高中物理高考一輪復(fù)習(xí)一輪復(fù)習(xí) 第2章 重力彈力摩擦力-2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)講義

課標(biāo)要求考情分析認(rèn)識重力、彈力與摩擦力。通過實驗，了解胡克定律。知道滑動摩擦和靜摩擦現(xiàn)象，能用動摩擦因數(shù)計算滑動摩擦力的大小。通過實驗，了解力的合成與分解，知道矢量和標(biāo)量。能用共點力的平衡條件分析生產(chǎn)生活中的問題。1.新高考例證2023年浙江高考卷第3題和第10題，分別以殲-20隱形戰(zhàn)斗機(jī)和“中國天眼”球面射電望遠(yuǎn)鏡為問題背景考查受力分析，情境來源于科技與生活，考查了考生將實際問題中的復(fù)雜對象以及過程轉(zhuǎn)換成物理模型的能力。2.新高考預(yù)測高考對本章內(nèi)容的考查重點：一是彈力、摩擦力的大小和方向的判斷；二是力的合成與分解和共點力的平衡的綜合應(yīng)用。題型延續(xù)選擇題的形式，以生活中的實際問題為背景考查靜力學(xué)的知識可能將會加強(qiáng)，在高考復(fù)習(xí)中應(yīng)特別關(guān)注建立物理模型能力的培養(yǎng)。知識體系第1講重力、彈力、摩擦力一、重力1．產(chǎn)生：由于地球的吸引而使物體受到的力。2．大?。号c物體的質(zhì)量成正比，即G＝mg?？捎脧椈蓽y力計測量重力。3．方向：總是豎直向下的。4．重心：其位置與物體的質(zhì)量分布和形狀有關(guān)。思考辨析1．重力等于地球的吸引力嗎？為什么？提示：不等于。根據(jù)萬有引力定律知，重力只是萬有引力的一個分力，如圖所示。2．物體對懸掛物的拉力和對支持物的壓力一定等于重力嗎？提示：不一定。只有當(dāng)物體處于平衡狀態(tài)及支持物水平放置時，拉力或壓力才等于物體的重力。3．物體的重心一定在物體上嗎？舉例說明。提示：不一定。如質(zhì)量分布均勻的圓環(huán)的重心不在圓環(huán)上。二、彈力1．彈力(1)定義：發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復(fù)原狀，對與它接觸的物體會產(chǎn)生力的作用，這種力叫作彈力。(2)條件：①兩物體相互接觸；②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。2．胡克定律(1)內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力F的大小跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比。(2)表達(dá)式：F＝kx。思考辨析1．只要物體發(fā)生形變就會產(chǎn)生彈力作用。 (×)提示：只有當(dāng)物體發(fā)生彈性形變時才會產(chǎn)生彈力作用。2．彈簧的形變量越大，勁度系數(shù)越大。 (×)提示：彈簧的勁度系數(shù)由其自身性質(zhì)決定，與形變量無關(guān)。3．桿上的彈力方向一定沿著桿嗎？提示：桿上的彈力方向可以不沿著桿。三、摩擦力1．靜摩擦力與滑動摩擦力的對比名稱項目靜摩擦力滑動摩擦力定義兩相對靜止的物體間的摩擦力兩相對運動的物體間的摩擦力產(chǎn)生條件①接觸面粗糙②接觸處有壓力③兩物體間有相對運動趨勢①接觸面粗糙②接觸處有壓力③兩物體間有相對運動大?、匐S外力的變化而變化，與正壓力無關(guān)，滿足0＜Ff≤Ffmax②最大靜摩擦力Ffmax的大小與正壓力的大小有關(guān)Ff＝μFN，F(xiàn)N為正壓力方向與受力物體相對運動趨勢的方向相反與受力物體相對運動的方向相反作用效果總是阻礙物體間的相對運動趨勢總是阻礙物體間的相對運動2．動摩擦因數(shù)(1)定義：彼此接觸的物體發(fā)生相對運動時，摩擦力和正壓力的比值，即μ＝eq\f(Ff,FN)。(2)決定因素：接觸面的材料和粗糙程度。思考辨析1．靜止的物體不可能受滑動摩擦力，運動的物體不可能受靜摩擦力。 (×)2．摩擦力一定與接觸面上的壓力成正比嗎？提示：滑動摩擦力與接觸面上的正壓力成正比，而靜摩擦力的大小與正壓力無關(guān)，通常由受力平衡或牛頓第二定律求解。3．靜摩擦力一定是阻力嗎？提示：靜摩擦力可以是動力，比如放在傾斜傳送帶上與傳送帶相對靜止向上運動的物體所受的靜摩擦力?？键c1彈力的分析與計算(能力考點)考向1彈力的有無及方向的判斷eq\a\vs4\al(典例)如圖所示，小車內(nèi)一根沿豎直方向的輕質(zhì)彈簧和一條與豎直方向成α角的細(xì)繩間拴接一小球。當(dāng)小車和小球相對靜止，一起在水平面上運動時，下列說法正確的是()A.細(xì)繩一定對小球有拉力的作用B.輕彈簧一定對小球有彈力的作用C.細(xì)繩不一定對小球有拉力的作用，但是輕彈簧對小球一定有彈力作用D.細(xì)繩不一定對小球有拉力的作用，輕彈簧對小球也不一定有彈力作用【自主解答】D解析：若小球與小車一起勻速運動，則細(xì)繩對小球無拉力；若小球與小車有向右的加速度a＝gtanα，則輕彈簧對小球無彈力，故D正確?！炯挤偨Y(jié)】1．彈力有無的判斷方法2．彈力方向的判斷方法(1)常見模型中彈力的方向(2)根據(jù)共點力的平衡條件或牛頓第二定律確定彈力的方向?？枷?彈力大小的計算eq\a\vs4\al(典例)如圖所示，三個相同的輕質(zhì)彈簧連接在O點，彈簧1的另一端固定在天花板上，且與豎直方向的夾角為30°，彈簧2水平且右端固定在豎直墻壁上，彈簧3的另一端懸掛一質(zhì)量為m的物體且處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時彈簧1、2、3的形變量分別為x1、x2、x3，則()A.x1∶x2∶x3＝eq\r(3)∶1∶2B.x1∶x2∶x3＝eq\r(3)∶2∶1C.x1∶x2∶x3＝1∶2∶eq\r(3)D.x1∶x2∶x3＝2∶1∶eq\r(3)【自主解答】D解析：以結(jié)點O為研究對象進(jìn)行受力分析，如圖所示，其中F3＝mg。由幾何知識知F1＝eq\f(mg,cos30°)，F(xiàn)2＝mgtan30°，故F1∶F2∶F3＝2∶1∶eq\r(3)，根據(jù)胡克定律有F＝kx，且k1＝k2＝k3，則x1∶x2∶x3＝2∶1∶eq\r(3)，故選D?！炯挤偨Y(jié)】彈力大小的三種計算方法(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。1．(2023·浙江高考)如圖所示的是“中國天眼”500m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡維護(hù)時的照片。為不損傷望遠(yuǎn)鏡球面，質(zhì)量為m的工作人員被懸在空中的氦氣球拉著，當(dāng)他在離底部有一定高度的望遠(yuǎn)鏡球面上緩慢移動時，氦氣球?qū)ζ溆写笮閑q\f(5,6)mg、方向豎直向上的拉力作用，使其有“人類在月球上行走”的感覺。若將人視為質(zhì)點，此時工作人員()A.受到的重力大小為eq\f(1,6)mgB.受到的合力大小為eq\f(1,6)mgC.對球面的壓力大小為eq\f(1,6)mgD.對球面的作用力大小為eq\f(1,6)mgD解析：工作人員的質(zhì)量為m，則工作人員受到的重力G＝mg，A錯誤；工作人員在球面上緩慢行走，處于平衡狀態(tài)，合力為0，B錯誤；工作人員站立的球面位置不水平，對球面的壓力不等于eq\f(1,6)mg，C錯誤；由平衡條件可得球面對工作人員的作用力F滿足F＝mg－eq\f(5,6)mg＝eq\f(1,6)mg，再由牛頓第三定律可得，工作人員對球面的作用力大小為F′＝F＝eq\f(1,6)mg，D正確。2．如圖所示，一傾角為45°的斜面固定于墻角，為使一光滑的鐵球靜止于圖示位置，需加一水平力F，且F通過球心。下列說法正確的是()A.鐵球一定受墻水平向左的彈力B.鐵球可能受墻水平向左的彈力C.鐵球一定受斜面通過鐵球重心的彈力D.鐵球可能受垂直于斜面向上的彈力B解析：F的大小合適時，鐵球可以靜止在無墻的斜面上，F(xiàn)增大時，墻才會對鐵球有彈力，所以選項A錯誤，B正確；斜面必須對鐵球有垂直斜面向上的彈力才能使鐵球不下落，但鐵球的質(zhì)量分布不一定均勻，該彈力方向垂直于斜面但不一定通過鐵球的重心，所以選項C、D錯誤?？键c2摩擦力的分析與計算(能力考點)考向1靜摩擦力的分析與計算eq\a\vs4\al(典例)(2023·泰安模擬)大型商場或者大型超市為了方便顧客上下樓，都會安裝自動扶梯。小王同學(xué)經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，不同商場或超市中的自動扶梯是不一樣的，可以分為兩大類，一種無臺階，另一種有臺階，兩種自動扶梯分別如圖所示。此外，小王同學(xué)還發(fā)現(xiàn)，為了節(jié)約能源，在沒有顧客乘行時，這兩種自動扶梯都以較小的速度勻速運行，當(dāng)有顧客乘行時自動扶梯經(jīng)過先加速再勻速兩個階段運行，則電梯在運送顧客上樓的整個過程中()A.圖甲所示的無臺階自動扶梯中，乘客始終受摩擦力作用B.圖乙所示的有臺階自動扶梯中，乘客始終受摩擦力作用C.圖甲所示的無臺階自動扶梯中，乘客對扶梯的作用力始終豎直向下D.圖乙所示的有臺階自動扶梯中，乘客對扶梯的作用力始終豎直向下【自主解答】A解析：乘客在無臺階的扶梯上運行時，在加速和勻速階段，都受到重力、支持力和靜摩擦力。勻速階段乘客對扶梯的作用力豎直向下，在加速階段偏離豎直方向。乘客在有臺階的扶梯上運行時，加速階段受到重力、支持力和靜摩擦力，乘客對扶梯的作用力偏離豎直方向；勻速階段受到重力與支持力，乘客對扶梯的作用力豎直向下。綜上分析可知A正確?！炯挤偨Y(jié)】1．靜摩擦力的有無和方向的判斷方法(1)假設(shè)法：利用假設(shè)法判斷的步驟如下：(2)狀態(tài)法：先判斷物體的運動狀態(tài)(即加速度的方向)，再利用牛頓第二定律(F＝ma)確定合力，然后通過受力分析判斷靜摩擦力的有無及方向。(3)牛頓第三定律法：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。2．靜摩擦力大小的計算(1)物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速運動)時，利用力的平衡條件來判斷靜摩擦力的大小。(2)物體有加速度時，若只有靜摩擦力，則Ff＝ma。若除靜摩擦力外，物體還受其他力，則F合＝ma，先求合力再求靜摩擦力?？枷?滑動摩擦力的分析與計算eq\a\vs4\al(典例)如圖所示，斜面為長方形的斜面體傾角為37°，其長AD為m，寬AB為m。一重為20N的木塊原先在斜面體上部，當(dāng)對它施加平行于AB邊的恒力F時，剛好使木塊沿對角線AC勻速下滑，求木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)μ和恒力F的大小。(sin37°＝，cos37°＝【自主解答】解析：木塊在斜面上的受力分析如圖所示，由于木塊沿斜面向下做勻速直線運動，由平衡條件可得F＝Gsin37°·tan37°＝20××eq\f,N＝9N木塊受到的摩擦力為Ff＝eq\r(（Gsin37°）2＋F2)＝eq\r(（20×）2＋92)N＝15N由滑動摩擦力公式得μ＝eq\f(Ff,FN)＝eq\f(Ff,Gcos37°)＝eq\f(15,20×＝eq\f(15,16)。答案：eq\f(15,16)9N【核心歸納】1．對滑動摩擦力的理解(1)滑動摩擦力的方向總是與物體間相對運動的方向相反，但不一定與物體的運動方向相反。(2)滑動摩擦力總是阻礙物體間的相對運動，但不一定阻礙物體的運動。(3)滑動摩擦力不一定是阻力，也可以是動力；滑動摩擦力不一定使物體減速，也可以使物體加速。2．滑動摩擦力大小的計算滑動摩擦力的大小用公式Ff＝μFN來計算，應(yīng)用此公式時要注意以下幾點：(1)μ為動摩擦因數(shù)，其大小與接觸面的材料、表面的粗糙程度有關(guān)；FN為兩接觸面間的正壓力，其大小不一定等于物體的重力。(2)滑動摩擦力的大小與物體的運動速度和接觸面的大小均無關(guān)。考向3摩擦力的“突變”問題eq\a\vs4\al(典例)(多選)如圖所示，將兩相同的木塊a、b置于粗糙的水平地面上，中間用一輕彈簧連接，兩側(cè)用細(xì)繩系于墻壁上。開始時木塊a、b均靜止，彈簧處于伸長狀態(tài)，兩細(xì)繩均有拉力，木塊a所受摩擦力Ffa≠0，木塊b所受摩擦力Ffb＝0?，F(xiàn)將右側(cè)細(xì)繩剪斷，則剪斷瞬間()A.Ffa大小不變 B.Ffa方向改變C.Ffb仍然為0 D.Ffb方向向右解答本題應(yīng)注意兩個條件：(1)水平面粗糙；(2)剪斷細(xì)繩瞬間，輕繩的彈力可以發(fā)生突變，而彈簧的彈力不發(fā)生變化?！咀灾鹘獯稹緼D解析：剪斷右側(cè)細(xì)繩的瞬間，右側(cè)細(xì)繩上的拉力突變?yōu)?，而彈簧對兩木塊的拉力沒有發(fā)生突變，與原來一樣，所以木塊b相對地面有向左的運動趨勢，受到的摩擦力Ffb方向向右，C錯誤，D正確；剪斷右側(cè)細(xì)繩的瞬間，木塊a受到的各力都沒有發(fā)生變化，A正確，B錯誤?！竞诵臍w納】摩擦力“突變”的三種類型(1)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，如果物體仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)，則物體受到的靜摩擦力將發(fā)生突變。(2)靜—動“突變”或動—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)其他力變化時，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”成滑動摩擦力。(3)動—動“突變”：某物體相對于另一物體滑動的過程中，若相對運動方向或壓力突然變了，則滑動摩擦力的方向或大小會發(fā)生“突變”。1．(2023·山東高考)如圖所示，一輕質(zhì)光滑定滑輪固定在傾斜木板上，質(zhì)量分別為m和2m的物塊A、B，通過不可伸長的輕繩跨過滑輪連接，物塊A、B間的接觸面和輕繩均與木板平行。物塊A與物塊B間、物塊B與木板間的動摩擦因數(shù)均為μ，設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。當(dāng)木板與水平面的夾角為45°時，物塊A、B剛好要滑動，則μ的值為()A.eq\f(1,3)B.eq\f(1,4)C.eq\f(1,5)D.eq\f(1,6)C解析：當(dāng)木板與水平面的夾角為45°時，兩物塊剛好滑動，對物塊A進(jìn)行受力分析，如圖所示。沿斜面方向，物塊A、B之間的滑動摩擦力Ff1＝μFN1＝μmgcos45°，根據(jù)平衡條件可知F＝mgsin45°＋μmgcos45°。對物塊B進(jìn)行受力分析，如圖所示。沿斜面方向，物塊B與斜面之間的滑動摩擦力Ff2＝μFN＝μ·3mgcos45°，根據(jù)平衡條件可知2mgsin45°＝F′＋F′f1＋Ff2，又F′＝F，F(xiàn)′f1＝Ff1，聯(lián)立可得2mgsin45°＝mgsin45°＋μmgcos45°＋μmgcos45°＋μ·3mgcos45°，解得μ＝eq\f(1,5)，A、B、D錯誤，C正確。2．如圖所示，把一重為G的物體用一水平方向的推力F＝kt(k為恒量，t為時間)壓在豎直的足夠高的平整墻面上，從t＝0開始物體所受的摩擦力Ff隨t的變化關(guān)系是下列圖中的()ABCDB解析：物體在豎直方向上只受重力G和摩擦力Ff的作用，由于Ff從0開始均勻增大，開始一段時間Ff＜G，物體加速下滑；當(dāng)Ff＝G時，物體的速度達(dá)到最大值；之后Ff＞G，物體向下做減速運動，直至減速為0。在整個運動過程中，摩擦力為滑動摩擦力，其大小為Ff＝μFN＝μF＝μkt，