2018版高考物理配套文档：第二章 第1讲 重力 弹力 摩擦力 Word版含解析

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[考试标准]
知识内容
必考要求
加试要求
说明
重力、基本相互作用
c
c
1.万有引力与重力的相互关系不作要求.
2.多个弹簧的串、并联问题不作要求.
3.不要求引入静摩擦因数.
4.不要求判断不在同一直线上做相对运动时的滑动摩擦力的方向.
弹力
c
c
摩擦力
c
c



一、重力　基本相互作用
1．重力的理解
(1)产生：由于地球吸引而使物体受到的力．
(2)大小：G＝mg，可用弹簧测力计测量．注意：①物体的质量不会变；②G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的．
(3)方向：总是竖直向下的．注意：竖直向下是和水平面垂直，不一定和接触面垂直，也不一定指向地心．
(4)重心：物体的每一部分都受重力作用，可认为重力集中作用于一点即物体的重心．
①影响重心位置的因素：物体的几何形状；物体的质量分布．
②不规则薄板形物体重心的确定方法：悬挂法．注意：重心的位置不一定在物体上．
2．四种基本相互作用

万有引力
电磁相互作用
强相互作用
弱相互作用
概念及特点
一切物体间存在的相互吸引的力
电荷之间的相互作用和磁体之间的相互作用，本质上是同一种相互作用的不同表现
能使原子核紧密地保持在一起的强大作用力
放射现象中起作用的一种基本相互作用
作用范围
长程力，从理论上说，它们的作用范围是无限的，在宏观世界显示作用
短程力，作用范围在原子核尺度内，约为10－15 m，距离增大时，相互作用急剧减小，在宏观世界不易觉察

二、弹力
1．形变与弹性形变
(1)形变：物体在力的作用下形状或体积的变化叫形变．
(2)弹性形变：有些物体在形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变．
(3)弹性限度：当形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹性限度．
2．弹力
(1)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力．
(2)产生条件：物体相互接触且发生弹性形变．
(3)方向：弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反．
3．胡克定律
(1)内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比．
(2)表达式：F＝kx.
说明：k是弹簧的劲度系数，单位为N/m；k的大小由弹簧自身性质决定．
x是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度．
[深度思考]　轻绳、轻杆的弹力方向一定都沿绳或杆的方向吗？
答案　轻绳的弹力方向一定沿绳方向，轻杆的弹力方向不一定沿杆的方向．
三、摩擦力
两种摩擦力的对比

静摩擦力
滑动摩擦力
定义
两个具有相对运动趋势的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力
两个具有相对运动的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动的力
产生条件(必要条件)
(1)接触面粗糙
(2)接触处有弹力
(3)两物体间有相对运动趋势(仍保持相对静止)
(1)接触面粗糙
(2)接触处有弹力
(3)两物体间有相对运动
大小
(1)静摩擦力为被动力，与正压力无关，满足0＜F≤Fmax
滑动摩擦力：F＝μFN(μ为动摩擦因数，取决于接触面材料及粗糙程度，FN为正压力)
(2)最大静摩擦力Fmax大小与正压力大小有关
方向
沿接触面与受力物体相对运动趋势的方向相反
沿接触面与受力物体相对运动的方向相反
作用点
实际上接触面上各点都是作用点，常把它们等效到一个点上，在作力的图示或示意图时，一般把力的作用点画到物体的重心上

[深度思考]
1．摩擦力一定与接触面上的正压力成正比吗？摩擦力的方向一定与正压力的方向垂直吗？
答案　(1)滑动摩擦力与接触面上的正压力成正比，而静摩擦力的大小与正压力无关，通常由受力平衡或牛顿第二定律求解．
(2)由于正压力方向与接触面垂直，而摩擦力沿接触面的切线方向，因此二者一定垂直．
2．判断下列说法是否正确．
(1)静止的物体不可能受滑动摩擦力，运动的物体不可能受静摩擦力．(×)
(2)滑动摩擦力一定是阻力，静摩擦力可以是动力，比如放在倾斜传送带上与传送带相对静止向上运动的物体．(×)
(3)运动物体受到的摩擦力不一定等于μFN.(√)

1．关于地面上物体的重力，下列说法正确的是(　　)
A．只有静止时，物体才受重力
B．物体对地面的压力就是物体的重力
C．弹簧测力计和杆秤都能称量物体的重力大小
D．同一地点，物体的重力与其质量成正比
答案　D
2．(2016·温州市调研)如图1所示，圆桶形容器内装有一定量的某种液体，容器和液体整体的重心正好位于液面下的A点，现将液体倒出一些，则关于整体重心位置的变化，下列说法正确的是(　　)
　
图1　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．下降
B．上升
C．不变
D．不确定
答案　D
3．(多选)下列关于自然界中的四种基本相互作用力的描述，正确的是(　　)
A．一切物体之间都存在着相互作用的吸引力
B．强相互作用存在于宏观物体之间，而弱相互作用存在于原子核内部
C．电荷间的相互作用、磁体间的相互作用在本质上是同一种相互作用的不同表现
D．原子核内部的带正电的质子之间存在着斥力，但原子核仍能紧密地保持在一起，是万有引力作用的结果
答案　AC
4．杂技演员有高超的技术，如图2所示，能轻松地顶住从高处落下的坛子，关于他顶坛时头顶受到的压力产生的直接原因是(　　)

图2
A．坛的形变
B．头的形变
C．坛受到的重力
D．人受到的重力
答案　A
5．铁架台上悬挂着一个劲度系数为k的轻弹簧，弹簧的下端挂一个质量为m的小球．小球处于静止状态时，弹簧的伸长量等于(弹簧的伸长在弹性限度内)(　　)
A．0 B. C．kmg D.
答案　B
6．自行车是很普及的代步工具，不论它的品牌如何，从自行车的结构和使用上来看，它涉及许多物理知识，下列对其认识错误的是(　　)
A．自行车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车处均刻有花纹，并且都使用动摩擦因数大的材料，增大了摩擦力
B．车轴处经常涂一些润滑油，以减小接触面粗糙程度来减小摩擦力
C．刹车时，用力捏紧车闸，以增大刹车块与车圈之间的压力，从而增大摩擦力
D．车轴处一般有滚珠，变滚动摩擦为滑动摩擦来减小摩擦力
答案　D

命题点一　弹力的分析和求解

例1　如图3所示，球A在斜面上，被竖直挡板挡住而处于静止状态，关于球A所受的弹力，以下说法正确的是(　　)

图3
A．球A仅受一个弹力作用，弹力的方向垂直斜面向上
B．球A受两个弹力作用，一个水平向左，一个垂直斜面向下
C．球A受两个弹力作用，一个水平向右，一个垂直斜面向上
D．球A受三个弹力作用，一个水平向右，一个垂直斜面向上，一个竖直向下
解析　球A受重力竖直向下，与竖直挡板和斜面都有挤压．斜面给它一个支持力，垂直斜面向上，挡板给它一个压力，水平向右，故选项C正确．
答案　C

弹力的分析方法与技巧
1．弹力有无的判断“三法”
(1)条件法：根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力．此方法多用来判断形变较明显的情况．
(2)假设法：对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若运动状态不变，则此处不存在弹力，若运动状态改变，则此处一定有弹力．
(3)状态法：根据物体的运动状态，利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在．
2．弹力方向的判断方法
(1)根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断．
(2)根据共点力平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向．
3．弹力大小计算的三种方法
(1)根据力的平衡条件进行求解．
(2)根据牛顿第二定律进行求解．
(3)根据胡克定律进行求解．

题组阶梯突破
1．如图4所示，一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上，杆的另一端固定一个重2 N的小球，小球处于静止状态时，弹性杆对小球的弹力(　　)

图4
A．大小为2 N，方向平行于斜面向上
B．大小为1 N，方向垂直于斜面向上
C．大小为2 N，方向垂直于斜面向上
D．大小为2 N，方向竖直向上
答案　D
2．如图5所示，A、B两物体并排放在水平桌面上，C物体叠放在A、B上；D物体悬挂在竖直悬线的下端，且与斜面接触．若接触面均光滑，下列说法正确的是(　　)

图5
A．C对桌面的压力大小等于C的重力
B．B对A的弹力方向水平向左
C．斜面对D的支持力方向垂直斜面向上
D．D对斜面没有压力作用
答案　D
解析　 C与桌面间无压力作用，因为它们之间没有直接接触，所以A错．由平衡条件可判断B与A之间没有弹力作用，所以B错．同样由D物体受力平衡可知斜面对D物体无弹力作用，所以C错．
3．如图6所示，静止的弹簧测力计受到大小都为40 N的F1、F2的作用，弹簧测力计的示数为(　　)

图6　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．0 N B．40 N C．80 N D．无法确定
答案　B
解析　对于弹簧测力计来说，两端都有力的作用，所以读数不可能为0，选项A错误；弹簧测力计两端都受力的作用，容易让人理解为它的读数为80 N，本题可以这样理解，弹簧测力计相当于一端固定在墙上，另一端受到一个40 N的拉力，所以最终读数为40 N，选项B正确，选项C、D错误．
4．(多选)弹簧的原长为10 cm，当挂上一个50 g的钩码时，弹簧的长度变为12 cm，当在原钩码下再挂一个同样的钩码时，弹簧仍处于弹性限度内，下列说法中正确的是(取g＝10 m/s2)(　　)
A．弹簧的长度变为24 cm
B．弹簧的劲度系数为25 N/m
C．弹簧共伸长了4 cm
D．弹簧共伸长了2 cm
答案　BC
解析　由胡克定律F＝kx可知，k＝＝ N/m＝25 N/m，x2＝＝ m＝0.02 m＝2 cm，L＝L0＋x1＋x2＝14 cm，Δx＝x1＋x2＝4 cm，所以选项B、C正确，A、D错误．

命题点二　摩擦力的分析和计算

例2　(2015·浙江10月选考·13)将质量为1.0 kg的木块放在水平长木板上，用力沿水平方向拉木块，拉力从0开始逐渐增大，木块先静止后相对木板运动．用力传感器采集木块受到的拉力和摩擦力的大小，并用计算机绘制出摩擦力大小Ff随拉力大小F变化的图象，如图7所示．木块与长木板间的动摩擦因数为(　　)

图7　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A．0.3 B．0.5 C．0.6 D．1.0
解析　由图看出，拉力大于5 N后木块相对木板滑动，滑动摩擦力为3 N，支持力与木块的重力等大，μ＝＝＝0.3，A对．
答案　A

摩擦力方向的分析技巧和计算
1．要注意灵活应用相对运动或相对运动趋势法、假设法、状态法和转换法判断静摩擦力的方向．
2．摩擦力的计算
(1)在确定摩擦力的大小之前，首先分析物体所处的状态，分清是静摩擦力还是滑动摩擦力．
(2)滑动摩擦力有具体的计算公式，而静摩擦力要借助其他公式，如：利用平衡条件或牛顿第二定律列方程等．
(3)“Ff＝μFN”中FN并不总是等于物体的重力．

题组阶梯突破
5．(多选)如图8所示，A、B、C三个物体质量相等，它们与传送带间的动摩擦因数相同．三个物体随传送带一起匀速运动，运动方向如图中箭头所示．则下列说法正确的是(　　)

图8
A．A物体受到的摩擦力不为零，方向向右
B．三个物体只有A物体受到的摩擦力为零
C．B、C受到的摩擦力大小相等，方向相同
D．B、C受到的摩擦力大小相等，方向相反
答案　BC
解析　A物体与传送带一起匀速运动，没有发生相对滑动，也没有相对运动趋势，所以A物体不受摩擦力，选项A错误；对B、C物体进行受力分析，可知B、C所受的静摩擦力大小均为mgsin θ，方向均沿传送带向上，选项B、C正确，D错误．

图9
6．一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用，木块处于静止状态，如图9所示，其中F1＝10 N，F2＝2 N，若撤去F1，则木块受到的摩擦力为(　　)
A．10 N，方向向左 B．6 N，方向向右
C．2 N，方向向右 D．0
答案　C
解析　当木块受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时，由平衡条件可知木块所受的摩擦力的大小为8 N，可知最大静摩擦力Fmax≥8 N．当撤去力F1后，F2＝2 N＜Fmax，木块仍处于静止状态，由平衡条件可知木块所受的静摩擦力大小和方向发生突变，且与作用在木块上的F2等大反向．C正确．
7．一块质量均匀分布的长方体木块按图10中甲、乙、丙所示的三种方式在同一水平面上运动，其中甲图中木块做匀速运动，乙图中木块做匀加速运动，丙图中木块侧立在水平面上做与甲图相同的运动．则下列关于甲、乙、丙三图中木块所受滑动摩擦力大小关系的判断正确的是(　　)

图10
A．Ff甲＝Ff乙 C．Ff甲＝Ff乙＝Ff丙 D．Ff丙 答案　C
解析　根据公式Ff＝μFN知，滑动摩擦力的大小与接触面的大小无关，与相对速度或加速度也无关．
8．如图11所示，弹簧测力计一端固定在墙壁上，另一端与小木块A相连，在用力加速抽出长木板B的过程中，观察到弹簧测力计的示数为2.0 N；若匀速抽出木板B，弹簧测力计的示数大小(　　)

图11
A．一定等于2.0 N B．一定小于2.0 N
C．一定大于2.0 N D．可能为零
答案　A
解析　当用力加速抽出木板B时，A物体保持静止，故可知A受B的滑动摩擦力Ff＝F＝2.0 N，因A对B物体的压力不变，故A、B间的滑动摩擦力不会发生变化，故匀速拉动时摩擦力也为2.0 N，物体A在弹簧测力计的作用下仍保持静止，故弹簧测力计对A的拉力仍为2.0 N，即弹簧测力计的示数大小仍等于2.0 N，A正确.

(建议时间：30分钟)
1．关于力的下述说法中，正确的是(　　)
A．力是物体对物体的相互作用
B．只有直接接触的物体间才有力的作用
C．力可以离开物体而独立存在
D．力的大小可以用天平测量
答案　A
解析　由力的定义可知，力是物体对物体的相互作用，A正确；磁铁与铁块不直接接触也可以有力的作用，B错误；力的存在必须同时有施力物体与受力物体，C错误；力的大小用弹簧测力计测量，天平是测量物体的质量的工具，D错误．
2．关于力的描述，下列说法正确的是(　　)
A．力的两种作用效果可以同时体现
B．力可以通过物体进行传递
C．重力、弹力都是非接触力
D．可以用力的示意图法完整地表示一个力
答案　A
解析　力的两种作用效果：产生形变和产生加速度可以同时体现，A正确；力的作用是相互的，不可以通过物体进行传递，B错误；弹力是接触力，C错误；可以用力的图示法完整地表示一个力，D错误．
3．下列关于重力的说法中正确的是(　　)
A．物体只有静止时才受重力作用
B．重力的方向总是指向地心
C．地面上的物体在赤道上受的重力最小
D．重力总是垂直于接触面向下
答案　C
解析　物体是否受重力作用与其运动状态无关，故A错；重力的方向总是竖直向下，不一定指向地心，也不一定垂直接触面，故B、D错；根据G＝mg和重力加速度g随纬度的升高而增大可知，物体在赤道上受的重力最小，C正确．
4．(2016·金华十校调研)体育课上一学生将足球踢向墙壁，如图1所示，下列关于足球与墙壁作用时墙壁给足球的弹力方向的说法中，正确的是(　　)

图1
A．沿v1的方向
B．沿v2的方向
C．先沿v1的方向后沿v2的方向
D．沿垂直于墙壁(斜向左上方)的方向
答案　D
解析　足球与墙壁的作用是球面与平面接触，足球所受弹力方向垂直于墙壁指向足球球心，即斜向左上方的方向，故选项D正确．
5．(2015·浙江1月学考·13)如图2所示，是我国的极地考察破冰船——“雪龙号”．为满足破冰航行的要求，其船体结构经过特殊设计，船体下部与竖直方向成特殊角度，则船体对冰块的弹力示意图正确的是(　　)

图2

答案　C
解析　弹力的方向垂直于接触面，故C正确．
6．(2015·浙江1月学考·15)小刘同学用轻质圆规做了如图3所示的小实验，其中圆规两脚A与B分别模拟横梁与斜梁，钥匙模拟重物．通过实验能说明：O点受到向下的力F产生的对横梁A与斜梁B的作用效果分别是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

图3
A．压力、拉力 B．压力、压力
C．拉力、拉力 D．拉力、压力
答案　D
解析　据力的作用效果，力F产生对横梁A的拉力和对斜梁B的压力．
7．(多选)如果重力消失了，将会发生的情况是(　　)
A．天不会下雨，也不会刮风
B．一切物体的质量都没有了
C．用天平仍然可以称出物体的质量
D．河水不会流动
答案　AD
解析　下雨、刮风以及河水流动都是由于物体受到重力作用而引起的，如果重力消失，这些自然现象都不会发生，故选项A、D正确．质量是物体本身的固有属性，与重力是否消失无关，故选项B错误．如果重力消失，放在天平托盘上的物体对天平无压力，所以天平就无法称量物体的质量了，故选项C错误．
8．如图4所示，小车受到水平向右的弹力作用，对该弹力的有关说法中正确的是(　　)

图4
A．弹簧发生拉伸形变
B．弹簧发生压缩形变
C．该弹力是小车形变引起的
D．该弹力的施力物体是小车
答案　A
解析　小车受到水平向右的弹力作用，弹簧发生拉伸形变，该弹力是弹簧形变引起的，该弹力的施力物体是弹簧，选项A正确，B、C、D错误．
9．如图所示各种情况下，a、b两者之间一定有弹力的是(　　)


答案　B
解析　判断弹力的有无可用“假设法”，即假设移走与研究对象接触的物体，看原来的运动状态能否保持，若能保持，则不受弹力，若不能保持，则一定受到弹力．A、C、D选项中，移走b，a均可继续保持原来的运动状态．
10．关于摩擦力，下列说法正确的是(　　)
A．相互压紧的粗糙物体之间总是有摩擦力
B．一个物体只有在另一个物体表面滑动或有相对滑动趋势时，才有可能受到摩擦力
C．具有相对运动的两个物体，一定存在摩擦力
D．只有静止的物体才受到静摩擦力的作用
答案　B
解析　摩擦力产生的条件是：接触面粗糙，两物体相互接触且存在弹力，两物体间有相对运动或相对运动的趋势．所以只有B才有可能受到摩擦力．
11．如图5所示，手拿起玻璃瓶，使瓶在空中处于静止状态，关于瓶受到的摩擦力，下列说法中正确的是(　　)

图5
A．滑动摩擦力，方向竖直向上
B．静摩擦力，方向竖直向下
C．静摩擦力，方向竖直向上
D．摩擦力大于重力
答案　C
12．如图6所示，一劲度系数为k的轻质弹簧两端分别与竖直墙壁和物块连接，弹簧、地面均水平．A、B是物块能保持静止的位置中离墙壁最近和最远的两点，A、B两点离墙壁的距离分别是x1、x2，则物块与地面间的最大静摩擦力为(　　)

图6
A．k(x2－x1) B．k(x2＋x1)
C. D.
答案　C
解析　水平方向上，物块在A点受弹簧弹力和地面的摩擦力，方向相反，根据平衡条件有k(x0－x1)＝Ff，同理，在B点根据水平方向上受力平衡，有k(x2－x0)＝Ff，联立解得物块与地面间的最大静摩擦力为Ff＝，C正确．
13．(2016·绍兴市调研)如图7所示，在水平桌面上，用弹簧测力计沿水平方向拉一木块做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为20 N，木块受到的摩擦力大小是(　　)

图7
A．10 N B．15 N C．20 N D．25 N
答案　C
解析　对木块进行受力分析，水平方向上受到拉力和摩擦力，木块做匀速直线运动，合外力为零，摩擦力大小等于拉力大小，故C项正确．
14．如图8所示为某新型夹砖机，它能用两支巨大的“手臂”将几吨砖夹起，大大提高了工作效率．已知某夹砖机能夹起质量为m的砖，两支“手臂”对砖产生的最大压力为Fmax(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)，则“手臂”与砖之间的动摩擦因数至少为(　　)

图8
A．μ＝ B．μ＝
C．μ＝ D．μ＝
答案　B
解析　砖在竖直方向受到重力和摩擦力作用，且二力平衡，得2μFmax＝mg，解得μ＝，B正确．
15．质量为1 kg的物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，从t＝0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同时受到一个水平向左的F＝1 N的恒力作用，取向右为正方向，g取10 m/s2，该物体受到的摩擦力Ff随时间变化的图象是下图中的(　　)


答案　A
解析　物体先向右运动，其摩擦力为滑动摩擦力，Ff＝μmg＝2 N，方向向左，物体速度减为零后，物体所受摩擦力为静摩擦力，大小为1 N，方向向右，故A正确．
16．如图9所示，水平地面上堆放着原木，关于原木P在支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是(　　)

图9
A．M处受到的支持力竖直向上
B．N处受到的支持力竖直向上
C．M处受到的静摩擦力沿MN方向
D．N处受到的静摩擦力沿水平方向
答案　A
解析　支持力的方向垂直于接触面，因此M处受到的支持力垂直于地面竖直向上，N处受到的支持力过N垂直于P斜向上，A项正确，B项错；静摩擦力的方向平行于接触面，与相对运动趋势的方向相反，因此M处的静摩擦力沿水平方向，N处的静摩擦力沿MN方向，C、D项都错误．
17．如图10所示，为一轻质弹簧的长度L和弹力F的关系图线，试由图线确定：

图10
(1)弹簧的原长；
(2)弹簧的劲度系数；
(3)弹簧长度为8 cm时，弹力大小．
答案　(1)10 cm　(2)200 N/m　(3)4 N
解析　(1)由图象可知，当F＝0时，弹簧处于原长，
则弹簧原长L0＝10 cm.
(2)由图象取一坐标(15,10)，表示弹簧伸长量x＝15 cm－10 cm＝5 cm＝0.05 m时，
弹簧的弹力F＝10 N．由胡克定律F＝kx，
则k＝＝ N/m＝200 N/m
(3)弹簧长度为8 cm时，压缩量x′＝0.02 m，则弹簧弹力F′＝kx′＝200×0.02 N＝4 N.