第三章 相互作用 单元知识清单-2026-2027学年高一上学期物理粤教版必修第一册
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摘要:
该高中物理第三章“相互作用”单元知识清单系统涵盖重力、弹力、摩擦力、力的合成与分解及共点力平衡等核心内容,通过思维导图构建知识框架,分节梳理基础概念、公式规律,为学生搭建从概念理解到应用分析的递进式学习支架。
清单以“知识清单+易错清单+公式速查+题型剖析”四维设计整合知识体系,如易错清单明确“重力方向竖直向下”等15条关键失分点,公式速查表格化呈现F=kx等核心公式及说明,培养学生物理观念和科学思维。题型剖析含思路指导与针对训练,助力学生高效掌握,教师可据此优化教学,提升复习针对性。
内容正文:
第三章 相互作用
单元知识清单
思维导图
知识清单
第1节 重力
一、力的基本认识
1.力是物体之间的 ,一个力必然涉及 个物体——施力物体和受力物体。
2.力是 ,既有大小又有方向,运算遵循 定则。力的三要素是大小、方向和 。
二、重力
1.重力是由于 而使物体受到的力,施力物体是 。
2.大小:G= ,与物体的质量成 ;可以用 测量。
3.方向:总是 ,不是“垂直地面向下”,也不一定指向 。
4.g 随纬度升高而 ,随高度增加而 。
三、重心
1.重心是重力的 ,并不表示其他部分不受重力。
2.质量分布均匀且形状规则的物体,重心在它的 ;其余情况可以用 测定。
3.重心 在物体上——铁环、碗的重心都在物体外部。物体的形状或质量分布改变时,重心的位置会 。
第2节 弹力
一、弹力的产生
1.物体在力的作用下发生 ,撤去力后能恢复原状的形变叫作 。
2.发生弹性形变的物体,由于要 ,会对与它接触的物体产生力的作用,这种力叫作弹力。
3.产生条件:两物体互相 ,并且发生 。两个条件缺一不可。
二、弹力的方向
1.绳的拉力沿着 ,指向绳 的方向。
2.面与面接触:弹力 ;点与面接触:弹力垂直于 ;球与面接触:弹力沿 。
3.压力和支持力的方向都 ,指向被压(被支持)的物体。
三、胡克定律
1.在弹性限度内,弹簧弹力的大小与它的 成正比,即F= 。
2.式中x是弹簧的 ,等于弹簧长度与 之差的绝对值, 弹簧的长度。
3.k叫作弹簧的 ,单位是 ,由弹簧本身的材料、粗细、长度决定,与所受的力 。
第3节 摩擦力
一、滑动摩擦力
1.两物体相对滑动时,在接触面上产生的阻碍物体 的力,叫作滑动摩擦力。
2.方向:总是与物体 的方向相反,与接触面 。注意是与“相对运动”相反,不是与“运动”相反。
3.大小:f= 。μ叫作 ,由接触面的 决定,与压力大小、接触面积都 。
二、静摩擦力
1.两物体有 时产生,方向与相对运动趋势的方向 。
2.大小由 决定,不能用f=μFN去算;它有一个最大值叫作 ,实际发生的静摩擦力满足 。
三、两条提醒
1.摩擦力不一定是阻力——传送带带动行李时,摩擦力就是 。
2.FN是接触面之间的 , 等于物体的重力——叠放、压墙、有竖直方向外力时都不等。
第4节 力的合成
一、合力与分力
1.一个力产生的效果与几个力共同作用的效果相同,这个力就叫作那几个力的 ,那几个力叫作它的 。二者是 的关系。
2.受力分析时算了分力就 合力,否则重复计力。
二、平行四边形定则
1.以表示两个分力的线段为 作平行四边形,两邻边之间的 就表示合力的大小和方向。
2.一切 的合成都遵循平行四边形定则;时间、路程、质量这些 只能代数相加。
三、合力的范围
1.两力同向时合力最大,等于 ;反向时最小,等于 。所以合力F满足 。
2.两个分力大小不变时,夹角在0°到180°之间越大,合力越 。合力可以比分力大,也可以比分力 。
第5节 力的分解
一、分解的依据
1.求一个已知力的分力叫作 ,它是力的合成的 ,同样遵循平行四边形定则——把已知力当作平行四边形的 。
2.由同一条对角线可以作出 个平行四边形,所以不加限制时分解的结果 。要唯一,必须先定分力的 。
二、按实际效果分解
1.做法:先根据力产生的 确定分力的方向,再依据平行四边形定则算分力的大小。
2.斜面上的重力分解为沿斜面向下的F1= 和垂直斜面向下的F2= 。倾角越大,沿斜面的分力越 。
3.合力一定时,两个分力的夹角越大,分力就越 ——这就是钢索中央施一个小力能把陷车拉出来的道理。
三、正交分解法
1.把一个力分解为两个互相 的分力,叫作正交分解法。若F与x轴成θ角,则Fx= ,Fy= 。
2.建立直角坐标系后,矢量运算就变成了 ,物体受 时最好用。
第6节 共点力的平衡条件及其应用
一、共点力与平衡状态
1.共点力有两种情形:要么几个力都作用在 上,要么它们的 延长后交于一点。
2.平衡状态:物体处于 或保持 的状态。速度为零 处于平衡状态。
二、平衡条件
1.物体受共点力作用而处于平衡状态时,平衡条件是所受 。
2.用正交分解表示:x方向的合力 ,y方向的合力 。
3.三个力平衡时,把其中任意两个力合成,所得合力与剩下那个力大小 、方向 ——解三力问题先想这一条。
三、解题步骤
1.五步:选 ,画 ,选方法,列方程,解并检验。
2.三个力用 或三角形法;三个以上用 。
易错清单
下面这些地方,六节里各自都提醒过一次;放在一起看,大半个第三章的失分点就在这里。
1.重力的方向:是竖直向下,不是“垂直地面向下”,也不一定指向地心;斜面上的物体,重力仍然竖直向下。
2.重心的位置:重心是等效作用点,不一定在物体上(铁环、碗);只有质量分布均匀且形状规则的物体,重心才在几何中心。
3.弹力的有无:接触不一定有弹力,还要有弹性形变;不确定时用撤离法判断。
4.胡克定律里的 x:是形变量,不是弹簧的长度——先算长度与原长之差再代入。
5.劲度系数 k:由弹簧本身决定,与受力大小、形变量都无关。
6.拉力器两端拉:两手各用 F 去拉,弹簧受到的弹力是 F,不是 2F。
7.摩擦力的方向:依据是“相对运动(趋势)”,不是“运动”;摩擦力可以是动力,不一定是阻力。
8.静摩擦力的大小:由平衡条件决定,不能用 f=μFN 算——那只对滑动摩擦力成立。
9.压力 FN:是接触面间的压力,不一定等于重力。
10.合力与分力:算了分力就不能再算合力;合力完全可以小于任一个分力。
11.分解的不唯一:不加限制时一个力有无数组分力,必须先定方向再作平行四边形。
12.沿斜面的分力:不是物体对斜面的压力——一个作用在物体上,一个作用在斜面上。
13.平衡状态:包括匀速直线运动,不是只有静止;速度为零的那一瞬间不一定平衡。
14.合力为零:不是每个力都为零,也不是两两抵消。
15.斜面上静止的物体:斜面对它的作用力(支持力与摩擦力的合力)竖直向上,不是垂直斜面。
16.三力平衡的范围:三个力能平衡,要求任意一个力的大小都在另外两个力的合力范围内。
本章公式速查
适用情形
公式
说明
重力
G=mg
方向竖直向下;g 随纬度升高而变大
弹簧的弹力
F=kx
x 是形变量,不是弹簧的长度
滑动摩擦力
f=μFN
只对滑动摩擦力成立;FN 不一定等于重力
静摩擦力
0<f静≤fmax
大小由平衡条件决定
合力的范围
|F1-F2|≤F≤F1+F2
同向最大、反向最小
两力垂直的合力
F=√(F1²+F2²)
平行四边形成为矩形
斜面上重力的分解
G sin α 与 G cos α
沿斜面向下、垂直斜面向下
正交分解
Fx=F cos θ,Fy=F sin θ
θ 是 F 与 x 轴的夹角
共点力的平衡
合力为零(各方向合力为零)
静止或匀速直线运动
题型剖析及针对训练
题型一 重力与重心
【思路】两个考点:重力的大小与方向(G=mg,方向竖直向下,不是垂直接触面、也不一定指向地心),以及重心的位置(质量分布均匀且形状规则的物体重心在几何中心,其余情况要靠悬挂法找;重心可以不在物体上)。物体翻转、内部装水量改变时,重心会跟着移动。
【例题】
1.图示是一个自动冲水装置:一容器可绕水平轴在竖直平面内转动。容器中无水时,其重心在点,容器下端搁在固定的支点上。当容器中水量增加到一定程度时,容器会绕轴转动而将水倒出冲洗排污沟,倒完水的容器又能自动恢复到原位置重新接水。设容器接满水时整体的重心在点,则O、P、的位置关系可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【针对训练】
2.一个易拉罐由于磕碰,底部边缘有处凹陷。在空易拉罐中注入少量的水后,将易拉罐凹陷处与桌面接触放置在水平桌面上,结果易拉罐“倾而不倒”,如图所示。下列说法正确的是( )
A.注水后,易拉罐的重心位置升高了
B.易拉罐重力的作用线垂直于水平面向下
C.若将注水后的易拉罐正立放置,则其重心位置不变
D.若将空易拉罐剪去上半部,则其重心位置可能不变
题型二 弹力的有无与方向
【思路】判断有无:两物体必须接触且发生弹性形变——不确定时用「撤离法」,把某个接触面拿开,看物体会不会动。判断方向:绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向;面与面接触时垂直于接触面;点与面接触时垂直于那个面;球与面接触时沿球心与接触点的连线。
【例题】
3.如图所示,表示竖直挡板对球弹力的是( )
A. B. C. D.
【针对训练】
4.如图所示,水平地面上堆放着直原木,关于原木P在支撑点M、N处所受的弹力,下列说法正确的是( )
A.在M处受到的支持力垂直原木P向上
B.在M处受到的支持力是由于原木P发生弹性形变产生的
C.在N处受到的支持力垂直原木P向上
D.在N处受到的支持力竖直向上
题型三 胡克定律的计算
【思路】F=kx 里的 x 是形变量,不是弹簧的长度——先算 x=|L−L0| 再代入。并联的几根弹簧各自伸长相同、各自受力相同;拉力器两端各用 F 拉,弹簧受到的弹力就是 F,不是 2F。
【例题】
5.某拉力器并列装有四根相同的轻弹簧,每根弹簧的原长都是0.4m。如图所示,小刚用600N的力把它们拉长至1.6m(未超过弹簧的弹性限度),则( )
A.小刚的每只手受到拉力器的拉力为300N
B.每根弹簧产生的弹力为300N
C.将拉力器拉长至1.4m所需拉力为375N
D.每根弹簧的劲度系数为125N/m
【针对训练】
6.如图所示为公园中的儿童娱乐弹簧椅,已知弹簧椅的质量为m,弹簧椅不坐人时弹簧长度为,质量为M的儿童坐上去后(双脚离地)弹簧长度变为,已知重力加速度为g,则( )
A.弹簧的劲度系数为 B.弹簧的劲度系数为
C.弹簧的原长为 D.弹簧的原长为
题型四 摩擦力的判断与计算
【思路】先看物体动没动:已经相对滑动的用 f=μFN 算;没滑动的用平衡条件反推,不能套公式。方向的依据永远是「相对运动(趋势)」而不是「运动」——被传送带带着走的物体,摩擦力与它的运动方向相同。FN 是接触面间的压力,不一定等于重力。
【例题】
7.如图所示,某同学用大小为100N的握力握住一个重为40N的瓶子向左匀速运动。瓶子竖直,且始终与手保持相对静止,已知手掌与瓶子间的动摩擦因数,则( )
A.瓶子受到的摩擦力大小为50N
B.瓶子受到的摩擦力向右
C.瓶子对手的摩擦力竖直向下
D.当握力减小时,瓶子受到的摩擦力大小将减小
【针对训练】
8.如图所示,木块A、B叠放在水平面上,B与竖直墙面间连接一轻弹簧,弹簧对B有水平向右的弹力作用,整个系统处于静止状态,则( )
A.弹簧处于压缩状态
B.该弹力是木块形变产生的
C.木块A受到水平向左的静摩擦力
D.木块B受到水平向左的静摩擦力
题型五 力的合成与分解
【思路】合成:合力范围 |F1−F2|≤F≤F1+F2,夹角越大合力越小。分解:不加限制时有无数组解,必须先由实际效果或题目条件定下分力方向。物体受三个以上的力时,直接上正交分解,把矢量运算变成两个方向的代数运算。
【例题】
9.有两个力,一个是12N,一个是6N,它们的合力可能等于( )
A.5N B.20N C.12N D.2N
【针对训练】
10.汕头高铁站候车大厅内16根主柱通过“枝叶相连”设计,实现结构受力一体化。每根主柱上有4支对称的分柱,每支分柱与竖直方向成45°,如图所示。已知天花板总重量为,则分解到沿每支分柱方向的力为( )
A. B. C. D.
题型六 共点力的平衡
【思路】四步走:先选研究对象,再画受力示意图(重力、弹力、摩擦力、其他力,按顺序找全),然后选方法(三个力用合成法或三角形法,三个以上用正交分解),最后列方程求解。三力平衡的推论最好用:任意两个力的合力必与第三个力等大反向。动态问题先看清哪个力大小不变、哪个力方向不变。
【例题】
11.无人机可用于解决山地运输难题。如图,无人机在空中悬停,下方通过轻绳悬吊着质量为60kg的钢管。连接钢管的两轻绳OA和OB长度相等、夹角为60°,钢管水平,取重力加速度大小,不计空气对钢管的作用力,则绳OB的拉力大小约为( )
A.300N B.350N C.600N D.1200N
【针对训练】
12.小明在假期中去野营,如图甲所示,他将吊床的拉索固定在两棵树等高的位置上,有时他躺在吊床上休息,有时又坐在吊床中点处看书。模型简化如图乙所示,两种状态下吊床的长度视为不变,小明均处于静止且未与地面接触,下列说法正确的是( )
A.小明躺着时受到吊床的合力小于坐着时受到吊床的合力
B.小明躺或坐,拉索的拉力大小相等
C.小明坐着时,拉索的拉力较小
D.小明躺着时,拉索的拉力较小
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第三章 相互作用
单元知识清单
思维导图
知识清单
第1节 重力
一、力的基本认识
1.力是物体之间的 相互作用 ,一个力必然涉及 两 个物体——施力物体和受力物体。
2.力是 矢量 ,既有大小又有方向,运算遵循 平行四边形 定则。力的三要素是大小、方向和 作用点 。
二、重力
1.重力是由于 地球的吸引 而使物体受到的力,施力物体是 地球 。
2.大小:G= mg ,与物体的质量成 正比 ;可以用 弹簧测力计 测量。
3.方向:总是 竖直向下 ,不是“垂直地面向下”,也不一定指向 地心 。
4.g 随纬度升高而 变大 ,随高度增加而 变小 。
三、重心
1.重心是重力的 等效作用点 ,并不表示其他部分不受重力。
2.质量分布均匀且形状规则的物体,重心在它的 几何中心 ;其余情况可以用 悬挂法 测定。
3.重心 不一定 在物体上——铁环、碗的重心都在物体外部。物体的形状或质量分布改变时,重心的位置会 改变 。
第2节 弹力
一、弹力的产生
1.物体在力的作用下发生 形变 ,撤去力后能恢复原状的形变叫作 弹性形变 。
2.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,这种力叫作弹力。
3.产生条件:两物体互相 接触 ,并且发生 弹性形变 。两个条件缺一不可。
二、弹力的方向
1.绳的拉力沿着 绳 ,指向绳 收缩 的方向。
2.面与面接触:弹力 垂直于接触面 ;点与面接触:弹力垂直于 那个面 ;球与面接触:弹力沿 球心与接触点的连线 。
3.压力和支持力的方向都 垂直于接触面 ,指向被压(被支持)的物体。
三、胡克定律
1.在弹性限度内,弹簧弹力的大小与它的 形变量 成正比,即F= kx 。
2.式中x是弹簧的 形变量 ,等于弹簧长度与 原长 之差的绝对值, 不是 弹簧的长度。
3.k叫作弹簧的 劲度系数 ,单位是 N/m ,由弹簧本身的材料、粗细、长度决定,与所受的力 无关 。
第3节 摩擦力
一、滑动摩擦力
1.两物体相对滑动时,在接触面上产生的阻碍物体 相对运动 的力,叫作滑动摩擦力。
2.方向:总是与物体 相对运动 的方向相反,与接触面 相切 。注意是与“相对运动”相反,不是与“运动”相反。
3.大小:f= μFN 。μ叫作 动摩擦因数 ,由接触面的 材料和粗糙程度 决定,与压力大小、接触面积都 无关 。
二、静摩擦力
1.两物体有 相对运动趋势 时产生,方向与相对运动趋势的方向 相反 。
2.大小由 平衡条件 决定,不能用f=μFN去算;它有一个最大值叫作 最大静摩擦力 ,实际发生的静摩擦力满足 0<f静≤fmax 。
三、两条提醒
1.摩擦力不一定是阻力——传送带带动行李时,摩擦力就是 动力 。
2.FN是接触面之间的 压力 , 不一定 等于物体的重力——叠放、压墙、有竖直方向外力时都不等。
第4节 力的合成
一、合力与分力
1.一个力产生的效果与几个力共同作用的效果相同,这个力就叫作那几个力的 合力 ,那几个力叫作它的 分力 。二者是 等效替代 的关系。
2.受力分析时算了分力就 不能再算 合力,否则重复计力。
二、平行四边形定则
1.以表示两个分力的线段为 邻边 作平行四边形,两邻边之间的 对角线 就表示合力的大小和方向。
2.一切 矢量 的合成都遵循平行四边形定则;时间、路程、质量这些 标量 只能代数相加。
三、合力的范围
1.两力同向时合力最大,等于 F1+F2 ;反向时最小,等于 |F1-F2| 。所以合力F满足 |F1-F2|≤F≤F1+F2 。
2.两个分力大小不变时,夹角在0°到180°之间越大,合力越 小 。合力可以比分力大,也可以比分力 小 。
第5节 力的分解
一、分解的依据
1.求一个已知力的分力叫作 力的分解 ,它是力的合成的 逆运算 ,同样遵循平行四边形定则——把已知力当作平行四边形的 对角线 。
2.由同一条对角线可以作出 无数 个平行四边形,所以不加限制时分解的结果 不唯一 。要唯一,必须先定分力的 方向 。
二、按实际效果分解
1.做法:先根据力产生的 实际效果 确定分力的方向,再依据平行四边形定则算分力的大小。
2.斜面上的重力分解为沿斜面向下的F1= G sin α 和垂直斜面向下的F2= G cos α 。倾角越大,沿斜面的分力越 大 。
3.合力一定时,两个分力的夹角越大,分力就越 大 ——这就是钢索中央施一个小力能把陷车拉出来的道理。
三、正交分解法
1.把一个力分解为两个互相 垂直 的分力,叫作正交分解法。若F与x轴成θ角,则Fx= F cos θ ,Fy= F sin θ 。
2.建立直角坐标系后,矢量运算就变成了 代数运算 ,物体受 多个力 时最好用。
第6节 共点力的平衡条件及其应用
一、共点力与平衡状态
1.共点力有两种情形:要么几个力都作用在 同一点 上,要么它们的 作用线 延长后交于一点。
2.平衡状态:物体处于 静止 或保持 匀速直线运动 的状态。速度为零 不一定 处于平衡状态。
二、平衡条件
1.物体受共点力作用而处于平衡状态时,平衡条件是所受 合力为零 。
2.用正交分解表示:x方向的合力 为零 ,y方向的合力 为零 。
3.三个力平衡时,把其中任意两个力合成,所得合力与剩下那个力大小 相等 、方向 相反 ——解三力问题先想这一条。
三、解题步骤
1.五步:选 研究对象 ,画 受力示意图 ,选方法,列方程,解并检验。
2.三个力用 直接合成法 或三角形法;三个以上用 正交分解法 。
易错清单
下面这些地方,六节里各自都提醒过一次;放在一起看,大半个第三章的失分点就在这里。
1.重力的方向:是竖直向下,不是“垂直地面向下”,也不一定指向地心;斜面上的物体,重力仍然竖直向下。
2.重心的位置:重心是等效作用点,不一定在物体上(铁环、碗);只有质量分布均匀且形状规则的物体,重心才在几何中心。
3.弹力的有无:接触不一定有弹力,还要有弹性形变;不确定时用撤离法判断。
4.胡克定律里的 x:是形变量,不是弹簧的长度——先算长度与原长之差再代入。
5.劲度系数 k:由弹簧本身决定,与受力大小、形变量都无关。
6.拉力器两端拉:两手各用 F 去拉,弹簧受到的弹力是 F,不是 2F。
7.摩擦力的方向:依据是“相对运动(趋势)”,不是“运动”;摩擦力可以是动力,不一定是阻力。
8.静摩擦力的大小:由平衡条件决定,不能用 f=μFN 算——那只对滑动摩擦力成立。
9.压力 FN:是接触面间的压力,不一定等于重力。
10.合力与分力:算了分力就不能再算合力;合力完全可以小于任一个分力。
11.分解的不唯一:不加限制时一个力有无数组分力,必须先定方向再作平行四边形。
12.沿斜面的分力:不是物体对斜面的压力——一个作用在物体上,一个作用在斜面上。
13.平衡状态:包括匀速直线运动,不是只有静止;速度为零的那一瞬间不一定平衡。
14.合力为零:不是每个力都为零,也不是两两抵消。
15.斜面上静止的物体:斜面对它的作用力(支持力与摩擦力的合力)竖直向上,不是垂直斜面。
16.三力平衡的范围:三个力能平衡,要求任意一个力的大小都在另外两个力的合力范围内。
本章公式速查
适用情形
公式
说明
重力
G=mg
方向竖直向下;g 随纬度升高而变大
弹簧的弹力
F=kx
x 是形变量,不是弹簧的长度
滑动摩擦力
f=μFN
只对滑动摩擦力成立;FN 不一定等于重力
静摩擦力
0<f静≤fmax
大小由平衡条件决定
合力的范围
|F1-F2|≤F≤F1+F2
同向最大、反向最小
两力垂直的合力
F=√(F1²+F2²)
平行四边形成为矩形
斜面上重力的分解
G sin α 与 G cos α
沿斜面向下、垂直斜面向下
正交分解
Fx=F cos θ,Fy=F sin θ
θ 是 F 与 x 轴的夹角
共点力的平衡
合力为零(各方向合力为零)
静止或匀速直线运动
题型剖析及针对训练
题型一 重力与重心
【思路】两个考点:重力的大小与方向(G=mg,方向竖直向下,不是垂直接触面、也不一定指向地心),以及重心的位置(质量分布均匀且形状规则的物体重心在几何中心,其余情况要靠悬挂法找;重心可以不在物体上)。物体翻转、内部装水量改变时,重心会跟着移动。
【例题】
1.图示是一个自动冲水装置:一容器可绕水平轴在竖直平面内转动。容器中无水时,其重心在点,容器下端搁在固定的支点上。当容器中水量增加到一定程度时,容器会绕轴转动而将水倒出冲洗排污沟,倒完水的容器又能自动恢复到原位置重新接水。设容器接满水时整体的重心在点,则O、P、的位置关系可能正确的是( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【详解】因容器无水时容器口能向上,可知其重心P一定在O点左侧;而当容器中装一定量的水后容器能翻转将水倒出,可知此时容器重心在O点右侧。
故选A。
【针对训练】
2.一个易拉罐由于磕碰,底部边缘有处凹陷。在空易拉罐中注入少量的水后,将易拉罐凹陷处与桌面接触放置在水平桌面上,结果易拉罐“倾而不倒”,如图所示。下列说法正确的是( )
A.注水后,易拉罐的重心位置升高了
B.易拉罐重力的作用线垂直于水平面向下
C.若将注水后的易拉罐正立放置,则其重心位置不变
D.若将空易拉罐剪去上半部,则其重心位置可能不变
【答案】B
【详解】A.注水后,水的重心低,易拉罐本身的重心位置不变,整体的重心位置降低了,故A错误;
B.重力的方向总是竖直向下的,所以易拉罐重力的作用线垂直于水平面向下,故B正确;
C.若将注水后的易拉罐正立放置,水的形状发生变化,整体的重心位置也发生变化,故C错误;
D.若将空易拉罐剪去上半部,易拉罐本身的重心降低,则整体重心位置降低,故D错误。
故选B。
题型二 弹力的有无与方向
【思路】判断有无:两物体必须接触且发生弹性形变——不确定时用「撤离法」,把某个接触面拿开,看物体会不会动。判断方向:绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向;面与面接触时垂直于接触面;点与面接触时垂直于那个面;球与面接触时沿球心与接触点的连线。
【例题】
3.如图所示,表示竖直挡板对球弹力的是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】竖直挡板对球弹力的方向垂直于挡板向右,即为F1。
故选A。
【针对训练】
4.如图所示,水平地面上堆放着直原木,关于原木P在支撑点M、N处所受的弹力,下列说法正确的是( )
A.在M处受到的支持力垂直原木P向上
B.在M处受到的支持力是由于原木P发生弹性形变产生的
C.在N处受到的支持力垂直原木P向上
D.在N处受到的支持力竖直向上
【答案】C
【详解】A.接触面处的弹力方向垂直于接触面,原木在处与水平地面接触,受到的支持力垂直地面竖直向上,并不垂直原木,故A错误;
B.原木在处受到的支持力是地面发生弹性形变后对原木产生的弹力,故B错误;
CD.原木在处受到的支持力垂直接触面,方向垂直原木向上,而不是竖直向上,故C正确,D错误。
故选C。
题型三 胡克定律的计算
【思路】F=kx 里的 x 是形变量,不是弹簧的长度——先算 x=|L−L0| 再代入。并联的几根弹簧各自伸长相同、各自受力相同;拉力器两端各用 F 拉,弹簧受到的弹力就是 F,不是 2F。
【例题】
5.某拉力器并列装有四根相同的轻弹簧,每根弹簧的原长都是0.4m。如图所示,小刚用600N的力把它们拉长至1.6m(未超过弹簧的弹性限度),则( )
A.小刚的每只手受到拉力器的拉力为300N
B.每根弹簧产生的弹力为300N
C.将拉力器拉长至1.4m所需拉力为375N
D.每根弹簧的劲度系数为125N/m
【答案】D
【详解】A.由题意可知,小刚的每只手受到拉力器的拉力为600N,A错误;
B.四根弹簧的弹力为600N,可知每根弹簧产生的弹力为150N,B错误;
D.每根弹簧的劲度系数为,D正确;
C.将拉力器拉长至1.4m所需拉力为,C错误。
故选D。
【针对训练】
6.如图所示为公园中的儿童娱乐弹簧椅,已知弹簧椅的质量为m,弹簧椅不坐人时弹簧长度为,质量为M的儿童坐上去后(双脚离地)弹簧长度变为,已知重力加速度为g,则( )
A.弹簧的劲度系数为 B.弹簧的劲度系数为
C.弹簧的原长为 D.弹簧的原长为
【答案】AC
【详解】AB.根据胡克定律及平衡原理可知
可得弹簧的劲度系数为,A正确,B错误;
CD.弹簧椅不坐人时
坐人时
联立解得弹簧原长
C正确,D错误。
故选AC。
题型四 摩擦力的判断与计算
【思路】先看物体动没动:已经相对滑动的用 f=μFN 算;没滑动的用平衡条件反推,不能套公式。方向的依据永远是「相对运动(趋势)」而不是「运动」——被传送带带着走的物体,摩擦力与它的运动方向相同。FN 是接触面间的压力,不一定等于重力。
【例题】
7.如图所示,某同学用大小为100N的握力握住一个重为40N的瓶子向左匀速运动。瓶子竖直,且始终与手保持相对静止,已知手掌与瓶子间的动摩擦因数,则( )
A.瓶子受到的摩擦力大小为50N
B.瓶子受到的摩擦力向右
C.瓶子对手的摩擦力竖直向下
D.当握力减小时,瓶子受到的摩擦力大小将减小
【答案】C
【详解】A.瓶子向左匀速运动,故竖直方向重力及静摩擦力二力平衡,则瓶子受到的摩擦力大小等于其重力40N,A错误;
B.瓶子受到手的摩擦力方向竖直向上,B错误;
C.瓶子对手的摩擦力方向竖直向下,C正确;
D.当握力减小时,只要瓶子仍处于静止状态,则静摩擦力不变,D错误。
故选C。
【针对训练】
8.如图所示,木块A、B叠放在水平面上,B与竖直墙面间连接一轻弹簧,弹簧对B有水平向右的弹力作用,整个系统处于静止状态,则( )
A.弹簧处于压缩状态
B.该弹力是木块形变产生的
C.木块A受到水平向左的静摩擦力
D.木块B受到水平向左的静摩擦力
【答案】D
【详解】AB.弹簧对B有水平向右的弹力作用,可知弹簧处于伸长状态,该弹力是弹簧发生形变产生的,故AB错误;
C.以A为对象,根据平衡条件可知,木块A没有受到摩擦力作用,故C错误;
D.以B为对象,由于弹簧对B水平向右的弹力,根据平衡条件可知,木块B受到水平向左的静摩擦力,故D正确。
故选D。
题型五 力的合成与分解
【思路】合成:合力范围 |F1−F2|≤F≤F1+F2,夹角越大合力越小。分解:不加限制时有无数组解,必须先由实际效果或题目条件定下分力方向。物体受三个以上的力时,直接上正交分解,把矢量运算变成两个方向的代数运算。
【例题】
9.有两个力,一个是12N,一个是6N,它们的合力可能等于( )
A.5N B.20N C.12N D.2N
【答案】C
【详解】两个共点力的合力范围满足。
将数据代入得合力范围
故选C。
【针对训练】
10.汕头高铁站候车大厅内16根主柱通过“枝叶相连”设计,实现结构受力一体化。每根主柱上有4支对称的分柱,每支分柱与竖直方向成45°,如图所示。已知天花板总重量为,则分解到沿每支分柱方向的力为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】每根主柱所受的作用力为
每根分柱所受竖直方向的分力为
根据力的分解如图所示,则沿每支分柱方向的力大小为
故选C。
题型六 共点力的平衡
【思路】四步走:先选研究对象,再画受力示意图(重力、弹力、摩擦力、其他力,按顺序找全),然后选方法(三个力用合成法或三角形法,三个以上用正交分解),最后列方程求解。三力平衡的推论最好用:任意两个力的合力必与第三个力等大反向。动态问题先看清哪个力大小不变、哪个力方向不变。
【例题】
11.无人机可用于解决山地运输难题。如图,无人机在空中悬停,下方通过轻绳悬吊着质量为60kg的钢管。连接钢管的两轻绳OA和OB长度相等、夹角为60°,钢管水平,取重力加速度大小,不计空气对钢管的作用力,则绳OB的拉力大小约为( )
A.300N B.350N C.600N D.1200N
【答案】B
【详解】钢管处于静止状态,受力平衡,其受到竖直向下的重力,以及两根轻绳和的拉力(因两绳长度相等、夹角为,故拉力大小相等),两绳拉力的合力与重力等大反向,即合力大小为,方向竖直向上。由于两拉力大小相等(均为),夹角为,根据力的合成法则,合力大小为
由题意可知
联立代入数据解得。
故选B。
【针对训练】
12.小明在假期中去野营,如图甲所示,他将吊床的拉索固定在两棵树等高的位置上,有时他躺在吊床上休息,有时又坐在吊床中点处看书。模型简化如图乙所示,两种状态下吊床的长度视为不变,小明均处于静止且未与地面接触,下列说法正确的是( )
A.小明躺着时受到吊床的合力小于坐着时受到吊床的合力
B.小明躺或坐,拉索的拉力大小相等
C.小明坐着时,拉索的拉力较小
D.小明躺着时,拉索的拉力较小
【答案】D
【详解】A.小明在吊床上静止时,处于平衡状态,所受合力为零,因此吊床对小明的支持力大小等于小明的重力,故吊床对小明的合力大小始终相等,A错误。
BCD.设每条拉索的拉力大小为,拉索与竖直方向的夹角为,根据竖直方向平衡条件有:,解得
小明躺着时,身体与吊床的接触面积较大,吊床弯曲程度较小,拉索与竖直方向的夹角较小,较大,故拉力较小;小明坐着时,身体与吊床的接触面积较小,重力集中在一点,吊床弯曲程度较大,拉索与竖直方向的夹角较大,较小,故拉力较大。因此B、C错误,D正确。
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