2024屆高考物理大一輪復(fù)習模擬題：專題拓展課4　彈力和摩擦力的綜合分析

專題拓展課4彈力和摩擦力的綜合分析[學習目標要求]1.進一步分析彈力的方向和大小。2.對滑動摩擦力和靜摩擦力綜合分析。3.掌握受力分析的基本思路和方法。拓展點1彈力的分析和計算1.三種常見彈力2.桿的彈力方向可沿桿：可不沿桿：3.彈力的計算(1)公式法：利用公式F＝kx計算，適用于彈簧、橡皮筋等物體的彈力的計算。(2)二力平衡法：若物體處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，物體所受彈力與物體所受的其他力應(yīng)為平衡力，可根據(jù)其他力的大小確定彈力的大小?！纠?】如圖所示的四個圖中，AB、BC均為輕質(zhì)桿，各圖中桿的A、C端都通過鉸鏈與墻連接，兩桿都在B處由鉸鏈連接，且系統(tǒng)均處于靜止狀態(tài)。現(xiàn)用等長的輕繩來代替輕桿，系統(tǒng)依然保持平衡，下列說法正確的是()A.圖中的AB桿可以用輕繩代替的是甲、乙、丙B.圖中的AB桿可以用輕繩代替的是甲、丙、丁C.圖中的BC桿可以用輕繩代替的是乙、丙、丁D.圖中的BC桿可以用輕繩代替的是甲、乙、丁答案B解析輕繩只能產(chǎn)生拉力，在甲、丙、丁三圖中的AB桿產(chǎn)生的都是拉力，可用輕繩代替，所以選項A錯誤，B正確；圖中的BC桿可以用輕繩代替的只有丙，故選項C、D錯誤。【例2】如圖為一輕質(zhì)彈簧的長度l和彈力F大小的關(guān)系，試由圖線確定：(1)彈簧的原長；(2)彈簧的勁度系數(shù)；(3)彈簧伸長了15cm時彈力的大小。答案(1)10cm(2)200N/m(3)30N解析(1)當F＝0時，彈簧處于原長狀態(tài)，由圖讀出F＝0時，l＝10cm，即彈簧的原長為l0＝10cm。(2)由圖知：F＝10N，l＝5cm則彈簧被壓縮的長度x＝l0－l＝10cm－5cm＝5cm＝0.05m。根據(jù)胡克定律F＝kx得k＝eq\f(F,x)＝eq\f(10,0.05)N/m＝200N/m。(3)當彈簧伸長了x′＝15cm＝0.15m，彈力的大小為F′＝kx′＝200×0.15N＝30N。拓展點2摩擦力的分析和計算1.靜摩擦力有無的判斷方法(1)條件法：根據(jù)靜摩擦力的產(chǎn)生條件，直接判斷靜摩擦力的有無。(2)假設(shè)法：假設(shè)接觸面光滑，若研究對象仍保持原狀態(tài)，則不受靜摩擦力；若運動狀態(tài)改變，則受靜摩擦力。2.摩擦力大小的計算(1)計算摩擦力時，應(yīng)先判斷是靜摩擦力還是滑動摩擦力。(2)滑動摩擦力用公式Ff＝μFN或平衡條件求解。(3)靜摩擦力的大小根據(jù)運動狀態(tài)求解。若物體處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，可利用二力平衡條件求解摩擦力?！纠?】如圖物體A、B相互疊加，在水平面上一起做勻速或變速直線運動，則A、B間不存在摩擦力的是()A.圖①和圖③ B.圖①和圖②C.只有圖③ D.只有圖①答案D解析圖①中，A、B一起勻速運動，A受到重力和支持力處于平衡狀態(tài)，做勻速直線運動。若受到B對A的摩擦力則A不能平衡，所以圖①中A、B間不存在摩擦力；圖②中，A、B一起減速運動，豎直方向上A受到重力和支持力，水平方向上，A做減速運動，則存在B對A向左的摩擦力，所以圖②中A、B間存在摩擦力；圖③中，A、B一起做勻速運動，A受到重力和支持力、拉力F以及B對A向左的摩擦力處于平衡狀態(tài)，做勻速直線運動，所以圖③中A、B間存在摩擦力。故選項D正確?！踞槍τ?xùn)練】(2020·北京海淀期中)如圖所示，木塊A、B分別重50N和60N，它們與水平地面之間的動摩擦因數(shù)均為0.20，夾在A、B之間的彈簧被壓縮了1cm，彈簧的勁度系數(shù)為400N/m，系統(tǒng)置于水平地面上靜止不動(可認為木塊與水平地面之間的最大靜摩擦力大小等于滑動摩擦力)。現(xiàn)用F＝2N的水平拉力作用在木塊B上，此時木塊A、B所受摩擦力分別記為FfA和FfB。則()A.FfA＝10N B.FfA的方向水平向左C.FfB＝10N D.FfB的方向水平向左答案D解析由于中間的彈簧被壓縮了1cm，彈簧的勁度系數(shù)為400N/m，故彈簧對A和B兩個木塊的作用力為F′＝kx＝400N/m×0.01m＝4N，方向均向外；對B而言，它的重力是60N，放在水平桌面上，故它對桌面的壓力也是60N，所以它的最大靜摩擦力為FfB＝0.2×60N＝12N，而木塊B除了受彈簧的彈力以外，還受到向右的拉力F＝2N，故B受到的拉力與彈簧彈力的合力是6N，方向向右，而6N<12N，故木塊B也處于靜止狀態(tài)，它所受的摩擦力與B受到的拉力與彈簧彈力的合力平衡，所以B受到的摩擦力是6N，方向向左；而對木塊A而言，它的重力是50N，放在水平桌面上，它對桌面的壓力也是50N，所以它的最大靜摩擦力為FfA＝0.2×50N＝10N，因為F′<FfA，所以物體A沒有運動，它受到的摩擦力是靜摩擦力，其大小為4N，方向向右，選項A、B、C錯誤，D正確。拓展點3摩擦力的突變【例4】(多選)(2020·遼寧鞍山高一期中)如圖所示，水平木板上有質(zhì)量m＝3.75kg的物塊，受到隨時間t變化的水平拉力F作用，用力傳感器測出相應(yīng)時刻物塊所受摩擦力Ff的大小如圖所示，取重力加速度g＝10m/s2，下列判斷正確的是()A.t＝1s時外力F等于零B.t＝6s時外力F可能等于5NC.物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為0.08D.物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為0.11答案ABC解析根據(jù)題意可知水平木板表面粗糙，因為物塊在水平方向上的摩擦力在t＝1s時為零，若受到不為零的外力F作用，則必定會產(chǎn)生摩擦力，故互相矛盾，因此t＝1s時F＝0，故A正確；由圖可知，物塊受到的最大靜摩擦力為4N，外力需要大于最大靜摩擦力才可能讓該物體受到的摩擦力從靜摩擦力變成滑動摩擦力，而在t＝6s時，該物體受到的摩擦力剛好從靜摩擦力變成滑動摩擦力，所以外力F必定大于4N，可能是5N，故B正確；由圖可知，物體受到的滑動摩擦力Ff＝3N，因為Ff＝μmg，動摩擦因數(shù)μ＝eq\f(Ff,mg)＝eq\f(3,3.75×10)＝0.08，故C正確，D錯誤。1.(彈力的分析與計算)下列關(guān)于彈力產(chǎn)生條件的說法中正確的是()A.只要兩個物體接觸就一定有彈力產(chǎn)生B.輕桿一端所受彈力的作用線一定與輕桿方向垂直C.壓力和支持力的方向總是垂直于接觸面D.形變大的物體產(chǎn)生的彈力一定比形變小的物體產(chǎn)生的彈力大答案C解析兩個物體相互接觸，若是沒有相互擠壓，就不會產(chǎn)生彈性形變，就不會產(chǎn)生彈力，故A錯誤；輕桿一端所受彈力的作用線可能沿著輕桿方向，也可能與其方向垂直，具體彈力方向根據(jù)受力來確定，故B錯誤；壓力和支持力均屬于彈力，其方向總是垂直于接觸面，故C正確；物體發(fā)生彈性形變時才會產(chǎn)生彈力，但形變大的物體產(chǎn)生的彈力不一定比形變小的物體產(chǎn)生的彈力大，還與勁度系數(shù)有關(guān)，故D錯誤。2.(摩擦力的分析與計算)(多選)關(guān)于摩擦力，有人總結(jié)了“四條不一定”，其中說法正確的是()A.摩擦力的方向不一定與物體的運動方向相同B.靜摩擦力的方向不一定與運動方向共線C.受靜摩擦力或滑動摩擦力的物體不一定靜止或運動D.靜摩擦力一定是阻力，滑動摩擦力不一定是阻力答案ABC解析摩擦力的方向與跟它接觸的物體間相對運動方向或相對運動趨勢的方向相反，與它的運動方向可能相同，也可能相反，也可能不在一條直線上。摩擦力的方向不一定與物體的運動方向相同，比如在地面上相對地面滑動的物體，受地面的摩擦力方向與其運動方向相反，故選項A正確；汽車在水平路面上勻速轉(zhuǎn)彎，靜摩擦力充當向心力指向圓心，地面對汽車的靜摩擦力方向與其運動方向垂直，故選項B正確；運動的物體可能受靜摩擦力作用，也可能受滑動摩擦力作用；靜止的物體可能受靜摩擦力作用，也可能受滑動摩擦力作用。推動書本在桌面上滑動，桌面也受到滑動摩擦力作用，故選項C正確；靜摩擦力可能是動力，也可能是阻力；滑動摩擦力可能是動力，也可能是阻力，故選項D錯誤。3.(摩擦力的分析和計算)如圖，物塊放在傾斜的木板上，改變木板與水平面之間的夾角θ，當θ＝30°和37°時物塊所受的摩擦力大小恰好相等，求物塊與木板之間的動摩擦因數(shù)()A.0.577 B.0.75C.0.625 D.0.833答案C解析設(shè)物塊的質(zhì)量為m，當木板與水平面間的夾角為30°時，物體靜止在斜面上，對應(yīng)的靜摩擦力為Ff1＝mgsin30°＝0.5mg，當木板與水平面間的夾角為37°時，物塊沿斜面加速下滑，對應(yīng)的滑動摩擦力Ff2＝μ·mgcos37°＝0.8μmg，由Ff1＝Ff2，解得μ＝eq\f(5,8)＝0.625。4.(摩擦力的突變)(多選)如圖甲所示，一人用由零逐漸增大的水平力F推靜止于水平地面上質(zhì)量為10kg的木箱，木箱所受的摩擦力Ff與F的關(guān)系如圖乙所示，g取10m/s2，下列說法正確的是()A.木箱所受的最大靜摩擦力Ffm＝21NB.木箱所受的最大靜摩擦力Ffm＝20NC.木箱與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.21D.木箱與地面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2答案AD解析由圖乙知木箱受的最大靜摩擦力為Ffm＝21N，故A正確，B錯誤；當木箱運動后受的是滑動摩擦力，大小為Ff＝μmg＝20N，解得μ＝0.2，故C錯誤，D正確。課時定時訓(xùn)練(限時25分鐘)題組一彈力的分析和計算1.下列圖中小球均處于靜止狀態(tài)，a、b板均光滑都和小球接觸。A圖中b板在豎直位置，B、C、D圖中b板均在水平位置。則小球同時受到a、b板對它的彈力作用的是()答案A解析假設(shè)將與小球接觸的兩板分別撤去，根據(jù)小球的靜止狀態(tài)是否受影響可知：B、C、D圖中，a板對小球沒有彈力作用，A圖中的兩板和B、C、D圖中的b板對小球都有彈力作用，故選項A正確。2.如圖所示，物體A和B受到的重力分別為10N和8N，不計彈簧測力計和細線的重力及一切摩擦，則彈簧測力計的讀數(shù)和地面對A的支持力分別為多大？答案8N2N解析物體B處于靜止狀態(tài)，對B受力分析，B受到細線的拉力和重力作用，故細線的拉力大小為8N，彈簧測力計右端受到的拉力大小為8N。又因為彈簧測力計處于靜止狀態(tài)，所以彈簧測力計受力是平衡的，則彈簧測力計左端受到的拉力大小也為8N，彈簧測力計的讀數(shù)是8N。對A受力分析如圖所示，由于A處于平衡狀態(tài)，故FN＋F＝GA，F(xiàn)N＝2N。題組二摩擦力的分析和計算3.如圖所示，物體A、B在力F作用下一起以相同速度沿F方向勻速運動，關(guān)于物體A所受的摩擦力，下列說法正確的是()A.甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力，且方向均與F相同B.甲、乙兩圖中物體A均受摩擦力，且方向均與F相反C.甲、乙兩圖中物體A均不受摩擦力D.甲圖中物體A不受摩擦力，乙圖中物體A受摩擦力，方向和F相同答案D解析甲、乙兩圖中物體A、B都處于平衡狀態(tài)，對甲圖，A受重力、B的支持力作用，相對于B無運動趨勢，A不受摩擦力。對乙圖，A相對于B有沿斜面向下運動的趨勢，A受摩擦力，且方向與F方向相同。4.(多選)(2020·江蘇省梅村高級中學月考)如圖所示，A、B兩長方體物塊疊放在水平地面上，物塊A受到水平向右的力F作用，兩物塊均處于靜止狀態(tài)，下列說法正確的是()A.A、B之間沒有摩擦力B.A、B之間有摩擦力C.地面對B有水平向右的摩擦力D.地面對B有水平向左的摩擦力答案BD解析以A物塊為研究對象進行受力分析，處于靜止狀態(tài)，受到水平向右的力F作用，A物塊有向右運動的趨勢，則A、B之間有摩擦力，A錯誤，B正確；對整體進行受力分析，兩物塊均處于靜止狀態(tài)，在水平方向上整體受到向右的拉力，有向右運動的趨勢，則地面對B有向左的摩擦力，D正確。題組三摩擦力的突變5.(2020·吉林高二期末)物體A的質(zhì)量為1kg，置于水平地面上，物體與地面的動摩擦因數(shù)為μ＝0.2。從t＝0開始物體以一定初速度v0向右滑行的同時，受到一個水平向左的恒力F＝1N的作用，則下圖中能反映物體受到的摩擦力Ff隨時間變化的圖像是(取向右為正方向，g＝10m/s2)()答案A解析物體先受到滑動摩擦力，大小Ff＝μmg＝2N，方向水平向左，做勻減速直線運動，當速度減為0，物體靜止，所受的摩擦力為靜摩擦力，大小為Ff′＝1N，方向水平向右。故A項正確。6.(多選)如圖所示，用水平力F拉著一物體在水平地面上做勻速直線運動，從t＝0時刻起水平力F的大小隨時間均勻減小，到t1時刻，F(xiàn)減小為零。物體所受的摩擦力Ff隨時間t變化的圖像可能是()答案AD解析由題意可知，物體在勻速運動，從t＝0時刻，拉力F開始均勻減小，t1時刻拉力減小為零，出現(xiàn)的摩擦力有兩種可能，一是當拉力為零時，物體仍在滑動，則受到的一直是滑動摩擦力，即大小不變，A正確；二是當拉力減小為零前，物體已靜止，則先是滑動摩擦力，后是靜摩擦力，滑動摩擦力大小不變，而靜摩擦力的大小與拉力相等，此時拉力小于滑動摩擦力大小，D正確，B、C錯誤。7.(多選)(2020·吳江汾湖高級中學高一月考)如圖所示，物體A、B、C疊放在水平桌面上，力F作用在物體C上后，各物體仍保持靜止狀態(tài)，那么以下說法正確的是()A.C不受摩擦力作用B.B不受摩擦力作用C.A受的各個摩擦力的合力為零D.A、B、C三個物體組成的整體所受摩擦力為零答案BC解析對C分析，在水平方向上受拉力和靜摩擦力作用，知A對C的摩擦力方向向左，大小等于F，A錯誤；對B分析，B在水平方向上平衡，不受摩擦力作用，B正確；對A分析，在水平方向上受C對A的摩擦力和地面對A的摩擦力，兩個摩擦力的合力等于0，C正確；對A、B、C三個物體組成的整體分析，整體受到地面的摩擦力，大小等于F，D錯誤。8.如圖所