高考物理一轮复习2.1重力、弹力、摩擦力(原卷版+解析)

这是一份高考物理一轮复习2.1重力、弹力、摩擦力(原卷版+解析)，共58页。试卷主要包含了重力，弹力等内容，欢迎下载使用。

重力 弹力
一、重力
1．产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。
2．大小：G＝mg，与物体的运动状态无关，与物体所在的纬度、高度有关。
3．方向：竖直向下。
4．重心
(1)定义：物体各部分都受重力的作用，从效果上看，可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心。
(2)重心的确定：质量分布均匀的规则物体的重心在其几何中心上；形状不规则或质量分布不均匀的薄板，重心可用悬挂法确定。
二、弹力
1．定义：发生弹性形变的物体由于要恢复原状会对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。
2．产生条件
(1)两物体相互接触；
(2)发生弹性形变。
3．方向：与施力物体恢复形变的方向相同(选填“相同”或“相反”)，作用在迫使物体发生形变的那个物体上。
4．胡克定律
(1)内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。
(2)表达式：F＝kx。k是弹簧的劲度系数，由弹簧自身的性质决定，单位是牛/米，x是弹簧长度的形变量，不是弹簧形变以后的长度。
（3）发生弹性形变要注意是拉伸形变还是压缩形变
【典例1】弹性形变的区分
(2022·青岛模拟)如图所示，A、B两个物块的重力分别是GA＝3 N，GB＝4 N，弹簧的重力不计，整个装置沿竖直方向处于静止状态，这时弹簧的弹力F＝2 N，则天花板受到的拉力和地板受到的压力有可能是( )
A．3 N和4 N B．5 N和6 N
C．1 N和2 N D．5 N和2 N
【答案】D
【解析】

弹簧可能是压缩状态，也可能是拉伸状态。设绳子的拉力为TA，地板的支持力为FN，弹簧的弹力为F。分情况讨论：(1)当弹簧是压缩状态时，A、B受力图如图所示，对物体A：F＋TA＝GA，对物体B：FN＝F＋GB，代入数据，解得TA＝1 N，FN＝6 N。
(2)当弹簧是拉伸状态时，图中的F分别反向。对物体A：GA＋F＝TA，对物体B：F＋FN＝GB，计算可得TA＝5 N，FN＝2 N，故D正确，A、B、C错误。
5.弹力是被动力，要结合物体所处的运动状态分析
【典例2】弹力是被动力
(2022·新疆维吾尔自治区3月检测)如图所示，一小车的表面由一光滑水平面和光滑斜面连接而成，其上放一球，球与水平面的接触点为a，与斜面的接触点为b。当小车和球一起在水平桌面上做直线运动时，下列结论正确的是( )
A．球在a、b两点处一定都受到支持力
B．球在a点一定受到支持力，在b点处一定不受支持力
C．球在a点一定受到支持力，在b点处不一定受到支持力
D．球在a点处不一定受到支持力，在b点处也不一定受到支持力
【答案】D
【解析】若球与小车一起做水平匀速运动，则球在b处不受支持力作用；若球与小车一起水平向左做匀加速运动，则球在a处受到的支持力可能为零，D正确。
练习1.(多选)(2022·河北武强中学高三月考)如图所示为位于水平面上的小车，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定有质量为m的小球。现使小车以加速度a向右做匀加速运动，下列说法正确的是( )
A．杆对小球的弹力竖直向上
B．杆对小球的弹力沿杆向上
C．杆对小球的弹力大小可能为eq \f(mg,cs θ)
D．杆对小球的弹力大小为F＝eq \r(mg2＋ma2)
【答案】CD
【解析】设杆对小球的弹力F在竖直方向的分力为Fy，水平方向的分力为Fx，由牛顿第二定律可知，Fy＝mg，Fx＝ma，F＝eq \r(mg2＋ma2)，当eq \f(ma,mg)＝tan θ时，即a＝gtan θ时，杆对球的弹力沿杆向上，此时F＝eq \f(mg,cs θ)，综上所述，A、B错误，C、D正确。
6.“动杆”和“定杆”上的弹力
①动杆：若轻杆用光滑的转轴或铰链连接，当杆处于平衡时杆所受到的弹力方向一定沿着杆，轻杆只能起到“拉”或“推”的作用，否则会引起杆的转动。如图甲所示，若C为转轴，则轻杆在缓慢转动中，弹力方向始终沿杆的方向。
②定杆：若轻杆被固定不发生转动，则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向。如图乙所示。定杆的弹力方向应根据物体的运动状态，由平衡条件或牛顿第二定律分析判断，如例1中(4)。
【典例3】动杆”和“定杆
(2022·河北唐山二调)如图所示，一光滑小球与—过球心的轻杆连接，置于一斜面上静止，轻杆通过光滑铰链与竖直墙壁连接，已知小球所受重力为G，斜面与水平地面间的夹角为60°，轻杆与竖直墙壁间的夹角也为60°，则轻杆和斜面受到球的作用力大小分别为( )
A．G和G B． eq \f(1,2) G和 eq \f(\r(3),2) G
C． eq \f(\r(3),2) G和 eq \f(1,2) G D． eq \r(3) G和2G
【答案】A
【解析】对小球进行受力分析，杆对小球的弹力F方向沿杆斜向上与水平方向成30°角，斜面对球的弹力FN方向垂直于斜面斜向上与水平方向成30 °角，重力方向竖直向下，如图所示，
由几何关系可知三力互成120°角，根据平衡条件知，三力可以构成一首尾相连的等边三角形，则小球对斜面和轻杆的力满足FN＝F＝G，根据牛顿第三定律可知，斜面和轻杆受到小球的作用力大小满足FN′＝F′＝G，选项A正确。
练习2.(多选)(2022·兰州一中模拟)两轻杆通过铰链相连构成一个三角形框架，AB、BC、CA三边长度为30 cm、20 cm、40 cm，在A点用一细线挂1 kg的物块，系统处于静止状态，则(g＝10 m/s2)( )
A．AB杆对A点有沿杆从B点指向A点的弹力
B．CA杆作用于A点的弹力不一定沿CA杆方向
C．CA杆产生的弹力大小为20 N
D．若改为挂一个0.5 kg的物块，则AB杆上弹力也会变为原来的一半
【答案】CD
【解析】AB杆对A点有沿杆从A点指向B点的拉力，选项A错误；由于是轻杆且通过铰链连接，则CA杆作用于A点的弹力一定沿CA杆方向，选项B错误；分析A点的受力，由相似三角形可知：eq \f(mg,BC)＝eq \f(FCA,AC)，解得FCA＝2mg＝20 N，选项C正确；因eq \f(mg,BC)＝eq \f(FAB,AB)，则FAB＝15 N，若改为挂一个0.5 kg的物块，则AB杆上弹力为7.5 N，选项D正确。
7.“活结”和“死结”问题
1．活结：当绳绕过光滑的滑轮或挂钩时，由于滑轮或挂钩对绳无约束，因此绳上的力是相等的，即滑轮只改变力的方向不改变力的大小．
2．死结：若结点不是滑轮，是固定点时，称为“死结”结点，则两侧绳上的弹力不一定相等．
【典例4】“活结”和“死结”
(多选)(2022·廊坊期末)如图，用硬铁丝弯成的光滑半圆环竖直放置，最高点B处固定一小滑轮，质量为m的小球A穿在环上．现用细绳一端拴在A上，另一端跨过滑轮用力F拉动，使A缓慢向上移动．在移动过程中关于铁丝对A的支持力FN，说法正确的是( )
A．FN的方向始终背离圆心O
B．FN的方向始终指向圆心O
C．FN逐渐变小
D．FN大小不变
【答案】 AD
【解析】若在物块缓慢向上移动的过程中，小圆环A处于三力平衡状态，根据平衡条件知mg与FN的合力与FT等大反向共线，作出mg与FN的合力，如图，由三角形相似得：eq \f(mg,BO)＝eq \f(FN,OA)；解得：FN＝eq \f(OA,BO)mg，AO、BO都不变，则FN不变，方向始终背离圆心O，故A、D正确，B、C错误．
练习3.(2022·山东潍坊质检)如图所示，在竖直平面内固定一直杆，将轻环套在杆上．不计质量的滑轮用轻质绳OP悬挂在天花板上，另一轻绳通过滑轮系在环上，不计所有摩擦．现向左缓慢拉绳，当环静止时，与手相连的绳子水平，若杆与地面间夹角为θ，则绳OP与天花板之间的夹角为( )
A．eq \f(π,2) B．θ C．eq \f(π,4)＋eq \f(θ,2) D．eq \f(π,4)－eq \f(θ,2)
【答案】C
【解析】当轻环静止不动时，PQ绳对轻环的拉力与杆对轻环的弹力等大、反向、共线，所以PQ绳垂直于杆，由几何关系可知，绳PQ与竖直方向之间的夹角是θ；对滑轮进行受力分析如图，由于滑轮的质量不计，则OP绳对滑轮的拉力与两个绳子上拉力的合力大小相等、方向相反，所以OP绳的方向一定在两根绳子之间的夹角的角平分线上，由几何关系得OP绳与天花板之间的夹角α＝eq \f(1,2)β＝eq \f(1,2)(eq \f(π,2)＋θ)＝eq \f(π,4)＋eq \f(θ,2)，C正确．
【巧学妙记】
计算弹力的两种方法
1．平衡体—应用平衡条件计算
(1)对物体受力分析，明确是二力平衡还是多力平衡，画出受力图。
(2)应用物体的平衡条件，借助力的平行四边形定则及三角函数知识求解结果。
2．非平衡体—应用牛顿第二定律计算
(1)对物体受力分析，画出受力图。
(2)应用牛顿第二定律，沿加速度的方向和垂直于加速度方向列方程。
(3)求解弹力的大小和方向，并判断结果的合理性。

摩擦力
一．摩擦力
1．定义：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在接触面上会产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力．
2．产生条件
(1)接触面粗糙．
(2)接触处有压力．
(3)两物体间有相对运动或相对运动的趋势．
3．方向：与受力物体相对运动或相对运动趋势的方向相反．
4．大小
(1)滑动摩擦力：Ff＝μFN，μ为动摩擦因数；
(2)静摩擦力：0F，则选项C正确；若初态mgsin θ