2025年高考物理復(fù)習(xí)講義第二章第1講　重力　彈力　摩擦力（含解析）

第1講重力彈力摩擦力素養(yǎng)目標(biāo)1.能從真實的物理情境中認(rèn)識彈力、摩擦力、動摩擦因數(shù)．(物理觀念)2.會應(yīng)用彈力、摩擦力的產(chǎn)生條件分析彈力、摩擦力的有無及方向．(科學(xué)思維)3.能應(yīng)用假設(shè)法、狀態(tài)法、平衡法分析、計算彈力和摩擦力的大小．(科學(xué)思維)一、重力1．產(chǎn)生：由于地球的吸引而使物體受到的力．2．大小：與物體的質(zhì)量成正比，即G＝mg.可用彈簧測力計測量重力．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)．5．重心位置的確定：質(zhì)量分布均勻的規(guī)則物體，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、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，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小①靜摩擦力為被動力，與正壓力無關(guān)，滿足0<F≤Fmax.②最大靜摩擦力Fmax大小與正壓力大小有關(guān)Ff＝μFN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，摩擦力的大小和壓力的比值．μ＝eq\f(Ff,FN).(2)決定因素：與接觸面的材料和粗糙程度有關(guān)．1．思維辨析(1)只要物體發(fā)生形變就會產(chǎn)生彈力作用．()(2)物體所受彈力的方向與施力物體形變方向相反．()(3)輕繩產(chǎn)生的彈力方向一定沿著繩的方向．()(4)輕桿產(chǎn)生的彈力方向一定沿著桿的方向．()(5)滑動摩擦力的方向不可能與物體的運動方向相同．()2．(2022·浙江1月選考)如圖所示，公園里有一仿制我國古代欹器的U形水桶，桶可繞水平軸轉(zhuǎn)動，水管口持續(xù)有水流出，過一段時間桶會翻轉(zhuǎn)一次，決定桶能否翻轉(zhuǎn)的主要因素是()A．水桶自身重力的大小B．水管每秒出水量的大小C．水流對桶撞擊力的大小D．水桶與水整體的重心高低3．如圖所示，一位女士用80N的水平力推沙發(fā)推不動，沙發(fā)此時受到的摩擦力大小為F1；如果該女士用100N的水平力恰能推動沙發(fā)，此時沙發(fā)與地面間的摩擦力大小為F2；如果該女士把沙發(fā)推動了，此時沙發(fā)與地面間摩擦力大小為F3.若沙發(fā)對地面的壓力大小為200N，沙發(fā)與地面間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.45，則F1、F2、F3的大小分別為()A．80N、100N、90NB．80N、100N、45NC．80N、80N、90ND．0、80N、45N考點彈力的分析與計算1．彈力有無的判斷2．彈力方向的判斷3．計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．典例1(2024·遼寧名校聯(lián)盟階段考)在實驗室中，同學(xué)將兩根相同的輕彈簧串接在一起，下面掛兩個相同的鉤碼，如圖甲所示，此時兩根輕彈簧的總伸長量為x.若該同學(xué)將兩個鉤碼按照圖乙方式掛在兩輕彈簧上，則兩根輕彈簧的總伸長量為()A.eq\f(x,2)B.eq\f(3,4)xC．xD.eq\f(3,2)x1．[彈力有無的判斷]如圖所示，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角的輕質(zhì)細(xì)繩拴接一小球，此時小車與小球保持相對靜止，一起在水平面上運動，下列說法正確的是()A．細(xì)繩一定對小球有拉力B．輕彈簧一定對小球有彈力C．細(xì)繩不一定對小球有拉力，但是輕彈簧一定對小球有彈力D．細(xì)繩不一定對小球有拉力，輕彈簧也不一定對小球有彈力2．[彈簧彈力的分析與計算]兩個勁度系數(shù)分別為k1和k2的輕質(zhì)彈簧a、b串接在一起，a彈簧的一端固定在墻上，如圖所示，開始時彈簧均處于原長狀態(tài)，現(xiàn)用水平力F作用在b彈簧的P端向右拉動彈簧，已知a彈簧的伸長量為L，則()A．b彈簧的伸長量也為LB．b彈簧的伸長量為eq\f(k1L,k2)C．P端向右移動的距離為2LD．P端向右移動的距離為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(k2,k1)))L考點摩擦力的分析與計算eq\o(→,\s\up7(對應(yīng)學(xué)生用書P028))1．靜摩擦力的方向的判斷假設(shè)法狀態(tài)法根據(jù)平衡條件、牛頓第二定律，通過受力分析確定靜摩擦力的方向轉(zhuǎn)換對象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.摩擦力大小的計算(1)滑動摩擦力的大小公式法若μ已知，則Ff＝μFN，F(xiàn)N是兩物體間的正壓力狀態(tài)法若μ未知，可結(jié)合物體的運動狀態(tài)和其他受力情況，利用平衡條件或牛頓第二定律列方程求解(2)靜摩擦力的大小①物體處于平衡狀態(tài)(靜止或勻速直線運動)，利用力的平衡條件求解．②物體有加速度時，應(yīng)用牛頓第二定律F合＝ma求解．③最大靜摩擦力與接觸面間的壓力成正比，其值大于滑動摩擦力，但通常認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力．典例2(2020·北京卷)某同學(xué)利用如圖甲所示裝置研究摩擦力的變化情況．實驗臺上固定一個力傳感器，傳感器用棉線拉住物塊，物塊放置在粗糙的長木板上．水平向左拉木板，傳感器記錄的F-t圖像如圖乙所示．下列說法正確的是()A．實驗中必須讓木板保持勻速運動B．圖乙中曲線就是摩擦力隨時間的變化曲線C．最大靜摩擦力與滑動摩擦力之比約為10∶7D．只用圖乙中數(shù)據(jù)可得出物塊與木板間的動摩擦因數(shù)1．[靜摩擦力方向的判斷](多選)如圖所示，A、B、C三個物體質(zhì)量相等，它們與傳送帶間的動摩擦因數(shù)也相同．三個物體隨傳送帶一起勻速運動，運動方向如圖中箭頭所示．則下列說法正確的是()A．A物體受到的摩擦力方向向右B．B、C受到的摩擦力方向相同C．B、C受到的摩擦力方向相反D．若傳送帶突然加速，則A物體受到的摩擦力向右2．[滑動摩擦力大小和方向的判斷](多選)如圖所示，質(zhì)量為m的木塊在質(zhì)量為M的長木板上，受到向右的拉力F的作用向右滑行，長木板處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知木塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ1，木板與地面間的動摩擦因數(shù)為μ2.下列說法正確的是()A．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ1mgB．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2(m＋M)gC．當(dāng)F>μ2(M＋m)g時，木板便會開始運動D．無論怎樣改變F的大小，木板都不可能運動課題研究摩擦力“突變”四類問題類型Ⅰ.“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的大小和方向?qū)l(fā)生突變．典例1如圖所示，質(zhì)量為10kg的物體A拴在一個被水平拉伸的彈簧一端，彈簧的拉力為5N時，物體A處于靜止?fàn)顟B(tài)．若小車以1m/s2的加速度向右運動，則(取g＝10m/s2)()A．物體A相對小車向右運動B．物體A受到的摩擦力減小C．物體A受到的摩擦力大小不變D．物體A受到的彈簧的拉力增大類型Ⅱ.“靜—動”突變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，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，“突變”點為靜摩擦力達(dá)到最大值時．典例2(多選)在探究靜摩擦力變化規(guī)律及滑動摩擦力變化規(guī)律的實驗中，設(shè)計了如圖甲所示的演示裝置，力傳感器A與計算機連接，可獲得力隨時間變化的規(guī)律，將力傳感器固定在光滑水平桌面上，測力端通過細(xì)繩與一滑塊相連(調(diào)節(jié)力傳感器高度可使細(xì)繩水平)，滑塊放在較長的小車上，小車一端連接一根輕繩并跨過光滑的輕質(zhì)定滑輪系一只空沙桶(調(diào)節(jié)滑輪可使桌面上部輕繩水平)．整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)．實驗開始時打開力傳感器同時緩慢向沙桶里倒入沙子，小車一旦運動起來，立即停止倒沙子，若力傳感器采集的圖像如圖乙所示，則結(jié)合該圖像，下列說法正確的是()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50s后小車做勻速直線運動(滑塊仍在車上)類型Ⅲ.“動—靜”突變兩物體相對減速滑動的過程中，若相對速度變?yōu)榱?，則滑動摩擦力“突變”為靜摩擦力，“突變”點為兩物體相對速度剛好為零時．典例3如圖所示，斜面固定在地面上，傾角為θ＝37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)．質(zhì)量為1kg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0.8)，則該滑塊所受摩擦力Ff隨時間變化的圖像是下列選項中的(取初速度v0的方向為正方向，取g＝10m/s2)()類型Ⅳ.“動—動”突變指滑動摩擦力大小與方向變化，例如滑塊沿斜面下滑到水平面，滑動摩擦力會發(fā)生變化．典例4(多選)如圖所示，足夠長的傳送帶與水平面夾角為θ，以速度v0逆時針勻速轉(zhuǎn)動．在傳送帶的上端輕輕放置一個質(zhì)量為m的小木塊，小木塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)μ<tanθ，則下列選項中能正確地反映小木塊的運動情況的是()/素/養(yǎng)/感/悟處理相關(guān)問題的幾個注意點1．題目中出現(xiàn)“最大”“最小”和“剛好”等關(guān)鍵詞時，一般隱藏著臨界問題．有時，有些臨界問題中并不符合上述常見的“臨界術(shù)語”，但審題時發(fā)現(xiàn)某個物理量在變化過程中會發(fā)生突變，則該物理量突變時物體所處的狀態(tài)即為臨界狀態(tài)．2．靜摩擦力是被動力，其存在與否及大小、方向取決于物體間的相對運動的趨勢，而且靜摩擦力存在最大值．存在靜摩擦力的連接系統(tǒng)，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，物體和傳送帶的速度相等的時刻往往是摩擦力的大小、方向和運動性質(zhì)的轉(zhuǎn)變點．答案及解析(1)只要物體發(fā)生形變就會產(chǎn)生彈力作用．(×)(2)物體所受彈力的方向與施力物體形變方向相反．(√)(3)輕繩產(chǎn)生的彈力方向一定沿著繩的方向．(√)(4)輕桿產(chǎn)生的彈力方向一定沿著桿的方向．(×)(5)滑動摩擦力的方向不可能與物體的運動方向相同．(×)2．(2022·浙江1月選考)如圖所示，公園里有一仿制我國古代欹器的U形水桶，桶可繞水平軸轉(zhuǎn)動，水管口持續(xù)有水流出，過一段時間桶會翻轉(zhuǎn)一次，決定桶能否翻轉(zhuǎn)的主要因素是()A．水桶自身重力的大小B．水管每秒出水量的大小C．水流對桶撞擊力的大小D．水桶與水整體的重心高低解析：水管口持續(xù)有水流出而過一段時間桶會翻轉(zhuǎn)一次，說明主要原因是裝的水到一定量之后，導(dǎo)致水桶與水整體的重心往上移動，豎直向下的重力作用線偏離中心轉(zhuǎn)軸，導(dǎo)致水桶不能穩(wěn)定平衡，發(fā)生翻轉(zhuǎn)，故選D.答案：D3．如圖所示，一位女士用80N的水平力推沙發(fā)推不動，沙發(fā)此時受到的摩擦力大小為F1；如果該女士用100N的水平力恰能推動沙發(fā)，此時沙發(fā)與地面間的摩擦力大小為F2；如果該女士把沙發(fā)推動了，此時沙發(fā)與地面間摩擦力大小為F3.若沙發(fā)對地面的壓力大小為200N，沙發(fā)與地面間的動摩擦因數(shù)為μ＝0.45，則F1、F2、F3的大小分別為()A．80N、100N、90NB．80N、100N、45NC．80N、80N、90ND．0、80N、45N解析：該女士用80N的水平力推不動木箱，則木箱此時受到的是靜摩擦力，所以F1＝80N．該女士用100N的力恰好推動木箱，此時的推力的大小等于摩擦力的大小，所以F2＝100N．木箱被推動后受滑動摩擦力，由公式Ff＝μFN來計算大小，所以F3＝μFN＝0.45×200N＝90N，A正確．答案：A考點彈力的分析與計算典例1(2024·遼寧名校聯(lián)盟階段考)在實驗室中，同學(xué)將兩根相同的輕彈簧串接在一起，下面掛兩個相同的鉤碼，如圖甲所示，此時兩根輕彈簧的總伸長量為x.若該同學(xué)將兩個鉤碼按照圖乙方式掛在兩輕彈簧上，則兩根輕彈簧的總伸長量為()A.eq\f(x,2)B.eq\f(3,4)xC．xD.eq\f(3,2)x解析：按題圖甲所示方式連接時，兩彈簧所受拉力大小均為2mg，伸長量之和為x＝eq\f(2mg,k)＋eq\f(2mg,k)＝eq\f(4mg,k)；按題圖乙所示方式連接時，彈簧a所受拉力為2mg，彈簧b所受拉力為mg，兩彈簧總共伸長量為x′＝eq\f(2mg,k)＋eq\f(mg,k)＝eq\f(3mg,k)＝eq\f(3,4)x，B正確，A、C、D錯誤．故選B.1．[彈力有無的判斷]如圖所示，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角的輕質(zhì)細(xì)繩拴接一小球，此時小車與小球保持相對靜止，一起在水平面上運動，下列說法正確的是()A．細(xì)繩一定對小球有拉力B．輕彈簧一定對小球有彈力C．細(xì)繩不一定對小球有拉力，但是輕彈簧一定對小球有彈力D．細(xì)繩不一定對小球有拉力，輕彈簧也不一定對小球有彈力解析：當(dāng)小車勻速運動時，彈簧彈力大小等于小球重力大小，此時細(xì)繩的拉力FT＝0；當(dāng)小車和小球向右做勻加速直線運動時，細(xì)繩的拉力不可能為零，彈簧彈力有可能為零，故D正確．答案：D2．[彈簧彈力的分析與計算]兩個勁度系數(shù)分別為k1和k2的輕質(zhì)彈簧a、b串接在一起，a彈簧的一端固定在墻上，如圖所示，開始時彈簧均處于原長狀態(tài)，現(xiàn)用水平力F作用在b彈簧的P端向右拉動彈簧，已知a彈簧的伸長量為L，則()A．b彈簧的伸長量也為LB．b彈簧的伸長量為eq\f(k1L,k2)C．P端向右移動的距離為2LD．P端向右移動的距離為eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(k2,k1)))L解析：兩根輕彈簧串接，彈力大小相等，根據(jù)胡克定律F＝kx得F＝k1L＝k2L′，解得b彈簧的伸長量為L′＝eq\f(k1L,k2)，A錯誤，B正確；P端向右移動的距離等于兩根彈簧伸長量之和，即為L＋eq\f(k1L,k2)＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(1＋\f(k1,k2)))L，C、D錯誤．答案：B考點摩擦力的分析與計算eq\o(→,\s\up7(對應(yīng)學(xué)生用書P028))典例2(2020·北京卷)某同學(xué)利用如圖甲所示裝置研究摩擦力的變化情況．實驗臺上固定一個力傳感器，傳感器用棉線拉住物塊，物塊放置在粗糙的長木板上．水平向左拉木板，傳感器記錄的F-t圖像如圖乙所示．下列說法正確的是()A．實驗中必須讓木板保持勻速運動B．圖乙中曲線就是摩擦力隨時間的變化曲線C．最大靜摩擦力與滑動摩擦力之比約為10∶7D．只用圖乙中數(shù)據(jù)可得出物塊與木板間的動摩擦因數(shù)解析：由于物塊保持靜止，根據(jù)受力平衡可以判斷物塊所受拉力始終與摩擦力大小相等，方向相反，傳感器測量物塊所受的拉力，圖乙中曲線是拉力隨時間變化的曲線，不能把拉力說成摩擦力，故B錯誤．當(dāng)長木板所受外力較小時，長木板與物塊一起靜止，長木板與物塊之間為靜摩擦力；當(dāng)長木板因所受外力較大而運動起來后，物塊因拉力仍然靜止，此時長木板與物塊之間為滑動摩擦力．本實驗中長木板與物塊之間只有相對靜止和相對滑動兩種狀態(tài)，沒有必要要求長木板做勻速直線運動，故A錯誤．由乙圖可知，物塊所受拉力最大值約為10N，此時拉力與最大靜摩擦力大小相等，最終穩(wěn)定時約為7N，此時拉力與滑動摩擦力大小相等，故C正確．題目中沒有提及物塊質(zhì)量，因此無法計算物塊與木板間的動摩擦因數(shù)，故D錯誤．故選C.1．[靜摩擦力方向的判斷](多選)如圖所示，A、B、C三個物體質(zhì)量相等，它們與傳送帶間的動摩擦因數(shù)也相同．三個物體隨傳送帶一起勻速運動，運動方向如圖中箭頭所示．則下列說法正確的是()A．A物體受到的摩擦力方向向右B．B、C受到的摩擦力方向相同C．B、C受到的摩擦力方向相反D．若傳送帶突然加速，則A物體受到的摩擦力向右解析：A物體與傳送帶一起勻速運動，它們之間無相對運動或相對運動趨勢，即無摩擦力作用，故A錯誤；B、C兩物體雖運動方向不同，但都處于平衡狀態(tài)，由沿傳送帶方向所受合力為零可知，B、C兩物體均受沿傳送帶方向向上的摩擦力作用，故B正確，C錯誤；若傳送帶突然加速，根據(jù)牛頓第二定律，可知A物體受到向右的摩擦力作用，故D正確．答案：BD2．[滑動摩擦力大小和方向的判斷](多選)如圖所示，質(zhì)量為m的木塊在質(zhì)量為M的長木板上，受到向右的拉力F的作用向右滑行，長木板處于靜止?fàn)顟B(tài)，已知木塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ1，木板與地面間的動摩擦因數(shù)為μ2.下列說法正確的是()A．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ1mgB．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2(m＋M)gC．當(dāng)F>μ2(M＋m)g時，木板便會開始運動D．無論怎樣改變F的大小，木板都不可能運動解析：由于木塊在木板上運動，所以木塊受到木板的滑動摩擦力的作用，其大小為μ1mg，根據(jù)牛頓第三定律可得木塊對木板的滑動摩擦力也為μ1mg.又由于木板處于靜止?fàn)顟B(tài)，木板在水平方向上受到木塊的摩擦力μ1mg和地面的靜摩擦力的作用，二力平衡，選項A正確，B錯誤；若增大F的大小，只能使木塊的加速度大小變化，但木塊對木板的滑動摩擦力大小不變，因而也就不可能使木板運動起來，選項C錯誤，D正確．答案：AD課題研究摩擦力“突變”四類問題典例1如圖所示，質(zhì)量為10kg的物體A拴在一個被水平拉伸的彈簧一端，彈簧的拉力為5N時，物體A處于靜止?fàn)顟B(tài)．若小車以1m/s2的加速度向右運動，則(取g＝10m/s2)()A．物體A相對小車向右運動B．物體A受到的摩擦力減小C．物體A受到的摩擦力大小不變D．物體A受到的彈簧的拉力增大解析：由題意得，物體A與小車的上表面間的最大靜摩擦力Ffm≥5N，小車加速運動時，假設(shè)物體A與小車仍然相對靜止，則物體A所受合力F合＝ma＝10N，可知此時小車對物體A的摩擦力為5N，方向向右，且為靜摩擦力，所以假設(shè)成立，物體A受到的摩擦力大小不變，故選項A、B錯誤，C正確；同理可知，物體A受到的彈簧的拉力大小不變，故D錯誤．答案：C典例2(多選)在探究靜摩擦力變化規(guī)律及滑動摩擦力變化規(guī)律的實驗中，設(shè)計了如圖甲所示的演示裝置，力傳感器A與計算機連接，可獲得力隨時間變化的規(guī)律，將力傳感器固定在光滑水平桌面上，測力端通過細(xì)繩與一滑塊相連(調(diào)節(jié)力傳感器高度可使細(xì)繩水平)，滑塊放在較