高考物理一輪 （考綱自主研讀+命題探究+高考全程解密） 第1講重力 彈力 摩擦力（含解析） 新人教版

物理1第二章相互作用第1講重力彈力摩擦力eq\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書P23)重力Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動(dòng)】(單選)(·蚌埠高三檢測(cè))小明對(duì)重力有以下四種認(rèn)識(shí)，其中正確的是()．A．重力方向總是垂直于物體的表面B．重力方向總是豎直向下C．物體的重心一定在物體上D．在同一地點(diǎn)，同一物體靜止時(shí)所受的重力與其運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的重力不一樣答案B【知識(shí)存盤】1．產(chǎn)生：由于地球?qū)ξ矬w的吸引而使物體受到的力．2．大小：G＝mg．3．g的特點(diǎn)(1)在地球上同一地點(diǎn)g值是一個(gè)不變的常數(shù)．(2)g值隨著緯度的增大而增大．(3)g值隨著高度的增大而減?。?．方向：豎直向下5．重心(1)相關(guān)因素①物體的幾何形狀．②物體的質(zhì)量分布．(2)位置確定①質(zhì)量分布均勻的規(guī)則物體，重心在其幾何中心；②對(duì)于形狀不規(guī)則或者質(zhì)量分布不均勻的薄板，重心可用懸掛法確定．形變和彈力、胡克定律Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動(dòng)】(單選)在圖中，A、B均處于靜止?fàn)顟B(tài)，則A、B之間一定有彈力的是()．解析假設(shè)將與研究對(duì)象接觸的物體逐一移走，如果研究對(duì)象的狀態(tài)發(fā)生變化，則表示它們之間有彈力；如果狀態(tài)無變化，則表示它們之間無彈力．四個(gè)選項(xiàng)中當(dāng)B選項(xiàng)中的B物體移走后，A物體一定會(huì)擺動(dòng)，所以B選項(xiàng)中A、B間一定有彈力．答案B【知識(shí)存盤】1．形變：物體在力的作用下形狀或體積的變化叫形變．2．彈性(1)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．(2)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)限度叫彈性限度．3．彈力(1)定義：發(fā)生彈性形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，會(huì)對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用．(2)產(chǎn)生條件①物體相互接觸；②物體發(fā)生彈性形變．(3)方向：彈力的方向總是與施力物體形變的方向相反．4．胡克定律(1)內(nèi)容：彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力的大小F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是彈簧長(zhǎng)度的變化量，不是彈簧形變以后的長(zhǎng)度．靜摩擦、滑動(dòng)摩擦、摩擦力、動(dòng)摩擦因數(shù)Ⅰ(考綱要求)【思維驅(qū)動(dòng)】(單選)下列關(guān)于摩擦力的說法正確的是()．A．摩擦力的方向總與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反B．摩擦力的大小與相應(yīng)的正壓力成正比C．運(yùn)動(dòng)著的物體不可能受靜摩擦力作用，只能受滑動(dòng)摩擦力作用D．靜摩擦力的方向與接觸物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反解析摩擦力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向可以相同也可以相反，故A錯(cuò)；靜摩擦力的方向總是與物體間相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，故D對(duì)；靜摩擦力存在于相對(duì)靜止的物體間，物體可以是靜止的，也可以是運(yùn)動(dòng)的，故C錯(cuò)；滑動(dòng)摩擦力大小與正壓力成正比，靜摩擦力與正壓力無關(guān)，最大靜摩擦力與正壓力成正比，故B錯(cuò)．答案D【知識(shí)存盤】1．靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力(1)靜摩擦力：兩個(gè)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的物體間在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力叫靜摩擦力．(2)滑動(dòng)摩擦力：兩個(gè)有相對(duì)滑動(dòng)的物體間在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力叫滑動(dòng)摩擦力．2．兩種摩擦力的對(duì)比摩擦力靜摩擦力滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生條件(必要條件)接觸面粗糙接觸處有彈力兩物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)(仍保持相對(duì)靜止)接觸面粗糙接觸處有彈力兩物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)大小靜摩擦力F為被動(dòng)力，與正壓力無關(guān)，滿足0<Ff≤Fmax最大靜摩擦力Fmax大小與正壓力大小有關(guān)滑動(dòng)摩擦力：Ff＝μFN(μ為動(dòng)摩擦因數(shù)，取決于接觸面材料及粗糙程度，F(xiàn)N為正壓力)方向沿接觸面與受力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反沿接觸面與受力物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向相反1.2．三個(gè)方向eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(運(yùn)動(dòng)方向,相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向,相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向))3．兩個(gè)“相對(duì)”eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(相對(duì)靜止,相對(duì)運(yùn)動(dòng)))eq\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書P24)考點(diǎn)一彈力方向的判斷及大小計(jì)算圖2－1－1【典例1】(單選)如圖2－1－1所示，一重為10N的球固定在支桿AB的上端，今用一段繩子水平拉球，使桿發(fā)生彎曲，已知繩的拉力為7.5N，則AB桿對(duì)球的作用力()．A．大小為7.5NB．大小為10NC．方向與水平方向成53°角斜向右下方D．方向與水平方向成53°角斜向左上方解析對(duì)小球進(jìn)行受力分析可得，AB桿對(duì)球的作用力和繩的拉力的合力與小球重力等值反向，令A(yù)B桿對(duì)小球的作用力與水平方向夾角為α，可得：tanα＝eq\f(G,F拉)＝eq\f(4,3)，α＝53°，故D項(xiàng)正確．答案D【變式跟蹤1】(單選)小車上固定一根彈性直桿A，圖2－1－2桿頂固定一個(gè)小球B(如圖2－1－2所示)，現(xiàn)讓小車從光滑斜面上自由下滑，在下圖的情況中桿發(fā)生了不同的形變，其中正確的是()．解析小車在光滑斜面上自由下滑，則加速度a＝gsinθ(θ為斜面的傾角)，由牛頓第二定律可知小球所受重力和桿的彈力的合力沿斜面向下，且小球的加速度等于gsinθ，則桿的彈力方向垂直于斜面向上，桿不會(huì)發(fā)生彎曲，C正確．答案C,以題說法1．判斷彈力有無的常用方法(1)“條件法”：根據(jù)彈力產(chǎn)生的兩個(gè)條件——接觸和發(fā)生彈性形變直接判斷．(2)“狀態(tài)法”：根據(jù)研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析，判斷物體是否需要彈力，才能保持現(xiàn)在的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．2．彈力方向的判斷方法(1)根據(jù)物體所受彈力方向與施力物體形變的方向相反，與自身(受力物體)形變方向相同判斷．注：幾種常見接觸面間的彈力見“狀元微博”．(2)根據(jù)共點(diǎn)力的平衡條件或牛頓第二定律進(jìn)行判斷．3．彈力大小的計(jì)算方法(1)根據(jù)力的平衡條件進(jìn)行求解．(2)根據(jù)胡克定律進(jìn)行求解．(3)根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行求解．4．桿的彈力：桿既可以產(chǎn)生拉力，也可以產(chǎn)生支持力，彈力的方向可能沿著桿，也可能不沿桿．考點(diǎn)二靜摩擦力方向的判斷1．受靜摩擦力作用的物體不一定是靜止的，受滑動(dòng)摩擦力作用的物體不一定是運(yùn)動(dòng)的．2．摩擦力阻礙的是物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但摩擦力不一定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，即摩擦力不一定是阻力．【典例2】(單選)如圖2－1－3所示，物體P、Q在力F作用下一起以相同速度沿F方向勻速運(yùn)動(dòng)，關(guān)于物體P所受的摩擦力，下列說法正確的是()．圖2－1－3A．甲、乙兩圖中物體P均受摩擦力，且方向均與F相同B．甲、乙兩圖中物體P均受摩擦力，且方向均與F相反C．甲、乙兩圖中物體P均不受摩擦力D．甲圖中物體P不受摩擦力，乙圖中物體P受摩擦力，方向和F方向相同解析用假設(shè)法分析：甲圖中，假設(shè)P受摩擦力，與P做勻速運(yùn)動(dòng)在水平方向合力為零不符，所以P不受摩擦力；乙圖中，假設(shè)P不受摩擦力，P將相對(duì)Q沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，從而P受沿F方向的摩擦力．正確選項(xiàng)是D.答案D【變式跟蹤2】(單選)圖2－1－4如圖2－1－4所示，A、B兩物體疊放在一起，在粗糙的水平面上保持相對(duì)靜止地向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中B受到的摩擦力()．A．方向向左，大小不變B．方向向左，逐漸減小C．方向向右，大小不變D．方向向右，逐漸減小解析物體B具有水平向左的恒定加速度，由牛頓第二定律知，物體B受到的合外力水平向左且恒定，對(duì)物體B受力分析可知，物體B在水平方向的合外力就是物體A施加的靜摩擦力，因此，物體B受到的摩擦力方向向左，且大小不變，故A正確．答案A【變式跟蹤3】(多選)如圖2－1－5所示，圖2－1－5用一水平力F把A、B兩個(gè)物體擠壓在豎直的墻上，A、B兩物體均處于靜止?fàn)顟B(tài)，下列判斷正確的是()．A．B物體對(duì)A物體的靜摩擦力方向向下B．F增大時(shí)，A和墻之間的摩擦力也增大C．若B的重力大于A的重力，則B受到的摩擦力大于墻對(duì)A的摩擦力D．不論A、B的重力哪個(gè)大，B受到的摩擦力一定小于墻對(duì)A的摩擦力解析將A、B視為整體，可以看出A物體受到墻的摩擦力方向豎直向上．對(duì)B受力分析可知B受到的摩擦力方向向上，由牛頓第三定律可知B對(duì)A的摩擦力方向向下，A正確；由于A、B兩物體受到的重力不變，根據(jù)平衡條件可知B錯(cuò)誤；A和墻之間的摩擦力與A、B兩物體重力平衡，故C錯(cuò)誤、D正確．答案AD,以題說法判斷靜摩擦力的有無及方向的常用方法1．假設(shè)法：利用假設(shè)法判斷的思維程序如下：2．狀態(tài)法：(如變式跟蹤2)明確物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分析物體的受力情況，根據(jù)平衡方程或牛頓第二定律求解靜摩擦力的大小和方向．3．牛頓第三定律法：(如變式跟蹤3)此法的關(guān)鍵是抓住“力是成對(duì)出現(xiàn)的”，先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向，再根據(jù)“力的相互性”確定另一物體受到的靜摩擦力方向．考點(diǎn)三摩擦力的大小計(jì)算圖2－1－6【典例3】在粗糙的水平面上放一物體A，A上再放一質(zhì)量為m的物體B，A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，施加一水平力F作用于A(如圖2－1－6所示)，計(jì)算下列情況下A對(duì)B的摩擦力．(1)當(dāng)A、B一起做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)；(2)當(dāng)A、B一起以加速度a向右勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)；(3)當(dāng)力F足夠大而使A、B發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)；(4)當(dāng)A、B發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，且B物體的eq\f(1,5)伸到A的外面時(shí)．解析(1)因A、B一起向右勻速運(yùn)動(dòng)，B物體受到的合力為零，所以B物體受到的摩擦力為零．(2)因A、B無相對(duì)滑動(dòng)，所以B受到的摩擦力是靜摩擦力，此時(shí)不能用Ff＝μFN來計(jì)算，對(duì)B物體受力分析，由牛頓第二定律得F合＝ma，所以Ff＝ma，方向水平向右．(3)因A、B發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，所以B受到的摩擦力是滑動(dòng)摩擦力，即Ff＝μFN＝μmg，方向水平向右．(4)因滑動(dòng)摩擦力的大小與物體間的接觸面積大小無關(guān)，所以Ff＝μmg.方向水平向右．答案(1)0(2)ma，方向水平向右(3)μmg，方向水平向右(4)μmg，方向水平向右【變式跟蹤4】(單選)(·山東淄博聯(lián)考)圖2－1－7如圖2－1－7所示，物塊A放在傾斜的木板上，已知木板的傾角α分別為30°和45°時(shí)物塊所受摩擦力的大小恰好相同，則物塊和木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為()．A.eq\f(1,2)B.eq\f(\r(3),2)C.eq\f(\r(2),2)D.eq\f(\r(5),2)解析由題意可以判斷出，當(dāng)傾角α＝30°時(shí)，物塊受到的摩擦力是靜摩擦力，大小為Ff1＝mgsin30°，當(dāng)α＝45°時(shí)，物塊受到的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，大小為Ff2＝μFN＝μmgcos45°，由Ff1＝Ff2得μ＝eq\f(\r(2),2).答案C,借題發(fā)揮摩擦力大小的計(jì)算技巧分析計(jì)算摩擦力的大小和方向時(shí)，應(yīng)先分清是滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力．1．若是滑動(dòng)摩擦力，則根據(jù)公式Ff＝μFN或力的平衡條件或牛頓第二定律進(jìn)行分析計(jì)算，切記壓力FN一般情況下不等于重力．2．若是靜摩擦力，則只能根據(jù)力的平衡條件或牛頓第二定律進(jìn)行分析計(jì)算，切記不能用公式Ff＝μFN計(jì)算靜摩擦力．eq\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書P26)疑難突破1摩擦力的“突變”問題一、靜靜“突變”物體在摩擦力和其他力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)作用在物體上的其他力的合力發(fā)生變化時(shí)，如果物體仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)，則物體受到的靜摩擦力的大小和方向?qū)l(fā)生突變．(如典例1)二、靜動(dòng)“突變”物體在摩擦力和其他力作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)其他力變化時(shí)，如果物體不能保持靜止?fàn)顟B(tài)，則物體受到的靜摩擦力將“突變”成滑動(dòng)摩擦力．(如典例2)三、動(dòng)靜“突變”在摩擦力和其他力作用下，做減速運(yùn)動(dòng)的物體突然停止滑行時(shí)，物體將不受摩擦力作用，或滑動(dòng)摩擦力“突變”成靜摩擦力．(如典例3)突破策略物體受到的外力發(fā)生變化時(shí)，物體受到的摩擦力的種類就有可能發(fā)生突變．解決這類問題的關(guān)鍵是：正確對(duì)物體受力分析和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，從而找到物體摩擦力的突變“臨界點(diǎn)”.典例1(單選)一木塊放在水平桌面上，圖2－1－8在水平方向共受到三個(gè)力即F1、F2和摩擦力的作用，木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖2－1－8所示，其中F1＝10N，F(xiàn)2＝2N，若撤去F1，則木塊受到的摩擦力為()．A．10N，方向向左B．6N，方向向右C．2N，方向向右D．0解析當(dāng)物體受F1、F2及摩擦力的作用而處于平衡狀態(tài)時(shí)，由平衡條件可知物體所受的摩擦力的大小為8N，可知最大靜摩擦力Ffmax≥8N．當(dāng)撤去力F1后，F(xiàn)2＝2N<Ffmax，物體仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，由平衡條件可知物體所受的靜摩擦力大小和方向發(fā)生突變，且與作用在物體上的F2等大反向．C正確．答案C典例2(單選)長(zhǎng)直木板的上表面的一端放有一鐵塊，圖2－1－9木板由水平位置緩慢向上轉(zhuǎn)動(dòng)(即木板與水平面的夾角α變大)，另一端不動(dòng)，如圖2－1－9所示．則鐵塊受到的摩擦力Ff隨角度α的變化圖象可能正確的是下圖中的(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)()．解析設(shè)木板與水平面間的夾角增大到θ時(shí)，鐵塊開始滑動(dòng)，顯然當(dāng)α<θ時(shí)，鐵塊與木板相對(duì)靜止．由力的平衡條件可知，鐵塊受到的靜摩擦力的大小為Ff＝mgsinα；當(dāng)α≥θ時(shí)鐵塊與木板間的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，設(shè)動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，由滑動(dòng)摩擦力公式得，鐵塊受到的滑動(dòng)摩擦力為Ff＝μmgcosθ.通過上述分析知道：α<θ時(shí)，靜摩擦力隨α角增大按正弦函數(shù)增加；當(dāng)α≥θ時(shí)，滑動(dòng)摩擦力隨α角增大按余弦規(guī)律減小，所以正確選項(xiàng)為C.答案C典例3(單選)如圖2－1－10所示，圖2－1－10質(zhì)量為1kg的物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2，從t＝0開始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同時(shí)受到一個(gè)水平向左的恒力F＝1N的作用，取g＝10m/s2，向右為正方向，該物體受到的摩擦力Ff隨時(shí)間變化的圖象是(最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力)．()．解析答案Aeq\f(對(duì)應(yīng)學(xué)生,用書P27)一、對(duì)力、重力概念的理解1．(單選)下列說法正確的是()．A．力是物體對(duì)物體的作用B．只有直接接觸的物體間才有力的作用C．用腳踢出去的足球，在向前飛行的過程中，始終受到向前的力來維持它向前運(yùn)動(dòng)D．甲用力把乙推倒，說明甲對(duì)乙的作用力在先，乙對(duì)甲的作用力在后解析力的作用不一定要直接接觸．譬如地球與物體之間的萬有引力，電荷與電荷之間的作用力，都不需要直接接觸，所以B錯(cuò)誤；力的作用離不開物體，用腳踢出去的足球，在向前飛行的過程中，球沒有受到向前的力來維持它向前運(yùn)動(dòng)，C錯(cuò)誤；兩個(gè)物體之間的相互作用力沒有先后之說，所以D錯(cuò)誤．答案A2．(單選)下列關(guān)于重力的說法中正確的是()．A．物體只有靜止時(shí)才受重力作用B．重力的方向總是指向地心C．地面上的物體在赤道上受的重力最小D．物體掛在彈簧秤下，彈簧秤的示數(shù)一定等于物體的重力解析物體是否受重力作用與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，故A錯(cuò)．重力實(shí)際是萬有引力的一個(gè)分力(另一個(gè)分力提供物體繞地球自轉(zhuǎn)的向心力)，萬有引力方向指向地心，重力方向不一定指向地心(只有在兩極或赤道上的物體所受的重力方向才指向地心)，故B錯(cuò)．在赤道上，物體所受的重力等于萬有引力與物體隨地球運(yùn)動(dòng)的向心力之差，而在赤道上向心力最大，在地球各緯度物體所受萬有引力大小相同，分析可知物體在赤道上受的重力最小，C正確．在彈簧秤和物體都靜止或勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，測(cè)出的示數(shù)才等于物體的重力，若彈簧秤拉著物體加速上升或下降，則彈簧秤的示數(shù)不等于重力，故D錯(cuò)．答案C二、對(duì)彈力的理解3．(多選)下列關(guān)于彈力的幾種說法，其中正確的是()．A．兩物體接觸并不一定產(chǎn)生彈力B．靜止在水平面上的物體所受重力就是它對(duì)水平面的壓力C．靜止在水平面上的物體受到向上的彈力是因?yàn)榈孛姘l(fā)生了形變D．只要物體發(fā)生形變就一定有彈力產(chǎn)生解析兩物體接觸并發(fā)生彈性形變才產(chǎn)生彈力，A正確、D錯(cuò)誤．靜止在水平面上的物體所受重力的施力物體是地球，而壓力的施力物體是該物體，受力物體是水平面，兩力不同，B錯(cuò)誤、C正確．答案AC4．(單選)圖2－1－11如圖2－1－11所示，四個(gè)完全相同的彈簧都處于水平位置，它們的右端受到大小皆為F的拉力作用，而左端的情況各不相同：①?gòu)椈傻淖蠖斯潭ㄔ趬ι?；②彈簧的左端受大小也為F的拉力作用；③彈簧的左端拴一小物塊，物塊在光滑的桌面上滑動(dòng)；④彈簧的左端拴一小物塊，物塊在有摩擦的桌面上滑動(dòng)．若認(rèn)為彈簧質(zhì)量都為零，以L1、L2