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1、第1讲 重力 弹力 摩擦力【讲】命题分析：高考命题主要涉及对重力、弹力、摩擦力的理解与应用，对物体的受力分析以及共点力平衡等内容。趋势分析：试题联系实际，特别是平衡状态下的极值、临界及动态平衡问题，往往对能力的要求较高。物理观念：1.理解重力弹力摩擦力的基本概念，明确其产生的原因和条件；2.掌握力的合成与分解的方法；3.运用力的相互作用观念分析静力学问题。科学思维：1.能够构建轻绳、轻杆、轻质弹簧及光滑斜面等物理模型；2.善于运用假设法分析判断力是否存在，掌握受力分析法及动态图解法的运用；3.掌握运用共点力平衡分析求解实际问题。科学探究：1.通过实验探究弹簧伸长和弹力的关系；2.通过实验探究二
2、力合成的规律。科学态度与责任：1.通过实验和在生活中的认知，认识重力、弹力、摩擦力；2.探究物理规律，激发兴趣，培养严谨的科学态度，逐渐形成热爱生活，探索自然的内在动力。一、力1定义：力是物体与物体间的相互作用2作用效果：使物体发生形变或改变物体的运动状态(即产生加速度)3性质：力具有物质性、相互性、矢量性、独立性等特征4四种基本相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用二、重力1产生：由于地球的吸引而使物体受到的力注意：重力不是万有引力，而是万有引力竖直向下的一个分力2大小：Gmg，可用弹簧测力计测量注意：(1)物体的质量不会变；(2)G的变化是由在地球上不同位置处g的变化
3、引起的3方向：总是竖直向下注意：竖直向下是和水平面垂直向下，不一定和接触面垂直，也不一定指向地心4重心：物体的各部分都受重力作用，可认为重力集中作用于一点，即物体的重心(1)影响重心位置的因素：物体的几何形状；物体的质量分布(2)不规则薄板形物体重心的确定方法：悬挂法注意：重心的位置不一定在物体上三、弹力1弹力(1)定义：发生形变的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力(2)产生条件：物体间直接接触；接触处发生形变(3)方向：总是与施力物体形变的方向相反2胡克定律(1)内容：在弹性限度内，弹力的大小和弹簧形变大小(伸长或缩短的量)成正比(2)表达式：Fkx.k是弹簧的劲度系数，单位是
4、牛顿每米，用符号N/m表示；k的大小由弹簧自身性质决定x是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度四、静摩擦力与滑动摩擦力1两种摩擦力的比较 名称项目静摩擦力滑动摩擦力定义两相对静止的物体间的摩擦力两相对运动的物体间的摩擦力产生条件接触面粗糙接触处有压力两物体间有相对运动趋势接触面粗糙接触处有压力两物体间有相对运动大小0FfFfmFfFN方向与受力物体相对运动趋势的方向相反与受力物体相对运动的方向相反作用效果总是阻碍物体间的相对运动趋势总是阻碍物体间的相对运动2动摩擦因数(1)定义：彼此接触的物体发生相对运动时，摩擦力和正压力的比值公式.(2)决定因素：接触面的材料和粗糙程度3. “三点”注意
5、（1）摩擦力的方向总是与物体间相对运动(或相对运动趋势)的方向相反，但不一定与物体的运动方向相反（2）摩擦力总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势)，但不一定阻碍物体的运动，即摩擦力可以是阻力，也可以是动力（3）受静摩擦力作用的物体不一定静止，但一定与施力物体保持相对静止命题点1 弹力有无及方向的判断1“三法”判断弹力有无假设法思路假设将与研究对象接触的物体解除接触，判断研究对象的运动状态是否发生改变若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力例证图中细线竖直、斜面光滑，因去掉斜面体，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力替换法思路用细绳替换装置中的轻
6、杆，看能不能维持原来的力学状态如果能维持，则说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是支持力例证图中轻杆AB、AC，用绳替换杆AB，原装置状态不变，说明杆AB对A施加的是拉力；用绳替换杆AC，原状态不能维持，说明杆AC对A施加的是支持力状态法思路由运动状态分析弹力，即物体的受力必须与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由二力平衡(或牛顿第二定律)列方程，求解物体间的弹力例证升降机以ag加速下降或减速上升时物体不受底板的弹力作用2弹力方向的判断例1 （2020江苏淮安市淮海中学高三月考）体育课上一学生将足球踢向斜台，如图所示，下列关于足球和斜台作用时斜台给足球的弹力方向的说法正确的是()A沿v
7、1的方向B沿v2的方向C先沿v1的方向后沿v2的方向D沿垂直于斜台斜向左上方的方向【答案】D【解析】支持力是弹力，方向总是垂直于接触面，并指向被支持物.所以斜台给篮球的弹力的方向为垂直斜台向左上方方向.A.沿v1的方向与分析结果不相符；故A项错误.B.沿v2的方向与分析结果不相符；故B项错误.C.先沿v1的方向后沿v2的方向与分析结果不相符；故C项错误.D.沿垂直于斜台斜向左上方的方向与分析结果相符；故D项正确.变式1（2020宜兴市官林中学高三月考）如图，质量mAmB的两物体A、B叠放在一起，靠着竖直墙面让它们由静止释放，在沿粗糙墙面下落过程中，物体B的受力示意图是ABCD【答案】A【解析】
8、A与B整体同时沿竖直墙面下滑，受到总重力，墙壁对其没有支持力，如果有，将会向右加速运动，因为没有弹力，故也不受墙壁的摩擦力，即只受重力，做自由落体运动；由于整体做自由落体运动，处于完全失重状态，故A、B间无弹力，再对物体B受力分析，只受重力，故A正确，BCD错误命题点2 弹力分析的四类模型1轻绳、轻杆、弹性绳和轻弹簧的比较轻绳轻杆弹性绳轻弹簧质量大小0000受外力作用时形变的种类拉伸形变拉伸形变、压缩形变、弯曲形变拉伸形变拉伸形变、压缩形变受外力作用时形变量大小微小，可忽略微小，可忽略较大，不可忽略较大，不可忽略弹力方向沿着绳，指向绳收缩的方向既能沿着杆，也可以跟杆成任意角度沿着绳，指向绳收缩
9、的方向沿着弹簧，指向弹簧恢复原长的方向弹力大小变化情况可以突变可以突变不能突变不能突变2计算弹力大小的三种方法(1)根据胡克定律进行求解；(2)根据力的平衡条件进行求解；(3)根据牛顿第二定律进行求解考法1 物体与物体间的弹力例2 如图，半圆球P和竖直挡板固定在水平面上，挡板与P相切，光滑小球Q静止在P和挡板之间已知Q的质量为m，P、Q的半径之比为41，重力加速度大小为g.则Q对P的压力大小为()图A. B. C. D.【答案】B【解析】对Q受力分析如图所示设Q的半径为r，则半圆球P的半径为4r，由几何关系得：4rcos 4r(rrcos )解得：cos 由平衡条件得：FN2解得：FN2mg由
10、牛顿第三定律可知，Q对P的压力大小为FN2FN2mg.变式2如图所示，质量为的物体A放置在质量为的物体B上，B与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐运动，振动过程中A、B之间无相对运动，设弹簧劲度系数为k，当物体离开平衡位置的位移为x时，A受到的回复力的大小等于（）A0BkxCD【答案】C【解析】物体A和B为整体做简谐运动，当物体离开平衡位置的位移为时，回复力的大小即为弹簧的弹力大小为，则对整体为研究对象有则整体的加速度则对物体A为研究对象，使其产生加速度的力即为物体B对物体A的静摩擦力，因此由牛顿第二定律可知ABD错误，C正确。故选C。考法2 绳的弹力例3 如图所示，一架救援直升机通过软绳
11、打捞河中物体，物体质量为m，由于河水的流动对物体产生水平方向的冲击力，使软绳偏离竖直方向，当直升机相对地面静止时，绳子与竖直方向成角，已知物体所受的浮力不能忽略，重力加速度为g.下列说法正确的是()图A绳子的拉力为B绳子的拉力可能小于mgC物体受到河水的水平方向的作用力等于绳子的拉力D物体受到河水的水平方向的作用力小于绳子的拉力【答案】BD【解析】对物体受力分析，如图所示：根据平衡条件，竖直方向有F浮FTcos mg，则有FT，故绳子的拉力可能小于mg，故A错误，B正确；在水平方向上有FfFTsin ，sin 1，有FfFbCFaFb D大小不确定【答案】A【解析】对题图中的A点受力分析，则由
12、图甲可得FaFa2mgcos 30mg由图乙可得tan 30则FbFbmg故 FaFb.命题点3 静摩擦力的有无及方向判断三法1.假设法：利用假设法判断的思维程序如下：2.状态法：先判断物体的状态(即加速度的方向)，再利用牛顿第二定律(F合ma)确定合力，然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向3.牛顿第三定律法：先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向例8 （2020江苏高三期中）如图所示，长方体空铁箱甲在水平拉力F作用下沿光滑水平面向右匀加速运动，铁箱内有一木块乙贴着后壁与铁箱相对静止，木块与铁箱间的动摩擦因数小于1则铁箱对木块的A弹力大
13、小等于F的大小B作用力大小大于摩擦力的大小C摩擦力大小等于木块重力的大小D弹力大小可能等于木块重力的大小【答案】BC【解析】A设甲、乙的质量分别为M、m，对甲、乙整体，根据牛顿第二定律：对乙：联立解得：故A项错误；B对乙竖直方向上受力平衡，摩擦力等于重力，铁箱对木块的作用力最小时，摩擦力达到最大静摩擦力，则：由于木块与铁箱间的动摩擦因数小于1，作用力大小大于摩擦力的大小，故B项正确；CD竖直方向受力平衡，摩擦力大小等于木块重力的大小；由于作用力（弹力）大小大于摩擦力的大小，所以弹力大小大于木块重力的大小。故C项正确，D项错误；变式8（2020江苏省镇江中学高三期中）如图所示，白板水平放置在地面
14、上，在白板上用磁钉吸住一张彩纸，向右轻轻拉彩纸，未拉动，对这情景受力分析正确的是（）A磁钉受到向右的摩擦力B磁钉受到向左的摩擦力C彩纸受到白板向左的摩擦力D白板受到地面向右的摩擦力【答案】C【解析】AB对磁钉分析可知，磁钉没有相对彩纸的运动趋势，故磁钉不受摩擦力，故AB错误；C对磁钉和彩纸分析可知，磁钉和彩纸相对于白板有向右的运动趋势，故彩纸受到白板向左的摩擦力，故C正确；D对整体分析可知，整体相对地面有向右的运动趋势，故白板受到地面向左的摩擦力，故D错误；故选C。命题点4 摩擦力的分析与计算1静摩擦力的分析(1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)，利用力的平衡条件来判断静摩擦力的大小(2
15、)物体有加速度时，若只受静摩擦力，则Ffma.若除受静摩擦力外，物体还受其他力，则F合ma，先求合力再求静摩擦力2滑动摩擦力的分析滑动摩擦力的大小用公式FfFN来计算，应用此公式时要注意以下几点：(1)为动摩擦因数，其大小与接触面的材料、接触面的粗糙程度有关；FN为两接触面间的正压力，其大小不一定等于物体的重力(2)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面的大小均无关考法1 静摩擦力的分析与计算例9 （2020江苏苏州市崇真中学高三月考）如图所示,固定在水平地面上的物体P,左侧是光滑圆弧面,一根轻绳跨过物体P顶点上的小滑轮,一端系有质量为m=3 kg的小球,小球与圆心连线跟水平方向的夹角=60
16、,绳的另一端水平连接物块3,三个物块重均为50 N,作用在物块2的水平力F=10N,整个系统处于平衡状态,g取10 m/s2,则以下说法正确的是 ()A1和2之间的摩擦力是10 NB2和3之间的摩擦力是25 NC3与桌面间的摩擦力为15 ND物块3受6个力作用【答案】D【解析】A、物体1受重力和支持力而平衡，不受静摩擦力，否则不能平衡，故A错误；B、对1与2整体分析，受重力、支持力、拉力和静摩擦力，根据平衡条件，3对12整体的静摩擦力向左，与拉力平衡，为10N，故2和3之间的摩擦力是10N，故B错误；C、对m受力分析，重力，支持力与绳子的拉力，由平衡条件，结合力的平行四边形定则可知，绳子的拉力
17、F=mgsin30=15N，则3与桌面之间的摩擦力是15-10=5N，即3与桌面间摩擦力为5N，故C错误；D、对物块3受力分析，重力，支持力，2对3的压力，绳子对3向左的拉力，2对3水平向右静摩擦力，绳子对3向左的拉力，桌面对3静摩擦力，共受到6个力，故D正确；故选D变式9如图所示，长木板A与物体B叠放在水平地面上，物体与木板左端立柱间放置水平轻质弹簧，在水平外力F作用下，木板和物体都静止不动，弹簧处于压缩状态将外力F缓慢减小到零，物体始终不动，在此过程中()图A弹簧弹力不变B物体B所受摩擦力逐渐减小C物体B所受摩擦力始终向左D木板A所受地面的摩擦力逐渐减小【答案】AD【解析】将外力F缓慢减小
18、到零，物体始终不动，则弹簧的长度不变，弹力不变，选项A正确；对物体B，因开始时所受摩擦力的方向不确定，则有F弹FFf，则随F的减小，物体B所受摩擦力的大小和方向都不能确定，选项B、C错误；对A、B与弹簧组成的整体，在水平方向，力F与地面对A的摩擦力平衡，则随F的减小，木板A所受地面的摩擦力逐渐减小，选项D正确考法2 滑动摩擦力的分析与计算例10（2020江苏扬州市高三期中）如图所示，水平桌面上有一个向右运动的物体，质量为2kg，且物体与桌面间的动摩擦因数=0.2，现受到一个向左的推力F=10N作用，此时物体所受的摩擦力是（g10 m/s2）（）A4N，方向向左B10N，方向向右C4N，方向向右
19、D10N，方向向左【答案】A【解析】物体所受的摩擦力是方向向左。故选A。 变式10（2020江苏苏州市高三月考）有一直角V形槽固定在水平面上，其截面如图所示，BC面与水平面间夹角为60，有一质量为m的正方体均匀木块放在槽内，木块与BC面间的动摩擦因数为，与AB面间无摩擦，现用垂直于纸面向里的力推木块使之沿槽运动，则木块受的摩擦力为（ ）ABCD【答案】A【解析】将重力按照实际作用效果正交分解，如图故F2=mgsin30=mg，滑动摩擦力为f=F1mg，故选A考法3 摩擦力的突变问题1.“静动”突变物体在静摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持静止状态，则物体受到的静
20、摩擦力将“突变”成滑动摩擦力2.“动静”突变在滑动摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物体突然停止滑行时，物体将不再受滑动摩擦力作用，滑动摩擦力“突变”为静摩擦力例11 将力传感器A固定在光滑水平桌面上，测力端通过轻质水平细绳与滑块相连，滑块放在较长的小车上，如图甲所示，传感器与计算机相连接，可获得力随时间变化的规律，一水平轻质细绳跨过光滑的定滑轮，一端连接小车，另一端系沙桶，整个装置开始处于静止状态，在滑块与小车分离前缓慢向沙桶里倒入细沙，力传感器采集的Ft图象如图乙所示。则()A2.5s前小车慢慢滑动B2.5s后小车做变加速运动(假设细沙仍在加注中)C2.5s前小车所受摩擦力不变D2.5s后
21、小车所受摩擦力不变【答案】BD【解析】A由题图乙可知，在F的变化阶段，沙的质量在由小变大，滑块与小车之间没有相对滑动，属于静摩擦力，所以2.5 s前，小车、滑块均静止，故A错误；B2.5 s后小车受恒定摩擦力，但是外力增加，因此做变加速直线运动，故B正确；C根据上述分析，2.5 s前滑块受静摩擦力，且静摩擦力在变化，故C错误；D2.5 s后受滑动摩擦力，且大小不变，选项C项错误，故D正确。故选BD。变式11如图所示，斜面固定在地面上，倾角为37(sin 370.6，cos 370.8)质量为1 kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足够长，该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8)，则该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图象是下图中的(取初速度v0的方向为正方向，g10 m/s2)()图【答案】B【解析】滑块上升过程中受滑动摩擦力，FfFN，FNmgcos ，联立得Ff6.4 N，方向沿斜面向下；当滑块的速度减为零后，由于重力的分力mgsin mgcos ，滑块静止，滑块受到的摩擦力为静摩擦力，由平衡条件得Ffmgsin ，代入数据可得Ff6 N，方向沿斜面向上，故选项B正确