2022年高考物理一輪-重力　彈力教師講解版

文檔來(lái)源網(wǎng)絡(luò)整理侵權(quán)必刪PAGE1相互作用——力學(xué)科素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)探究科學(xué)態(tài)度與責(zé)任力的合成與分解、物體的平衡條件科學(xué)推理：假設(shè)法判斷彈力、摩擦力的有無(wú)；整體法與隔離法受力分析模型建構(gòu)：彈簧模型、斜面模型、滑輪模型、活結(jié)死結(jié)模型利用圖像驗(yàn)證胡克定律；作力的圖示驗(yàn)證平行四邊形定則培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，注意應(yīng)用平衡條件分析生活中的實(shí)際問(wèn)題考情分析該部分知識(shí)是力學(xué)的基礎(chǔ)，高考對(duì)本章知識(shí)單獨(dú)考查一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的試題非常少，大多數(shù)情況都是同時(shí)涉及幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)，命題率較高的題型有：(1)結(jié)合物體的平衡條件考查彈力、摩擦力；(2)靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的突變；(3)整體法和隔離法的應(yīng)用；(4)靜態(tài)平衡和動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題；(5)力的平衡中的臨界和極值問(wèn)題；(6)實(shí)驗(yàn)探究彈簧形變與彈力的關(guān)系；(7)探究?jī)蓚€(gè)互成角度的力的合成規(guī)律。備考指導(dǎo)牢記基礎(chǔ)知識(shí)，熟練基本方法，明確基本題型。盡量多地積累不同物體、不同環(huán)境，不同運(yùn)動(dòng)形式下的應(yīng)用類型及有效解決問(wèn)題的方法。結(jié)合生活實(shí)際，從具體問(wèn)題中抽象出物理模型。4.熟練分析平衡問(wèn)題的幾種數(shù)學(xué)方法，如相似三角形、正弦定理等2.1重力、彈力必備知識(shí)清單一、重力1．產(chǎn)生：由于地球吸引而使物體受到的力．注意：重力不是萬(wàn)有引力，而是萬(wàn)有引力豎直向下的一個(gè)分力．2．大?。篏＝mg，可用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量．注意：(1)物體的質(zhì)量不會(huì)變；(2)G的變化是由在地球上不同位置處g的變化引起的．3．方向：總是豎直向下的．注意：豎直向下是和水平面垂直，不一定和接觸面垂直，也不一定指向地心．4．重心：物體的每一部分都受重力作用，可認(rèn)為重力集中作用于一點(diǎn)即物體的重心．(1)影響重心位置的因素：物體的幾何形狀；物體的質(zhì)量分布．(2)不規(guī)則薄板形物體重心的確定方法：懸掛法．注意：重心的位置不一定在物體上．二、彈力1．彈性形變：撤去外力作用后能夠恢復(fù)原狀的形變．2．彈力(1)定義：發(fā)生形變的物體由于要恢復(fù)原狀而對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生的作用力．(2)產(chǎn)生條件：①物體間直接接觸．②接觸處發(fā)生形變．(3)方向：總是與施力物體形變的方向相反．3．胡克定律(1)內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈力和彈簧形變大小(伸長(zhǎng)或縮短的量)成正比．(2)表達(dá)式：F＝kx.①k是彈簧的勁度系數(shù)，單位是牛頓每米，用符號(hào)N/m表示；k的大小由彈簧自身性質(zhì)決定．②x是彈簧長(zhǎng)度的變化量，不是彈簧形變以后的長(zhǎng)度．命題點(diǎn)精析（一）彈力有無(wú)及方向的判斷1．彈力的判斷(1)彈力有無(wú)的判斷(2)彈力方向的判斷①五種常見(jiàn)模型中彈力的方向②根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件或牛頓第二定律確定彈力的方向。2．彈力大小計(jì)算的三種方法(1)根據(jù)胡克定律進(jìn)行求解；(2)根據(jù)力的平衡條件進(jìn)行求解；(3)根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行求解。典型例題例1如圖所示，一小車的表面由一光滑水平面和光滑斜面連接而成，其上放一球，球與水平面的接觸點(diǎn)為a，與斜面的接觸點(diǎn)為b.當(dāng)小車和球一起在水平桌面上做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列結(jié)論正確的是()A．球在a、b兩點(diǎn)處一定都受到支持力B．球在a點(diǎn)一定受到支持力，在b點(diǎn)處一定不受支持力C．球在a點(diǎn)一定受到支持力，在b點(diǎn)處不一定受到支持力D．球在a點(diǎn)處不一定受到支持力，在b點(diǎn)處也不一定受到支持力【答案】D【解析】若球與小車一起做水平勻速運(yùn)動(dòng)，則球在b處不受支持力作用；若球與小車一起做水平向左勻加速運(yùn)動(dòng)或向右的勻減速運(yùn)動(dòng)，則球在a處受到的支持力可能為零，選項(xiàng)D正確．練1勻速前進(jìn)的車廂頂部用細(xì)線豎直懸掛一小球，如圖所示，小球下方與一光滑斜面接觸．關(guān)于小球的受力，下列說(shuō)法正確的是()A．重力和細(xì)線對(duì)它的拉力B．重力、細(xì)線對(duì)它的拉力和斜面對(duì)它的支持力C．重力和斜面對(duì)它的支持力D．細(xì)線對(duì)它的拉力和斜面對(duì)它的支持力【答案】A【解析】小球勻速運(yùn)動(dòng)，處于平衡狀態(tài)，合力為零，則水平方向不能有力的作用，否則細(xì)線不可能處于豎直狀態(tài)，故選項(xiàng)A正確．練2如圖所示，小車內(nèi)一根輕質(zhì)彈簧沿豎直方向和一條與豎直方向成α角的細(xì)繩拴接一小球．當(dāng)小車和小球相對(duì)靜止，一起在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A.細(xì)繩一定對(duì)小球有拉力的作用B．輕彈簧一定對(duì)小球有彈力的作用C．細(xì)繩不一定對(duì)小球有拉力的作用，但是輕彈簧對(duì)小球一定有彈力D．細(xì)繩不一定對(duì)小球有拉力的作用，輕彈簧對(duì)小球也不一定有彈力【答案】D【解析】若小球與小車一起做勻速運(yùn)動(dòng)，則細(xì)繩對(duì)小球無(wú)拉力；若小球與小車有向右的加速度a＝gtanα，則輕彈簧對(duì)小球無(wú)彈力，D正確．命題點(diǎn)精析（二）“四類模型”中的彈力1．輕繩、輕桿、彈性繩和輕彈簧的比較輕繩輕桿彈性繩輕彈簧質(zhì)量大小0000受外力作用時(shí)形變的種類拉伸形變拉伸形變、壓縮形變、彎曲形變拉伸形變拉伸形變、壓縮形變受外力作用時(shí)形變量大小微小，可忽略微小，可忽略較大，不可忽略較大，不可忽略彈力方向沿著繩，指向繩收縮的方向既能沿著桿，也可以跟桿成任意角度沿著繩，指向繩收縮的方向沿著彈簧，指向彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)的方向彈力大小變化情況可以突變可以突變不能突變不能突變2．計(jì)算彈力大小的三種方法(1)根據(jù)胡克定律進(jìn)行求解；(2)根據(jù)力的平衡條件進(jìn)行求解；(3)根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行求解．例2如圖所示，固定在小車上的支架的斜桿與豎直桿間的夾角為θ，在斜桿的下端固定有質(zhì)量為m的小球，下列關(guān)于桿對(duì)球的作用力F的判斷正確的是()A．小車靜止時(shí)，F(xiàn)＝mgsinθ，方向沿桿向上B．小車靜止時(shí)，F(xiàn)＝mgcosθ，方向垂直于桿向上C．小車以向右的加速度a運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定有F＝eq\f(ma,sinθ)D．小車以向左的加速度a運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)＝eq\r(ma2＋mg2)，方向斜向左上方，與豎直方向的夾角θ1滿足tanθ1＝eq\f(a,g)【答案】D【解析】小車靜止時(shí)，由物體的平衡條件知，此時(shí)桿對(duì)小球的作用力方向豎直向上，大小等于球的重力mg，A、B錯(cuò)誤；小車以向右的加速度a運(yùn)動(dòng)，設(shè)小球受桿的作用力的方向與豎直方向的夾角為θ1，如圖甲所示．根據(jù)牛頓第二定律，有Fsinθ1＝ma，F(xiàn)cosθ1＝mg，兩式相除可得tanθ1＝eq\f(a,g)，只有當(dāng)小球的加速度a＝gtanθ時(shí)，桿對(duì)小球的作用力才沿桿的方向，此時(shí)才有F＝eq\f(ma,sinθ)，沿桿的方向，此時(shí)才有F＝eq\f(ma,sinθ)，C錯(cuò)誤；小車以加速度a向左加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由牛頓第二定律，可知小球所受到的重力mg與桿對(duì)球的作用力的合力大小為ma，方向水平向左，如圖乙所示．所以桿對(duì)球的作用力的大小F＝eq\r(ma2＋mg2)，方向斜向左上方，tanθ1＝eq\f(a,g)，D正確．練3(多選)如圖所示，為一輕質(zhì)彈簧的彈力大小和長(zhǎng)度的關(guān)系，根據(jù)圖象判斷，正確的結(jié)論是()A．彈簧的勁度系數(shù)為1N/mB．彈簧的勁度系數(shù)為100N/mC．彈簧的原長(zhǎng)為6cmD．彈簧伸長(zhǎng)0.02m時(shí)，彈力的大小為4N【答案】BC【解析】彈力與彈簧長(zhǎng)度的關(guān)系圖象中，圖象的斜率表示勁度系數(shù)，圖象與橫軸的交點(diǎn)(橫軸的截距)表示彈簧的原長(zhǎng)．k＝eq\f(ΔF,ΔL)＝eq\f(2,2×10－2)N/m＝100N/m，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；彈簧原長(zhǎng)為6cm，選項(xiàng)C正確；彈簧伸長(zhǎng)2cm，即L＝8cm時(shí)，彈力大小為2N，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．練4如圖所示，水平直桿OP右端固定于豎直墻上的O點(diǎn)，長(zhǎng)為L(zhǎng)＝2m的輕繩一端固定于直桿P點(diǎn)，另一端固定于墻上O點(diǎn)正下方的Q點(diǎn)，OP長(zhǎng)為d＝1.2m，重為8N的鉤碼用質(zhì)量不計(jì)的光滑掛鉤掛在輕繩上且處于靜止?fàn)顟B(tài)，則輕繩的彈力大小為()A．10NB．8NC．6ND．5N【答案】D【解析】設(shè)掛鉤所在處為N點(diǎn)，延長(zhǎng)PN交墻于M點(diǎn)，如圖所示：同一條繩子拉力相等，根據(jù)對(duì)稱性可知兩邊的繩子與豎直方向的夾角相等，設(shè)為α，則根據(jù)幾何關(guān)系可知∠NQM＝∠NMQ＝α，故NQ＝MN，即PM等于繩長(zhǎng)；根據(jù)幾何關(guān)系可得：sinα＝eq\f(PO,PM)＝eq\f(1.2,2)＝0.6，則cosα＝0.8，根據(jù)平衡條件可得：2FTcosα＝G，解得：FT＝5N，故D正確．核心素養(yǎng)大提升“死結(jié)”“活結(jié)”“動(dòng)桿”“定桿”問(wèn)題分析一、“動(dòng)桿”和“定桿”問(wèn)題1．動(dòng)桿：若輕桿用轉(zhuǎn)軸或鉸鏈連接，當(dāng)桿處于平衡時(shí)桿所受到的彈力方向一定沿著桿，否則會(huì)引起桿的轉(zhuǎn)動(dòng)．如圖甲所示，若C為轉(zhuǎn)軸，則輕桿在緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)中，彈力方向始終沿桿的方向．2．定桿：若輕桿被固定不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，則桿所受到的彈力方向不一定沿桿的方向．如圖乙所示，水平橫梁的一端A插在墻壁內(nèi)，另一端裝有一個(gè)小滑輪B，一輕繩的一端C固定于墻壁上，另一端跨過(guò)滑輪后懸掛一質(zhì)量m＝10kg的重物，∠CBA＝30°.滑輪受到繩子的作用力應(yīng)為圖丙中兩段繩中拉力F1和F2的合力，因?yàn)橥桓K子張力處處相等，都等于重物的重力，即F1＝F2＝G＝mg＝100N．用平行四邊形定則作圖，可知合力F＝100N，所以滑輪受繩的作用力為100N，方向與水平方向成30°角斜向下，彈力的方向不沿桿．二、“活結(jié)”和“死結(jié)”問(wèn)題1．活結(jié)：當(dāng)繩繞過(guò)滑輪或掛鉤時(shí)，由于滑輪或掛鉤對(duì)繩無(wú)約束，因此繩上的力是相等的，即滑輪只改變力的方向不改變力的大小，例如圖乙中，兩段繩中的拉力大小都等于重物的重力．2．死結(jié)：若結(jié)點(diǎn)不是滑輪時(shí)，是固定點(diǎn)，稱為“死結(jié)”結(jié)點(diǎn)，則兩側(cè)繩上的彈力不一定相等．例3如圖所示，一不可伸長(zhǎng)的輕繩左端固定于O點(diǎn)，右端跨過(guò)位于O′點(diǎn)的光滑定滑輪懸掛一質(zhì)量為1kg的物體，OO′段水平，O、O′間的距離為1.6m，繩上套一可沿繩自由滑動(dòng)的輕環(huán)，現(xiàn)在輕環(huán)上懸掛一鉤碼(圖中未畫(huà)出)，平衡后，物體上升0.4m，物體未碰到定滑輪．則鉤碼的質(zhì)量為()A．1.2kgB．1.6kgC.eq\r(2)kgD.eq\f(\r(2),2)kg【答案】A【解析】重新平衡后，繩子形狀如圖所示：設(shè)鉤碼的質(zhì)量為M，由幾何關(guān)系知：繩子與豎直方向夾角為θ＝53°，根據(jù)平衡條件可得：2mgcos53°＝Mg，解得：M＝1.2kg，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．練5如圖所示，滑輪本身的質(zhì)量可忽略不計(jì)，滑輪軸O安在一根輕桿B上，一根輕繩AC繞過(guò)滑輪，A端固定在墻上，且繩保持水平，C端掛一重物，BO與豎直方向夾角θ＝45°，系統(tǒng)保持平衡．若保持滑輪的位置不變，改變夾角θ的大小，則滑輪受到輕桿作用力大小變化情況是()A．只有角θ變小，作用力才變大B．只有角θ變大，作用力才變大C．不論角θ變大或變小，作用力都是變大D．不論角θ變大或變小，作用力都不變【答案】D【解析】由于兩側(cè)輕繩中拉力不變，若保持滑輪的位置不變，改變夾角θ的大小，則滑輪受到輕桿作用力大小等于兩側(cè)輕繩中拉力的合力，始終保持不變，故選項(xiàng)D正確，A、B、C錯(cuò)誤．練6如圖所示，一根繩的兩端分別固定在兩座山的A、B處，A、B兩點(diǎn)水平距離BD＝16m，豎直距離AD＝2m，A、B間繩長(zhǎng)為20m．重力為120N的猴子抓住套在繩子上的光滑輕質(zhì)滑環(huán)在AB間滑動(dòng)，某時(shí)刻猴子在最低點(diǎn)C處?kù)o止，則此時(shí)繩的張力大小為(繩處于拉直狀態(tài))()A．75N B．100NC．150N D．200N【答案】B【解析】對(duì)猴子受力分析如圖所示設(shè)拉力FT與水平方向的夾角為θ，由幾何關(guān)系可得：cosθ＝eq\f(16,20)＝eq\f(4,5)，解得θ＝37°，又由平衡條件得：2FTsinθ＝mg，解得：FT＝eq\f(mg,2sinθ)＝eq\f(120,2×\f(3,5))N＝100N，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確．例4如圖為兩種形式的吊車的示意圖，OA為可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的輕桿，輕桿的重力不計(jì)，AB為纜繩，當(dāng)它們吊起相同重物時(shí)，桿OA在圖(a)、(b)中的受力分別為Fa、Fb，則下列關(guān)系正確的是()A．Fa＝Fb B．Fa>FbC．Fa<Fb D．大小不確定【答案】A【解析】對(duì)題圖中的A點(diǎn)受力分析，則由圖甲可得Fa＝Fa′＝2mgcos30°＝eq\r(3)mg由圖乙可得tan30°＝eq\f(mg,Fb′)則Fb＝Fb′＝eq\r(3)mg故Fa＝Fb.練7如圖甲所示，輕桿OB可繞B點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端O點(diǎn)用細(xì)繩OA拉住，固定在左側(cè)墻壁上，質(zhì)量為m的重物用細(xì)繩OC懸掛在輕桿的O點(diǎn)，OA與輕桿的夾角∠BOA＝30°。乙圖中水平輕桿OB一端固定在豎直墻壁上，另一端O裝有小滑輪，用一根繩跨過(guò)滑輪后懸掛一質(zhì)量為m的重物，圖中∠BOA＝30°，求：(1)甲、乙兩圖中細(xì)繩OA的拉力；(2)甲圖中輕桿受到的彈力；(3)乙圖中輕桿對(duì)滑輪的作用力；【答案】(1)2mgmg(2)eq\r(3)mg(3)mg【解析】(1)由于題圖甲中的桿可繞B轉(zhuǎn)動(dòng)，是轉(zhuǎn)軸桿(“活桿”)，故其受力方向沿桿方向，O點(diǎn)的受力情況如圖(a)所示，則O點(diǎn)所受繩子OA的拉力FT1、桿的彈力FN1的合力與物體的重力是大小相等、方向相反的，在直角三角形中可得，F(xiàn)T1＝eq\f(mg,sin30°)＝2mg；題圖乙中是用一細(xì)繩跨過(guò)滑輪懸掛物體的，由于O點(diǎn)處是滑輪，它只是改變繩中力的方向，并未改變力的大小，且AOC是同一段繩子，而同一段繩上的力處處相等，故乙圖中繩子拉力為FT1′＝FT2′＝mg。(2)由圖(a)可知，甲圖中輕桿受到的彈力為FN1′＝FN1＝eq\f(mg,tan30°)＝eq\r(3)mg。(3)對(duì)乙圖中的滑輪受力分析，如圖(b)所示，由于桿OB不可轉(zhuǎn)動(dòng)，所以