人教版必修第一册高一物理同步讲练测第三章相互作用——力单元复习与检测(讲)(原卷版+解析)

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第三章 相互作用---力单元复习与检测【讲】一.单元知识体系构建二.核心主干知识总结主题一 摩擦力和弹力的分析弹力的分析和计算1.三种常见弹力2.杆的弹力方向可沿杆：可不沿杆：3.弹力的计算(1)公式法：利用公式F＝kx计算，适用于弹簧、橡皮筋等物体的弹力的计算。(2)二力平衡法：若物体处于静止状态或匀速直线运动状态，物体所受弹力与物体所受的其他力应为平衡力，可根据其他力的大小确定弹力的大小。【例1】 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，系统依然保持平衡，下列说法正确的是(　　)A.图中的AB杆可以用轻绳代替的是甲、乙、丙B.图中的AB杆可以用轻绳代替的是甲、丙、丁C.图中的BC杆可以用轻绳代替的是乙、丙、丁D.图中的BC杆可以用轻绳代替的是甲、乙、丁【例2】 如图为一轻质弹簧的长度l和弹力F大小的关系，试由图线确定：(1)弹簧的原长；(2)弹簧的劲度系数；(3)弹簧伸长了15 cm时弹力的大小。2　摩擦力的分析和计算1.静摩擦力有无的判断方法(1)条件法：根据静摩擦力的产生条件，直接判断静摩擦力的有无。(2)假设法：假设接触面光滑，若研究对象仍保持原状态，则不受静摩擦力；若运动状态改变，则受静摩擦力。2.摩擦力大小的计算(1)计算摩擦力时，应先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力。(2)滑动摩擦力用公式Ff＝μFN或平衡条件求解。(3)静摩擦力的大小根据运动状态求解。若物体处于静止状态或匀速直线运动状态，可利用二力平衡条件求解摩擦力。【例3】 如图物体A、B相互叠加，在水平面上一起做匀速或变速直线运动，则A、B间不存在摩擦力的是(　　)A.图①和图③ B.图①和图②C.只有图③ D.只有图①【针对训练】 (2021·北京海淀期中)如图所示，木块A、B分别重50 N和60 N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.20，夹在A、B之间的弹簧被压缩了1 cm，弹簧的劲度系数为400 N/m，系统置于水平地面上静止不动(可认为木块与水平地面之间的最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力)。现用F＝2 N的水平拉力作用在木块B上，此时木块A、B所受摩擦力分别记为FfA和FfB。则(　　)A.FfA＝10 N B.FfA的方向水平向左C.FfB＝10 N D.FfB的方向水平向左3　摩擦力的突变【例4】 (多选)(2021·辽宁鞍山高一期中)如图所示，水平木板上有质量m＝3.75 kg的物块，受到随时间t变化的水平拉力F作用，用力传感器测出相应时刻物块所受摩擦力Ff的大小如图所示，取重力加速度g＝10 m/s2，下列判断正确的是(　　)A.t＝1 s时外力F等于零B.t＝6 s时外力F可能等于5 NC.物块与木板间的动摩擦因数为0.08D.物块与木板间的动摩擦因数为0.11主题二 物体受力分析问题受力分析就是把指定物体(研究对象)在特定的物理情境中所受到的所有外力找出来，并画出受力图。物体运动状态的变化，是由它受力的情况决定的。对物体进行正确的受力分析，是研究物体运动状态变化的基础，也是学好力学的先决条件。1．受力分析的步骤2．受力分析的方法——整体法和隔离法(1)整体法：以系统整体为研究对象进行受力分析的方法，一般用来研究不涉及系统内部某物体的力和运动。(2)隔离法：将所确定的研究对象从周围物体中隔离出来进行分析的方法，一般用来研究系统内物体之间的作用及运动情况。3．受力分析时要注意的问题(1)只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其他物体施加的力；不要把作用在其他物体上的力错误地通过“力的传递”作用在研究对象上。(2)如果一个力的方向难以确定，可以用假设法分析。(3)合力和分力不能重复地列为物体所受的力；因为合力与分力是等效替代关系。(4)受力分析一定要结合物体的运动状态，特别是物体处于临界状态的受力分析。【例1】　(多选)如图所示，质量为m的木块A放在质量为M的三角形斜劈上，现用大小均为F、方向相反的水平力分别推A和B，它们均静止不动，则(　　)A．A与B之间一定存在摩擦力B．B与地面之间可能存在摩擦力C．B对A的支持力可能小于mgD．地面对B的支持力的大小一定等于(M＋m)g【变式训练】(多选)如图所示，一木块在垂直于倾斜天花板平面方向的推力F作用下，处于静止状态，则下列判断正确的是(　　)A．木块一定受到4个力的作用 B．木块可能受到2个力的作用C．逐渐增大推力F，木块将继续保持静止状态D．木块受天花板的摩擦力随推力F的增大而增大主题三 动态平衡问题1.动态平衡：平衡问题中的一部分力是变力，是动态力，力的大小和方向缓慢变化，所以叫动态平衡，这是力平衡问题中的一类题型。2.基本方法：解析法、图解法和相似三角形法。3.处理动态平衡问题的一般步骤(1)解析法①列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式。②根据已知量的变化情况确定未知量的变化情况。(2)图解法①适用情况：物体只受三个力作用，且其中一个力的大小、方向均不变，另一个力的方向不变，第三个力大小、方向均变化。②一般步骤：a.首先对物体进行受力分析，根据三角形定则将表示三个力的有向线段依次画出构成一个三角形(先画出大小方向均不变的力，再画方向不变的力，最后画大小、方向均变化的力)，由题意改变方向变化的力的方向.由动态图解可知力的大小变化情况。【例1】 (多选)(2020·大连市普兰店区第三十八中学高一月考)如图，物体的重力为G，保持细绳AO的位置不变，让细绳BO的B端沿四分之一圆弧从D点缓慢向E点移动，在此过程中(　　)A.AO绳上的张力一直在增大 B.AO绳上的张力先减小后增大C.BO绳上的张力先减小后增大 D.BO绳上的张力一直在减小【针对训练】 如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上有一光滑挡板A，在挡板和斜面之间夹一质量为m的重球B，开始挡板A处于竖直位置，现使其下端绕O沿逆时针方向缓缓转至水平位置，分析重球B对斜面和对挡板压力的变化情况是(　　)A.对斜面的压力逐渐减小，对挡板的压力也逐渐减小B.对斜面的压力逐渐变大，对挡板的压力则逐渐减小C.对斜面的压力逐渐减小，对挡板的压力先变小后变大D.对斜面的压力逐渐减小，对挡板的压力先变大后变小主题四　整体法和隔离法在平衡问题中的应用当系统处于平衡状态时，组成系统的每个物体都处于平衡状态，选取研究对象时要注意整体法和隔离法的结合。一般地，当求系统内部间的相互作用时，用隔离法；求系统受到的外力时，用整体法，具体应用中，应将这两种方法结合起来灵活运用。【例1】 (多选)如图所示，斜面体质量为M，倾角为θ，小方块质量为m，在水平推力F作用下，斜面体和小方块整体向左做匀速直线运动，各接触面之间的动摩擦因数都为μ，重力加速度为g，则(　　)A.斜面体对小方块的支持力为mgcos θB.斜面体对地面的压力大小为(M＋m)gC.斜面体对小方块的摩擦力大小为μmgcos θD.地面对斜面体的摩擦力大小为μMg【针对训练】 用轻质细线把两个质量未知的小球悬挂起来，如图所示。对小球a持续施加一个水平向左的恒力，并对小球b持续施加一个水平向右的同样大小的恒力，最后达到平衡状态。下列选项中表示平衡状态的图可能是(　　)主题五 平衡问题中的临界极值问题1.临界问题(1)问题界定：物体所处平衡状态将要发生变化的状态为临界状态，涉及临界状态的问题为临界问题。(2)问题特点①当某物理量发生变化时，会引起其他几个物理量的变化。②注意某现象“恰好出现”或“恰好不出现”的条件。(3)分析方法：基本方法是假设推理法，即先假设某种情况成立，然后根据平衡条件及有关知识进行论证、求解。2.极值问题(1)问题界定：物体平衡的极值问题，一般指在力的变化过程中涉及力的最大值和最小值的问题。(2)分析方法①解析法：根据物体的平衡条件列出方程，在解方程时，采用数学知识求极值或者根据物理临界条件求极值。②图解法：根据物体的平衡条件作出力的矢量图，画出平行四边形或者矢量三角形进行动态分析，确定最大值或最小值。【例3】 如图所示，物体的质量为5 kg，两根轻细绳AB和AC的一端固定于竖直墙上，另一端系于物体上(∠BAC＝θ＝60°)，在物体上另施加一个方向与水平线也成θ角的拉力F，若要使两绳都能伸直，求拉力F的大小范围(g取10 m/s2)。【针对训练】 如图所示，斜面的倾角θ＝30°，A、B用跨过滑轮O的轻绳相连，且OA段与斜面平行，物体A所受的重力GA＝10 N，A与斜面间的最大静摩擦力Ff＝3.46 N。为了使A能静止在斜面上，物体B所受的重力GB应在什么范围内？(绳与滑轮间的摩擦不计)第三章 相互作用---力单元复习与检测【讲】一.单元知识体系构建二.核心主干知识总结主题一 摩擦力和弹力的分析弹力的分析和计算1.三种常见弹力2.杆的弹力方向可沿杆：可不沿杆：3.弹力的计算(1)公式法：利用公式F＝kx计算，适用于弹簧、橡皮筋等物体的弹力的计算。(2)二力平衡法：若物体处于静止状态或匀速直线运动状态，物体所受弹力与物体所受的其他力应为平衡力，可根据其他力的大小确定弹力的大小。【例1】 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，系统依然保持平衡，下列说法正确的是(　　)A.图中的AB杆可以用轻绳代替的是甲、乙、丙B.图中的AB杆可以用轻绳代替的是甲、丙、丁C.图中的BC杆可以用轻绳代替的是乙、丙、丁D.图中的BC杆可以用轻绳代替的是甲、乙、丁【答案】　B【解析】　轻绳只能产生拉力，在甲、丙、丁三图中的AB杆产生的都是拉力，可用轻绳代替，所以选项A错误，B正确；图中的BC杆可以用轻绳代替的只有丙，故选项C、D错误。【例2】 如图为一轻质弹簧的长度l和弹力F大小的关系，试由图线确定：(1)弹簧的原长；(2)弹簧的劲度系数；(3)弹簧伸长了15 cm时弹力的大小。【答案】　(1)10 cm　(2)200 N/m　(3)30 N【解析】　(1)当F＝0时，弹簧处于原长状态，由图读出F＝0时，l＝10 cm，即弹簧的原长为l0＝10 cm。(2)由图知：F＝10 N，l＝5 cm则弹簧被压缩的长度x＝l0－l＝10 cm－5 cm＝5 cm＝0.05 m。根据胡克定律F＝kx得k＝eq \f(F,x)＝eq \f(10,0.05) N/m＝200 N/m。(3)当弹簧伸长了x′＝15 cm＝0.15 m，弹力的大小为F′＝kx′＝200×0.15 N＝30 N。2　摩擦力的分析和计算1.静摩擦力有无的判断方法(1)条件法：根据静摩擦力的产生条件，直接判断静摩擦力的有无。(2)假设法：假设接触面光滑，若研究对象仍保持原状态，则不受静摩擦力；若运动状态改变，则受静摩擦力。2.摩擦力大小的计算(1)计算摩擦力时，应先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力。(2)滑动摩擦力用公式Ff＝μFN或平衡条件求解。(3)静摩擦力的大小根据运动状态求解。若物体处于静止状态或匀速直线运动状态，可利用二力平衡条件求解摩擦力。【例3】 如图物体A、B相互叠加，在水平面上一起做匀速或变速直线运动，则A、B间不存在摩擦力的是(　　)A.图①和图③ B.图①和图②C.只有图③ D.只有图①【答案】　D【解析】　图①中，A、B一起匀速运动，A受到重力和支持力处于平衡状态，做匀速直线运动。若受到B对A的摩擦力则A不能平衡，所以图①中A、B间不存在摩擦力；图②中，A、B一起减速运动，竖直方向上A受到重力和支持力，水平方向上，A做减速运动，则存在B对A向左的摩擦力，所以图②中A、B间存在摩擦力；图③中，A、B一起做匀速运动，A受到重力和支持力、拉力F以及B对A向左的摩擦力处于平衡状态，做匀速直线运动，所以图③中A、B间存在摩擦力。故选项D正确。【针对训练】 (2021·北京海淀期中)如图所示，木块A、B分别重50 N和60 N，它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0.20，夹在A、B之间的弹簧被压缩了1 cm，弹簧的劲度系数为400 N/m，系统置于水平地面上静止不动(可认为木块与水平地面之间的最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力)。现用F＝2 N的水平拉力作用在木块B上，此时木块A、B所受摩擦力分别记为FfA和FfB。则(　　)A.FfA＝10 N B.FfA的方向水平向左C.FfB＝10 N D.FfB的方向水平向左【答案】　D【解析】　由于中间的弹簧被压缩了1 cm，弹簧的劲度系数为400 N/m，故弹簧对A和B两个木块的作用力为F′＝kx＝400 N/m×0.01 m＝4 N，方向均向外；对B而言，它的重力是60 N，放在水平桌面上，故它对桌面的压力也是60 N，所以它的最大静摩擦力为FfB＝0.2×60 N＝12 N，而木块B除了受弹簧的弹力以外，还受到向右的拉力F＝2 N，故B受到的拉力与弹簧弹力的合力是6 N，方向向右，而6 N<12 N，故木块B也处于静止状态，它所受的摩擦力与B受到的拉力与弹簧弹力的合力平衡，所以B受到的摩擦力是6 N，方向向左；而对木块A而言，它的重力是50 N，放在水平桌面上，它对桌面的压力也是50 N，所以它的最大静摩擦力为FfA＝0.2×50 N＝10 N，因为F′