2023版高考物理一輪復習第二章相互作用第1節(jié)重力彈力

PAGEPAGE2第1節(jié)重力彈力第二章eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(,,,,,,,))相互作用[全國卷考情分析]根底考點常考考點(2022－2022考情統(tǒng)計)命題概率?？冀嵌刃巫?、彈性、胡克定律(Ⅰ)矢量和標量(Ⅰ)以上2個考點未曾獨立命題滑動摩擦力、動摩擦因數(shù)、靜摩擦力(Ⅰ)'16乙卷T19(6分)，'15Ⅰ卷T20(6分)，'13Ⅱ卷T15(6分)獨立命題概率30%綜合命題概率70%(1)結(jié)合物體的平衡條件考查彈力、摩擦力(2)靜摩擦力和滑動摩擦力轉(zhuǎn)換過程中摩擦力的變化(3)力的合成與分解(4)靜態(tài)平衡和動態(tài)平衡問題力的合成和分解(Ⅱ)'16丙卷T17(6分)綜合命題概率100%共點力的平衡(Ⅱ)'16丙卷T17(6分)，'14Ⅱ卷T17(6分)，'13Ⅱ卷T15(6分)綜合命題概率70%實驗二：探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系'14Ⅱ卷T23(9分)綜合命題概率30%實驗三：驗證力的平行四邊形定那么—綜合命題概率20%第1節(jié)重力__彈力(1)自由下落的物體所受重力為零。(×)(2)重力的方向不一定指向地心。(√)(3)彈力一定產(chǎn)生在相互接觸的物體之間。(√)(4)相互接觸的物體間一定有彈力。(×)(5)F＝kx中“x〞表示彈簧形變后的長度。(×)(6)彈簧的形變量越大，勁度系數(shù)越大。(×)(7)彈簧的勁度系數(shù)由彈簧自身性質(zhì)決定。(√)胡克定律是英國科學家胡克發(fā)現(xiàn)的。突破點(一)彈力的有無及方向判斷1．彈力有無的判斷“三法〞(1)條件法：根據(jù)物體是否直接接觸并發(fā)生彈性形變來判斷是否存在彈力。多用來判斷形變較明顯的情況。(2)假設(shè)法：對形變不明顯的情況，可假設(shè)兩個物體間不存在彈力，看物體能否保持原有的狀態(tài)，假設(shè)運動狀態(tài)不變，那么此處不存在彈力；假設(shè)運動狀態(tài)改變，那么此處一定存在彈力。(3)狀態(tài)法：根據(jù)物體的運動狀態(tài)，利用牛頓第二定律或共點力平衡條件判斷是否存在彈力。2.彈力方向確實定[多角練通]1.如下圖，小車受到水平向右的彈力作用，與該彈力的有關(guān)說法中正確的選項是()A．彈簧發(fā)生拉伸形變B．彈簧發(fā)生壓縮形變C．該彈力是小車形變引起的D．該彈力的施力物體是小車解析：選A小車受到水平向右的彈力作用，是彈簧發(fā)生拉伸形變引起的，該彈力的施力物體是彈簧，故只有A項正確。2.如下圖，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角的細繩拴接一小球。當小車和小球相對靜止，一起在水平面上運動時，以下說法正確的選項是()A．細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D．細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解析：選D假設(shè)小球與小車一起做勻速運動，那么細繩對小球無拉力；假設(shè)小球與小車有向右的加速度a＝gtanα，那么輕彈簧對小球無彈力，D正確。3．(2022·聊城模擬)小車上固定一根彈性直桿A，桿頂固定一個小球B(如下圖)，現(xiàn)讓小車從光滑斜面上自由下滑，在以下圖所示的情況中桿發(fā)生了不同的形變，其中正確的選項是()解析：選C小車在光滑斜面上自由下滑，那么加速度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，那么桿的彈力方向垂直于斜面向上，桿不會發(fā)生彎曲或傾斜，C正確。突破點(二)彈力的分析與計算[典例](2022·安慶質(zhì)檢)如下圖，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，以下關(guān)于桿對球的作用力F的判斷正確的選項是()A．小車靜止時，F(xiàn)＝mgsinθ，方向沿桿向上B．小車靜止時，F(xiàn)＝mgcosθ，方向垂直于桿向上C．小車以向右的加速度a運動時，一定有F＝eq\f(ma,sinθ)D．小車以向左的加速度a運動時，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)[解析]小車靜止時，由物體的平衡條件知，此時桿對小球的作用力方向豎直向上，大小等于球的重力mg，A、B錯誤；小車以向右的加速度a運動，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)，只有當小球的加速度a＝gtanθ時，桿對小球的作用力才沿桿的方向，此時才有F＝eq\f(ma,sinθ)，C錯誤；小車以加速度a向左加速運動時，由牛頓第二定律，可知小球所受到的重力mg與桿對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。[答案]D[方法規(guī)律]計算彈力的四種方法(1)根據(jù)胡克定律計算。(2)根據(jù)力的平衡條件計算。(3)根據(jù)牛頓第二定律計算。(4)根據(jù)動能定理計算。[集訓沖關(guān)]1．(2022·江蘇高考)一輕質(zhì)彈簧原長為8cm，在4N的拉力作用下伸長了2cm，彈簧未超出彈性限度。那么該彈簧的勁度系數(shù)為()A．40m/N B．40N/mC．200m/N D．200N/m解析：選D由F＝kx知，彈簧的勁度系數(shù)k＝eq\f(F,x)＝eq\f(4,0.02)N/m＝200N/m，選項D正確。2.(多項選擇)(2022·濟寧模擬)如下圖，球A的重力為G，上端通過掛于O點的豎直懸線固定，下端與水平桌面相接觸，懸線對球A、水平桌面對球A的彈力大小可能為()A．0，G B.G,0C.eq\f(G,2)，eq\f(G,2) D.eq\f(G,2)，eq\f(3,2)G解析：選ABC因球A處于平衡狀態(tài)，且懸線對球A的作用力只能豎直向上，由平衡條件可得：F＋FN＝G，對應A、B、C、D四個選項可知，A、B、C均正確，D錯誤。3.如下圖，一重為10N的球固定在支桿AB的上端，用一段繩子水平拉球，使桿發(fā)生彎曲，繩的拉力為7.5N，那么AB桿對球的作用力()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：選D對球進行受力分析可得，AB桿對球的作用力與繩子對球的拉力的合力，與球的重力等值反向，那么AB桿對球的作用力大小F＝eq\r(G2＋F拉2)＝12.5N，A、B錯誤；設(shè)AB桿對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項正確。平衡中的彈簧問題：彈簧可以發(fā)生壓縮形變，也可以發(fā)生拉伸形變，其形變方向不同，彈力的方向也不同。在平衡問題中，常通過輕彈簧這種理想化模型，設(shè)置較為復雜的情景，通過物體受力平衡問題分析彈簧的彈力。該類問題常有以下三種情況：(一)拉伸形變1.如下圖，用完全相同的輕彈簧A、B、C將兩個相同的小球連接并懸掛，小球處于靜止狀態(tài)，彈簧A與豎直方向的夾角為30°，彈簧C水平，那么彈簧A、C的伸長量之比為()A.eq\r(3)∶4 B．4∶eq\r(3)C．1∶2 D．2∶1解析：選D將兩小球及彈簧B視為一個整體系統(tǒng)，該系統(tǒng)水平方向受力平衡，故有kΔxAsin30°＝kΔxC，可得ΔxA∶ΔxC＝2∶1，D項正確。(二)壓縮形變2.如下圖，兩木塊的質(zhì)量分別為m1和m2，兩輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)分別為k1和k2，上面木塊壓在上面的彈簧上(但不拴接)，整個系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)緩慢向上提上面的木塊，直到它剛離開上面彈簧，在此過程中下面木塊移動的距離為()A.eq\f(m1g,k1) B.eq\f(m2g,k1)C.eq\f(m1g,k2) D.eq\f(m2g,k2)解析：選C在此過程中，壓在下面彈簧上的壓力由(m1＋m2)g減小到m2g，即減少了m1g，根據(jù)胡克定律可斷定下面彈簧的長度增長了Δl＝eq\f(m1g,k2)，即下面木塊移動的距離為eq\f(m1g,k2)。(三)形變未知3．如下圖，水平輕桿的一端固定在墻上，輕繩與豎直方向的夾角為37°，小球的重力為12N，輕繩的拉力為10N，水平輕彈簧的彈力為9N，求輕桿對小球的作用力。解析：(1)彈簧向左拉小球時：設(shè)桿的彈力大小為F，與水平方向的夾角為α，小球受力如圖甲所示。由平衡條件知：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Fcosα＋F1sin37°＝F2,Fsinα＋F1cos37°＝G))代入數(shù)據(jù)解得：F＝5N，α＝53°即桿對小球的作用力大小為5N，方向與水平方向成53°角斜向右上方。(2)彈簧向右推小球時，小球受力如圖乙所示：由平衡條件得：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Fcosα＋F1sin37°＋F2＝0,Fsinα＋F1cos37°＝G))代入數(shù)據(jù)解得：F≈15.5N，α＝π－arctaneq\f(4,15)。即桿對小球的作用力大小約為15.5N，方向與水平方向成arctaneq\f(4,15)斜向左上方。答案：見解析對點訓練：對力、重力概念的理解1．(多項選擇)關(guān)于力，以下說法正確的選項是()A．拳擊運發(fā)動一記重拳出擊，被對手躲過，運發(fā)動施加的力沒有受力物體B．站在地面上的人受到的彈力是地面欲恢復原狀而產(chǎn)生的C．重力、彈力、摩擦力是按力的性質(zhì)命名的，動力、阻力、壓力、支持力是按力的作用效果命名的D．同一物體放在斜面上受到的重力一定小于放在水平面上受到的重力解析：選BC力是物體間的相互作用，有力就有施力物體和受力物體，故A錯誤；物體受到的彈力是施力物體對抗形變(或欲恢復原狀)對受力物體施加的力，故B正確；力學中，按照力的性質(zhì)可以把力分為重力、彈力、摩擦力等，按照力的作用效果可以把力分為動力、阻力、壓力、支持力等，故C正確；同一物體放在地球上同一緯度且離地面高度相同時，受到的重力相同，故D錯誤。2．以下關(guān)于重力的說法中正確的選項是()A．物體只有靜止時才受重力作用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．物體掛在彈簧測力計下，彈簧測力計的示數(shù)一定等于物體的重力解析：選C物體受到重力的作用，與物體的運動狀態(tài)無關(guān)，A錯誤；重力的方向總是豎直向下，不一定指向地心，B錯誤；赤道上重力加速度最小，因此地面上的物體在赤道上受的重力最小，C正確；物體掛在彈簧測力計下處于平衡狀態(tài)時，彈簧測力計的示數(shù)才等于物體的重力，故D錯誤。對點訓練：彈力的有無及方向判斷3．足球運動是目前全球體育界最具影響力的運動工程之一，深受青少年喜愛。如下圖為四種與足球有關(guān)的情景，以下說法正確的選項是()A．圖甲中，靜止在草地上的足球受到的彈力就是它的重力B．圖乙中，靜止在光滑水平地面上的兩個足球由于接觸而受到相互作用的彈力C．圖丙中，即將被踢起的足球一定不能被看成質(zhì)點D．圖丁中，落在球網(wǎng)中的足球受到彈力是由于球網(wǎng)發(fā)生了形變解析：選D足球受到的彈力和重力是兩種性質(zhì)的力，A錯誤；產(chǎn)生彈力的條件是相互接觸且存在形變，B錯誤；物體能否看成質(zhì)點取決于物體的大小和形狀對所研究問題的影響是否可以忽略，即將被踢起的足球有時也能看作質(zhì)點，C錯誤；落在球網(wǎng)中的足球受到彈力是由于球網(wǎng)發(fā)生了形變，D正確。4.如下圖，一小球用兩根輕繩掛于天花板上，球靜止，繩1傾斜，繩2恰好豎直，那么小球所受的作用力有()A．1個 B．2個C．3個 D．4個解析：選B假設(shè)繩1對球有作用力，該作用力的方向斜向左上方，另外，小球在豎直方向上受重力和繩2的拉力，在這三個力的作用下小球不可能保持平衡而靜止，所以繩1不可能對小球施加拉力，即小球所受的作用力有2個，故B正確。5.在半球形光滑碗內(nèi)斜擱一根筷子，如下圖，筷子與碗的接觸點分別為A、B，那么碗對筷子A、B兩點處的作用力方向分別為()A．均豎直向上B．均指向球心OC．A點處指向球心O，B點處豎直向上D．A點處指向球心O，B點處垂直于筷子斜向上解析：選DA點處彈力的方向沿半徑指向球心O，B點處彈力的方向垂直于筷子斜向上，故D正確。6．如下圖的四個圖中，AB、BC均為輕質(zhì)桿，各圖中桿的A、C端都通過鉸鏈與墻連接，兩桿都在B處由鉸鏈連接，且系統(tǒng)均處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)用等長的輕繩來代替輕桿，能保持平衡的是()A．圖中的AB桿可以用輕繩代替的有甲、乙、丙B．圖中的AB桿可以用輕繩代替的有甲、丙、丁C．圖中的BC桿可以用輕繩代替的有乙、丙、丁D．圖中的BC桿可以用輕繩代替的有甲、乙、丁解析：選B如果桿受拉力作用，可以用與之等長的輕繩代替，如果桿受壓力作用，那么不可用等長的輕繩代替，題圖甲、丙、丁中的AB桿均受拉力作用，而甲、乙、丁中的BC桿均受沿桿的壓力作用，故A、C、D均錯誤，B正確。對點訓練：彈力的分析與計算7.(多項選擇)如下圖，將一輕質(zhì)彈簧的一端固定在鐵架臺上，然后將最小刻度是毫米的刻度尺豎直放在彈簧一側(cè)，刻度尺的0刻線與彈簧上端對齊，使彈簧下端的指針恰好落在刻度尺上。當彈簧下端掛一個50g的砝碼時，指針示數(shù)為L1＝3.40cm，當彈簧下端掛兩個50g的砝碼時，指針示數(shù)為L2＝5.10cm。g取9.8m/s2。由此可知()A．彈簧的原長是1.70cmB．僅由題給數(shù)據(jù)無法獲得彈簧的原長C．彈簧的勁度系數(shù)約為28.8N/mD．由于彈簧的原長未知，無法算出彈簧的勁度系數(shù)解析：選AC設(shè)彈簧的原長為L0，勁度系數(shù)為k，由題意可得：k(L1－L0)＝mg，k(L2－L0)＝2mg解得：k≈28.8N/m，L0＝1.70cm，故A、C正確。8.如下圖，質(zhì)量為2kg的物體B和質(zhì)量為1kg的物體C用輕彈簧連接并豎直地靜置于水平地面上。再將一個質(zhì)量為3kg的物體A輕放到B上的瞬間，彈簧的彈力大小為(取g＝10m/s2)()A．30N B.0C．20N D．12N解析：選C放物體A之前，物體B處于平衡狀態(tài)，由平衡條件可知，彈簧的彈力F＝mBg＝20N，輕放上物體A的瞬間，彈簧的彈力來不及改變，其大小仍為20N，故C正確。9.(2022·寧波聯(lián)考)如下圖，A、B兩個物塊的重力分別是GA＝3N，GB＝4N，彈簧的重力不計，整個裝置沿豎直方向處于靜止狀態(tài)，這時彈簧的彈力F＝2N，那么天花板受到的拉力和地板受到的壓力，有可能是()A．3N和4N B.5N和6NC．1N和2N D．5N和2N解析：選D當彈簧由于被壓縮而產(chǎn)生2N的彈力時，由受力平衡及牛頓第三定律知識：天花板受到的拉力為1N，地板受到的壓力為6N；當彈簧由于被拉伸而產(chǎn)生2N的彈力時，可得天花板受到的拉力為5N，地板受到的壓力為2N，D正確。10.(多項選擇)(2022·濰坊質(zhì)檢)如下圖，在傾角為30°的光滑斜面上，A、B兩個質(zhì)量均為m的滑塊用輕質(zhì)彈簧相連，彈簧的勁度系數(shù)為k，水平力F作用在滑塊B上，此時彈簧長度為l，且在彈性限度內(nèi)，那么以下說法正確的選項是()A．彈簧原長為l＋eq\f(mg,2k) B.彈簧原長為l＋eq\f(mg,k)C．力F的大小為eq\f(\r(3),3)mg D．力F的大小為eq\f(2\r(3),3)mg解析：選AD對滑塊A，據(jù)平衡條件得mgsin30°＝kx，其中x＝l0－l，解得l0＝l＋eq\f(mg,2k)，A正確，B錯誤；對A、B構(gòu)成的整體，據(jù)平衡條件得Fcos30°＝2mgsin30°，解得F＝eq\f(2\r(3),3)mg，C錯誤，D正確?？键c綜合訓練11.一個長度為L的輕彈簧，將其上端固定，下端掛一個質(zhì)量為m的小球時，彈簧的總長度變?yōu)?L?，F(xiàn)將兩個這樣的彈簧按如下圖方式連接，A、B兩小球的質(zhì)量均為m，那么兩小球平衡時，B小球距懸點O的距離為(不考慮小球的大小，且彈簧都在彈性限度范圍內(nèi))()A．3L BC．5L D．解析：選C由題意可知，kL＝mg，當用兩個相同的彈簧按題圖所示懸掛時，下面彈簧彈力大小為mg，伸長量為L，而上面彈簧的彈力為2mg，由kx＝2mg可知，上面彈簧的伸長量為x＝2L，故B球到懸點O的距離為L＋L＋L＋2L＝12．(多項選擇)(2022·汕頭調(diào)研)如下圖，在豎直方向上，兩根完全相同的輕質(zhì)彈簧a、b，一端與質(zhì)量為m的物體相連接，另一端分別固定，當物體平衡時，假設(shè)()A．a(chǎn)被拉長，那么b一定被拉長B．a(chǎn)被壓縮，那么b一定被壓縮C．b被拉長，那么a一定被拉長D．b被壓縮，那么a一定被拉長解析：選BC對物體受力分析并結(jié)合平衡條件，可知當a對物體有拉力Fa時，假設(shè)Fa>mg，那么b被拉長；假設(shè)Fa<mg，那么b被壓縮；假設(shè)Fa＝mg，那么b處于自然狀態(tài)，選項A錯誤，C正確；假設(shè)a被壓縮，那么b對物體施加的一定是向上的彈力，即b一定被壓縮，應選項B正確，D錯誤。13．(2022·江西省紅色七校聯(lián)考)如下圖，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的另一端懸掛質(zhì)量為m的物體且處于靜止狀態(tài)，此時彈簧1、2、3的形變量分別為x1、x2、x3，那么()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)解析：選D以結(jié)點O為研究對象受力分析，運用合成法，如圖：由幾何知識知