浙江专版2024版高考物理一轮复习第二章相互作用第1讲重力弹力摩擦力练习含解析

第1讲 重力 弹力 摩擦力

考点1　弹力的分析与计算(c)

【典例1】(宁波模拟)足球运动是目前最具影响力的运动项目之一,深受青少年喜爱。如图所示为几种与足球有关的情境,则下列说法正确的是              (　　)

A.图甲中,静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力

B.图甲中,静止在草地上的足球受到的弹力是由于足球形变而产生的

C.图乙中,静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力

D.图丙中,踩在脚下且静止在水平草地上的足球可能受到3个力的作用

【解题思路】解答本题应注意以下几点:

【解析】选D。静止在草地上的足球受到弹力的施力物体是地面,而重力的施力物体是地球,所以弹力不是重力,A错误;静止在地面上的足球受到弹力是因为地面发生了形变而对足球的作用力,B错误;静止在光滑水平地面上的两个足球虽然接触,但由于没有弹性形变,所以没有受到相互作用的弹力,C错误;踩在脚下的足球受到地球对它的重力、脚对它的压力以及地面对它的支持力,共三个力作用,D正确。故选D。

【典例2】如图所示,弹簧测力计、绳子的质量都不计,摩擦也不计。物体A重40 N,物体B重10 N,滑轮重2 N,两物体均处于静止状态,则弹簧测力计示数和物体A对水平地面的压力大小分别是              (　　)

A.22 N和30 N　　　 B.20 N和32 N

C.52 N和10 N   D.50 N和40 N

【解题思路】可按以下思路分析

【解析】选A。绳子上的拉力等于B的重力,对滑轮受力分析,其受弹簧测力计向上的拉力、自身的重力及两绳对它的拉力,则弹簧测力计的示数为两倍绳子上的拉力和滑轮的重力之和,即10 N+10 N+2 N=22 N;物体A对地面的压力等于A的重力减去绳子的拉力,即40 N-10 N=30 N,选项A正确。

1.中国女排在2016年奥运会比赛中再度夺冠。图为比赛中精彩瞬间的照片,此时排球受到的力有              (　　)

A.推力

B.重力、推力

C.重力、空气对球的作用力

D.重力、推力、空气对球的作用力

【解析】选C。此刻人手与球并没有接触,所以没有推力,排球受到的力是重力、空气对球的作用力,所以C正确,A、B、D错误。

2.如图所示,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              (　　)

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】选C。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。

弹力方向的判断方法

(1)常见模型中弹力的方向:

(2)根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向。

【加固训练】

　　如图所示的四个图中,AB、BC均为轻质杆,各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接,两杆都在B处由铰链连接,且系统均处于静止状态。现用等长的轻绳来代替轻杆,能保持平衡的是              (　　)

A.图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丙

B.图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、丙、丁

C.图中的BC杆可以用轻绳代替的有乙、丙、丁

D.图中的BC杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丁

【解析】选B。因为各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接,故轻杆是“活动杆”,杆中的力一定沿杆。若能用轻绳代替,则杆对B点要产生拉力,四个图中AB杆、BC杆对B点的作用力如图所示,AB杆产生拉力的是图甲、丙、丁,BC杆产生拉力的只有图丙,因为绳对作用点只能产生拉力,故只有选项B正确。

考点2　摩擦力的分析与判断(c)

【典例3】(宁波模拟)如图所示,用一枚小磁铁将一张纸压在竖直的磁性黑板上,一同学向下拉白纸使白纸和磁铁一起向下匀速运动且保持相对静止,下列说法正确的是              (　　)

A.白纸受到磁铁向上的摩擦力

B.白纸没有受到磁铁的摩擦力

C.磁铁只受到2个作用力

D.磁铁受到4个作用力

【解题思路】解答本题应注意以下两点:

(1)注意摩擦力与弹力有无的判断方法;

(2)要结合物体所处的运动状态及力的相互性进行受力分析。

【解析】选D。白纸和磁铁一起向下匀速运动且保持相对静止,对磁铁进行受力分析可知磁铁受重力、磁性黑板的吸引力、白纸的向外弹力、白纸的竖直向上的静摩擦力四个力的作用,C错误,D正确;根据力的相互性,磁铁对白纸有竖直向下的静摩擦力,A、B均错误。故选D。

1.(杭州模拟)如图所示,一物体在粗糙水平地面上受斜向上的恒定拉力F作用而做匀速直线运动,则下列说法正确的是              (　　)

A.物体可能只受两个力作用

B.物体可能受三个力作用

C.物体可能不受摩擦力作用

D.物体一定受四个力作用

【解析】选D。因物体做匀速直线运动,对物体进行受力分析可知物体受到拉力、重力、支持力和摩擦力作用,A、B、C均错误,D正确。故选D。

2.(绍兴模拟)滑索:也称“速滑”“速降”“空中飞人”等,最早用于高山自救和军事突击行动,后演化为游乐项目,是一项具有挑战性、刺激性和娱乐性的现代化体育游乐项目,可跨越草地、湖泊、河流、峡谷,借助高度差从高处以较高的速度向下滑行,使游客在有惊无险的快乐中感受刺激和满足。若忽略空气阻力,最后一段人缓慢下滑的过程中,下列有关人的受力图正确的是              (　　)

【解析】选D。由题意可知人缓慢下滑的过程中做匀速运动,处于平衡状态,对人受力分析可知有竖直向下的重力mg、垂直绳索向上的弹力FT、与人的滑行方向相反的摩擦力F,且三者合力为零,A、B、C错误,D正确。故选D。

3.(嘉兴模拟)如图,小明喜欢将彩纸用磁石压在冰箱的竖直面上写字,当她用水彩笔在纸上写阿拉伯数字“1”时,纸、冰箱、磁石三者仍保持相对静止,则              (　　)

A.磁石与彩纸间的摩擦力变大

B.彩纸与冰箱面间的摩擦力保持不变

C.此时彩纸受到5个力的作用

D.彩纸受到的合外力保持不变

【解析】选D。以磁石为研究对象,磁石受到的摩擦力与重力相等,所以磁石与彩纸间的摩擦力不变,A错误;用水彩笔在纸上写阿拉伯数字“1”时,水彩笔对彩纸的摩擦力方向向下,则彩纸与冰箱面间的摩擦力增大,B错误;此时彩纸受到重力、磁石对它的压力和摩擦力、冰箱对它的支持力和摩擦力,水彩笔对它的压力和摩擦力7个力的作用,C错误;彩纸始终处于静止状态,合力为零,所以彩纸受到的合外力保持不变,D正确。故选D。

静摩擦力有无及方向的判断“三法”

1.假设法:利用假设法判断的思维程序如下:

2.状态法:先判明物体的运动状态(即加速度的方向),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方向。

【加固训练】

　　如图所示,A、B两物块叠放在一起,在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动,运动过程中B受到的摩擦力              (　　)

A.方向向左,大小不变

B.方向向左,逐渐减小

C.方向向右,大小不变

D.方向向右,逐渐减小

【解析】选A。对A、B整体受力分析如图所示,滑动摩擦力Ff使整体产生加速度a,大小不变,对B受力分析知,B所受静摩擦力F′f=mBa,大小不变,方向向左,A正确,B、C、D错误。

考点3　摩擦力的计算(c)

【典例4】(丽水模拟)如图所示,A、B、C三个物体的质量相等,各有F=1 N的两个水平力分别作用于A、B两个物体上,A、B、C都静止,则地面对A物体、A物体对B物体、B物体对C物体的摩擦力分别为              (　　)

A.0、1 N、0    B.1 N、0、1 N

C.1 N、2 N、1 N  D.1 N、1 N、0

【解题思路】解答本题应注意以下两点:

(1)对物体受力分析时要灵活、恰当的选取研究对象;

(2)能根据物体的运动状态进行静摩擦力的有无及方向的判断,必要时可以用假设法。

【解析】选A。以A、B、C三个物体为整体进行受力分析,整体在水平方向受到水平向左和水平向右的大小相等的拉力,则二力的合力为零,相当于整体在水平方向上不受力的作用,故地面对A的摩擦力为零;以物体B和C两个物体为整体进行受力分析,水平方向受向右的拉力,要使物体B和C静止,则A对B一定有向左的摩擦力,大小等于F=1 N;对物体C进行受力分析,物体C水平方向不受外力,相对物体B没有相对运动的趋势,物体C不受物体B的摩擦力。综上所述,A正确,B、C、D均错误。故选A。

1.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,如图所示。木块与长木板间的动摩擦因数为(　　)

A.0.3　　　　B.0.5　　　　C.0.6　　　　D.1.0

【解析】选A。由图看出,拉力大于5 N后物体相对木板滑动,滑动摩擦力为3 N,支持力与木块的重力等大,μ===0.3,A对。

2.(易错专练:摩擦力的计算)(丽水模拟)如图所示,质量为m的木块受到与水平面夹角为θ的力F的作用,在水平地面上做匀速直线运动,则木块与地面之间的动摩擦因数μ为              (　　)

A.   B.

C.   D.tan θ

【解析】选A。将F分解为水平和竖直两个方向上的力,则有水平方向:Fcos θ

=f①,竖直方向:mg+Fsin θ=FN②,由摩擦力公式可知f=μFN=μ(mg+Fsin θ)

③;联立①②③解得μ=,A正确,B、C、D均错误。故选A。

3.(绍兴模拟)如图所示,攀岩者仅凭借鞋底和背部的摩擦停留在竖直的岩壁间,鞋子、背部与岩壁间的动摩擦因数分别为0.80和0.60。为了节省体力,他尽可能减小身体与岩壁间的正压力,使自己刚好不下滑。假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,下列判断正确的是              (　　)

A.攀岩者受到三个力的作用

B.鞋子受到的静摩擦力方向竖直向下

C.岩壁对鞋子的支持力大于岩壁对背部的支持力

D.攀岩者背部受到的静摩擦力支撑了体重的

【解析】选D。对攀岩者受力分析如图,攀岩者受到重力、两个支持力和两个摩擦力共五个力的作用,A错误;鞋子受到的静摩擦力方向竖直向上,B错误;水平方向受力平衡,所以岩壁对鞋子的支持力等于岩壁对背部的支持力,C错误;鞋子、背部与岩壁间的动摩擦因数分别为0.80和0.60,刚好不下滑时摩擦力都达到最大,根据f=μFN可知,==,而f1+f2=mg,解得f1=mg,故攀岩者背部受到的静摩擦力支撑了体重的,D正确。故选D。

计算摩擦力大小的三点注意

(1)分清摩擦力的性质:静摩擦力或滑动摩擦力。

(2)应用滑动摩擦力的计算公式Ff=μFN时,注意动摩擦因数μ,其大小与接触面的材料及其粗糙程度有关,FN为两接触面间的正压力,不一定等于物体的重力。

(3)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关,与接触面积的大小无关。

【资源平台】备选角度:摩擦力的突变问题

【典例】长直木板的上表面的一端放有一铁块,木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与水平面的夹角α变大),另一端不动,如图所示,则铁块受到的摩擦力Ff随角度α的变化图象可能正确的是(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(　　)

【规范解答】选C。设木板与水平面间的夹角增大到θ时,铁块开始滑动,显然当α<θ时,铁块与木板相对静止,由力的平衡条件可知,铁块受到的静摩擦力的大小为Ff=mgsinα;当α≥θ时铁块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力,设动摩擦因数为μ,由滑动摩擦力公式得铁块受到的摩擦力为Ff=μmgcosθ。通过上述分析知道:α<θ时,静摩擦力随α角增大按正弦函数增加;当α≥θ时,滑动摩擦力随α角增大按余弦规律减小,故C正确。