2020年高考物理一轮复习 第二单元 相互作用 第1讲 重力 弹力 摩擦力练习（含解析）新人教版

重力弹力摩擦力相互作用是力学乃至整个高中阶段物理学的基础,高考对本模块中知识点的考查频率较高,特别是对摩擦力、受力分析、物体的平衡考查频率高。能力的考查以理解能力和应用能力为主。本章涉及“滑动摩擦力”“动摩擦因数”“静摩擦力”“形变”“弹力”“胡克定律”“矢量和标量”七个Ⅰ级考点,“力的合成和分解”“共点力的平衡”两个Ⅱ级考点。常见的三种力、物体的平衡、受力分析是高考的重点和难点,也是热点。命题呈现以下特点:(1)对弹力和摩擦力大小、方向的考查;(2)受力分析及力的运算作为一种分析物理问题的工具,贯穿高考考查的大部分内容和考题;(3)常考查力的合成与分解;(4)共点力作用下物体的平衡,如动态平衡、极值求解等考查也较多。预测2020年高考命题趋势:(1)考查力的产生条件、力的大小的计算和方向的判断、力的合成与分解、平衡条件的应用、动态平衡问题的分析。“弹力”“摩擦力”属于高考的热点和难点。“弹簧模型”可以在不同物理情景下综合考查,与其他知识结合来考查弹力大小的定性分析或定量计算及方向的判定。不论静摩擦力还是动摩擦力,每年都有所考查,要正确把握其大小的计算和方向的判断。(2)考查的模型一般为叠加体、连接体(轻绳连接、轻杆连接、轻弹簧连接)、死结模型、滑轮模型(活结模型)、轻弹簧模型等。(3)涉及的思想方法有整体法与隔离法、假设法、正交分解法、矢量三角形法、等效思想等。(4)单独考查一个知识点的试题非常少,大多数情况是同时涉及几个知识点,考查的重点和热点是弹力、摩擦力、力的合成与分解、共点力作用下物体的平衡等知识点的创新设计,注重对物理思维与物理能力的考查。(5)试题以现实生活中的现象为背景,或以高科技为背景考查一些综合性问题,考生平时应锻炼自己建立物理模型的能力。第1讲重力弹力摩擦力1重力(1)产生:由于地球吸引而使物体受到的力。重力不是万有引力,而是万有引力的一个分力。(2)大小:G=mg,可用弹簧测力计测量。①物体的质量m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:竖直向下。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(是一种理想化模型,真实不存在)。影响重心位置的因素:物体的几何形状,物体的质量分布。重心的位置不一定在物体上。不规则薄板重心的确定方法:悬挂法。1.1(2019四川西昌模拟)如图所示,两辆车在以相同的速度做匀速运动,根据图中所给信息和所学知识你可以得出的结论是()。A.物体各部分都受重力作用,但可以认为物体各部分所受重力集中于一点B.重力的方向总是垂直向下的C.物体重心的位置只与物体的质量分布有关D.力是使物体运动的原因【答案】A1.2(2019江苏淮安月考)下列关于物体重心的说法中正确的是()。A.物体的重心必在物体上B.形状规则的物体的重心就在物体的几何中心C.重心是物体各部分所受重力的合力的等效作用点D.重心就是物体内最重的一点【答案】C2弹力(1)弹力:发生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。(2)弹力方向的判断方法:①绳子只能受拉力而发生形变,即绳子只能承受拉力。因此绳子拉物体的弹力的方向总是沿着绳子指向其收缩的方向。②物体放在支持物上,支持物因形变而产生弹力,这种弹力的方向总是垂直于支持面指向被支持的物体。(3)胡克定律:在弹性限度内,弹力和弹簧形变大小(伸长或缩短的量)成正比。表达式:F=kx。【易错警示】(1)杆的弹力方向:杆的弹力方向不能根据杆的方向来判断,只能根据实际情况进行受力分析得出。(2)弹簧与杆、绳的弹力瞬间变化的区别:因为弹簧的形变不可能瞬间突变,所以弹簧的弹力不可能突变;而杆、绳的弹性形变可以在瞬间发生变化,所以杆、绳的弹力可以发生突变。(4)弹力有无的判断“四法”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(将其中一个物质拿走),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。④替换法:可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换,看能否发生形态的变化,若发生形变,则此处一定有弹力。2.1(2019山东青岛联考)探究弹力和弹簧伸长的关系时,在弹性限度内,悬挂15N重物时,弹簧长度为0.16m,悬挂20N重物时,弹簧长度为0.18m,则弹簧的原长L0和劲度系数k分别为()。A.L0=0.02m、k=500N/mB.L0=0.10m、k=500N/mC.L0=0.02m、k=250N/mD.L0=0.10m、k=250N/m【答案】D2.2(2019湖南株洲月考)(多选)如图所示,一倾角为45°的斜面固定于竖直墙上,为使一光滑的铁球静止,需加一水平力F,且F通过球心,下列说法正确的是()。A.球一定受墙的弹力且水平向左B.球可能受墙的弹力且水平向左C.球一定受斜面的弹力且垂直斜面向上D.球可能受斜面的弹力且垂直斜面向上【答案】BC3摩擦力(1)滑动摩擦力:一个物体在另一个物体表面上发生相对滑动时,要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力。产生条件必须同时满足:①两物体相互接触;②两物体间相互挤压;③接触面是粗糙的;④两物体间有相对运动。(2)静摩擦力:相互接触的两个物体有相对运动的趋势,但又保持相对静止状态时所受的摩擦力。产生条件必须同时满足:①两物体相互接触;②两物体相互挤压;③接触面粗糙;④物体有相对运动趋势而又保持相对静止。方向:与接触面相切,与相对运动趋势的方向相反。大小:①静摩擦力是变力,它与使它产生相对运动趋势的外力有关。②最大静摩擦力:物体所受的静摩擦力能达到的最大值。③静摩擦力的变化范围:0F≤Fmax。3.1(2019湖南邵阳调考)重100N的物体静止在粗糙水平面上,物体与水平面间的动摩擦因数为0.2,当物体受到一个大小为10N、方向水平向右的力的作用时,水平面对物体的摩擦力大小和方向分别为()。A.10N,水平向左B.10N,水平向右C.20N,水平向左D.20N,水平向右【答案】A3.2(2018江苏盐城检测)装修工人在搬运材料时施加一个水平拉力将其从水平台面上拖出,如图所示,若接触面的粗糙程度处处相同,则在工人匀加速拖出材料的过程中()。A.材料与平台之间的接触面积逐渐减小,摩擦力逐渐减小B.材料与平台之间的相对速度逐渐增大,摩擦力逐渐增大C.平台对材料的支持力逐渐减小,摩擦力逐渐减小D.材料与平台之间的动摩擦因数不变,支持力也不变,所以工人的拉力不变【答案】D题型一摩擦力的分析与计算问题1.静摩擦力的有无和方向的判断方法(1)假设法:利用假设法判断的思维程序如下。(2)状态法:先判断物体的状态(加速度的方向),再利用牛顿第二定律(F=ma)确定合力,然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向。(3)牛顿第三定律法: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的方向。2.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),利用力的平衡条件来判断静摩擦力的大小。(2)物体有加速度时,若只有静摩擦力,则Ff=ma。若除静摩擦力外,物体还受其他力,则F合=ma,先求合力再求静摩擦力。3.滑动摩擦力大小的计算滑动摩擦力的大小用公式Ff=μFN来计算,应用此公式时要注意以下几点:(1)μ为动摩擦因数,其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关;FN为两接触面间的正压力,其大小不一定等于物体的重力。(2)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面积的大小均无关。【例1】如图所示,质量为M的物体P静止于固定的斜面(倾角为θ)上,且P的上表面水平。现把另一小正方形的物体Q轻轻地叠放在P上,则()。A.P向下加速滑动B.P静止不动C.P向下匀速滑动D.P与斜面间的静摩擦力不变【解析】对P受力分析,根据平衡条件,有斜面对P的支持力FN=Mgcosθ,摩擦力f=Mgsinθ,由题意知f≤μFN,即Mgsinθ≤μMgcosθ,故μ≥tanθ,与重力无关;由于物体Q轻轻地叠放在P上,相当于增大物体P的重力,故P静止不动,P受到的静摩擦力增大,B项正确,A、C、D三项错误。【答案】B本题的解题关键是对物体的受力分析,求解出支持力和静摩擦力的关系;物体Q轻轻地叠放在P上,相当于增大物体P的重力。“整体法、隔离法”是力学中的重要方法,一定要熟练掌握,注意对于由多个物体组成的系统,不涉及内力时优先以整体为研究对象。【变式训练1】(2019四川宜宾检测)如图甲所示,粗糙水平面上a、b、c、d四个相同小物块用四根完全相同的轻弹簧连接,正好组成一个等腰梯形,系统静止。a、b之间,a、c之间以及b、d之间的弹簧长度相同且等于c、d之间弹簧长度的一半,a、b之间弹簧弹力大小为c、d之间弹簧弹力大小的一半。若a受到的摩擦力大小为f,则下列说法错误．．的是()。甲A.a、b之间的弹簧一定是压缩的B.b受到的摩擦力大小为fC.d受到的摩擦力大小为2fD.c受到的摩擦力大小为√f【解析】设每根弹簧的原长为L0,a、b间弹簧的形变量为Δx1,c、d间弹簧的形变量为Δx2,则有kΔx2=2kΔx1;若a、b间和c、d间的弹簧都被拉长,则有L0+Δx2=2(L0+Δx1),解得L0=0,不符合题意,所以a、b间弹簧被压缩,A项正确。由于a受到的摩擦力大小为f,根据对称性可得,b受到的摩擦力大小也为f,B项正确。以a和c为研究对象进行受力分析,如图乙所示,图中的θ为ac与cd之间的夹角,则cosθ=4=,所以θ=60°,则∠cab=0°,由受力平衡知,a受到的摩擦力大小与a、c间(或a、b间)的弹簧弹力T大小满足f=T;对c根据力的合成可得fc=√f,D项正确。由于c受到的摩擦力大小为√f,根据对称性可知,d受到的摩擦力大小为√f,C项错误。乙【答案】C【变式训练2】(2019福建龙岩检测)(多选)如图所示,放在水平地面上的质量为m的物体与轻弹簧的左端相连,物体与地面间的动摩擦因数为μ,轻弹簧的劲度系数为k,右端受到水平恒力F作用,物体沿地面做匀加速直线运动,弹簧没有超出弹性限度,则()。A.弹簧的伸长量为B.弹簧的伸长量为C.物体对地面的压力大小等于它所受到的重力D.弹簧对物体的弹力与物体受到的摩擦力是一对平衡力【解析】弹簧弹力等于水平恒力F,结合胡克定律有F=kxμmg,则弹簧的形变量x=,A项正确,B项错误;竖直方向物体受力平衡,则物体受到地面的支持力与它所受到的重力大小相等,又由地面对物体的支持力等于物体对地面的压力可知,C项正确;水平方向物体做匀加速直线运动,则弹簧对物体的弹力大于物体所受的摩擦力,不是一对平衡力,D项错误。【答案】AC题型二摩擦力的突变问题1.静摩擦力的突变问题静摩擦力是被动力,其存在及大小、方向取决于物体间的相对运动趋势,静摩擦力存在最大值。静摩擦力为零的状态是其方向变化的临界状态;静摩擦力达到最大值是物体恰好保持相对静止的临界状态。2.滑动摩擦力的突变问题滑动摩擦力的大小与接触面间的动摩擦因数和接触面受到的正压力均成正比。发生相对运动的物体,若接触面发生变化或接触面受到的正压力发生变化,则滑动摩擦力一般会发生变化。3.摩擦力的“突变”问题(1)静—静“突变”:物体在摩擦力和其他力的作用下处于相对静止状态,当作用在物体上的其他力的合力发生变化时,若物体仍然保持相对静止状态,则物体受到的静摩擦力的大小或方向将发生突变。(2)静—动“突变”:物体在摩擦力和其他力作用下处于相对静止状态,当其他力变化时,若物体不能保持相对静止状态,则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力;同理,当物体由相对运动到相对静止时,物体受到的滑动摩擦力将“突变”为静摩擦力。(3)动—动“突变”: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改变了,则滑