2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第二章相互作用第1講重力彈力學(xué)案+作業(yè)含解析新人教版

PAGEPAGE1第1講重力彈力五年高考(全國卷)命題分析五年常考熱點五年未考重點受力分析和靜態(tài)平衡202420242卷16題、3卷16題1卷19題、3卷17題1.整體法與隔離法的應(yīng)用2.動桿和定桿問題3.摩擦力的分析和突變4.平衡中的臨界、極值問題5.試驗：探究彈力和彈簧伸長的關(guān)系受力分析和動態(tài)平衡202420241卷19題1卷21題、2卷14題受力分析和平衡條件的應(yīng)用20242卷16題、3卷17題試驗：驗證力的平行四邊形定則20243卷22題1.考查方式：受力分析是探討物體運動狀態(tài)和運動規(guī)律的前提，并且貫穿力學(xué)和電學(xué)問題分析的全過程．從歷年命題看，主要在選擇題中單獨考查，同時對平衡問題的分析在后面的計算題中往往有所涉及.2.命題趨勢：本部分內(nèi)容在高考命題中也有兩大趨勢：一是向著選擇題單獨考查的方向發(fā)展；二是選擇題單獨考查與電學(xué)綜合考查并存.第1講重力彈力一、力1．定義：力是物體與物體間的相互作用．2．作用效果：使物體發(fā)生形變或變更物體的運動狀態(tài)(即產(chǎn)生加速度)．3．性質(zhì)：力具有物質(zhì)性、相互性、矢量性、獨立性等特征．4．四種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用．二、重力1．產(chǎn)生：由于地球吸引而使物體受到的力．留意：重力不是萬有引力，而是萬有引力豎直向下的一個分力．2．大?。篏＝mg，可用彈簧測力計測量．留意：(1)物體的質(zhì)量不會變；(2)G的變更是由在地球上不同位置處g的變更引起的．3．方向：總是豎直向下．留意：豎直向下是和水平面垂直向下，不肯定和接觸面垂直，也不肯定指向地心．4．重心：物體的每一部分都受重力作用，可認為重力集中作用于一點，即物體的重心．(1)影響重心位置的因素：物體的幾何形態(tài)；物體的質(zhì)量分布．(2)不規(guī)則薄板形物體重心的確定方法：懸掛法．留意：重心的位置不肯定在物體上．自測1下列關(guān)于重力的說法中正確的是()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所受重力最小D．物體掛在彈簧測力計下，彈簧測力計的示數(shù)肯定等于物體的重力答案C解析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，不肯定指向地心，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所受重力最小，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，D錯誤．三、彈力1．彈力(1)定義：發(fā)生形變的物體由于要復(fù)原原狀而對與它接觸的物體產(chǎn)生的作用力．(2)產(chǎn)生條件：①物體間干脆接觸；②接觸處發(fā)生形變．(3)方向：總是與施力物體形變的方向相反．推斷正誤(1)重力和支持力的大小肯定相等，方向相反．(×)(2)繩的彈力的方向肯定沿繩方向．(√)(3)桿的彈力的方向肯定沿桿方向．(×)2．胡克定律(1)內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈力的大小和彈簧形變大小(伸長或縮短的量)成正比．(2)表達式：F＝kx.①k是彈簧的勁度系數(shù)，單位是牛頓每米，用符號N/m表示；k的大小由彈簧自身性質(zhì)確定．②x是彈簧長度的變更量，不是彈簧形變以后的長度．自測2下列圖中各物體均處于靜止狀態(tài)．圖中畫出了小球A所受彈力的狀況，其中正確的是()答案C1．“三法”推斷彈力有無(1)假設(shè)法：假設(shè)將與探討對象接觸的物體解除接觸，推斷探討對象的運動狀態(tài)是否發(fā)生變更．若運動狀態(tài)不變，則此處不存在彈力；若運動狀態(tài)變更，則此處肯定存在彈力．(2)替換法：用細繩替換裝置中的輕桿，看能不能維持原來的力學(xué)狀態(tài)．假如能維持，則說明這個桿供應(yīng)的是沿桿方向的拉力；否則，供應(yīng)的是其他方向的力．(3)狀態(tài)法：由運動狀態(tài)分析彈力，即物體的受力必需與物體的運動狀態(tài)相符合，依據(jù)物體的運動狀態(tài)，由二力平衡(或牛頓其次定律)列方程，求解物體間的彈力．2．彈力方向的推斷例1畫出圖1所示情景中物體A受力的示意圖．圖1答案如圖所示變式1如圖2所示，小車內(nèi)沿豎直方向的一根輕質(zhì)彈簧和一條與豎直方向成α角的細繩拴接一小球．當小車與小球相對靜止，一起在水平面上運動時，下列說法正確的是()圖2A．細繩肯定對小球有拉力的作用B．輕彈簧肯定對小球有彈力的作用C．細繩不肯定對小球有拉力的作用，但是輕彈簧對小球肯定有彈力D．細繩不肯定對小球有拉力的作用，輕彈簧對小球也不肯定有彈力答案D解析當小車勻速運動時，彈簧彈力大小等于小球重力大小，細繩的拉力FT＝0；當小車和小球向右做勻加速直線運動時繩的拉力不能為零，彈簧彈力有可能為零，故D正確．1．輕繩、輕桿、彈性繩和輕彈簧的比較輕繩輕桿彈性繩輕彈簧質(zhì)量大小0000受外力作用時形變的種類拉伸形變拉伸形變、壓縮形變、彎曲形變拉伸形變拉伸形變、壓縮形變受外力作用時形變量大小微小，可忽視微小，可忽視較大，不行忽視較大，不行忽視彈力方向沿著繩，指向繩收縮的方向既能沿著桿，也可以跟桿成隨意角度沿著繩，指向繩收縮的方向沿著彈簧，指向彈簧復(fù)原原長的方向彈力大小變更狀況可以突變可以突變不能突變不能突變2．計算彈力大小的三種方法(1)依據(jù)胡克定律進行求解；(2)依據(jù)力的平衡條件進行求解；(3)依據(jù)牛頓其次定律進行求解．模型1物體與物體間的彈力例2(2024·四川成都市其次次診斷)如圖3，半圓球P和豎直擋板固定在水平面上，擋板與P相切，光滑小球Q靜止在P和擋板之間．已知Q的質(zhì)量為m，P、Q的半徑之比為4∶1，重力加速度大小為g.則Q對P的壓力大小為()圖3A.eq\f(4mg,3)B.eq\f(5mg,4)C.eq\f(4mg,5)D.eq\f(3mg,4)答案B解析對Q受力分析如圖所示設(shè)Q的半徑為r，則半圓球P的半徑為4r，由幾何關(guān)系得：4rcosα＝4r－(r＋rcosα)解得：cosα＝eq\f(3,5)由平衡條件得：FN2＝eq\f(mg,sinα)解得：FN2＝eq\f(5,4)mg由牛頓第三定律可知，Q對P的壓力大小為FN2′＝FN2＝eq\f(5,4)mg.模型2繩的彈力例3(2024·重慶市部分區(qū)縣第一次診斷)如圖4所示，水平直桿OP右端固定于豎直墻上的O點，長為L＝2m的輕繩一端固定于直桿P點，另一端固定于墻上O點正下方的Q點，OP長為d＝1.2m，重為8N的鉤碼用質(zhì)量不計的光滑掛鉤掛在輕繩上且處于靜止狀態(tài)，則輕繩的彈力大小為()圖4A．10NB．8NC．6ND．5N答案D解析設(shè)掛鉤所在處為N點，延長PN交墻于M點，如圖所示：同一條繩子拉力相等，依據(jù)對稱性可知兩邊的繩子與豎直方向的夾角相等，設(shè)為α，則依據(jù)幾何關(guān)系可知∠NQM＝∠NMQ＝α，故NQ＝MN，即PM等于繩長；依據(jù)幾何關(guān)系可得：sinα＝eq\f(PO,PM)＝eq\f(1.2,2)＝0.6，則cosα＝0.8，依據(jù)平衡條件可得：2FTcosα＝G，解得：FT＝5N，故D正確．模型3彈簧的彈力例4(2024·山東濰坊市二模)如圖5所示，固定光滑直桿傾角為30°，質(zhì)量為m的小環(huán)穿過直桿，并通過彈簧懸掛在天花板上，小環(huán)靜止時，彈簧恰好處于豎直位置，現(xiàn)對小環(huán)施加沿桿向上的拉力F，使環(huán)緩慢沿桿滑動，直到彈簧與豎直方向的夾角為60°.整個過程中，彈簧始終處于伸長狀態(tài)，以下推斷正確的是()圖5A．彈簧的彈力漸漸增大B．彈簧的彈力先減小后增大C．桿對環(huán)的彈力漸漸增大D．拉力F先增大后減小答案B解析由幾何關(guān)系可知，彈簧的長度先減小后增大，即伸長量先減小后增大，則彈簧的彈力先減小后增大，選項A錯誤，B正確；起先時彈簧處于拉伸狀態(tài)，依據(jù)平衡條件可知彈簧的彈力的大小等于環(huán)的重力，即F彈＝mg，此時桿對環(huán)的彈力為零，否則彈簧不會豎直；當彈簧與豎直方向的夾角為60°時，由幾何關(guān)系可知，此時彈簧的長度等于原來豎直位置時的長度，則此時彈簧彈力的大小也為F彈＝mg，依據(jù)力的合成可知此時彈簧對小環(huán)的彈力與環(huán)自身重力的合成沿桿向下，所以此時桿對環(huán)的彈力仍為零，故桿對環(huán)的彈力不是漸漸增大的，選項C錯誤；設(shè)彈簧與桿之間的夾角為θ，則在環(huán)從起先滑到彈簧與桿垂直位置的過程中，由平衡學(xué)問：F彈cosθ＋F＝mgsin30°，隨θ角的增加，F(xiàn)彈cosθ減小，則F增大；在環(huán)從彈簧與桿垂直位置到彈簧與豎直方向的夾角為60°的過程中，由平衡學(xué)問：F＝F彈cosθ＋mgsin30°，隨θ角的減小，F(xiàn)彈cosθ增大，則F增大，故F始終增大，選項D錯誤．模型4桿的彈力例5(2024·湖南懷化市博覽聯(lián)考)如圖6所示，與豎直墻壁成53°角的輕桿一端斜插入墻中并固定，另一端固定一個質(zhì)量為m的小球，水平輕質(zhì)彈簧處于壓縮狀態(tài)，彈力大小為eq\f(3,4)mg(g表示重力加速度)，則輕桿對小球的彈力大小為()圖6A.eq\f(5,3)mgB.eq\f(3,5)mgC.eq\f(4,5)mgD.eq\f(5,4)mg答案D解析小球處于靜止狀態(tài)，所受合力為零，對小球受力分析，如圖所示，由圖中幾何關(guān)系可得F＝eq\r(mg2＋\f(3,4)mg2)＝eq\f(5,4)mg，選項D正確．類型1“活結(jié)”和“死結(jié)”問題1．活結(jié)：當繩繞過光滑的滑輪或掛鉤時，由于滑輪或掛鉤對繩無約束，因此繩上的力是相等的，即滑輪只變更力的方向不變更力的大?。?．死結(jié)：若結(jié)點不是滑輪或掛鉤，而是固定點時，稱為“死結(jié)”結(jié)點，則兩側(cè)繩上的彈力不肯定相等．例6(2024·山東泰安市5月適應(yīng)性考試)如圖7所示，一不行伸長的輕繩左端固定于O點，右端跨過位于O′點的光滑定滑輪懸掛一質(zhì)量為1kg的物體，OO′段水平，O、O′間的距離為1.6m，繩上套一可沿繩自由滑動的輕環(huán)，現(xiàn)在輕環(huán)上懸掛一鉤碼(圖中未畫出)，平衡后，物體上升0.4m，物體未遇到定滑輪．則鉤碼的質(zhì)量為()圖7A．1.2kgB．1.6kgC.eq\r(2)kgD.eq\f(\r(2),2)kg答案A解析重新平衡后，繩子形態(tài)如圖所示：設(shè)鉤碼的質(zhì)量為M，由幾何關(guān)系知：繩子與豎直方向夾角為θ＝53°，依據(jù)平衡條件可得：2mgcos53°＝Mg，解得：M＝1.2kg，故A正確，B、C、D錯誤．類型2“動桿”和“定桿”問題1．動桿：若輕桿用光滑的轉(zhuǎn)軸或鉸鏈連接，當桿處于平衡時，桿所受到的彈力方向肯定沿著桿，否則會引起桿的轉(zhuǎn)動．如圖8甲所示，若C為轉(zhuǎn)軸，B為兩繩的結(jié)點，則輕桿在緩慢轉(zhuǎn)動中，彈力方向始終沿桿的方向．圖82．定桿：若輕桿被固定不發(fā)生轉(zhuǎn)動，則桿所受到的彈力方向不肯定沿桿的方向，如圖乙所示．例7(2024·天津市南開中學(xué)月考)如圖9為兩種形式的吊車的示意圖，OA為可繞O點轉(zhuǎn)動的輕桿，輕桿的重力不計，AB為纜繩，當它們吊起相同重物時，桿OA在圖(a)、(b)中的受力分別為Fa、Fb，則下列關(guān)系正確的是()圖9A．Fa＝Fb B．Fa>FbC．Fa<Fb D．大小不確定答案A解析對題圖中的A點受力分析，則由圖甲可得Fa＝Fa′＝2mgcos30°＝eq\r(3)mg由圖乙可得tan30°＝eq\f(mg,Fb′)則Fb＝Fb′＝eq\r(3)mg故Fa＝Fb.變式2(多選)如圖10所示，質(zhì)量均可忽視的輕繩與輕桿，A端用鉸鏈固定，滑輪在A點正上方(滑輪大小及摩擦均可不計)，B端吊一重物．現(xiàn)將繩的一端拴在桿的B端，用拉力F將B端緩慢上拉，在AB桿達到豎直前()圖10A．繩子拉力不變 B．繩子拉力減小C．AB桿受力增大 D．AB桿受力不變答案BD解析以B點為探討對象，受力分析如圖所示，B點受重物的拉力FT1(等于重物的重力G)、輕桿的支持力FN和繩子的拉力FT2由平衡條件得，F(xiàn)N和FT2的合力與FT1大小相等、方向相反，依據(jù)三角形相像可得：eq\f(FN,AB)＝eq\f(FT2,BO)＝eq\f(FT1,AO)又F＝FT2，F(xiàn)T1＝G解得：FN＝eq\f(AB,AO)·G，F(xiàn)＝eq\f(BO,AO)·G∠BAO緩慢變小時，AB、AO保持不變，BO變小，則FN保持不變，F(xiàn)變小，故選項B、D正確．1．(多選)關(guān)于彈力，下列說法正確的是()A．彈力的方向總是與施力物體形變的方向相反B．輕繩中的彈力方向肯定沿著繩并指向繩收縮的方向C．輕桿中的彈力方向肯定沿著輕桿D．在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力大小與彈簧的形變量成正比答案ABD2．水平桌面上覆蓋有玻璃板，玻璃板上放置一木塊，下列說法正確的是()A．木塊受到的彈力是由于木塊的彈性形變要復(fù)原造成的，玻璃板沒有形變B．木塊受到的重力就是木塊對玻璃板的壓力C．木塊對玻璃板的壓力與玻璃板對木塊的支持力從性質(zhì)上來說都是彈力D．木塊對玻璃板的壓力大小等于玻璃板對木塊的支持力大小，因此二者合力為零答案C3．如圖1所示的四個圖中，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)．現(xiàn)用等長的輕繩來代替輕桿，若要求接著保持平衡()圖1A．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、丁答案B4．如圖2所示的裝置中，各小球的質(zhì)量均相同，彈簧和細線的質(zhì)量均不計，一切摩擦忽視不計，平衡時各彈簧的彈力大小分別為F1、F2、F3，其大小關(guān)系是()圖2A．F1＝F2＝F3 B．F1＝F2＜F3C．F1＝F3＞F2 D．F3＞F1＞F2答案A5.(2024·貴州省部分重點中學(xué)3月聯(lián)考)如圖3所示，一根彈性桿的一端固定在傾角為30°的斜面上，桿的另一端固定一個質(zhì)量為1kg的小球，小球處于靜止狀態(tài)．取g＝10m/s2.則彈性桿對小球的作用力()圖3A．大小為5eq\r(3)N，方向垂直于斜面對上B．大小為10N，方向垂直于斜面對上C．大小為5N，方向垂直于斜面對上D．大小為10N，方向豎直向上答案D解析小球受到重力和彈力作用，由于小球處于靜止狀態(tài)，所以重力和彈力是一對平衡力，重力大小為10N，方向豎直向下，所以彈力大小也為10N，方向豎直向上，故D正確，A、B、C錯誤．6.(2024·河南一般中學(xué)高考模擬)如圖4所示，六根原長均為l的輕質(zhì)細彈簧兩兩相連，在同一平面內(nèi)六個大小相等、互成60°的恒定拉力F作用下，形成一個穩(wěn)定的正六邊形．已知正六邊形外接圓的半徑為R，每根彈簧的勁度系數(shù)均為k，彈簧在彈性限度內(nèi)，則F的大小為()圖4A.eq\f(k,2)(R－l) B．k(R－l)C．k(R－2l) D．2k(R－l)答案B解析正六邊形外接圓的半徑為R，則彈簧的長度為R，彈簧的伸長量為：Δx＝R－l由胡克定律可知，每根彈簧的彈力為：F彈＝kΔx＝k(R－l)兩相鄰彈簧夾角為120°，兩相鄰彈簧彈力的合力為：F合＝F彈＝k(R－l)彈簧靜止，處于平衡狀態(tài)，由平衡條件可知，F(xiàn)的大小為：F＝F合＝k(R－l)，故B正確，A、C、D錯誤．7．(2024·遼寧葫蘆島市第一次模擬)如圖5所示，細繩一端固定在A點，跨過與A等高的光滑定滑輪B后在另一端懸掛一個沙桶Q.現(xiàn)有另一個沙桶P通過光滑輕質(zhì)掛鉤掛在AB之間，穩(wěn)定后掛鉤下降至C點，∠ACB＝120°，下列說法正確的是()圖5A．若只增加Q桶內(nèi)的沙子，再次平衡后C點位置不變B．若只增加P