2024届高考物理一轮复习专题二相互作用第1讲力、重力、弹力、摩擦力课件

这是一份2024届高考物理一轮复习专题二相互作用第1讲力、重力、弹力、摩擦力课件，共60页。PPT课件主要包含了运动状态，恢复原状，相互接触，弹性形变，劲度系数，自身性质，形变量，答案D，答案BC，弹力方向判断等内容，欢迎下载使用。

一、力1.概念：物体与物体之间的______作用. 2.作用效果：使物体发生________；改变物体的__________. 3.力的性质：物质性、相互性、矢量性、独立性.4.力的分类：按性质可分为重力、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力、核力；按作用效果可分为动力、阻力、向心力、支持力、压力、拉力、浮力等.
二、重力1.重力：因地球的吸引而使物体受到的力.方向总是__________.大小：G＝mg. 【答案】竖直向下2.重心：从效果上看，可以认为物体各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫作物体的重心.
三、弹力1.弹力：发生弹性形变的物体由于要________，对与它接触的物体产生力的作用. 产生的条件：两物体______________；发生______________. 方向：与物体形变的方向________. 2.胡克定律：弹簧发生弹性形变时，弹簧弹力的大小F与弹簧形变量x成______，即F＝kx. 说明：k是弹簧的________，单位为N/m；k的大小由弹簧________决定；x是弹簧的________，不是弹簧形变以后的长度. 
四、摩擦力1.静摩擦力与滑动摩擦力.
2.摩擦力与弹力的依存关系.两物体间有摩擦力，物体间一定有________；两物体间有弹力，物体间不一定有摩擦力. 
(1)重力不是地球的万有引力，是万有引力的一个分力.(2)弹力的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.(3)物体受静摩擦力作用时不一定处于静止状态.
1.[重力](2022年浙江选考)如图所示，公园里有一仿制我国古代欹器的U形水桶，桶可绕水平轴转动，水管口持续有水流出，过一段时间桶会翻转一次，决定桶能否翻转的主要因素是(　　)
A.水桶自身重力的大小B.水管每秒出水量的大小C.水流对桶撞击力的大小D.水桶与水整体的重心高低
【解析】水管口持续有水流出而过一段时间桶会翻转一次，说明主要原因是装的水到一定量之后，导致水桶与水整体的重心往上移动，竖直向下的重力作用线偏离中心转轴，导致水桶不能稳定平衡，发生翻转，故D正确.
2.[弹力、摩擦力](多选)关于如图甲、乙、丙、丁中受力情况及弹力产生的原因，下列说法中正确的是(　　)
A.图甲中人站在船上撑竿使船离岸，人没有受摩擦力作用，撑竿恢复形变对竿产生弹力B.图乙中人立定跳远起跳瞬间受向前的摩擦力，地面要恢复原来形变而对人产生弹力C.图丙中手受笔摩擦力作用，笔恢复形变对人手产生弹力D.图丁中三米跳板跳水运动员静止站立时受两个力作用，跳板恢复形变对运动员产生弹力
【解析】图甲中人站在船上撑竿使船离岸，人受摩擦力作用，撑竿的恢复形变对人产生弹力，A错误；图乙中立定跳远的人，脚蹬地起跳瞬间受向前的摩擦力，地面恢复形变对人产生弹力，B正确；图丙中人受笔摩擦力作用，笔恢复形变对人手产生弹力，C正确；图丁三米跳板跳水运动员静止站立时受三个力作用，跳板恢复形变对运动员产生弹力，D错误.
3.[弹力的计算]将某劲度系数为k的轻质弹簧一端固定在墙上，另一端用100 N的力来拉，弹簧的伸长量为10 cm；若对该弹簧两端同时用50 N的力反向拉时，弹簧的伸长量为ΔL.则(　　)A.k＝10 N/m，ΔL＝10 cm B.k＝100 N/m，ΔL＝10 cmC.k＝200 N/m，ΔL＝5 cm D.k＝1 000 N/m，ΔL＝5 cm
4.[摩擦力的计算]如图所示，水平桌面上有一个向右运动的物体，质量为2 kg，且物体与桌面间的动摩擦因数μ＝0.2，当它受到一个F＝10 N向左的推力作用，此时物体所受的摩擦力是(g取10 m/s2)(　　)
A.4 N，方向向左B.10 N，方向向右C.4 N，方向向右 N，方向向左
【答案】A　【解析】物体所受的摩擦力是f＝μmg＝0.2×20 N＝4 N，方向向左，A正确.
考点1　弹力的分析与计算　[基础考点]1.“三法”研判弹力的有无
3.计算弹力大小的三种方法(1)根据胡克定律进行求解.(2)根据力的平衡条件进行求解.(3)根据牛顿第二定律进行求解.
1.(2022年华师附中模拟)如图甲是房间里的挂衣架示意图，它由三部分组成：最左侧是枝丫形杆、中间为直平杆、右侧为矮水平短杆；枝丫形杆上端挂着一顶帽子(放大图如图乙)；中间直平杆上面挂着衣服，右侧短杆上挂着一个手提包，包的背带与竖直方向有一定的夹角(如图丙所示)，包紧靠挂衣架右侧壁，已知房间的地板水平，则(　　)
A.挂衣架对帽子的作用力沿着枝丫形杆斜向上B.挂衣架对包的弹力水平向右C.背带对包的拉力大于包的重力D.挂衣架可能受到地面的摩擦力
【答案】C　【解析】挂衣架对帽子的作用力与帽子的重力等大反向，则挂衣架对帽子的作用力竖直向上，A错误；挂衣架对包的弹力由对包带的拉力和对包的弹力构成，则弹力方向不一定水平向右，B错误；因包的背带与竖直方向有一定的夹角，则由Tcs θ＝mg，可知，背带对包的拉力大于包的重力，C正确；因房间的地板水平，对整体受力分析可知，水平方向合力为零，即挂衣架不可能受到地面的摩擦力，D错误.
2.(2022年广州培正中学三模)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m，半径为R，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θ，重力加速度为g，忽略球与筒间的摩擦力.则弹簧的劲度系数k的值为(　　)
考点2　摩擦力的理解、分析与计算　[能力考点]1.静摩擦力的有无及方向的判断(1)假设法.
(2)状态法：根据平衡条件、牛顿第二定律，判断静摩擦力的方向.(3)运用牛顿第三定律：先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向.
2.摩擦力大小计算的思维流程
例1　某同学利用图甲所示的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F－t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∶7D.只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数
【答案】C　【解析】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，物块处于静止状态时，静摩擦力随时间变化的曲线与棉线中拉力随时间变化的曲线相同，但滑动过程中，滑动摩擦力不变，与拉力无关，A、B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10 N，说明最大静摩擦力约为10 N，木板与物块相对滑动时棉线中拉力约为7 N，说明滑动摩擦力约为7 N，所以最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7，C正确；只用图乙中数据不能得出物块与木板之间的动摩擦因数，D错误.
[方法归纳]　摩擦力分析中的“三点注意”(1)在分析两个或两个以上物体间的相互作用时，一般采用整体法与隔离法进行分析.(2)受静摩擦力作用的物体不一定是静止的，受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的.(3)摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势，但摩擦力不一定阻碍物体的运动，即摩擦力不一定是阻力.
例2　(2022年皖北联考)(多选)正常情况下，打印机进纸系统能做到“每次只进一张纸”，进纸系统的结构示意图如图所示，设刚好有20张相同的纸，每张纸的质量均为m，搓纸轮按图示方向转动带动最上面的第1张纸向右运动.搓纸轮与纸张之间的动摩擦因数为μ1，纸张与纸张之间、纸张与底部摩擦片之间的动摩擦因数均为μ2，工作时搓纸轮给第1张纸的压力大小为F.打印机正常工作时，下列说法正确的是(　　)
A.第2张纸受到第1张纸的摩擦力方向向右B.第10张纸与第11张纸之间的摩擦力大小为μ2(F+10mg)C.第20张纸与摩擦片之间的摩擦力为0D.要做到“每次只进一张纸”，应要求μ1＞μ2
【答案】AD　【解析】第1张纸上表面受到搓纸轮施加的静摩擦力f的方向向右，第1张纸下表面受到第2张纸施加的滑动摩擦力f'的方向向左，第2张纸受到第1张纸的摩擦力方向向右，即有f'＝μ2(mg+F).因为f'＜μ1F，故必有μ1＞μ2，故A、D正确；第10张纸与第11张纸之间及第20张纸与摩擦片之间的摩擦力是静摩擦力，根据平衡条件可知，两力大小均为f'，故B、C错误.
[解题方略]　摩擦力大小的计算方法
1.(2022年淮北模拟)如图所示，质量为m的手机静置在支架斜面上，斜面与水平面的夹角为θ，手机与接触面的动摩擦因数为μ，重力加速度为g.下列说法正确的是(　　)
A.支架对手机的作用力方向垂直于斜面向上，大小为mgcs θB.支架斜面对手机的摩擦力大小为μmgcs θ，方向沿斜面向上C.手持支架向左做匀速直线运动且手机与支架间无相对滑动，手机所受摩擦力水平向右D.手持支架向上做匀速直线运动且手机与支架间无相对滑动，支架对手机的作用力方向竖直向上，大小为mg
【答案】D　【解析】手机静置在支架时，或手持支架向上做匀速直线运动且手机与支架间无相对滑动时，手机处于平衡状态，支架对手机的作用力与手机所受重力平衡，故支架对手机的作用力方向竖直向上，大小为mg，D正确，A、C错误.手机静置在支架时，支架斜面对手机的摩擦力为mgsin θ，方向沿斜面向上，B错误.
2.(2022年杭州模拟)一本书重约6 N，有424页，书本正面朝上.现将一张A4纸夹在106~107页间，A4纸能够覆盖几乎整个书页，如图所示.若要将A4纸抽出，至少需用约1 N的拉力.不计书皮及A4纸的质量，则A4纸和书之间的摩擦因数最接近(　　) 
考点3　轻绳、轻杆、轻弹簧　[能力考点]1.三种模型对比
2.解决三种模型问题时应注意的事项(1)轻绳、轻杆、轻弹簧都是忽略质量的理想化模型.(2)分析轻杆上的弹力时必须结合物体的运动状态.(3)讨论轻弹簧上的弹力时应明确弹簧处于伸长还是压缩状态.
例3　(2022年青岛模拟)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 NB.5 N和6 NC.1 N和2 ND..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有F+TA＝GA，对物体B有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有GA+F＝TA，对物体B有F+FN＝GB，计算可得TA＝5 N，FN＝2 N.故D正确，A、B、C错误.
1.如图所示，为细绳拉某重物M的装置简化图，轻杆OA为可绕O点且垂直于纸面的轴转动的杆，AB为轻绳，重物M平衡时角度关系如图所示，轻杆OA在甲、乙、丙图中受力分别为F1、F2、F3，则三者的关系正确的是(　　)
A.F1＞F2＝F3　　B.F1＝F2＞F3C.F1＞F2＞F3　　＝F2＜F3
2.轻质弹簧下端固定，上端放置质量为m1的小球，平衡时长度为l1，如图甲；现把该轻弹簧挂在天花板上，下端悬挂质量为m2的小球，平衡时长度为l2，如图乙.重力加速度为g.则轻弹簧的劲度系数为(　　)
考点4　摩擦力的突变　[能力考点]四种摩擦力突变问题
类型1　“静—静”突变
例4　(多选)如图甲所示，放在固定斜面上的物体，受到一个沿斜面向上的力F作用，始终处于静止状态，F的大小随时间变化的规律如图乙所示.则在0~t0时间内物体所受的摩擦力Ff随时间t的变化规律可能为下图中的(取沿斜面向上为摩擦力Ff的正方向)(　　)
A B C D
【答案】BCD　【解析】物体在斜面上始终处于平衡状态，沿斜面方向受力平衡方程为F－mgsin θ+Ff＝0，解得Ff＝mgsin θ－F，若初态mgsin θ＝F，则B正确；若初态mgsin θ＞F，则C正确；若初态mgsin θ＜F，则D正确.
[解题方略]　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.
类型2　“静—动”突变例5　(多选)如图甲所示，质量为0.1 kg的物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平，在水平外力F的作用下，细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图乙所示.木板与实验台之间的摩擦可以忽略，g取10 m/s2.由题给数据可以得出(　　)
A.t＝1 s时外力F可能等于1 NB.t＝3 s时外力F可能等于3 NC.物块与木板间的动摩擦因数为0.2D.2~5 s内，外力F的大小保持不变
[解题方略]　物体在静摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持静止状态，则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力.
类型3　“动—静”突变例6　(2022年三明质检)如图甲所示，用力F将质量为m的物块压在竖直墙上，从t＝0时刻起，测得物块所受墙壁的摩擦力随时间按如图乙所示规律变化，则下列判断正确的是(　　)
A.0~t2时间内为静摩擦力，t2时刻之后为滑动摩擦力B.0~t1时间内物块沿墙壁加速下滑，t2时刻物块的速度为0C.压力F一定随时间均匀增大D.压力F恒定不变
【答案】B　【解析】物块受到重力mg、水平压力F、墙面支持力N和墙面摩擦力f，t＝0时摩擦力f＝0，因此物块沿墙壁下滑，物块受到滑动摩擦力，必满足f＝μFN，而FN＝F，所以在0~t2时间内是滑动摩擦力，且随压力F的增大而增大，A错误；t1时刻，f＝mg，合力为0，加速度为0，所以0~t1时间内物块加速下滑，t1~t2时间内减速下滑，t2时刻之后摩擦力恒定且等于mg，是静摩擦力，故t2时刻物块的速度为0，B正确；由0~t2时间内f＝kt及f＝μF可知，0~t2时间内压力F随时间均匀增大，t2时刻后F可能继续增大，也可能保持不变，C、D错误.
类型4　“动—动”突变例7　(多选)传送带与水平面夹角为37°，传送带以6 m/s的速率沿顺时针方向转动，如图所示.在传送带上端A处无初速度地放上一个质量为m＝2 kg的小物块，它与传送带之间的动摩擦因数为0.75，若传送带足够长，g取10 m/s2，则(　　)
A.滑块刚放上传送带时，摩擦力沿传送带向上B.滑块下滑1.5 m将与传送带共速C.共速后摩擦力的方向将发生突变D.共速后摩擦力的大小将发生突变
共速时，摩擦力将由滑动摩擦力突变成静摩擦力，且共速瞬间物体有相对于传送带下滑的趋势，所以摩擦力的方向将发生突变，由原来的向下突变为向上，C正确；由于重力沿斜面方向的分力mgsin θ恰好等于μmgcs θ，摩擦力的大小之前为μmgcs θ，共速时为mgsin θ，但μmgcs θ＝mgsin θ，所以摩擦力大小不变，D错误.
[解题方略]　某物体相对于另一物体滑动的过程中，若突然相对运动方向变了，则滑动摩擦力方向发生“突变”.
“易错问题”辨清楚——摩擦力方向与运动方向的三类关系　　滑动摩擦力的方向总是与物体的“相对运动”方向相反，但与物体的运动方向没有必然的联系，但这并不是说它一定与物体的运动方向相反.我们所说相对运动方向是把与研究对象接触的物体作为参照物，研究对象相对该参照物运动的方向.其实摩擦力方向与运动方向的关系有下面的三种情况.
类型一　摩擦力方向与运动方向相同
例8　(多选)如图所示，为倾斜的皮带传送装置.关于传送带上的物体所受的摩擦力，下列说法正确的是(　　)
A.若传送带静止，物体也静止，则物体受到沿传送带向上的静摩擦力B.若传送带静止，物体也静止，则物体受到沿传送带向下的静摩擦力C.若传送带顺时针匀速转动，物体随传送带一起向上做匀速运动，则物体受到沿传送带向上的静摩擦力D.若传送带顺时针匀速转动，物体随传送带一起向上做匀速运动，则物体受到沿传送带向上的滑动摩擦力
【答案】AC　【解析】物体静止在静止的传送带上时，或物体随传送带一起向上匀速运动的过程中，都具有沿传送带下滑的趋势，所以物体均受到沿传送带向上的静摩擦力作用.
类型二　摩擦力方向与运动方向相反
例9　如图所示，物体在F＝100 N、方向水平向左的拉力作用下，沿水平面向右运动.已知物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，物体质量m＝5 kg，可知物体所受摩擦力为(g取10 m/s2)(　　)
A.10 N，水平向左B.10 N，水平向右C.20 N，水平向左 N，水平向右
【答案】A　【解析】物体相对地面运动，故物体受到的是滑动摩擦力，则摩擦力的大小为Ff＝μFN＝μmg＝0.2×5×10 N＝10 N；滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反，故摩擦力方向水平向左，A正确.
类型三　摩擦力方向与运动方向不共线例10　如图所示，一物体置于水平传送带上，随传送带一起以速度v1＝2.0 m/s向前运动，中途因受到一光滑挡板的阻碍而停止向前运动；现要用一平行于挡板的水平力F将物体以速度v2＝1.5 m/s沿着挡板拉离传送带，试求摩擦力方向与运动方向的夹角.