专题07 力学三种力和受力分析（原卷版+解析版）-2023届高考物理一轮复习知识点精讲与最新高考题模拟题同步训练

2023高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

第二章  相互作用

专题07  力学中的三种力，受力分析

第一部分  知识点精讲

一、力

1．力的概念：力是物体对物体的作用。

2．力的三要素：力的大小、方向、作用点。

3．力的表示方法：力的图示或力的示意图。

注意：力的图示是严格表示力的方法，需要把力的三要素全部表示出来，而力的示意图只表示力的作用点和方向。

二、重力

1．产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。重力并等于地球对物体的引力，产生差异的原因是地球自转。

2．大小：与物体的质量成正比，即G＝。可用弹簧测力计测量重力。

3．方向：总是竖直向下的。

4．重心：其位置与物体的质量分布和形状有关。

三、弹力

1．弹力

(1)定义：发生弹性形变的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力。

注意：施力物体是发生形变的物体，受力物体是阻碍恢复形变的物体。

(2)产生的条件

①物体间直接接触。

②接触处发生弹性形变。

(3)方向：总是与物体形变的方向相反。

2．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。

伸长量与压缩量相等时，弹力大小相等，方向相反。

(2)表达式：F＝。k是弹簧的劲度系数，由弹簧自身的性质决定，单位是N/m，x是弹簧长度的改变量，不是弹簧形变以后的长度。

四、摩擦力

1．静摩擦力

(1)定义：两个物体之间只有相对运动趋势，而没有相对运动时的摩擦力。

注意：物体受静摩擦力作用时不一定处于静止状态。

(2)产生条件：接触面粗糙；接触处有弹力；两物体间有相对运动趋势。

(3)方向：沿两物体的接触面，与相对运动趋势的方向相反。

(4)大小：0<F≤。一般情况下最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。②静摩擦力与正压力无关，最大静摩擦力与正压力成正比。

2．滑动摩擦力

(1)定义：一个物体在另一个物体表面滑动时，受到另一物体阻碍它们相对滑动的力。

(2)产生条件：接触面粗糙；接触处有弹力；两物体间有相对运动。

(3)方向：沿两物体的接触面，与相对运动的方向相反。

(4)大小：F＝，μ为动摩擦因数，其值与两个物体的材料和接触面的粗糙程度有关。注意：FN的大小不一定等于物体的重力，等于重力是特殊情况。

3.对摩擦力的理解

（1）．明晰“三个方向”

（2.） “三法”判断静摩擦力的方向

4．滑动摩擦力大小的计算

5.静摩擦力大小的计算

(1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)，利用力的平衡条件求解。

(2)物体有加速度时，应用牛顿第二定律F合＝ma求解。

(3)最大静摩擦力与接触面间的压力成正比，其值略大于滑动摩擦力，但通常认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。

6.“融会贯通”归纳好——摩擦力的突变问题

摩擦力的突变问题，无论怎样变化，其题根就是静摩擦力和滑动摩擦力大小或方向的变化分析问题，解题时应注意以下三点：

(1)题目中出现“最大”“最小”和“刚好”等关键词时，一般隐藏着临界问题，有时，有些临界问题中并不含上述常见的“临界术语”，但审题时发现某个物理量在变化过程中会发生突变，则该物理量突变时物体所处的状态即为临界状态。

(2)静摩擦力是被动力，其存在及大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势，而且静摩擦力存在最大值。存在静摩擦力的连接系统，相对滑动与相对静止的临界状态时静摩擦力达到最大值。

(3)研究传送带问题时，物体和传送带的速度相等的时刻往往是摩擦力的大小、方向和运动性质的分界点。

物体在摩擦力和其他力的作用下处于静止状态，当作用在物体上的其他力的合力发生变化时，如果物体仍然保持静止状态，则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变。　

五．“活结”和“死结”的比较

（1）“死结”：理解为绳子的结点是固定的，“死结”两侧的是两根独立的绳，两个弹力不一定相等.。

（2）活结”：理解为绳子的结点可以移动，一般是由绳子跨过滑轮或者绳子挂一光滑挂钩而形成的。“活结”两侧的两个弹力一定相等，它们合力的方向一定沿两绳的角平分线。

六．“动杆”与“定杆”的比较

(1)动杆：对一端有光滑转轴O的静止轻杆而言，轻杆受力平衡时，轻杆的另一端受到的力一定沿轻杆的方向，如图甲所示，轻杆OB静止时，ABC轻绳对轻杆OB的作用力一定要沿BO方向，否则轻杆将会绕光滑轴O发生转动，与已知杆静止产生矛盾。

(2)定杆：图乙中，轻杆是插入墙中的，这时A′B′C′对轻杆O′B′的作用力就不一定沿B′O′方向。

七．受力分析的方法

受力分析的步骤

第二部分 最新高考题精选

1.（2021年6月浙江选考） 2021年5月15日，天问一号着陆器在成功着陆火星表面的过程中，经大气层的减速，速度从减为；打开降落伞后，经过速度进一步减为；与降落伞分离，打开发动机减速后处于悬停状态；经过对着陆点的探测后平稳着陆。若打开降落伞至分离前的运动可视为竖直向下运动，则着陆器（　　）

A. 打开降落伞前，只受到气体阻力的作用

B. 打开降落伞至分离前，受到的合力方向竖直向上

C. 打开降落伞至分离前，只受到浮力和气体阻力的作用

D. 悬停状态中，发动机喷火的反作用力与气体阻力是平衡力

【参考答案】B

【名师解析】

打开降落伞前，在大气层中做减速运动，则着陆器受大气的阻力作用以及火星的引力作用，选项A错误；打开降落伞至分离前做减速运动，则其加速度方向与运动方向相反，加速度方向向上，则合力方向竖直向上，B正确；打开降落伞至分离前，受到浮力和气体的阻力以及火星的吸引力作用，选项C错误；悬停状态中，发动机喷火的反作用力是气体对发动机的作用力，由于还受到火星的吸引力，则与气体的阻力不是平衡力，选项D错误。

【名师点评】本题以天问一号着陆器成功着陆火星为情景考查受力分析及其相关知识点。

  2. （2021年1月浙江选考）如图所示，电动遥控小车放在水平长木板上面，当它在长木板上水平向左加速运动时，长木板保持静止，此时

A.小车只受重力、支持力作用               

B.木板对小车的作用力方向水平向左

C.木板对小车的作用力大于小车对木板的作用力

D.木板对小车的作用力与小车对木板的作用力大小一定相等

【参考答案】D

【解题思路】电动遥控车在水平长木板上加速运动，小车受到竖直向下的重力、长木板对电动遥控车竖直向上的支持力、长木板对电动遥控车水平向左的静摩擦力，木板对小车的作用力是水平向左的静摩擦力和竖直向上支持力的合力，选项AB错误；木板对小车的作用力与小车对木板的作用力，是一对作用力和反作用力，由牛顿第三定律可知，木板对小车的作用力与小车对木板的作用力大小一定相等，方向相反，选项D正确C错误。

3.（2020高考北京卷）某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器,传感器用棉线拉住物块,物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板,传感器记录的图像如图乙所示。下列说法正确的是

A.实验中必须让木板保持匀速运动

B.图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线

C.最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10:7

D.只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数

【参考答案】C

【命题意图】本题考查对棉线中拉力随时间变化的曲线的理解、最大静摩擦力、滑动摩擦力及其相关知识点。

【解题思路】实验中，木板可以做变速运动，图乙中曲线就是棉线中拉力随时间变化的曲线，由于物块处于静止状态，摩擦力随时间变化曲线与棉线中拉力随时间变化的曲线相同，选项AB错误；由图乙中曲线就是棉线中拉力随时间变化的曲线可知，棉线中最大拉力约为10N，说明最大静摩擦力为10N，木板与木块相对滑动时棉线中拉力约为7N，说明滑动摩擦力为7N，所以最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7，选项C正确；只用图乙中数据不可以得出物块与木板之间的动摩擦因数，选项D错误。

4．（2020年7月浙江选考）矢量发动机是喷口可向不同方向偏转以产生不同方向推力的一种发动机。当歼20隐形战斗机以速度v斜向上飞行时，其矢量发动机的喷口如图所示。已知飞机受到重力G、发动机推力、与速度方向垂直的升力和与速度方向相反的空气阻力。下列受力分析示意图可能正确的是（    ）

A．       B． 

C．        D．

【参考答案】A

【名师解析】根据题述战斗机受到与速度方向垂直的升力和与速度方向相反的空气阻力。所以受力分析示意图可能正确的是A。

第三部分 最新模拟题精选

1. (2022年高考广东梅州二模) 2022年春晚舞蹈《只此青绿》表演中，需要舞者两脚前后分开，以胯部为轴，上半身后躺，与地面近乎平行，在舞者缓慢后躺的过程中，下列说法不正确的是（　　）

A. 人对地面的压力和地面对人的支持力是一对平衡力

B. 舞者所受的支持力始终等于舞者的重力

C. 舞者越向下躺，重心越低

D. 舞者两脚间距越大，下弯时越稳定

【参考答案】A

【名师解析】

人对地面的压力和地面对人的支持力是一对作用力与反作用力，选项A错误，符合题意；舞者缓慢后躺，可认为都是平衡状态，则舞者所受的支持力始终等于舞者的重力，选项B正确，不符合题意；

舞者越向下躺，整个身体的重心越低，选项C正确，不符合题意；舞者两脚间距越大，重心越向下，下弯时越稳定，选项D正确，不符合题意。

2．(2022广东佛山重点高中质检)如图所示，某同学用手握住竖直方向悬空的水杯保持静止来研究水杯受的摩擦力，为防止水杯脱落，往往会用力握紧它。以下说法正确的是（　　）

A．若往杯中加水，则必须增大手对杯子的压力

B．若往杯中加水，则杯子所受的摩擦力增大

C．若往杯中加水，则杯子所受的摩擦力不变

D．若增大手握杯子的力，则杯子所受的摩擦力增大

【参考答案】．B【名师解析】若往杯中加水，则杯子受到摩擦力会增大，但不一定会超过最大静摩擦力，则不是必须要增大手对杯子的压力，故A错误；杯子在竖直方向受力平衡，杯子受到的重力与摩擦力是一对平衡力，若往杯中加水，则杯子所受的摩擦力增大，故B正确， C错误；杯子受力平衡，杯子受到的重力与摩擦力是一对平衡力，手给杯子的压力越大，杯子受到的最大静摩擦力越大，但摩擦力不变，故D错误。

3.(2022辽宁沈阳二模)如图所示，粗糙水平面上放置一倾角为斜面体，工人在斜面体上向上匀速推动木箱。已知木箱质量和工人质量相等，工人对木箱的作用力一直平行于斜面向上，工人的脚与斜面间始终没有打滑，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是（　　）

A. 工人和重物受到斜面的摩擦力大小相等，方向相反

B. 木箱受到的摩擦力对木箱做负功

C. 工人受到摩擦力对工人做正功

D. 斜面体受到地面的摩擦力，方向水平向左

【参考答案】B

【名师解析】

因人和箱子质量相等，设为m，对人有

对箱有，

则有，，A错误；

由于木箱受到的摩擦力沿斜面向下，木箱的位移沿斜面向上，可知摩擦力对木箱做负功，B正确；

由于人在斜面上没有位移，根据功的定义可知，工人受到的摩擦力对工人不做功，C错误；

把人、箱、斜面看成整体，三者都处于平衡态，水平方向无加速度，所以地面给斜面的摩擦力为0，D错误。

4. （2021安徽安庆市重点高中期中）如图所示，物块正在沿粗糙的斜面匀速下滑，斜面保持静止状态。在下列几种情况中，物块仍沿斜面下滑，则关于地面对斜面体的摩擦力正确说法是

A.若对物块施加竖直向下的外力，地面对斜面体的摩擦力水平向左

B.若对物块施加垂直于斜面向下的外力，地面对斜面体的摩擦力水平向左

C.若对物块施加沿斜面向下的外力，地面对斜面体的摩擦力水平向右

D.若对物块施加沿斜面向下的外力，地面对斜面体没有摩擦力

【参考答案】.D

【名师解析】物块沿粗糙的斜面匀速下滑，物块处于平衡状态，斜面体对物块的力竖直向上与重力平衡，物块对斜面体的力竖直向下，地面对斜面体没有摩擦力。若对物块施加竖直向下的外力，相当于物块的重力增加了，物块仍做匀速运动，地面对斜面体的摩擦力仍为零，A错误；若对物块施加沿斜面向下的外力，此时，物块对斜面体的摩擦力与匀速下滑时相等，物块对斜面体的压力与匀速时相等，因此斜面受力没变，地面对斜面体的摩擦力仍为零，C错误，D正确；若对物块施加垂直于斜面向下的外力，把该外力分解为竖直向下的和沿斜面向上的两个分力（两个分力不再相互垂直），两个分力单独作用时，竖直向下的外力不会造成地面对斜面体有摩擦，沿斜面向上的分力只能使物块减速运动，物块对斜面体的压力和摩擦力不变，也不会造成地面对斜面体产生摩擦力，两个分力同时作用时，地面对斜面体的摩擦力仍为零，即若对物块施加垂直于斜面向下的外力，地面对斜面体的摩擦力仍为零，B错误。故选D。

5．(2022·昆明模拟)图甲是某同学写字时的握笔姿势，图乙是他在握笔时把拇指和食指松开时的状态，笔尖仍然斜向下且笔保持静止状态。关于两幅图中笔的受力，下列说法正确的是(　　)

A．图甲中笔可能不受摩擦力

B．图乙中笔可能不受摩擦力

C．图甲和图乙中手对笔的作用力方向都为竖直向上

D．图甲中手的握力越大，笔所受的摩擦力越大

【参考答案】.C

【名师解析】对图甲受力分析，笔受到手指的压力、摩擦力和重力，如果没有受到摩擦力，笔就会顺着手指滑下来，故A错误；对图乙受力分析，笔受到重力、支持力、摩擦力，如果没有受到摩擦力，笔就会顺着手指滑下来，故B错误；因为图甲和图乙中的笔都是静止状态，所以手对笔的作用力应与重力大小相等，方向相反，故C正确；图甲中的笔受到的是静摩擦力，和握力无关，故D错误。

6. （2022广州培正中学三模）如图所示，为一种倾斜放置的装取台球的装置，圆筒底部有一轻质弹簧，每个台球的质量为，半径为，圆筒直径略大于台球的直径。当将筒口处台球缓慢取走后，又会冒出一个台球，刚好到达被取走台球的位置。若圆筒与水平面之间的夹角为，重力加速度为，忽略球与筒间的摩擦力。则弹簧的劲度系数的值为（　　）

A.  B.  C.  D.

【参考答案】A

【名师解析】

对小球整体处于平衡状态，受力分析得，沿筒方向受力平衡有

解得，故选A。

7.（2020江苏扬州一模）将某劲度系数为k的轻质弹簧一端固定在墙上，另一端用100N的力来拉，弹簧的伸长量为10cm；若对该弹簧两端同时用50N的力反向拉时，弹簧的伸长量为△L．则（　　）

A. k=10N/m，△L=10cm B. k=100N/m，△L=10cm

C. k=200N/m，△L=5cm D. k=1000N/m，△L=5cm

【参考答案】D

【名师解析】

弹簧上的弹力为F=100N，伸长量x=10cm=0.1m，由F=kx得k=N/m=1000N/m，
用50N力拉时：由F=kx得△L=0.05m=5cm，故D正确，ABC错误。
8.如图所示,两个质量均为m的小球通过两根轻弹簧A、B连接,在水平外力F作用下,系统处于静止状态,此时弹簧实际长度相等,弹簧A、B与竖直方向的夹角分别为θ与45°.弹簧A、B的劲度系数分别为kA、kB,且原长相等.设A、B中的拉力分别为FA、FB,重力加速度为g,小球直径相比弹簧长度可以忽略,则              (　　)

A.kA=kB       B.tan θ=

C.FA=mg      D.FB=2mg

【参考答案】B

【名师解析】

将两小球看作一个整体,对整体受力分析,可知整体受到重力2mg、弹簧A的拉力FA和F的作用,如图甲所示,根据共点力的平衡条件有FA=,F=2mgtan θ,根据胡克定律得FA=kAxA,FB=kBxB,对下边的小球进行受力分析,如图乙所示,根据平衡条件有FB=mg,F=mg,联立可得tan θ=,故B正确,D错误;由tan θ=知,cos θ=,则FA=mg,故C错误;两个弹簧的原长相等,伸长后的长度也相等,所以弹簧的形变量也相等,而两个弹簧的弹力不同,所以两个弹簧的劲度系数不相等,故A错误.

9.（2022安阳一模）如图所示，一粗糙斜面体静止在水平地面上，斜面体上方水平虚线处装有一光滑定滑轮。一轻绳跨过定滑轮，其一端悬挂物块N，另一端与斜面体上的物块M相连，系统处于静止状态。现把定滑轮沿水平虚线缓慢向右移动小段距离。系统仍处于静止状态，则在此过程中（　　）

A. 轻绳对滑轮的作用力大小不变 

B. 斜面体对M的摩擦力大小一直增加

C. 斜面体对M的作用力大小一直减小 

D. 地面对斜面体的支持力大小一直增加

【参考答案】C

【名师解析】

定滑轮沿水平虚线缓慢向右移动小段距离，绳子间的夹角变小，故轻绳对滑轮的作用力大小变大，A错误；

定滑轮沿水平虚线缓慢向右移动小段距离，绳子拉力的方向与竖直方向变小，但由于不知道摩擦力的方向，故无法判断斜面体对M的摩擦力大小变化情况，B错误；

由于定滑轮沿水平虚线缓慢向右移动小段距离，绳子拉力的方向与竖直方向变小，竖直方向的力增大，故斜面体对M的作用力大小一直减小，C正确；

对M和斜面整体分析，定滑轮沿水平虚线缓慢向右移动小段距离，绳子间的夹角变小，绳子竖直方向分力变大，地面对斜面体支持力变小，D错误。