2024屆高考物理復(fù)習(xí)：重力彈力

第1講重力彈力一、重力1．產(chǎn)生：由于地球的吸引而使物體受到的力。2．大小：與物體的質(zhì)量成正比，即G＝mg。可用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量重力。3．方向：總是豎直向下的。4．重心(1)定義：物體各部分都受重力的作用，從效果上看，可以認(rèn)為各部分受到的重力作用集中于一點(diǎn)，這一點(diǎn)叫作物體的重心。(2)重心位置的確定①其位置與物體的質(zhì)量分布和形狀有關(guān)。②質(zhì)量分布均勻的規(guī)則物體的重心在其幾何中心。二、形變、彈力、胡克定律1．形變(1)定義：物體在力的作用下形狀或體積的變化叫作形變。(2)彈性形變：有些物體在形變后撤去作用力時(shí)能夠恢復(fù)原狀的形變。(3)彈性限度：當(dāng)形變超過一定限度時(shí)，撤去作用力后物體不能完全恢復(fù)原來的形狀，這個(gè)限度叫作彈性限度。2．彈力(1)定義：發(fā)生彈性形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用，這種力叫作彈力。(2)產(chǎn)生條件：物體相互接觸且發(fā)生彈性形變。(3)方向：①總是與物體形變的方向相反；②彈力的方向總是與作用在物體上使物體發(fā)生形變的外力方向相反。3．胡克定律(1)內(nèi)容：彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力F的大小跟彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度x成正比。(2)表達(dá)式：F＝kx。①k是彈簧的勁度系數(shù)，單位為N/m；k的大小由彈簧自身性質(zhì)決定。②x是形變量，不是彈簧形變以后的長(zhǎng)度。,eq\a\vs4\al(情境創(chuàng)設(shè))如圖所示，健身拉力器是一種很簡(jiǎn)單且容易獲得的健身器材。拉力器能夠鍛煉的部位有很多：可以練肩部，練手臂，練胸，練腿，練背等。微點(diǎn)判斷(1)健身愛好者所受重力的方向不一定指向地心。(√)(2)地面對(duì)健身愛好者的支持力是由于健身愛好者的腳發(fā)生了形變。(×)(3)彈簧拉伸時(shí)，健身愛好者的手與彈簧間一定有彈力。(√)(4)健身拉力器中的彈簧，其形變量越大，勁度系數(shù)越大。(×)(5)健身拉力器中的彈簧，其勁度系數(shù)是由彈簧自身性質(zhì)決定的。(√)(6)F＝kx中“x”表示彈簧形變后的長(zhǎng)度。(×)(一)重力與重心(固基點(diǎn))[題點(diǎn)全練通]1．關(guān)于物體的重力，下列說法正確的是()A．在“天上”繞地球飛行的人造衛(wèi)星不受重力作用B．物體放在真空中不受重力作用C．將物體豎直向上拋出后，物體在上升階段所受的重力比落向地面時(shí)小D．物體所受重力的大小與物體的質(zhì)量有關(guān)，與物體是否運(yùn)動(dòng)及怎樣運(yùn)動(dòng)無關(guān)解析：選D重力是由于地球的吸引而使地面附近物體受到的地球的作用力，不管物體是否在真空中，是靜止還是運(yùn)動(dòng)，也不管物體是上升還是下落，一切物體都受重力作用，故A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；地面附近同一物體的重力大小、方向都不會(huì)發(fā)生改變，重力的大小可由公式G＝mg求出，C項(xiàng)錯(cuò)誤；重力大小與物體的質(zhì)量m有關(guān)，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，D項(xiàng)正確。2．在下列物品中符合重心在幾何體內(nèi)部且位于中心的是()A．如圖甲所示的均勻材質(zhì)的鐵球B．如圖乙所示的煎好的麥餅C．如圖丙所示的實(shí)心球D．如圖丁所示的對(duì)稱的馬蹄形磁鐵解析：選A圖甲為均勻材質(zhì)的鐵球，故重心在其內(nèi)部且位于中心，A正確；煎好的麥餅質(zhì)地不一定均勻、形狀不一定規(guī)則，B錯(cuò)誤；實(shí)心球質(zhì)地不一定均勻，C錯(cuò)誤；馬蹄形磁鐵的重心在幾何體外部，D錯(cuò)誤。3.(2022·浙江1月選考)如圖所示，公園里有一仿制我國(guó)古代欹器的U形水桶，桶可繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，水管口持續(xù)有水流出，過一段時(shí)間桶會(huì)翻轉(zhuǎn)一次，決定桶能否翻轉(zhuǎn)的主要因素是()A．水桶自身重力的大小B．水管每秒出水量的大小C．水流對(duì)桶撞擊力的大小D．水桶與水整體的重心高低解析：選D由題意可知水桶中的水到一定量之后，導(dǎo)致水桶與水整體的重心往上移動(dòng)，豎直向下的重力作用線偏離中心轉(zhuǎn)軸，導(dǎo)致水桶不能穩(wěn)定平衡，發(fā)生翻轉(zhuǎn)，D正確。[要點(diǎn)自悟明]1．重心是重力的等效作用點(diǎn)，其位置與物體的形狀和質(zhì)量分布有關(guān)，但不一定在物體上。2．對(duì)于形狀不規(guī)則或質(zhì)量不均勻分布的薄板，重心可用懸掛法確定。3．重力的方向總是豎直向下，不一定指向地心，也不一定垂直向下。4．重力的大小G＝mg，而g的大小與所處的地球位置有關(guān)。(二)彈力(精研點(diǎn))研清微點(diǎn)1彈力的有無判斷1．[假設(shè)法]如圖所示，圖中的物體A、B均處于靜止?fàn)顟B(tài)，下列說法正確的是()A．圖甲中水平地面是光滑的，A與B間存在彈力B．圖乙中兩斜面與水平地面的夾角分別為α、β，A對(duì)兩斜面均有壓力的作用C．圖丙中A不會(huì)受到斜面B對(duì)它的支持力的作用D．圖丁中A受到斜面B對(duì)它的支持力的作用解析：選B圖甲中對(duì)B進(jìn)行受力分析，B受重力和地面支持力的作用，豎直方向二力平衡，B靜止，水平方向不可能再受到A對(duì)B的彈力作用，A錯(cuò)誤；圖乙中若除去左側(cè)的斜面，或去掉右側(cè)的斜面，A不能保持靜止，所以A對(duì)兩斜面均有壓力的作用，B正確；圖丙中繩子對(duì)A的拉力斜向右上，若將斜面B移走，A不能保持靜止，故A受到斜面B對(duì)它的彈力作用，C錯(cuò)誤；圖丁中繩子處于豎直狀態(tài)，若A與斜面B間有彈力，繩子不能保持豎直狀態(tài)，故A不受斜面B的彈力作用，D錯(cuò)誤。2．[狀態(tài)法]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解析：選D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；若球與小車一起水平向左做勻加速運(yùn)動(dòng)，則球在a處受到的支持力可能為零，D正確。一點(diǎn)一過判斷彈力有無的三種方法1．條件法：看是否接觸，有無彈性形變。2．假設(shè)法(以下圖為例說明)eq\a\vs4\al(光滑接觸面a傾斜,光滑接觸面b水平)項(xiàng)目具體方法結(jié)果結(jié)論解除接觸面去除接觸面a球保持靜止a對(duì)球無彈力去除接觸面b球下落b對(duì)球有彈力假設(shè)有彈力a對(duì)球有彈力球向右滾動(dòng)a對(duì)球無彈力b對(duì)球有彈力球仍保持靜止b對(duì)球有彈力3．狀態(tài)法根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由平衡條件或牛頓第二定律進(jìn)行判斷。如第2題，球在a點(diǎn)和b點(diǎn)是否存在支持力，與球和小車所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。研清微點(diǎn)2彈力的方向判斷3．在下圖中畫出各彈力的方向類型面與面點(diǎn)與面點(diǎn)與曲面曲面與平面示例注：學(xué)生用書中已將3、4題示例中的彈力方向刪除。4．在下圖中畫出各彈力的方向類型繩的彈力一定沿繩桿的彈力不一定沿桿彈簧分拉伸、壓縮示例一點(diǎn)一過常見的5種形式的彈力方向1．物體間平面與平面接觸：彈力的方向垂直于公共接觸面，指向受力物體。2．物體間點(diǎn)與曲面接觸：物體所受彈力垂直于接觸點(diǎn)的切面，指向受力物體。3．物體間平面與曲面接觸：物體所受彈力垂直于平面指向受力物體。4．細(xì)繩上的彈力方向：沿繩指向繩收縮的方向。5．輕桿對(duì)物體的彈力方向：不一定沿桿，其方向與物體的狀態(tài)有關(guān)。研清微點(diǎn)3彈力的大小計(jì)算5．[彈簧]兩個(gè)勁度系數(shù)分別為k1和k2的輕質(zhì)彈簧a、b串接在一起，a彈簧的一端固定在墻上，如圖所示。開始時(shí)彈簧均處于原長(zhǎng)狀態(tài)，現(xiàn)用水平力作用在b彈簧的P端向右拉動(dòng)彈簧，已知a彈簧的伸長(zhǎng)量為L(zhǎng)，則()A．b彈簧的伸長(zhǎng)量也為L(zhǎng)B．b彈簧的伸長(zhǎng)量為eq\f(k1L,k2)C．P端向右移動(dòng)的距離為2LD．P端向右移動(dòng)的距離為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(k2,k1)))L解析：選B根據(jù)兩根彈簧中彈力相等可得b彈簧的伸長(zhǎng)量為eq\f(k1L,k2)，P端向右移動(dòng)的距離為L(zhǎng)＋eq\f(k1,k2)L，選項(xiàng)B正確。6．[平衡體]現(xiàn)代人經(jīng)常低頭玩手機(jī)，這會(huì)使頸椎長(zhǎng)期受壓，可能引發(fā)頸椎病。某同學(xué)低頭看手機(jī)時(shí)，可粗略認(rèn)為頭受到重力G、肌肉拉力F和頸椎支持力N，如圖所示，若頸椎彎曲與豎直方向成30°，此時(shí)肌肉對(duì)頭的拉力F約為頭所受重力的1倍，由此估算頸椎受到的壓力大小約為()A．2GB.eq\r(3)GC．GD.eq\f(\r(3),2)G解析：選B由平衡條件知，重力G與肌肉拉力F的合力與頸椎支持力N平衡，根據(jù)幾何關(guān)系及力的平行四邊形定則得N＝2Gcos30°＝eq\r(3)G，由牛頓第三定律知，頸椎受到的壓力大小約為eq\r(3)G，故B正確。7．[非平衡體](多選)如圖所示為位于水平面上的小車，固定在小車上的支架的斜桿與豎直桿的夾角為θ，在斜桿下端固定有質(zhì)量為m的小球?，F(xiàn)使小車以加速度a向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是()A．桿對(duì)小球的彈力豎直向上B．桿對(duì)小球的彈力沿桿向上C．桿對(duì)小球的彈力大小可能為eq\f(mg,cosθ)D．桿對(duì)小球的彈力大小為F＝eq\r(mg2＋ma2)解析：選CD設(shè)桿對(duì)小球的彈力F在豎直方向的分力為Fy，水平方向的分力為Fx，由牛頓第二定律可知，F(xiàn)y＝mg，F(xiàn)x＝ma，F(xiàn)＝eq\r(mg2＋ma2)，當(dāng)eq\f(ma,mg)＝tanθ時(shí)，即a＝gtanθ時(shí)，桿對(duì)球的彈力沿桿向上，此時(shí)F＝eq\f(mg,cosθ)，綜上所述，A、B錯(cuò)誤，C、D正確。一點(diǎn)一過計(jì)算彈力大小的3種方法1．彈簧——應(yīng)用胡克定律計(jì)算(1)由F＝kx計(jì)算，其中x為彈簧的形變量。(2)彈簧串聯(lián)時(shí)，各彈簧的彈力大小相等，彈簧的形變量一般不同。(3)彈簧并聯(lián)時(shí)，各彈簧的形變量相等，彈力一般不同。2．平衡體——應(yīng)用平衡條件計(jì)算(1)對(duì)物體受力分析，明確是二力平衡還是多力平衡，畫出受力圖。(2)應(yīng)用物體的平衡條件，借助力的平行四邊形定則及三角函數(shù)知識(shí)求解結(jié)果。3．非平衡體——應(yīng)用牛頓第二定律計(jì)算(1)對(duì)物體受力分析，畫出受力圖。(2)應(yīng)用牛頓第二定律，沿加速度的方向和垂直于加速度方向列方程。(3)求解彈力的大小和方向，并判斷結(jié)果的合理性。[課時(shí)跟蹤檢測(cè)]1．下列關(guān)于重力、重心的說法，正確的是()A．任何有規(guī)則形狀的物體，它的重心一定與它的幾何中心重合B．任何物體的重心都在物體上，不可能在物體外C．用一繩子將物體懸掛起來，物體靜止時(shí)，該物體的重心不一定在繩子的延長(zhǎng)線上D．重力是由地面附近的物體受到地球的萬有引力而產(chǎn)生的解析：選D只有質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體，其重心才在幾何中心上，故A錯(cuò)誤；物體的重心可以在物體上，也可以在物體外，如環(huán)的重心在環(huán)的本體外，故B錯(cuò)誤；用一繩子將物體懸掛起來，物體靜止時(shí)，由二力平衡可知，該物體的重心一定在繩子的延長(zhǎng)線上，故C錯(cuò)誤；重力是由地面附近的物體受到地球的吸引力而產(chǎn)生的，故D正確。2．雙層巴士靠站后，上車乘客向上層的后方走動(dòng)，此時(shí)，車的重心()A．向前上方移動(dòng) B．向后上方移動(dòng)C．向上移動(dòng) D．不變解析：選B在乘客移動(dòng)過程中，雙層巴士后上方的質(zhì)量增大，所以車的重心向后上方移動(dòng)，故B正確。3．下列圖中，光滑小球都與下表面接觸，則小球一定受支持力的是()解析：選C選項(xiàng)A、B、D中，如果繩子的拉力等于小球的重力，則小球不會(huì)受到支持力的作用，但是選項(xiàng)C中若小球不受支持力的作用，小球不會(huì)處于平衡狀態(tài)，故一定受到支持力作用，故C正確。4.在日常生活及各項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)中，有彈力出現(xiàn)的情況比較普遍，如圖所示的情況就是一個(gè)實(shí)例。當(dāng)運(yùn)動(dòng)員踩壓跳板使跳板彎曲到最低點(diǎn)時(shí)，下列說法正確的是()A．跳板發(fā)生形變，運(yùn)動(dòng)員的腳沒有發(fā)生形變B．運(yùn)動(dòng)員受到的支持力是運(yùn)動(dòng)員的腳發(fā)生形變而產(chǎn)生的C．此時(shí)跳板對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力和運(yùn)動(dòng)員的重力等大D．此時(shí)跳板對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力大于運(yùn)動(dòng)員的重力解析：選D發(fā)生相互作用的物體均要發(fā)生形變，故A錯(cuò)誤；發(fā)生形變的物體，為了恢復(fù)原狀，會(huì)對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生彈力的作用，B錯(cuò)誤；在最低點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)員的瞬時(shí)速度雖然為零，但接著運(yùn)動(dòng)員要加速上升，故此時(shí)跳板對(duì)運(yùn)動(dòng)員的支持力大于運(yùn)動(dòng)員的重力，C錯(cuò)誤，D正確。5.高竿船技是浙江嘉興文化古鎮(zhèn)(烏鎮(zhèn))至今仍保留并演出的傳統(tǒng)民間雜技藝術(shù)，表演者爬上固定在船上的竹竿，模擬蠶寶寶吐絲作繭的動(dòng)作祈愿蠶繭豐收。如圖所示，此時(shí)表演者靜止在彎曲傾斜的竹竿上，則下列說法正確的是()A．表演者對(duì)竹竿的彈力是由竹竿形變產(chǎn)生的B．表演者對(duì)竹竿的力豎直向下C．表演者對(duì)竹竿的摩擦力一定為零D．表演者對(duì)竹竿的力大于竹竿對(duì)表演者的力解析：選B表演者對(duì)竹竿的彈力是由表演者發(fā)生形變產(chǎn)生的，故A錯(cuò)誤；因?yàn)楸硌菡哽o止在彎曲傾斜的竹竿上，受到重力、彈力和摩擦力作用，且處于平衡，故竹竿對(duì)表演者的力豎直向上，根據(jù)牛頓第三定律可知表演者對(duì)竹竿的力豎直向下，故B正確，C錯(cuò)誤；表演者對(duì)竹竿的力與竹竿對(duì)表演者的力大小相等，故D錯(cuò)誤。6.如圖所示，有兩根完全相同的輕彈簧。圖甲中，彈簧豎直固定在地面上，彈簧頂端有一質(zhì)量為2kg的物塊A，彈簧長(zhǎng)度為7cm；圖乙中，質(zhì)量為0.5kg的物塊B懸掛在彈簧下端，彈簧長(zhǎng)度為9.5cm。物塊A、B均處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧均處于彈性范圍內(nèi)，取重力加速度大小g＝10m/s2。則該彈簧的原長(zhǎng)為()A．7.5cm B．8cmC．8.5cm D．9cm解析：選D由胡克定律可得mAg＝k(x0－x1)，mBg＝k(x2－x0)，解得x0＝9cm，D正確。7．如圖所示，小車內(nèi)沿豎直方向的一根輕質(zhì)彈簧和一條與豎直方向成α角的細(xì)繩拴接