受到静摩擦力和其他力的共同作用,当其他力的合力发生变化时,如果仍保持相对静止,则静摩擦力的大小和(或)方向可能发生突变。
(2)“静→动”突变:物体受到静摩擦力和其他力的共同作用,当其他力变化时,如果发生相对滑动,则静摩擦力可能突变为滑动摩擦力。
(3)“动→静”突变:物体受到滑动摩擦力和其他力的共同作用,当相对滑动突然停止时,滑动摩擦力可能突变为静摩擦力。
(4)“动→动”突变:物体受到滑动摩擦力和其他力的共同作用,当两物体间的正压力发生变化时,滑动摩擦力的大小随之而变;或两物体达到共同速度时相对滑动方向发生变化,滑动摩擦力的方向也会随之而变对摩擦力的方向及突变性认识不足
【变式3-1】(25-26高一上·江苏南通·期中)如图所示,A、B两物体通过两个质量不计的光滑滑轮悬挂起来,处于静止状态,左侧绳与水平方向的夹角为。若将绳子左端从P点缓慢移到Q点,下列说法正确的是( )
A.绳子拉力变小 B.绳子拉力变大 C.夹角变大 D.夹角不变
【答案】D
【详解】AB.因为绳子拉力与B物体重力平衡,所以绳子拉力不变,始终等于B物体的重力,故AB错误;
CD.因为重物A的重力不变,根据
其中
所以绳子与水平方向的夹角不变,故C错误,D正确。
故选D。
【变式3-2】(2024·江苏·模拟预测)如图所示,质量的光滑圆柱体在两斜劈间保持静止。斜劈倾角分别为,,重力加速度取,,,则斜劈对圆柱体支持力的大小分别为( )
A. B.
C. D.
【答案】C
【详解】
受力分析如图所示,则有
故选C。
【变式3-3】如图所示,一个重为5N的大砝码,用细线悬挂在O点,现在用力F拉砝码,使悬线偏离竖直方向30°时处于静止状态,此时所用拉力F的最小值为( )
A.5.0N B.2.5N C.8.65N D.4.3N
【答案】B
【详解】
以物体为研究对象,根据作图法可知,当拉力F与悬线垂直时最小,根据平衡条件得最小值为
故选B。
易错点4 混淆“死结”和“活结””连接体问题
易错典题
【例4】(23-24高三上·江苏南通·开学考试)如图所示,轻质滑轮固定在水平天花板上,动滑轮挂在轻绳上,整个系统处于静止状态,轻绳与水平方向的夹角θ,不计摩擦。现将绳的一端由Q点缓慢地向左移到P点,则( )
A.
θ角不变,物体上升
B.θ角不变,物体下降
C.θ角变小,物体上升
D.θ角变小,物体下降
【错因分析】本题涉及的是受力分析中的“活结”问题,此类问题一般是通过滑轮或挂钩等将物体悬挂在绳子上,其特点是滑轮或挂钩可以在绳子上自由滑动,绳子对滑轮或挂钩没有约束力,因此绳子上的张力大小处处相等,即滑轮或挂钩只能改变绳子上张力的方向,而不会改变张力的大小,抓住以上特点,就可以有效避免在“活结”问题上出现错误。
答案:A
解析:ABCD.对A物体由二力平衡可得,绳的拉力等于物体重力,对滑轮由三力平衡得,绳拉力的合力不变,绳的拉力不变,故绳的夹角不变,所以θ不变,由于Q点缓慢地向左移到P点,所以绳子向左移,故A上升,故选项A正确,选项BCD错误。
故选A。
避错攻略
【知识链接】
分类
模型结构(举例)
模型解读
模型特点
“活结”模型
“活结”一般由绳跨过滑轮或绳上挂一光滑挂钩而形成,绳子因“活结”而弯曲,但实际为同一根绳
“活结”两侧的绳子上的张力大小处处相等
“死结”模型
“死结”把绳子分为两段,且不可沿绳子移动,“死结”两侧的绳因结而变成两根独立的绳
“死结”两侧的绳子上张力不一定相等
举一反三
【变式4-1】如图所示,一可视为质点的小球用两根不可伸长的轻质细线OA和OB连接后挂在天花板和墙上,AOM水平,OB倾斜,ON竖直,A、B、O、M、N各点在同一竖直平面内。现对小球施加一大小恒定、方向由OM逐渐变化至ON方向的力F,则此过程中,两细线上的拉力大小变化情况为( )
A.细线OA上的拉力先增大后减小
B.细线OA上的拉力一直减小
C.细线OB上的拉力先增大后减小
D.细线OB上的拉力一直减小
【答案】A
【详解】未施加力前,将重力沿两细线方向分解,如图甲所示可知
,
外加方向顺时针改变的作用力后,采用画圆法将沿两细线方向分解,如图乙所示,先增加后减小,一直增大,细线上的拉力
细线上的拉力
细线上的拉力大小先增大后减小,细线上的拉力大小一直增大,故A正确,BCD错误。
故选A。
【变式4-2】如图所示,三段不可伸长的细绳,OA、OB、OC能承受的最大拉力相同,它们共同悬挂一重物,其中OB是水平的,A端、B端固定在水平天花板上和竖直墙上、若逐渐增加C端所挂重物的质量,则最先断的绳是( )
A.必定是OA B.必定是OB
C.必定是OC D.可能是OB,也可能是OC
【答案】A
【详解】OC下悬挂重物,它对O点的拉力等于重物的重力G。OC绳的拉力产生两个效果:拉紧BO绳的水平向左的力F1,拉紧AO绳的沿绳子方向斜向下的力F2,F1、F2是OC绳拉力的两个分力,大小等于G。由平行四边形定则可作出力的分解图如图所示
当逐渐增大所挂重物的质量时,哪根绳受的拉力最大则哪根绳最先断。从图中可知:表示F2的有向线段最长,F2最大,故OA绳最先断。故A正确,BCD错误。
故选A。
【变式4-3】如图,悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处,绳的一端固定在墙上,另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等,系统平衡时,O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为和。若,则等于( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】甲物体是拴牢在O点,且甲、乙两物体的质量相等,则甲、乙绳的拉力大小相等,O点处于平衡状态,则左侧绳子拉力的方向在甲、乙绳子的角平分线上,如图所示
根据几何关系有
解得
ACD错误,B正确,故选B。
易错点5 混淆“轻杆、轻绳”连接体问题,默认轻杆受力沿杆方向
易错典题
【例5】(2023·江苏连云港·模拟预测)甲图中,轻杆AB一端与墙上的光滑的铰链连接,另一端用轻绳系住,绳、杆之间夹角为,在B点下方悬挂质量为的重物。乙图中,轻杆CD一端插入墙内,另一端装有小滑轮,现用轻绳绕过滑轮挂住质量为的重物,绳、杆之间夹角也为。甲、乙中杆都垂直于墙,则下列说法中正确的是( )
A.甲乙两图中杆中弹力之比 :
B.甲图中杆的弹力更大
C.两根杆中弹力方向均沿杆方向
D.若甲、乙中轻绳能承受最大拉力相同,则物体加重时,乙中轻绳更容易断裂
【错因分析】(1)轻杆既能对物体提供拉力又能提供支持力,而轻绳只能对物体提供拉力。绳或杆对物体的弹力可以发生突变,不需要恢复形变的时间。
(2)杆分动杆和定杆两种
动杆:若轻杆用转轴或铰链连接,当杆处于平衡状态时杆所受到的弹力方向一定沿着杆,否则会引起杆的转动。
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
【答案】B
【详解】C.甲图中的杆有铰链相连,可以自由转动,弹力方向沿杆方向,乙图中的杆一端插在墙里,不能自由转动,弹力方向不一定沿杆方向,而是沿两根绳合力的反方向。故C 错误;
AB.甲、乙图受力分析如图
图甲中,以B点为研究对象,根据平衡条件可得
图乙中,以D点为研究对象,受到重物的拉力、上边绳的拉力和CD杆的弹力,由于拉力
F'和重力的夹角为120°且大小均为mg,则由几何知识可得
T‘= mg
即轻杆受到的弹力为mg。故A错误;B正确;
D.甲图中轻绳的拉力为
乙图中轻绳的拉力
若甲、乙中轻绳能承受最大拉力相同,则物体加重时,甲中轻绳更容易断裂。故D错误。
故选B。
避错攻略
【知识链接】动杆”和“定杆”问题
分类
模型结构(举例)
模型解读
模型特点
“动杆”模型
轻杆用光滑的转轴或铰链连接,轻杆可围绕转轴或铰链自由转动
当杆处于平衡时,杆所受的弹力方向一定沿杆向内或向外
“定杆”模型
轻杆被固定在接触面上,不发生转动
杆所受的弹力方向不一定沿杆,可沿任意方向
举一反三
【变式5-1】如图,为细绳拉某重物M的简化装置简化图,轻杆OA为可绕O点且垂直于纸面的轴转动的杆,AB为轻绳,重物M平衡时角度关系如图所示,轻杆OA在a、b、c图中受力分别为F1、F2、F3的大小关系正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】轻杆为可绕点且垂直于纸面的轴转动的杆,所以杆的弹力沿杆,对图则有,对图则有,对图则有,故选项B正确,A、C、D错误.
【变式5-2】在如图所示的四幅图中,AB、BC均为轻质杆,各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接,两杆都在B处由铰链相连接.下列关于杆受力的说法正确的是( )
A.甲图中的AB杆表现为支持力,BC杆表现为拉力
B.乙图中的AB杆表现为拉力,BC杆表现为支持力
C.丙图中的AB杆、BC杆均表现为拉力
D.丁图中的AB杆、BC杆均表现为支持力
【答案】C
【详解】A.对结点进行分析可知,B点受向下的绳子的拉力;BC只能提供支持力;则由共点力的平衡条件可知,AB应提供拉力;故A错误;
B.B点受向下的拉力;则BC应为支持力;由平衡关系可知AB应为支持力;故B错误;
C.对B点分析可知,B受向下的拉力;AB提供向上的拉力;BC应为向右的拉力;故C正确;
D.对B点分析可知,B受向下的拉力,AB为拉力;BC应为支持力;故D错误;
故选C.
【变式5-3】(24-25高三上·江苏徐州·月考)如图所示,光滑轻质晾衣绳的两端分别固定在两根竖直杆的A、B两点,衣服通过衣架的挂钩悬挂在绳上并处于静止状态,且此时衣服更靠近左侧直杆。下列说法正确的是( )
A.静止时左侧的绳子张力大于右侧绳子张力
B.保持两竖直杆间距离不变,仅将B端移到位置,绳子张力不变
C.保持两竖直杆的距离不变,仅将B端移到位置,绳子张力变小
D.保持两固定点不变,仅将右侧直杆向左移至图中虚线位置,绳子张力变大
【答案】B
【详解】A.衣服通过衣架的挂钩悬挂在绳上并处于静止状态,挂钩属于“活结”,左、右两车绳子张力相等,故A错误;
BCD.设绳子间的夹角为,绳子总长为L,两杆间距离为d,如图所示
根据几何关系有
得
当B端移到B1位置或B2位置时,d、L都不变,则也不变;由平衡条件可知
解得
可见,绳子张力F也不变;
保持两固定点不变,仅将右侧直杆向左移至图中虚线位置,则d减小,减小,F减小,
故B正确,CD错误;
故选B。
易错点6 受力分析不是漏力就是多力
易错典题
【例6】如图所示,矩形物块A和楔形物块B、C叠放在水平地面上,B物块上表面水平。水平向左的力F作用在B物块上,整个系统处于静止状态,则以下说法正确的是( )
A.物块A的受力个数为4个
B.物块B的受力个数为4个
C.地面对物块C的支持力小于三者重力之和
D.地面对物块C的摩擦力大小等于F,方向水平向右
【错因分析】不能使用整体法对研究对象进行受力分析,从而判断一些力的存在情况。
【答案】D
【详解】A.对A受力分析,根据平衡条件知A只受重力和支持力2个力的作用,故A错误;
B.对B受力分析,重力、压力、斜面施加的斜向上的支持力、拉力F,根据平衡条件还得受斜面施加的斜向上的摩擦力,共5个力的作用,故B错误;
C.对ABC整体为研究对象受力分析,根据平衡条件知地面对物块C的支持力等于三者重力之和,故C错误;
D.对ABC整体为研究对象受力分析,根据平衡条件知地面对物块C的摩擦力大小等于F,方向水平向右,故D正确;
故选D。
避错攻略
【知识链接】
1.受力分析的一般步骤
2.受力分析的四种方法
整体法
将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析的方法
隔离法
将所研究的对象从周围的物体中分离出来,单独进行受力分析的方法
状态法
根据其他力与物体的运动状态是否相符判断该力是否存在
转换法
在受力分析时,若不能确定某力是否存在,则:
(1)可以转换为分析该力的反作用力,根据其反作用力是否存在,判断该力是否存在;
(2)可以转换为分析与该力相关的其他研究对象,通过对其他研究对象进行受力分析,判断该力是否存在
举一反三
【变式6-1】 如图所示,甲、乙、丙三个物体叠放在水平面上,用水平力F拉位于中间的物体乙,它们仍保存静止状态,三个物体的水平接触面均粗糙,则乙物体受力的个数为( )
A.3个 B.4个 C.5个 D.6个
【答案】C
【详解】与物体发生相互作用的有地球、丙物体及甲物体;则乙物体受重力、物体丙的支持力、甲对乙的压力及水平力F;因在拉力作用下,物体乙相对于丙有相对运动的趋势,故乙受丙对物体乙的摩擦力;而甲与乙相对静止,无相对滑动趋势,故甲对乙没有摩擦力;故乙受五个力;
故选C。
【变式6-2】(22-23高三上·江苏·阶段练习)“境自远尘均入咏,物含妙理总堪寻”。在网络视频中常看到有人把几个看似不可能堆起来的物体堆到一起的视频,如图所示,不同几何形状物件a、b、c、d、e互相叠放在地面、平板A和B上,挂件f挂在光滑的细绳CD上,细绳一端系在竖直墙上C点,一端系在平板A右端点,整个装置处于平衡状态,用物理角度来分析,以下说法正确的是( )
A.地面可能是光滑的 B.物件e受力个数可能为2个
C.物件b受力个数为4个 D.物件a受到木板的作用力竖直向上
【答案】A.地面可能是光滑的 B.物件e受力个数可能为2个
C.物件b受力个数为4个 D.物件a受到木板的作用力竖直向上
【变式6-3】(21-22高一上·河南南阳·期末)所示,A、B、C三个物块叠放在水平地面上,处于静止状态。物块B的受力个数为( )
A.3个 B.4个 C.5个 D.6个
【答案】B
【详解】隔离A分析可知,由平衡条件得:A受重力,B对A的支持力和摩擦力,B对A的支持力和摩擦力的合力竖直向上,对B分析,B受重力,A对B的压力和摩擦力,C对A的支持力,由于B对A的支持力和摩擦力的合力竖直向上,则A对B的压力和摩擦力的合力竖直向下,所以B不受C的摩擦力作用,故B受力个数为4个,故B正确,ACD错误。
故选B。
易错点7 胡克定律应用错误,将F=kx中的x当作弹簧总长度而非形变量
易错典题
【例7】如图所示,足够长的光滑固定斜面的倾角为,底部有一垂直斜面的固定挡板,质量为的A球与质量为的B球用轻弹簧连接处于静止状态。已知弹簧的劲度系数为,重力加速度为,下列说法正确的是( )
A.弹簧的压缩量为
B.B球对斜面的压力大小为
C.撤去挡板瞬间,A球的加速度大小为
D.撤去挡板瞬间,B球的加速度大小为
【错因分析】本题容易混淆弹簧的长度和弹簧长度的变化量
【答案】D
【详解】A.对A球有
解得弹簧的压缩量,故A错误;
B.对B球有
再由牛顿第三定律可知,B球对斜面的压力大小为,故B错误;
C.撤去挡板瞬间,弹簧的弹力不变,A球所受合力为零,加速度为零,故C错误;
D.撤去挡板前,对A、B两球整体分析得,挡板对B球的支持力大小
撤去挡板瞬间,消失,其他力不变,对B球有
解得,故D正确。
故选D。
避错攻略
【知识链接】动态平衡的求解流程
举一反三
【变式7-1】 (25-26高一上·山东烟台·期中)如图所示,质量分别为2m、3m的两物块A和B,与竖直轻质弹簧L1、L2相连,轻弹簧L2下端固定在水平面上,两弹簧的劲度系数分别为、,整个系统处于静止,重力加速度为g。现用外力F缓慢向上提A物块,直到两弹簧的总长度等于两弹簧原长之和,则此时施加的外力F大小为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】对物块A受力分析,物块A受到重力、弹簧弹力和拉力,合力为0,则有
为弹簧的形变量,由于两弹簧的总长度等于两弹簧原长之和,所以弹簧的形变量也为弹簧为伸长量,弹簧为压缩量,对物块B受力分析,受到重力和两弹簧的弹力,合力为0,则有
联立解得。
故选A。
【变式7-2】(2022·安徽淮北·一模)如图所示,一弹性轻绳(弹力与其伸长量成正比)左端固定在墙上A点,右端穿过一固定的光滑圆环B连接一个质量为m的小球,小球在B点时,弹性轻绳处在原长状态。小球穿过竖直固定杆在C处时,弹性轻绳的弹力大小为mg。将小球从C点由静止释放,到达D点时速度恰好为0.已知小球与杆间的动摩擦因数为0.2,A、B、C在一条水平直线上,,,重力加速度为g,弹性绳始终处在弹性限度内。则小球从C运动到D的过程中( )
A.受到的摩擦力一直增大
B.下落的高度时,小球加速度为零
C.小球在D点时,弹性轻绳的弹性势能为
D.若仅把小球质量变为3m,则小球到达D点时的速度大小为
【答案】B
【详解】A.已知的长度为,根据胡克定律有
与竖直方向的夹角为时,伸长量为,故弹力为
对球受力分析,受重力、橡皮条的弹力、摩擦力,支持力,水平方向平衡,故
由此可知,下降过程中,水平方向的支持力保持不变,且摩擦力
受到的摩擦力一直不变,A错误;
B.下落的高度时,弹力在竖直方向的分力为
竖直方向受力分析
小球加速度为零,B正确;
C.小球从点运动到点的过程中克服摩擦力做功为
对球从点运动到点的过程,根据动能定理有
解得
根据弹性做功的功能关系
D.故小球在D点时,弹性轻绳的弹性势能大于,C错误;
若仅把小球的质量变成,小球从点运动到点的过程,根据动能定理,有
解得
故D错误。
故选B。
【变式7-3】(24-25高一上·安徽宿州·期末)将一轻质弹簧上端固定,下端悬挂一钩码,静止时弹簧伸长了l。如果将该轻质弹簧从正中间剪断,再将上端连在一起并固定,下端连在一起,在下端悬挂同样的钩码,如图所示。若弹簧始终在弹性限度内,则静止时,每一段弹簧将伸长( )
A. B. C.l D.2l
【答案】A
【详解】当轻弹簧从正中间剪断时,弹簧的劲度系数变为原来的两倍,设钩码质量为m,剪断前有
剪断后,对每一段弹簧都有
解得
故选A。
1. (2026高三·全国·专题练习)如图所示,质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2,从t=0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行,同时受到一个水平向左的恒力F=1N的作用,g取10m/s2,向右为正方向,该物体受到的摩擦力Ff随时间t变化的图像是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【详解】题意可知物体先向右做减速运动,在速度减为0之前,物体受到的摩擦力为滑动摩擦力且大小为
方向向左,为负值;因为
可知物体速度减为0后,物体停止运动,受到的摩擦力为静摩擦力,由平衡条件可知静摩擦力大小为
方向向右,为正值。
故选A。
2.(25-26高三上·山东·期中)如图所示,两个石块A、B静止在水平面上,石块C叠放在石块A、B上,也处于静止状态,石块C与石块B接触处切线水平,石块C与石块A 接触处切线倾斜且接触处光滑,下列说法正确的是( )
A.石块C受3个力
B.石块B受4个力
C.石块 C 受到水平向左的摩擦力
D.水平面与石块A之间没有摩擦力
【答案】C
【详解】AC.对C受力分析,受竖直向下的重力,A对C斜向右上方的弹力,B对C竖直向上的弹力,C处于平衡状态,所受合力为0,根据平衡条件,可知C一定受到B对其水平向左的摩擦力,所以石块C受4个力,故A错误,C正确;
B.由于B对C有水平向左的摩擦力,则C对B有水平向右的摩擦力,石块B还受到重力和地面的支持力,以及地面对B水平向左的摩擦力和C对B的压力,所以石块B受5个力,故B错误;
D.对A受力分析,C对A斜向左下方的弹力,根据平衡条件,可知水平面对石块A有水平向右的摩擦力,故D错误。
故选C。
3.(25-26高三上·陕西·月考)如图所示,上表面光滑的半圆柱体P放置在水平地面上,一细长木棒Q搭在P上,另一端与地面接触,系统静止,木棒与水平夹角为。下列判断正确的是( )
A.木棒受到四个力作用 B.木棒受到三个力作用
C.P对地面的压力等于P和木棒的总重力 D.P受到地面的摩擦力可能为零
【答案】A
【详解】AB.木棒静止,受到竖直向下的重力G、斜向右上的弹力,如图所示,根据三力汇交原理可知,受到地面的作用力,地面对木棒的作用力为竖直向上的支持力与水平向左的摩擦力的合力,则木棒受到4个力作用,A正确,B错误;
C.对P、Q整体分析受力可知,P对地面的压力大小等于P、Q总重力减去地面对Q的支持力,小于P、Q的总重力,C错误;
D.对P、Q整体分析,水平方向受力为零,则P受到地面向右的摩擦力,D错误。
故选A。
4.(25-26高三上·四川绵阳·开学考试)如图所示,质量为的物体A静止在劲度系数为的竖直轻弹簧上方,质量为的物体B用细线悬挂起来,A、B紧挨在一起但A、B之间无压力。某时刻将细线剪断,则细线剪断瞬间,下列说法中正确的是(g取10m/s2)( )
A.轻弹簧的压缩量为
B.物体B的瞬时加速度为0
C.物体A的瞬时加速度为
D.物体B对物体A的压力为
【答案】D
【详解】细线剪断前,分析A的受力有
解得
细线剪断瞬间,弹簧的形变量不发生突变,故A错;
BC.细线剪断瞬间,对AB整体受力分析有
解得,故BC错;
D.细线剪断瞬间,分析B的受力有
解得
由牛顿第三定律得物体B对A的压力为,故D正确。
故选D。
5.(2024·辽宁·一模)如图所示,劲度系数为k的橡皮绳的上端固定在O点,下端自然伸长时在P点。现在P点固定一光滑的小钉子,将一质量为m的小物块连在橡皮绳的下端,使其静止在O点正下方的水平地面上,小物块与地面间的动摩擦因数为。某时刻,在小物块上施加一水平向右的拉力F,小物块沿水平地面向右匀速运动的过程中(橡皮绳始终在弹性限度内),下列说法正确的是( )
A.小物块受到橡皮绳的弹力大小不变 B.作用在小物块上的力F保持不变
C.小物块受到地面的摩擦力保持不变 D.小物块对地面的压力逐渐减小
【答案】C
【详解】A.小物块沿水平地面向右匀速运动的过程中,橡皮绳的伸长量逐渐增加,根据胡克定律可知,小物块受到橡皮绳的弹力大小逐渐增大,故A错误;
BCD.由题意可知为橡皮绳的原长,则P点与小物块连接部分为橡皮绳的伸长量,设P点与小物块连接部分橡皮绳与水平方向的夹角为,P点与地面的高度为,以小物块为对象,竖直方向根据受力平衡可得
可得
可知小物块对地面的压力保持不变,根据
可知小物块受到地面的摩擦力保持不变;水平方向根据受力平衡可得
由于逐渐增大,可知作用在小物块上的力F逐渐增大,故BD错误,C正确。
故选C。
6.(2024·山东聊城·三模)如图所示,轻杆AC和轻杆BC的一端用光滑铰链连接在C点,另一端分别用光滑铰链固定在竖直墙壁上,将一物块通过细线连接在C点并保持静止状态,若对C端施加一水平向左的作用力F,则下列说法正确的是( )
A.轻杆AC中的弹力一定变大 B.轻杆AC中的弹力一定减小
C.轻杆BC中的弹力一定变大 D.轻杆BC中的弹力可能减小
【答案】C
【详解】对C点受力分析如图,
由三角形法则可知,重力mg、AC的拉力TAC以及BC的支持力TBC组成封闭的三角形;若加水平力F,则C点仍平衡,则此时四个力组成封闭的四边形,TBC和重力mg方向不变,TAC方向仍与原来平行,则随F的增加,TBC一定增加,TAC先减小,当减到零后反向增加。
故选C。
7.(2024·湖南株洲·一模)如图,一蚂蚁(可看成质点)在半径为R的半球体表面上缓慢爬行,蚂蚁与半球体间的动摩擦因数为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,若蚂蚁在爬行过程中不滑离球面,则其距半球体顶点的竖直高度不应超过( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】蚂蚁缓慢的沿轨道下移,受力如图所示
随着蚂蚁的下移,支持力与竖直方向的夹角在增大,蚂蚁受到的摩擦力在增大,当摩擦力达到最大静摩擦力时,蚂蚁离顶点最高,此时有
蚂蚁离顶点的高度为
结合几何关系可解得
故选A。
8.(2025·山东日照·二模)如图所示,一根轻质细绳两端分别固定在等高的A、B两点,一灯笼用轻质光滑挂钩挂在细绳上,挂钩与细绳接触的点为O。下列判断正确的是( )
A.无风时,将B点缓慢竖直向上移动的过程中,细绳上的弹力逐渐增大
B.无风时,将B点缓慢竖直向上移动的过程中,∠AOB逐渐减小
C.若灯笼受到水平向右的恒定风力,灯笼静止时,∠AOB比无风时小
D.若灯笼受到水平向右的恒定风力,灯笼静止时,AO段的拉力大于BO段的拉力
【答案】C
【详解】AB.设绳长为L,两点之间的距离为d,根据几何关系可得
无风时,根据平衡条件可得
解得
将B点缓慢竖直向上移动的过程中,∠AOB不变,细绳上的弹力不变,故AB错误;
C.受到水平向右的恒定风力时,灯笼受力增加一个风力,四力平衡,两个绳子的拉力的合力与重力、风力的合力相平衡,如图所示的状态
设有风时绳子夹角的一半为,由几何关系有
由上述分析可知无风时,由几何关系有
因为
联立可知
故C正确;
D.由于不计绳子的质量和绳与衣架挂钩间的摩擦,因此O点为活结,活结两端的拉力总是大小相等,故D错误;
故选C。
9.(24-25高三上·陕西宝鸡·阶段练习)如图、为不可伸长的轻绳,为可绕点自由转动的轻质细杆,杆长为,、两点的高度差也为。在点用轻绳悬挂质量为的重物,杆与绳子的夹角,下列说法正确的是( )
A.轻绳、对点作用力的合力沿杆由指向
B.轻杆对点的力垂直斜向右上
C.轻绳对点的拉力大小为
D.轻杆对点的力大小为
【答案】A
【详解】A.题意可知,轻杆为动杆,故产生弹力方向沿杆,对O点受到轻绳、、BO的作用力而处于平衡态,故轻绳、对点作用力的合力沿杆O指向B,故A正确;
B.题意可知,轻杆为动杆,故轻杆对O点的力沿杆OB方向,故B错误;
C.对O点受力如图
几何关系可知力的矢量红色三角形为等腰三角形,故轻绳对点的拉力大小为
BO对O点的力
FN=mg
故C错误;
D.对轻杆受力分析可知,轻杆对点的力大小等于BO对O点的力大小,即为mg,故D错误;
故选A 。
10.(2025·河北·高考真题)如图,内壁截面为半圆形的光滑凹槽固定在水平面上,左右边沿等高。该截面内,一根不可伸长的细绳穿过带有光滑孔的小球,一端固定于凹槽左边沿,另一端过右边沿并沿绳方向对其施加拉力F。小球半径远小于凹槽半径,所受重力大小为G。若小球始终位于内壁最低点,则F的最大值为( )
A. B. C.G D.
【答案】B
【详解】分析可知当凹槽底部对小球支持力为零时,此时拉力F最大,根据平衡条件有
解得
故选B。
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易错02 受力分析与相互作用
目录
第一部分 易错点剖析
易错典题 避错攻略 举一反三
易错点1 对摩擦力的方向理解不透彻
易错点2 混淆两种摩擦力的计算,误认为滑动摩擦力大小与接触面积有关
易错点3 不会运用三角形法分析三力平衡问题
易错点4 混淆“死结”和“活结”
易错点5 混淆“轻杆、轻绳”连接体问题,默认轻杆受力沿杆方向
易错点6 受力分析不是漏力就是多力
易错点7 胡克定律应用错误,将F=kx中的x当作弹簧总长度而非形变量
第二部分 易错题闯关
易错点1 对摩擦力的方向理解不透彻
易错典题
【例1】(2023·江苏盐城·模拟预测)如图所示,一简易书架置于水平地面上,书架中斜放着一叠书本,书和书架都处于静止状态。下列说法中正确的是( )
A. 书本对书架底面有向右的摩擦力
B.桌面对书架有向右的摩擦力
C.书架对书本的作用力大于书本的重力
D.桌面对书架的作用力大于书本和书架的总重力
避错攻略
【方法总结】.在分析摩擦力的方向时,一定要注意摩擦力方向的可变性,尤其是在分析静摩擦力的时候,二者共速(转折点)的时刻往往是摩擦力方向发生突变的关键时刻。
【知识链接】1.对摩擦力的理解
(1)摩擦力的方向总是与物体间相对运动(或相对运动趋势)的方向相反,但不一定与物体的运动方向相反。
(2)摩擦力总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势),但不一定阻碍物体的运动。
(3)摩擦力不一定是阻力,也可以是动力;摩擦力不一定使物体减速,也可以使物体加速。
(4)受静摩擦力作用的物体不一定静止,但一定与接触面保持相对静止。
2.滑动摩擦力方向的确定
滑动摩擦力的方向总与物体相对运动方向相反,“相对”是指“相对接触的物体”,与相对地面的运动方向可能相反,也可能相同。
2.静摩擦力的有无及方向的判断方法
(1)假设法
(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
举一反三
【变式1-1】电动自行车依靠后轮的电机驱动行驶,在加速骑行的过程中,后轮受到地面的摩擦力为,断开电源后,电瓶车靠惯性继续前行,后轮受到地面的摩擦力为,则下列说法正确的是( )
A. 的方向向前,的方向向后 B.的方向向后,的方向向前
C.的方向向后,的方向向后 D.的方向向前,的方向向前
【变式1-2】(2025·安徽·高考真题)如图,装有轻质光滑定滑轮的长方体木箱静置在水平地面上,木箱上的物块甲通过不可伸长的水平轻绳绕过定滑轮与物块乙相连。乙拉着甲从静止开始运动,木箱始终保持静止。已知甲、乙质量均为,甲与木箱之间的动摩擦因数为0.5,不计空气阻力,重力加速度g取,则在乙下落的过程中( )
A.甲对木箱的摩擦力方向向左 B.地面对木箱的支持力逐渐增大
C.甲运动的加速度大小为 D.乙受到绳子的拉力大小为
【变式1-3】(2024·江苏泰州·一模)如图所示,将一张重力不计的白纸夹在重力为G的课本与水平桌面之间,现用一水平拉力F将白纸从课本下向右抽出(书本始终未从桌面上滑落),已知所有接触面间的动摩擦因数均为μ,则在白纸被抽出的过程中( )
A.课本对白纸的滑动摩擦力方向向右
B.课本与桌面接触前,白纸所受滑动摩擦力大小为2μG
C.白纸被抽出越快,课本动量的变化越大
D.白纸被抽出越快,课本所受滑动摩擦力的冲量越大
易错点2 混淆两种摩擦力大小的计算,误认为滑动摩擦力的大小与接触面积有关
易错典题
【例2】如图所示,完全相同的三条轮胎整齐叠放在墙角,所有接触面间的动摩擦因数均相同,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现将水平向右的恒力F作用在中间轮胎上,一小段时间后三条轮胎的位置可能是( )
A. B.
C. D.
避错攻略
【方法总结】
滑动摩擦力大小的计算方法
(1)公式法:F=μFN;注意FN是两物体间的正压力,不一定等于物体的重力。
(2)状态法:利用平衡条件或牛顿第二定律列方程求解
【知识链接】
举一反三
【变式2-1】如图所示,一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出,鱼缸最终没有滑出桌面.则在上述过程中( )
A.桌布对鱼缸摩擦力的方向向左
B.桌布对桌子的摩擦力方向向左
C.桌子对鱼缸摩擦力的方向向左
D.鱼缸所受摩擦力方向一直未变
【变式2-2】一物体由圆锥和与它底面相同的半球组成(如图所示),置于粗糙的水平地面上用水平外力拉它做图中所示三种情况的运动.比较它所受的摩擦力大小分别为f1、f2、f3.则( )
A. f1>f2>f3 B.f3>f2>f1 C.f1=f2=f3 D.f3=f2>f1
【变式2-3】(25-26高一上·福建福州·期中)如图所示,质量为m的木块在质量为M的木板上滑行,木板与地面间动摩擦因数为,木块与木板间的动摩擦因数为,木板一直静止,重力加速度为g,那么木板受地面的摩擦力大小为( )
A. B. C. D.
易错点3 不会运用三角形法分析三力平衡问题
易错典题
【例3】(25-26高一上·甘肃兰州·期末)如图所示,倾角为的固定斜面上有一质量为m的小球,小球被一个竖直挡板挡住处于静止状态,现在以挡板的下端O点为轴逆时针缓慢旋转90°,不计一切摩擦,重力加速度为,则在转动过程中挡板受到的最小压力为( )
A. B. C. D.
避错攻略
【方法总结】摩擦力突变问题注意事项
(1)静摩擦力是被动力,其大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势,而且静摩擦力存在最大值。存在静摩擦力的连接系统,相对滑动与相对静止的临界状态是静摩擦力达到最大值。
(2)滑动摩擦力的突变问题:滑动摩擦力的大小与接触面的动摩擦因数和接触面受到的正压力均成正比,发生相对运动的物体,如果接触面的动摩擦因数发生变化或接触面受到的正压力发生变化,则滑动摩擦力就会发生变化。
(3)研究传送带问题时,物体和传送带的速度相等的时刻往往是摩擦力的大小、方向和运动性质发生变化的分界点。.
【知识链接】.摩擦力的的突变问题
(1)“静→静”突变:物体受到静摩擦力和其他力的共同作用,当其他力的合力发生变化时,如果仍保持相对静止,则静摩擦力的大小和(或)方向可能发生突变。
(2)“静→动”突变:物体受到静摩擦力和其他力的共同作用,当其他力变化时,如果发生相对滑动,则静摩擦力可能突变为滑动摩擦力。
(3)“动→静”突变:物体受到滑动摩擦力和其他力的共同作用,当相对滑动突然停止时,滑动摩擦力可能突变为静摩擦力。
(4)“动→动”突变:物体受到滑动摩擦力和其他力的共同作用,当两物体间的正压力发生变化时,滑动摩擦力的大小随之而变;或两物体达到共同速度时相对滑动方向发生变化,滑动摩擦力的方向也会随之而变对摩擦力的方向及突变性认识不足
【变式3-1】(25-26高一上·江苏南通·期中)如图所示,A、B两物体通过两个质量不计的光滑滑轮悬挂起来,处于静止状态,左侧绳与水平方向的夹角为。若将绳子左端从P点缓慢移到Q点,下列说法正确的是( )
A.绳子拉力变小 B.绳子拉力变大 C.夹角变大 D.夹角不变
【变式3-2】(2024·江苏·模拟预测)如图所示,质量的光滑圆柱体在两斜劈间保持静止。斜劈倾角分别为,,重力加速度取,,,则斜劈对圆柱体支持力的大小分别为( )
A. B.
C. D.
【变式3-3】如图所示,一个重为5N的大砝码,用细线悬挂在O点,现在用力F拉砝码,使悬线偏离竖直方向30°时处于静止状态,此时所用拉力F的最小值为( )
A.5.0N B.2.5N C.8.65N D.4.3N
易错点4 混淆“死结”和“活结””连接体问题
易错典题
【例4】(23-24高三上·江苏南通·开学考试)如图所示,轻质滑轮固定在水平天花板上,动滑轮挂在轻绳上,整个系统处于静止状态,轻绳与水平方向的夹角θ,不计摩擦。现将绳的一端由Q点缓慢地向左移到P点,则( )
A.
θ角不变,物体上升
B.θ角不变,物体下降
C.θ角变小,物体上升
D.θ角变小,物体下降
避错攻略
【知识链接】
分类
模型结构(举例)
模型解读
模型特点
“活结”模型
“活结”一般由绳跨过滑轮或绳上挂一光滑挂钩而形成,绳子因“活结”而弯曲,但实际为同一根绳
“活结”两侧的绳子上的张力大小处处相等
“死结”模型
“死结”把绳子分为两段,且不可沿绳子移动,“死结”两侧的绳因结而变成两根独立的绳
“死结”两侧的绳子上张力不一定相等
举一反三
【变式4-1】如图所示,一可视为质点的小球用两根不可伸长的轻质细线OA和OB连接后挂在天花板和墙上,AOM水平,OB倾斜,ON竖直,A、B、O、M、N各点在同一竖直平面内。现对小球施加一大小恒定、方向由OM逐渐变化至ON方向的力F,则此过程中,两细线上的拉力大小变化情况为( )
A.细线OA上的拉力先增大后减小
B.细线OA上的拉力一直减小
C.细线OB上的拉力先增大后减小
D.细线OB上的拉力一直减小
【变式4-2】如图所示,三段不可伸长的细绳,OA、OB、OC能承受的最大拉力相同,它们共同悬挂一重物,其中OB是水平的,A端、B端固定在水平天花板上和竖直墙上、若逐渐增加C端所挂重物的质量,则最先断的绳是( )
A.必定是OA B.必定是OB
C.必定是OC D.可能是OB,也可能是OC
【变式4-3】如图,悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处,绳的一端固定在墙上,另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等,系统平衡时,O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为和。若,则等于( )
A. B. C. D.
易错点5 混淆“轻杆、轻绳”连接体问题,默认轻杆受力沿杆方向
易错典题
【例5】(2023·江苏连云港·模拟预测)甲图中,轻杆AB一端与墙上的光滑的铰链连接,另一端用轻绳系住,绳、杆之间夹角为,在B点下方悬挂质量为的重物。乙图中,轻杆CD一端插入墙内,另一端装有小滑轮,现用轻绳绕过滑轮挂住质量为的重物,绳、杆之间夹角也为。甲、乙中杆都垂直于墙,则下列说法中正确的是( )
A.甲乙两图中杆中弹力之比 :
B.甲图中杆的弹力更大
C.两根杆中弹力方向均沿杆方向
D.若甲、乙中轻绳能承受最大拉力相同,则物体加重时,乙中轻绳更容易断裂
避错攻略
【知识链接】动杆”和“定杆”问题
分类
模型结构(举例)
模型解读
模型特点
“动杆”模型
轻杆用光滑的转轴或铰链连接,轻杆可围绕转轴或铰链自由转动
当杆处于平衡时,杆所受的弹力方向一定沿杆向内或向外
“定杆”模型
轻杆被固定在接触面上,不发生转动
杆所受的弹力方向不一定沿杆,可沿任意方向
举一反三
【变式5-1】如图,为细绳拉某重物M的简化装置简化图,轻杆OA为可绕O点且垂直于纸面的轴转动的杆,AB为轻绳,重物M平衡时角度关系如图所示,轻杆OA在a、b、c图中受力分别为F1、F2、F3的大小关系正确的是( )
A. B. C. D.
【变式5-2】在如图所示的四幅图中,AB、BC均为轻质杆,各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接,两杆都在B处由铰链相连接.下列关于杆受力的说法正确的是( )
A.甲图中的AB杆表现为支持力,BC杆表现为拉力
B.乙图中的AB杆表现为拉力,BC杆表现为支持力
C.丙图中的AB杆、BC杆均表现为拉力
D.丁图中的AB杆、BC杆均表现为支持力
【变式5-3】(24-25高三上·江苏徐州·月考)如图所示,光滑轻质晾衣绳的两端分别固定在两根竖直杆的A、B两点,衣服通过衣架的挂钩悬挂在绳上并处于静止状态,且此时衣服更靠近左侧直杆。下列说法正确的是( )
A.静止时左侧的绳子张力大于右侧绳子张力
B.保持两竖直杆间距离不变,仅将B端移到位置,绳子张力不变
C.保持两竖直杆的距离不变,仅将B端移到位置,绳子张力变小
D.保持两固定点不变,仅将右侧直杆向左移至图中虚线位置,绳子张力变大
易错点6 受力分析不是漏力就是多力
易错典题
【例6】如图所示,矩形物块A和楔形物块B、C叠放在水平地面上,B物块上表面水平。水平向左的力F作用在B物块上,整个系统处于静止状态,则以下说法正确的是( )
A.物块A的受力个数为4个
B.物块B的受力个数为4个
C.地面对物块C的支持力小于三者重力之和
D.地面对物块C的摩擦力大小等于F,方向水平向右
避错攻略
【知识链接】
1.受力分析的一般步骤
2.受力分析的四种方法
整体法
将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析的方法
隔离法
将所研究的对象从周围的物体中分离出来,单独进行受力分析的方法
状态法
根据其他力与物体的运动状态是否相符判断该力是否存在
转换法
在受力分析时,若不能确定某力是否存在,则:
(1)可以转换为分析该力的反作用力,根据其反作用力是否存在,判断该力是否存在;
(2)可以转换为分析与该力相关的其他研究对象,通过对其他研究对象进行受力分析,判断该力是否存在
举一反三
【变式6-1】 如图所示,甲、乙、丙三个物体叠放在水平面上,用水平力F拉位于中间的物体乙,它们仍保存静止状态,三个物体的水平接触面均粗糙,则乙物体受力的个数为( )
A.3个 B.4个 C.5个 D.6个
【变式6-2】“境自远尘均入咏,物含妙理总堪寻”。在网络视频中常看到有人把几个看似不可能堆起来的物体堆到一起的视频,如图所示,不同几何形状物件a、b、c、d、e互相叠放在地面、平板A和B上,挂件f挂在光滑的细绳CD上,细绳一端系在竖直墙上C点,一端系在平板A右端点,整个装置处于平衡状态,用物理角度来分析,以下说法正确的是( )
A.地面可能是光滑的 B.物件e受力个数可能为2个
C.物件b受力个数为4个 D.物件a受到木板的作用力竖直向上
【变式6-3】所示,A、B、C三个物块叠放在水平地面上,处于静止状态。物块B的受力个数为( )
A.3个 B.4个 C.5个 D.6个
易错点7 胡克定律应用错误,将F=kx中的x当作弹簧总长度而非形变量
易错典题
【例7】如图所示,足够长的光滑固定斜面的倾角为,底部有一垂直斜面的固定挡板,质量为的A球与质量为的B球用轻弹簧连接处于静止状态。已知弹簧的劲度系数为,重力加速度为,下列说法正确的是( )
A.弹簧的压缩量为
B.B球对斜面的压力大小为
C.撤去挡板瞬间,A球的加速度大小为
D.撤去挡板瞬间,B球的加速度大小为
避错攻略
【知识链接】动态平衡的求解流程
举一反三
【变式7-1】 (25-26高一上·山东烟台·期中)如图所示,质量分别为2m、3m的两物块A和B,与竖直轻质弹簧L1、L2相连,轻弹簧L2下端固定在水平面上,两弹簧的劲度系数分别为、,整个系统处于静止,重力加速度为g。现用外力F缓慢向上提A物块,直到两弹簧的总长度等于两弹簧原长之和,则此时施加的外力F大小为( )
A. B. C. D.
【变式7-2】如图所示,一弹性轻绳(弹力与其伸长量成正比)左端固定在墙上A点,右端穿过一固定的光滑圆环B连接一个质量为m的小球,小球在B点时,弹性轻绳处在原长状态。小球穿过竖直固定杆在C处时,弹性轻绳的弹力大小为mg。将小球从C点由静止释放,到达D点时速度恰好为0.已知小球与杆间的动摩擦因数为0.2,A、B、C在一条水平直线上,,,重力加速度为g,弹性绳始终处在弹性限度内。则小球从C运动到D的过程中( )
A.受到的摩擦力一直增大
B.下落的高度时,小球加速度为零
C.小球在D点时,弹性轻绳的弹性势能为
D.若仅把小球质量变为3m,则小球到达D点时的速度大小为
【变式7-3】(24-25高一上·安徽宿州·期末)将一轻质弹簧上端固定,下端悬挂一钩码,静止时弹簧伸长了l。如果将该轻质弹簧从正中间剪断,再将上端连在一起并固定,下端连在一起,在下端悬挂同样的钩码,如图所示。若弹簧始终在弹性限度内,则静止时,每一段弹簧将伸长( )
A. B. C.l D.2l
1. (2026高三·全国·专题练习)如图所示,质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2,从t=0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行,同时受到一个水平向左的恒力F=1N的作用,g取10m/s2,向右为正方向,该物体受到的摩擦力Ff随时间t变化的图像是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)( )
A. B.
C. D.
2.(25-26高三上·山东·期中)如图所示,两个石块A、B静止在水平面上,石块C叠放在石块A、B上,也处于静止状态,石块C与石块B接触处切线水平,石块C与石块A 接触处切线倾斜且接触处光滑,下列说法正确的是( )
A.石块C受3个力
B.石块B受4个力
C.石块 C 受到水平向左的摩擦力
D.水平面与石块A之间没有摩擦力
3.(25-26高三上·陕西·月考)如图所示,上表面光滑的半圆柱体P放置在水平地面上,一细长木棒Q搭在P上,另一端与地面接触,系统静止,木棒与水平夹角为。下列判断正确的是( )
A.木棒受到四个力作用 B.木棒受到三个力作用
C.P对地面的压力等于P和木棒的总重力 D.P受到地面的摩擦力可能为零
4.(25-26高三上·四川绵阳·开学考试)如图所示,质量为的物体A静止在劲度系数为的竖直轻弹簧上方,质量为的物体B用细线悬挂起来,A、B紧挨在一起但A、B之间无压力。某时刻将细线剪断,则细线剪断瞬间,下列说法中正确的是(g取10m/s2)( )
A.轻弹簧的压缩量为
B.物体B的瞬时加速度为0
C.物体A的瞬时加速度为
D.物体B对物体A的压力为
5.(2024·辽宁·一模)如图所示,劲度系数为k的橡皮绳的上端固定在O点,下端自然伸长时在P点。现在P点固定一光滑的小钉子,将一质量为m的小物块连在橡皮绳的下端,使其静止在O点正下方的水平地面上,小物块与地面间的动摩擦因数为。某时刻,在小物块上施加一水平向右的拉力F,小物块沿水平地面向右匀速运动的过程中(橡皮绳始终在弹性限度内),下列说法正确的是( )
A.小物块受到橡皮绳的弹力大小不变 B.作用在小物块上的力F保持不变
C.小物块受到地面的摩擦力保持不变 D.小物块对地面的压力逐渐减小
6.(2024·山东聊城·三模)如图所示,轻杆AC和轻杆BC的一端用光滑铰链连接在C点,另一端分别用光滑铰链固定在竖直墙壁上,将一物块通过细线连接在C点并保持静止状态,若对C端施加一水平向左的作用力F,则下列说法正确的是( )
A.轻杆AC中的弹力一定变大 B.轻杆AC中的弹力一定减小
C.轻杆BC中的弹力一定变大 D.轻杆BC中的弹力可能减小
7.(2024·湖南株洲·一模)如图,一蚂蚁(可看成质点)在半径为R的半球体表面上缓慢爬行,蚂蚁与半球体间的动摩擦因数为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,若蚂蚁在爬行过程中不滑离球面,则其距半球体顶点的竖直高度不应超过( )
A. B. C. D.
8.(2025·山东日照·二模)如图所示,一根轻质细绳两端分别固定在等高的A、B两点,一灯笼用轻质光滑挂钩挂在细绳上,挂钩与细绳接触的点为O。下列判断正确的是( )
A.无风时,将B点缓慢竖直向上移动的过程中,细绳上的弹力逐渐增大
B.无风时,将B点缓慢竖直向上移动的过程中,∠AOB逐渐减小
C.若灯笼受到水平向右的恒定风力,灯笼静止时,∠AOB比无风时小
D.若灯笼受到水平向右的恒定风力,灯笼静止时,AO段的拉力大于BO段的拉力
9.(24-25高三上·陕西宝鸡·阶段练习)如图、为不可伸长的轻绳,为可绕点自由转动的轻质细杆,杆长为,、两点的高度差也为。在点用轻绳悬挂质量为的重物,杆与绳子的夹角,下列说法正确的是( )
A.轻绳、对点作用力的合力沿杆由指向
B.轻杆对点的力垂直斜向右上
C.轻绳对点的拉力大小为
D.轻杆对点的力大小为
10.(2025·河北·高考真题)如图,内壁截面为半圆形的光滑凹槽固定在水平面上,左右边沿等高。该截面内,一根不可伸长的细绳穿过带有光滑孔的小球,一端固定于凹槽左边沿,另一端过右边沿并沿绳方向对其施加拉力F。小球半径远小于凹槽半径,所受重力大小为G。若小球始终位于内壁最低点,则F的最大值为( )
A. B. C.G D.
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