第二章 第1讲 重力、弹力、摩擦力（配套教参）-【创新教程】2027年高考物理总复习大一轮讲义

第二章 相互作用 高考~备考导航 [教师专享] 考情分析素养解读 考情概览 高考考点 核心素养 2025 2024 2023 形变、弹力、胡克定律 山东卷，2T 1.物理观念：对力学中三种 滑动摩擦力、动摩擦因 力的理解及认识 数、静摩擦力 陕晋青宁卷，4T 辽宁卷，3T 2.科学思维 矢量和标量 浙江6月，1T (1)绳上的“活结”与“死结” 力的合成与分解 浙江1月卷，21T 问题 (2)解决动态平衡问题的三 新课标卷，11T 福建卷，1T 江苏卷，7T 种方法 河北卷，5T 陕晋青宁卷，4T 广东卷，2T 3.科学态度与责任 共点力的平衡 浙江1月卷，6T 广西卷，9T 浙江6月，6T 湖北卷，6T (1)生活中的平衡 河北卷，4T 湖南卷，2T 山东卷，2T (2)非共面力作用下物体的 实验二：探究弹簧弹力 四川卷，11T 浙江卷6月 平衡 与形变量的关系 黑吉辽蒙卷，12T 16T-1(2) 4.科学探究 观察、论证、交流弹力与弹 实验三：探究两个互成角 全国乙卷，22T 度的力的合成规律 簧伸长量的关系 说明：处理物体在粗糙面上的问题，只限于已知相对运动趋势或已知相对运动方向的情况 第1讲 重力、弹力、摩擦力 课前>双基复盘 学生用书P21 教材盘点落实双基 必备知识填充 (2)弹性限度：当形变超过一定限度时，撤去作用力 [知识点一]重力 后，物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹 1.产生：由于地球的吸引而使物体受到的力 性限度 2.大小：与物体的质量成正比，即G=mg.可用弹簧 3.弹力 测力计测量重力. (1)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对 3.方向：总是竖直向下的 与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫作 4.重心：其位置与物体的质量分布和形状有关， 弹力. 5.重心位置的确定 (2)产生条件：物体相互接触且发生弹性形变 质量分布均匀、形状规则的物体，重心在其几何中 (3)方向：弹力的方向总是与作用在物体上使物体发 心；对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板， 生形变的外力方向相反。 重心可用悬挂法确定· 4.胡克定律 [知识点二]弹力 (1)内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧 1.形变 伸长（或缩短）的长度x成正比. 物体在力的作用下形状或体积的变化叫形变. (2)表达式：F=kx 2.弹性 ①k是弹簧的劲度系数，单位为N/m;k的大小由 (1)弹性形变：有些物体在形变后撤去作用力能够恢 弹簧自身性质决定. 复原状的形变， ②x是形变量，但不是弹簧形变以后的长度. ·29· 高考总复习物理 [知识点三]摩擦力 A.F增大，P上移 B.F减小，P下移 1.静摩擦力和滑动摩擦力的对比 C.F增大，P下移 D.F减小，P上移 名称 静摩擦力 滑动摩擦力 解析：CD[用力F压桌面，M、N将向中间倾斜， 项目 光束的入射角减小，则墙上光，点P的位置降低，力 两相对静止的物体 两相对运动的物 定义 F越大，入射角越小，光点P下移得越明显，故A 间的摩擦力 体间的摩擦力 错误，C正确；同理，若力F减小，则光束的入射角 ①接触面粗糙 ①接触面粗糙 增大，光点P会上移，B错误，D正确.] 产生 ②接触处有压力 ②接触处有压力 3.(人教版必修第一册P,·T2改编)关于摩擦力，下 条件 ③两物体间有相对 ③两物体间有相 列说法正确的是 ( 运动趋势 对运动 A.瓶子静止在粗糙的水平桌面上时，一定受到水 (1)静摩擦力为被 平方向的静摩擦力作用 动力，与正压力无 关，满足0<F B.瓶子静止在倾斜的桌面上时，一定受到沿斜面向 大小 ≤Fn 大小：F=FN 上的静摩擦力的作用 (2)最大静摩擦力 C.瓶子被握在手中且瓶口朝上静止时，瓶子可能受 Fm大小与正压力 到竖直向下的滑动摩擦力作用 大小有关 D.瓶子压着一张纸条，扶住瓶子把纸条抽出，纸条 方向：与受力物体 方向：与受力物 受滑动摩擦力作用，瓶子受静摩擦力作用 方向 相对运动趋势的方 体相对运动的方 解析：B[瓶子静止在粗糙的水平面上，瓶子相对 向相反 向相反 于水平面无运动且无运动趋势，所以无摩擦力，故 作用 总是阻碍物体间的 总是阻碍物体间 A项错误.瓶子静止在倾斜的桌面上，由于瓶子的 效果 相对运动趋势 的相对运动 重力，瓶子有沿斜面向下的运动趋势，所以瓶子受 2.动摩擦因数 到沿斜面向上的静摩擦力，故B项正确.瓶子被握 (1)定义：彼此接触的物体发生相对运动时，摩擦力的 在手中，瓶口朝上时，由于瓶子受向下的重力，有向 大小和压力的比值=， 下的运动趋势，故摩擦力向上，故C项错误.瓶子压 着一纸条，扶住瓶子把纸条抽出，瓶子与纸条间有 (2)决定因素：与接触面的材料和粗糙程度有关， 弹力，还有相对运动，且接触面粗糙，所以存在滑动 走进教材拾金 摩擦力，故D项错误.] 1.（人教版必修第一册P图3.1一2载重汽车的重 心，改编)如图所示，两辆汽车正以相同的速度做匀 4.(人教版必修第一册P6 ww网→E 速运动，根据图中所给信息和所学知识可以得出的 演示改编）把木块放在水mm 结论是 平桌面上，用弹簧测力计沿水平方向向右拉木块， 0 如图所示，当测力计的示数为1.2N时，木块没有 动；逐渐增大拉力到2.2N时，木块仍静止；继续增 YG 大拉力到4.2N时，木块开始移动，此时拉力突然 A.物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各 变小到4.0N,此后木块匀速运动，拉力保持4.0N 部分所受重力集中于一点 不变 B.重力的方向总是垂直向下的 (1)木块受到拉力1.2N时，没有运动，说明什么 C.物体重心的位置与物体形状和质量分布无关 问题？ D.力是使物体运动的原因 答案：A (2)随着外力的增大，静摩擦力怎样变化？ 2.（人教版必修第一册P9演示改编) (3)木块所受的静摩擦力沿什么方向？ (多选)如图所示，在一张大桌子上 答案：(1)木块受到的静摩擦力与拉力平衡， 放两平面镜M和N,让一束光一 (2)随着拉力增大，由二力平衡可知静摩擦力也 次被两面镜子反射，最后射到墙 在增大 上，形成一个光点P.用力F压桌 (3)静摩擦力在木块与桌面间产生，方向沿接触面 面，观察墙上光点位置的变化，下 列说法正确的是 指向木块有相对运动趋势的反方向，即向左， ·30· 第二章相互作用 课堂>研透考点 学生用书P22 热点考向讲练提升 考点一 弹力的分析与计算 考点透视 [解析]D[若小球与小车一起匀速运动，则细绳对 1.弹力有无的判断“三法” 小球无拉力；若小球与小车有向右的加速度a=gtan a, (1)条件法：根据物体是否直接接触并发生弹性形变 则轻弹簧对小球无弹力，D正确.] 来判断是否存在弹力.多用来判断形变较明显的 [典例2幻小车上固定一根弹性直杆A,杆 ●B 情况 顶固定一个小球B(如图所示)，现让小车 (2)假设法：对形变不明显的情况，可假设两个物体间不 从光滑斜面上自由下滑，在下图的情况中 存在弹力，看物体能否保持原有的状态，若运动状态 杆发生了不同的形变，其中正确的是 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， 2.弹力方向的确定 [解析]C[小车在光滑斜面上自由下滑，不受阻 接触 面与面 点与面 点与点 力，则加速度a=gsin0(0为斜面的倾角)，由牛顿 方式垂直公接触面过点垂直宇面 垂直于切面 第二定律可知小球所受重力和杆的弹力的合力沿 弹 斜面向下，且小球的加速度等于gsin0,则杆的弹 力方向垂直于斜面向上，杆不会发生弯曲，C 力 正确.] 轻绳 轻杆 沿绳收缩方向 [典例3]餐厅暖盘车的储盘装置 方 ,可沿杆 不沿杆 示意图如图所示，三根完全相同 向 的弹簧等间距竖直悬挂在水平固 定圆环上，下端连接托盘.托盘上 3.“三法”计算弹力大小 叠放若干相同的盘子，取走一个盘 (1)根据胡克定律进行求解. 子，稳定后余下的正好升高补平.已 注意弹簧长度的变化 知单个盘子的质量为300g,相邻两 盘间距1.0cm,重力加速度大小取10m/s2.弹簧 压缩 乙伸长 始终在弹性限度内，每根弹簧的劲度系数为( -压缩x2 A.10 N/m B.100N/m C.200N/m D.300N/m 原长 变化量△x=x2-名 汇审题指导了选择题可以充分利用二级结论快速 变化量△x'=x,+x 解题，根据胡克定律F=kx,可推得△F=k△x,即k (2)根据力的平衡条件进行求解 ，力的变化量对应弹黄的形变量，此题有 E=△F (3)根据牛顿第二定律进行求解. 典题例析 三根弹簧，则k=mg 3△x [典例1]如图所示，小车内一根 [解析]B[由题知，取走一个盘子，稳定后余下 轻质弹簧沿竖直方向和一条与竖 的正好升高补平，则说明一个盘子的重力可以使弹 直方向成α角的细绳拴接一小 簧形变相邻两盘间距，则有mg=3k△x, 球.当小车和小球相对静止、一起 解得k=100N/m,故选B.] 在水平面上运动时，下列说法正确的是 A.细绳一定对小球有拉力的作用 [教师专享] B.轻弹簧一定对小球有弹力的作用 (多选)如图甲所示，一轻质弹 B C.细绳不一定对小球有拉力的作用，但是轻弹簧对 簧下端固定在水平面上，上端 小球一定有弹力 放一个质量为2m的物块A,物 D,细绳不一定对小球有拉力的作用，轻弹簧对小 块A静止后弹簧长度为1；若 球也不一定有弹力 在物块A上端再放一个质量为 ·31 高考总复习物理 m的物块B,静止后弹簧长度为2，如图乙所示.弹 C.弹簧的原长为3l1一2L2 簧始终处于弹性限度内，则 ( D.弹簧的原长为3l1十2L2 解析：BC[设弹簧的原长为，由胡克定律和受力平 A.弹簧的劲度系数为g 衡可知，对题图甲有2g-k(l-l1),对题图乙有3mg B.弹簧的劲度系数为，mg =一)，所以弹簧的动度系数气弹簧原长 L1-L2 l=3L1-2L2,故B、C正确，A、D错误.] 考点二 摩擦力的分析与计算 考点透视 [解析]D[对钢管受力分析，如图所示 1.静摩擦力有无及方向的三种判断方法 MILIL (1)假设法 利用假设法判断的思维程序如下： F 不发生相 无相对运 无静 0 对滑动 ·动趋势 →摩擦力 方向与相 7777777777 假设物体间 对运动趋 G 接触面光滑 势的方向 若钢管受到地面的摩擦力，则钢管水平方向受力不 发生相 动趋势一摩擦力一相反 有相对运 有静 对滑动 平衡，钢管不可能处于静止状态，故地面对钢管左 (2)状态法 端的摩擦力大小为零.A、B、C错误，D正确.故 此法关键是先判明物体的运动状态（即加速度的 选D.] 方向)，再利用牛顿第二定律(F=ma)确定合力， [典例5] (2024· 然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向. 广西卷)工人卸货 白昌 (3)牛顿第三定律法 时常利用斜面将 此法的关键是抓住“力是物体间的相互作用”，先 重物从高处滑下」 确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再 如图，三个完全相同的货箱正沿着表面均匀的长直 根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力 木板下滑，货箱各表面材质和粗糙程度均相同.若 方向. 1、2、3号货箱与直木板间摩擦力的大小分别为 2.滑动摩擦力的计算方法 F1、F红和F,则 () 可用公式F=F、计算，注意对物体间相互挤压的 弹力F、的分析，它与研究对象受到的垂直接触面 A.Fn<Fe<F B.Fn=Fg<F8 方向的力密切相关，也与研究对象在该方向上的运 C.Fn=Fs<F红 D.Fa=Fe=F8 动状态有关. [解析]D[根据滑动摩擦力的公式f=uF, 3.静摩擦力的计算方法 可知滑动摩擦力的大小与接触面积无关，只与接触 (1)最大静摩擦力fmx的计算 面的粗糙程度和压力大小有关，由题可知三个货箱 最大静摩擦力fx只在刚好要发生相对滑动这一 各表面材质和粗糙程度均相同，压力大小也相同， 特定状态下才表现出来，比滑动摩擦力稍大些，通 故摩擦力相同，即F1=F2=Fs·] 常认为二者相等，即fmax=uFN, [典例6]图甲是一种榫卯连接构件.相互连接的两 (2)一般静摩擦力的计算 部分P、Q如图乙所示.图甲中构件Q固定在水平 结合研究对象的运动状态（静止、匀速运动或加速运 地面上，榫、卯接触面间的动摩擦因数均为μ，沿P 动)，利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解。 的轴线OO用大小为F的力才能将P从Q中拉 典题例析 出.若各接触面间的弹力大小均为F、,滑动摩擦力 [典例4](2025·陕晋青宁 与最大静摩擦力大小相等，则F、的大小为( 卷，4)如图，质量为m的均匀 "o 钢管，一端支在粗糙水平地 面上，另一端被竖直绳悬挂， 处于静止状态.钢管与水平地 mim 面之间的动摩擦因数为4、夹角为0，重力加速度大小 为g.则地面对钢管左端的摩擦力大小为 ( ) 1 图甲 图乙 A.umgcos0 B.umg F A. 6F C.μmg D.0 6 B. D 4μ ·32· 第二章相互作用 [解析]A[由于6个接触面间存在摩擦，所以F =6F、,解得F= E,故选A.门 碟刹器 易错警示计算摩擦力时的三点注意 1.首先分清摩擦力的性质，因为只有滑动摩擦力才能 A.碟刹器与自行车相对静止，碟刹器受到的是静 利用公式计算，静摩擦力通常只能用平衡条件或牛 摩擦力 B.自行车骑行速度越大，碟刹器与碟刹片之间的摩 顿定律来求解 擦力越大 2.公式F=μF、中，FN为两接触面间的正压力，与物 C.碟刹器上受到的摩擦力方向与其相对碟刹片的 体的重力没有必然联系，不一定等于物体的重力· 运动方向相反 3.滑动摩擦力的大小与物体速度的大小无关，与接触 D.碟刹器夹住碟刹片的力越大，碟刹器与碟刹片 面积的大小也无关. 之间的摩擦力越小 解析：C[碟刹器与碟刹片相对静止，碟刹器受到 [教师专享] 的是滑动摩擦力.故A错误；碟刹器与碟刹片之间 自行车的机械碟刹可以让车辆拥有更好的制动性， 的摩擦力与二者之间的动摩擦因数和正压力大小 在同样的刹车过程中，碟刹因更高的稳定度和灵活 有关，与自行车骑行速度无关.故B错误；根据滑动摩 性，致使刹车距离更短，提供更大的安全性.碟刹由 擦力方向与相对运动方向相反可知，碟刹器上受到的 摩擦力方向与其相对碟刹片的运动方向相反，故C正 碟刹器与碟刹片两者间的摩擦力实现制动.在一次 确；根据f=F、易知碟刹器夹住碟刹片的力越大，碟 缓慢刹车的过程中，下列说法正确的是() 刹器与碟刹片之间的摩擦力越大.故D错误.] 提升>学科素养 学生用书P24 启智培优素养提升 摩擦力的“四类”突变问题 摩擦力突变问题的“临界点” 类型二 “静一动”突变 1.题目中出现“最大”“最小”和“刚好”等关键词时，一 物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当 般隐藏着摩擦力突变的临界问题.题意中某个物理 其他力变化时，如果物体不能保持静止状态，则物体 量在变化过程中会发生突变，这可能导致摩擦力突 受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力 变，则该物理量突变时的状态即为临界状态 [典例2]如图所示，粗糙长木板1么 2.存在静摩擦力的情景中，相对滑动与相对静止的临 的一端固定在铰链上，木块放在 界条件是静摩擦力达到最大值. 木板上，开始木板处于水平位 、0 3,研究传送带问题时，物体和传送带的速度相等的时 置.当木板向下转动，0角逐渐增 刻往往是摩擦力的大小、方向和运动性质的分 大的过程中，摩擦力F:的大小随0角变化最有可 界点 能的是 类型一 “静一静”突变 物体在摩擦力和其他力的共同作用下处于静止 状态，当作用在物体上的其他力的合力发生变化时， 物体虽然仍保持相对静止，但物体所受的静摩擦力发 生突变. T A TT A 6 6 42 4 [典例1]一木块放在水平桌面 F2 A B D 上，在水平方向共受到三个力，7 [解析]B[当F:为静摩擦力时F=mngsin0,即 即F,、F,和摩擦力的作用，木块处于静止状态，如 F:按正弦规律变化；当木块滑动后F为滑动摩擦 图所示，其中F1=10N,F2=2N.若撤去F1,则木 力，F=uFN=mgcos0,即F,按余弦规律变化，故 块受到的摩擦力为 选项B正确.] A.10N,方向向左 B.6N,方向向右 类型三 “动一静”突变 C.2N,方向向右 D.0 [解析]C[当物体受F1、F2及摩擦力的作用而 在滑动摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物 处于平衡状态时，由平衡条件可知物体所受的静摩 体突然停止滑行时，物体将不再受滑动摩擦力作用， 擦力的大小为8N,方向向左，可知最大静摩擦力 滑动摩擦力“突变”为静摩擦力. f特max≥8N.当撤去力F1后，F2=2Nf#mx,物体 [典例3]如图所示，斜面固定在 仍处于静止状态，由平衡条件可知物体所受的静摩 地面上，倾角为37°(sin37°= 00 擦力大小和方向发生突变，且与作用在物体上的 0.6,cos37°=0.8).质量为 37° F2等大反向，选项C正确.] 1kg的滑块以初速度。从斜 ·33· 高考总复习物理 面底端沿斜面向上自由滑行（斜面足够长，该滑块 类型四 “动一动”突变 与斜面间的动摩擦因数为0.8)，则该滑块所受摩 在滑动摩擦力作用下运动至达到共同速度后，如 擦力F随时间变化的图像是下图中的（取初速度 果在静摩擦力作用下不能保持相对静止，则物体将受 v。的方向为正方向，g取10m/s2) ( ) 滑动摩擦力作用，且其方向发生反向. [典例4幻（多选）如图所示，足够长的 m< FIN AF/N 6 传送带与水平面夹角为0，以速度 逆时针匀速转动.在传送带的上端轻 t/s t/s 轻放置一个质量为m的小木块，小木 -6.4 -6.4 块与传送带间的动摩擦因数u<tanO,则下列选项 A 中能客观地反映小木块的受力和运动情况的是 64N 6.4EN 6/ t/s 0 t/s , D [解析]BD[当小木块速度小于传送带速度时， [解析]B[滑块上滑过程中受到滑动摩擦力作 小木块相对于传送带向上滑动，小木块受到的滑动 用，由F=uFN和FN=mgcos0联立得F=6.4N, 摩擦力沿传送带向下，加速度a=gsin0十ugcos0; 方向沿斜面向下.当滑块的速度减为零后，由于重 当小木块速度达到传送带速度时，由于<tan目， 力的分力ngsin0<umgcos0,滑块不动，滑块受的 即umgcos0<mgsin0,所以速度能够继续增加，此 时滑动摩擦力的大小不变，而方向突变为向上，a= 摩擦力为静摩擦力，由平衡条件得F=mgsin0,代入数 gsin0-gcos0,加速度变小，则v-t图像的斜率 据可得F=6N,方向沿斜面向上，故选项B正确.] 变小，所以B、D正确.] 第2讲 力的合成与分解 课前>双基复盘 学生用书P25 教材盘点落实双基 必备知识填充 F合 F F平移 [知识点一]力的合成 1.合力与分力 F2 F (1)定义：如果几个力共同作用产生的效果与一个力 甲 的作用效果相同，这一个力就叫作那几个力的合 [知识点二] 力的分解 力，那几个力叫作这一个力的分力， 1.矢量、标量 (2)关系：合力与分力是等效替代关系. (1)矢量 2.共点力 作用在一个物体上，作用线或作用线的延长线交于 既有大小又有方向的物理量.运算时遵从平行四 一点的几个力.如图所示均是共点力. 边形定则（或三角形定则）. (2)标量 只有大小没有方向的物理量，运算时按算术法则 相加减.有的标量也有方向. 2.力的分解 mg (1)定义 3.力的合成 求一个力的分力的过程.力的分解是力的合成的 (1)定义：求几个力的合力的过程. (2)运算法则： 逆运算， ①平行四边形定则：求两个互成角度的共点力的 (2)遵循的原则 合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作平行 ①平行四边形定则. 四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的 ②三角形定则， 大小和方向.如图甲所示 (3)分解方法 ②三角形定则：把两个矢量首尾相接，从而求出合 ①力的效果分解法. 矢量的方法.如图乙所示. ②正交分解法. ·34·