（通用版）2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第2章 相互作用 第1節(jié) 重力 彈力 摩擦力教學(xué)案

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1、第2章 相互作用 [高考導(dǎo)航] 考點(diǎn)內(nèi)容 要求 高考(全國卷)三年命題情況對照分析 2017 2018 2019 命題分析 形變、彈性、胡克定律 Ⅰ 卷Ⅰ·T21：共點(diǎn)力的動態(tài)平衡 卷Ⅱ·T16：摩擦力、共點(diǎn)力的平衡 卷Ⅲ·T17：胡克定律、共點(diǎn)力的平衡 卷Ⅰ·T22：游標(biāo)卡尺讀數(shù)、測定彈簧的勁度系數(shù) 卷Ⅱ·T23：測定動摩擦因數(shù) 卷Ⅰ·T19：受力分析、共點(diǎn)力的動態(tài)平衡 卷Ⅱ·T16：受力分析、物體的平衡 卷Ⅲ·T16：靜態(tài)平衡 1.高考對本章的考查以選擇題型為主； 2.命題熱點(diǎn)側(cè)重于彈力、摩擦力的分析與計(jì)算；受力分析、共點(diǎn)力的靜態(tài)平衡和動態(tài)平衡問題

2、； 3.單獨(dú)考查一個(gè)知識點(diǎn)的題目較少，多數(shù)題目都同時(shí)涉及幾個(gè)知識點(diǎn)，常與牛頓運(yùn)動定律、功能關(guān)系、電磁學(xué)結(jié)合對物理思維和能力進(jìn)行考查。 滑動摩擦力、動摩擦因數(shù)、靜摩擦力 Ⅰ 矢量和標(biāo)量 Ⅰ 力的合成和分解 Ⅱ 共點(diǎn)力的平衡 Ⅱ 實(shí)驗(yàn)二：探究彈力和彈簧伸長量的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)三：驗(yàn)證力的平行四邊行定則 核心素養(yǎng) 物理觀念：重力、重心、形變、彈力、摩擦力、合力與分力、力的合成、力的分解、矢量與標(biāo)量(如2017卷Ⅱ·T16)。 科學(xué)思維：輕桿(繩)模型、輕彈簧模型、胡克定律、平行四邊形定則、整體法、隔離法、合成法、分解法(如2019卷Ⅰ·T19)。 科學(xué)探究：探究彈簧形

3、變與彈力的關(guān)系、研究兩個(gè)互成角度的共點(diǎn)力的合成規(guī)律(如2018卷Ⅰ·T22、卷Ⅱ·T23)。 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：在生產(chǎn)、生活情境中，體驗(yàn)物理學(xué)技術(shù)的應(yīng)用。 第1節(jié)　重力　彈力　摩擦力 一、重力和重心 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(jì)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)。 5．重心位置的確定 質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體，重心在其幾何中心；對于形狀不規(guī)則或者質(zhì)量分布不均勻的薄板，重心可用懸掛法確定。 二、形變、彈性、胡克定律 1．形變 物體在

4、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，對與它接觸的物體會產(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：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。 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(或縮短)的長度x成正比。 (2)表達(dá)式：F＝kx。 ①k是彈簧的勁度系

5、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，但不是彈簧形變以后的長度。 三、滑動摩擦力、動摩擦因數(shù)、靜摩擦力 1．靜摩擦力與滑動摩擦力對比 名稱 項(xiàng)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動 大小 (1)靜摩擦力為被動力，與正壓力無關(guān)，滿足0

6、勢的方向相反 與受力物體相對運(yùn)動的方向相反 作用 效果 總是阻礙物體間的相對運(yùn)動趨勢 總是阻礙物體間的相對運(yùn)動 2.動摩擦因數(shù) (1)定義：彼此接觸的物體發(fā)生相對運(yùn)動時(shí)，摩擦力的大小和壓力的比值，μ＝。 (2)決定因素：與接觸面的材料和粗糙程度有關(guān)。 1．思考辨析(正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“×”) (1)重力的方向一定指向地心。 (×) (2)物體所受彈力的方向與自身形變的方向相同。 (√) (3)輕繩、輕桿的彈力方向一定沿繩、桿。 (×) (4)運(yùn)動的物體也可以受到靜摩擦力作用。 (√) (5)兩物體間正壓力增大時(shí)，接觸面間的摩擦力不一定增大。 (√) (6

7、)物體間的摩擦力越大，動摩擦因數(shù)一定越大。 (×) 2．(人教版必修1P55圖3.2-3改編)如圖所示，小車受到水平向右的彈力作用，與該彈力有關(guān)的說法中正確的是(　　) 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 [答案]　A 3．(人教版必修1P52圖3.1-4改編)(多選)如圖所示，兩輛車在以相同的速度做勻速運(yùn)動，根據(jù)圖中所給信息和所學(xué)知識你可以得出的結(jié)論是(　　) A．物體各部分都受重力作用，但可以認(rèn)為物體各部分所受重力集中于一點(diǎn) B．重力的方向總是垂直向下的 C．物體重心的位置與物體形狀和質(zhì)量分布有關(guān)

8、 D．力是使物體運(yùn)動的原因 AC　[物體各部分都受重力作用，但可以認(rèn)為物體各部分所受重力集中于一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)就是物體的重心，重力的方向總是和水平面垂直，是豎直向下而不是垂直向下，所以A正確，B錯(cuò)誤；從題圖中可以看出，汽車(包括貨物)的形狀和質(zhì)量分布發(fā)生了變化，重心的位置就發(fā)生了變化，故C正確；力不是使物體運(yùn)動的原因，而是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，所以D錯(cuò)誤。] 4．(滬科版必修1P81T8改編)(多選)如圖所示，在粗糙的水平面上疊放著物體A和B，A和B間的接觸面也是粗糙的，如果用水平拉力F施于A，而A、B仍保持靜止，則下面的說法中正確的是(　　) A．物體A與地面間的靜摩擦力的大小等于F

9、 B．物體A與地面間的靜摩擦力的大小等于零 C．物體A與B間的靜摩擦力的大小等于F D．物體A與B間的靜摩擦力的大小等于零 AD　[以A、B整體為研究對象，分析受力可知，整體水平方向受到拉力F和地面對A的靜摩擦力fA，由平衡條件得到，fA＝F，故A正確，B錯(cuò)誤；以B為研究對象，分析受力可知，B相對于A沒有運(yùn)動趨勢，B不受靜摩擦力，即物體A與B間的靜摩擦力的大小等于零，故C錯(cuò)誤，D正確。] 重力和彈力　[依題組訓(xùn)練] 1．(2019·陜西白河高級中學(xué)月考)下列關(guān)于重力的說法正確的是(　　) A．重力的方向不一定豎直向下 B．重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的 C．所

10、有物體的重心都在物體上 D．只有靜止的物體才受到重力 B　[本題考查對重力的認(rèn)識。重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的，重力的大小與運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)，其方向總是豎直向下的，重心是重力的作用點(diǎn)，可能在物體之上，也可能在物體之外，故A、C、D錯(cuò)誤，B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．鐵球一定受墻面水平向左的彈力 B．鐵球可能受墻面水平向左的彈力 C．鐵球一定受斜面通過鐵球的重心的彈力 D．鐵球可能受斜面垂直于斜面向上的彈力 B　[F的大小合適時(shí)，鐵球可以靜止在無墻的斜面上，F(xiàn)增

11、大時(shí)墻面才會對鐵球有彈力，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；斜面必須有對鐵球斜向上的彈力才能使鐵球不下落，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(xiàng)C、D錯(cuò)誤。] 3．(2019·合肥九中月考)一根彈簧受10 N拉力時(shí)總長為7 cm，受20 N拉力時(shí)總長為9 cm，已知當(dāng)拉力撤去時(shí)彈簧都能恢復(fù)原長，則彈簧原長為(　　) A．8 cm B．9 cm C．7 cm D．5 cm D　[彈簧在大小為10 N的拉力作用下，其總長為7 cm；設(shè)彈簧原長為l0，根據(jù)胡克定律可知ΔF＝kΔx，有10 N＝k×(0.07 m－l0)。彈簧在大小為20 N拉力作用下，其總長為9 cm，有20 N－10

12、N＝k×(0.09 m－0.07 m)；聯(lián)立計(jì)算得出l0＝0.05 m＝5 cm。故D正確。] 1．彈力有無的判斷 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(diǎn)力的平衡條件或牛頓第二定律確定彈力的方向。 3．計(jì)算彈力大小的三種方法 (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。 摩擦力的分析與計(jì)算　[講典例示法] 1．摩擦力的有無及方向的判斷方法 (1)假設(shè)法。 (2)狀態(tài)法：根據(jù)平衡條件、牛頓第二定律，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

13、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．求解摩擦力的技巧 [典例示法]　(2019·濟(jì)寧質(zhì)檢)如圖所示，質(zhì)量為M的長木板放在水平地面上，放在長木板上的質(zhì)量為m的木塊在水平向右的拉力F的作用下向右滑行，長木板保持靜止。已知木塊與長木板間的動摩擦因數(shù)為μ1，長木板與地面間的動摩擦因數(shù)為μ2，下列說法正確的是(　　) A．地面對長木板的摩擦力的大小一定為μ1mg B．地面對長木板的摩擦力的大小一定為μ2Mg C．地面對長木板的摩擦力的大小一定為μ2(m＋M)g D．只要拉力F增大到足夠大，長木板一定會與地面發(fā)生相對滑動 A　[木塊

14、所受木板的滑動摩擦力大小為f1＝μ1mg，方向水平向左，根據(jù)牛頓第三定律得知，木板受到木塊的摩擦力方向水平向右，大小等于μ1mg；木板處于靜止?fàn)顟B(tài)，水平方向受到木塊的滑動摩擦力和地面的靜摩擦力，根據(jù)平衡條件可知木板受到地面的摩擦力的大小也是μ1mg，木板相對于地面處于靜止?fàn)顟B(tài)，不能使用滑動摩擦力的公式計(jì)算木板受到的地面的摩擦力，所以木板與地面之間的摩擦力不一定是μ2(m＋M)g，故A正確，B、C錯(cuò)誤；開始時(shí)木板處于靜止?fàn)顟B(tài)，說明木塊與木板之間的摩擦力小于木板與地面之間的最大靜摩擦力，與拉力F的大小無關(guān)，所以即使拉力F增大到足夠大，木板仍靜止，故D錯(cuò)誤。] 摩擦力分析與計(jì)算的三點(diǎn)注意 1

15、．分析物體的運(yùn)動狀態(tài)，判斷是靜摩擦力還是滑動摩擦力。 2．滑動摩擦力有具體的計(jì)算公式，而靜摩擦力要借助其他公式，如：利用平衡條件列方程或牛頓第二定律列方程等。 3．“f＝μN(yùn)”中N并不總是等于物體的重力，如斜面上的物體，且N與重力G在大小上沒有關(guān)系。 [跟進(jìn)訓(xùn)練] 1．(2019·貴州銅仁一中月考)某人買了一輛前輪驅(qū)動的玩具小汽車，接通電源讓小汽車自動前行，地面對前輪的摩擦力為Ff1，對后輪的摩擦力為Ff2；關(guān)掉電源，推著小汽車前進(jìn)時(shí)，地面對前輪的摩擦力為F′f1，對后輪的摩擦力為F′f2，則(　　) A．F′f1與車前進(jìn)方向相同 B．F′f2與車前進(jìn)方向相同 C．F

16、f1與車前進(jìn)方向相同 D．Ff2與車前進(jìn)方向相同 C　[玩具汽車接通電源前進(jìn)時(shí)，前輪是主動輪，在它與地面接觸處有相對地面向后滑的趨勢，故受到向前的摩擦力；后輪是從動輪，它在與地面接觸處有相對于地面向前滑的趨勢，故受向后的摩擦力。而推動玩具汽車前進(jìn)時(shí)，地面對前、后輪的摩擦力方向都向后，所以Ff1向前，F(xiàn)f2、F′f1、F′f2向后，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。] 2．(多選)(2019·肥城月考)如圖所示，甲、乙、丙三個(gè)物體質(zhì)量相同，與地面間的動摩擦因數(shù)相同，受到三個(gè)大小相同的作用力F，當(dāng)它們滑動時(shí)，下列說法正確的是(　　) A．甲、乙、丙所受摩擦力相同 B．甲受到的摩擦力最小 C

17、．乙受到的摩擦力最大 D．丙受到的摩擦力最大 BC　[物體均在滑動，故受到的是滑動摩擦力；由于甲、乙、丙三個(gè)物體對地面的壓力大小分別為FN甲＝mg－Fsin θ；FN乙＝mg＋Fsin θ；FN丙＝mg；根據(jù)f＝μFN可知，滑動摩擦力的大小關(guān)系為f乙>f丙>f甲，故B、C正確，A、D錯(cuò)誤。] 3．(2019·濟(jì)寧質(zhì)檢)如圖所示，物體B疊放在物體A上，A、B的質(zhì)量均為m，且上、下表面均與斜面平行，它們以共同速度沿傾角為θ的固定斜面C勻速下滑，則(　　) A．A、B間沒有靜摩擦力 B．A受到B的靜摩擦力方向沿斜面向上 C．A受到斜面的滑動摩擦力大小為mgsin θ D．A與斜面間

18、的動摩擦因數(shù)μ＝tan θ D　[對物體B受力分析可知，B一定受重力、支持力，將重力分解可知重力有沿斜面向下的分力，B能勻速下滑，受力一定平衡，故A對B應(yīng)有沿斜面向上的靜摩擦力；根據(jù)力的相互作用規(guī)律可知，A受到B的靜摩擦力應(yīng)沿斜面向下，故A、B錯(cuò)誤；對A、B整體分析，并將整體重力分解，可知沿斜面方向上，重力的分力與摩擦力等大反向，故A受的滑動摩擦力沿斜面向上，大小為2mgsin θ，C錯(cuò)誤；對A、B整體分析，受重力、支持力和滑動摩擦力，由于勻速下滑，故重力沿斜面方向的分力與滑動摩擦力平衡，故2mgsin θ＝μ·2mgcos θ，解得μ＝tan θ，D正確。] 摩擦力的突變問題　[分考向

19、訓(xùn)練] 1．常見三種摩擦力的突變問題 “靜—靜”突變 物體在摩擦力和其他力的共同作用下處于靜止?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)，物體雖然仍保持相對靜止，但物體所受的靜摩擦力將發(fā)生突變 “動—?jiǎng)印蓖蛔? 某物體相對于另一物體滑動的過程中，若突然相對運(yùn)動方向變了，則滑動摩擦力方向發(fā)生突變 “靜—?jiǎng)印蓖蛔? 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)，則靜摩擦力將突變成滑動摩擦力 2.摩擦力突變問題的“臨界點(diǎn)” (1)題目中出現(xiàn)“最大”“最小”和“剛好”等關(guān)鍵詞時(shí)，一般隱藏著摩擦力突變的臨界問題。題意中某個(gè)物理量在變化過程中會發(fā)生突變，

20、這可能導(dǎo)致摩擦力突變，則該物理量突變時(shí)的狀態(tài)即為臨界狀態(tài)。 (2)存在靜摩擦的情景中，相對滑動與相對靜止的臨界條件是靜摩擦力達(dá)到最大值。 (3)研究傳送帶問題時(shí)，物體和傳送帶的速度相等的時(shí)刻往往是摩擦力的大小、方向和運(yùn)動性質(zhì)的分界點(diǎn)。 　“靜—靜”突變 1.一木塊放在水平桌面上，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)，如圖所示，其中F1＝10 N，F(xiàn)2＝2 N。若撤去F1，則木塊受到的摩擦力為(　　) A．10 N，方向向左 B．6 N，方向向右 C．2 N，方向向右 D．0 C　[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

21、物體所受的摩擦力的大小為8 N，方向向左，可知最大靜摩擦力f靜max≥8 N。當(dāng)撤去力F1后，F(xiàn)2＝2 N

22、平)，整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)打開力傳感器同時(shí)緩慢向沙桶里倒入沙子，小車一旦運(yùn)動起來，立即停止倒沙子，若力傳感器采集的圖象如圖乙，則結(jié)合該圖象，下列說法正確的是(　　) 甲　　　　　　　　　　　乙 A．可求出空沙桶的重力 B．可求出滑塊與小車之間的滑動摩擦力的大小 C可求出滑塊與小車之間的最大靜摩擦力的大小 D．可判斷第50 s后小車做勻速直線運(yùn)動(滑塊仍在車上) ABC　[t＝0時(shí)刻，力傳感器顯示拉力為2 N，則滑塊受到的摩擦力為靜摩擦力，大小為2 N，由小車與空沙桶受力平衡可知空沙桶的重力也等于2 N，A選項(xiàng)正確；t＝50 s時(shí)刻摩擦力達(dá)到最大值，即最大靜摩擦力為3

23、.5 N，同時(shí)小車啟動，說明帶有沙的沙桶重力等于3.5 N，此時(shí)摩擦力立即變?yōu)榛瑒幽Σ亮?，故摩擦力突變?yōu)? N的滑動摩擦力，B、C選項(xiàng)正確；此后由于沙和沙桶重力3.5 N大于滑動摩擦力3 N，故50 s后小車將加速運(yùn)動，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。] 　“動—?jiǎng)印蓖蛔? 3.如圖所示，斜面固定在地面上，傾角為37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)。質(zhì)量為1 kg的滑塊以初速度v0，從斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足夠長，該滑塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為0.7)，則該滑塊所受摩擦力f隨時(shí)間變化的圖象是下圖中的(取初速度v0的方向?yàn)檎较?，g取10 m/s2)(　　) C　[滑塊上升過程中受到滑動摩擦力作用，由f＝μN(yùn)和N＝mgcos θ聯(lián)立得f＝5.6 N，方向?yàn)檠匦泵嫦蛳?。?dāng)滑塊的速度減為零后，由于重力的分力mgsin θ>μmgcos θ，滑塊下滑，滑塊受的摩擦力方向?yàn)檠匦泵嫦蛏?，故選項(xiàng)C正確。] 11