2026届高考物理一轮复习课件 第二章 第1讲 重力 弹力 摩擦力

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1.认识重力、弹力与摩擦力。通过实验,了解胡克定律。知道滑动摩擦和静摩擦现象,能用动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小。2.通过实验,了解力的合成与分解,知道矢量和标量。能用共点力的平衡条件分析生产生活中的问题。
如图所示,树上的苹果会落向地面;建筑工地上工人常用重垂线来检测墙壁是否竖直;杂技演员轻松地顶住从高处落下的坛子;一小孩在健身器材上爬杆玩耍。(1)为什么树上的苹果总要落向地面?为什么使用重垂线能检测墙壁是否竖直?(2)杂技演员顶坛时头顶受到的压力产生的直接原因是什么?(3)小孩在健身器材上爬杆玩耍时的摩擦力情况如何?
【答案】 吸引　mg　竖直向下　弹性形变　相反　正比　相对运动　相对运动　μF压　相反　相对运动　相对静止　相对运动趋势　相反　相对运动趋势
1.(多选)关于重力和弹力,下列说法正确的是(　 　)[A] 在地球上的物体都要受到重力作用,所受的重力与它的运动状态无关,也与是否存在其他力的作用无关[B] 在地球各处的重力方向都是一样的[C] 两个物体只要接触就一定有弹力[D] 弹力的方向一定与施力物体发生弹性形变的方向相反
2.如图所示,重为500 N的沙发放在水平地面上,某同学沿水平方向推沙发,当水平推力大小为90 N时沙发恰好开始运动。沙发运动后,用75 N的水平力即可使沙发保持匀速直线运动。下列说法正确的是(　　)[A] 沙发与地面之间的动摩擦因数为0.18[B] 若用80 N的水平力推静止的沙发,沙发所受的摩擦力大小为75 N[C] 若用100 N的水平力推静止的沙发,沙发所受的摩擦力大小为100 N[D] 若用50 N的水平力推已经运动的沙发,沙发所受的摩擦力大小为75 N
1.重力(1)重力的大小与运动状态无关,与所处的纬度和高度有关。重力加速度随纬度的减小而减小,随高度的增加而减小。(2)重力的方向总是“竖直向下”的,但并不一定“垂直于地面”,也不一定指向地心。(3)重力是由于地球的吸引而产生的,但重力并不等于地球的引力,它实际上是万有引力的一个分力。
2.重心(1)重心的位置可以在物体上,也可以在物体外。(2)质量分布均匀、形状规则的物体的重心在其几何中心上;对形状不规则的薄物体,可用支撑法或悬挂法来确定其重心。
[例1] 【对重力的理解】(2025·广西南宁阶段检测)下列关于重力的说法正确的是(　　) [A]重力等于地球对物体的吸引力 [B]运动的物体不受重力作用 [C]同一物体在地球上不同位置受到的重力可能不同 [D]重力方向垂直向下
【解析】重力是由于地球的吸引而产生的,但重力只是地球对物体的吸引力的一个分力,故A错误;运动的物体仍受重力作用,故B错误;同一物体在地球上不同位置,重力加速度大小可能不同,受到的重力可能不同,故C正确;重力方向竖直向下,故D错误。
[变式] 物体挂在弹簧测力计下,弹簧测力计的示数是否一定等于物体受到的重力?
【答案】物体挂在弹簧测力计下处于平衡状态时,弹簧测力计的示数才等于物体受到的重力。
[例2] 【对重心的理解】(2024·陕西咸阳阶段检测)如图所示,将乒乓球用双面胶粘贴于烧杯底部,往烧杯中注入一些水,用细木棍轻微拨动乒乓球,乒乓球将会从杯底上升到水面。在乒乓球从杯底上升到水面的过程中,关于由烧杯、水和乒乓球组成的系统重心位置的变化,下列说法正确的是(　　) [A]先升高后降低 [B]先降低后升高 [C]一直升高 [D]一直降低
【解析】乒乓球从杯底上升到水面的过程中,由于乒乓球的密度小于水的密度,系统的质量分布下移,重心逐渐降低。故选D。
物理中的轻绳、轻杆、橡皮筋、轻弹簧四个物体中,(1)受外力作用形变量较小、通常可忽略的是哪些?
提示:(1)轻绳、轻杆。
(2)产生弹力方向一定沿物体本身的是哪些?弹力方向可以与其本身成任意角度的是哪个?
提示: (2)轻绳、橡皮筋、轻弹簧;轻杆。
(3)既可产生拉伸、又可产生压缩形变的是哪些?既可以产生拉伸、也可以产生压缩、又可以产生弯曲形变的是哪个?
提示:(3)轻杆、轻弹簧;轻杆。
(4)弹力大小可以突变的是哪些?不能突变的是哪些?
提示:(4)轻绳、轻杆;橡皮筋、轻弹簧。
2.弹力方向的判断(1)按接触面分。
[例3] 【弹力方向的判断】下列四种情境中,球或轻杆均处于静止状态,它与外界的接触面(接触点)均光滑,物体所受弹力示意图如图所示,其中正确的是(　　)
[A] [B] [C] [D]
【解析】题图A,若小球受到左侧顶点处的弹力,则小球将向右运动,故A错误;题图B,小球处于静止状态时受到重力与杆对小球的弹力,二者是一对平衡力,故B正确;题图C,若小球受到左上方F1的拉力,小球将无法处于静止状态,故C错误;题图D,杆所受弹力在左侧接触点垂直于曲面指向圆心,在右侧接触点垂直于杆,故D错误。
[例4] 【弹力有无的判断】如图所示,小车内沿竖直方向的一根轻质弹簧和一条与竖直方向成α角的轻质细绳拴接一小球,此时小车与小球保持相对静止,一起在水平面上运动,则(　　) [A]细绳一定对小球有拉力 [B]轻弹簧一定对小球有弹力 [C]细绳不一定对小球有拉力,但是轻弹簧一定对小球有弹力 [D]细绳不一定对小球有拉力,轻弹簧也不一定对小球有弹力
【解析】当小车匀速运动时,弹簧弹力大小等于小球重力大小,此时细绳的拉力FT=0;当小车和小球向右做匀加速直线运动时,细绳的拉力不可能为零,弹簧弹力有可能为零,故D正确,A、B、C错误。
[例5] 【胡克定律的应用】(2024·重庆模拟)质量分别为m1、m2的小球1、2用劲度系数分别为ka、kb的a、b轻质弹簧悬挂,平衡后状态如图甲所示。若将小球1、2交换位置,平衡后状态如图乙所示,则(　　) [A]ka>kb [B]m1m2 [D]kam2,故B错误,C正确;对题图甲中的小球1进行受力分析,有kaΔxa=kbΔxb+m1g,由于a、b两弹簧的伸长量Δxa、Δxb大小未知,故无法比较两个弹簧的劲度系数,故A、D错误。
[变式] 若用S1和S2表示劲度系数分别为k1和k2的两根弹簧,k1>k2;a和b表示质量分别为ma和mb的两个小物体,ma>mb,将弹簧与物体按图示方式悬挂起来,现要求两根弹簧的总长度最大,则应使S1和S2、a和b的位置顺序怎样?
【答案】S2在上,b在上
计算弹力大小的三种方法(1)公式法:利用胡克定律F=kx计算。适用于弹簧、橡皮筋等弹力的计算。(2)平衡法:静止或做匀速直线运动时利用平衡条件计算。(3)牛顿运动定律:利用牛顿第二定律和牛顿第三定律分析求解。
请思考下列与摩擦力有关的几个问题:(1)若两物体间有摩擦力,则两物体间一定有弹力吗?若两物体间有弹力,则两物体间一定有摩擦力吗?
提示:(1)有摩擦力一定有弹力,有弹力不一定有摩擦力。
(2)静止物体受到的摩擦力一定是静摩擦力吗?运动物体受到的摩擦力一定是滑动摩擦力吗?
提示:(2)发生相对运动的两物体中的一个物体,可能相对地面是静止的,所以静止的物体也可以受到滑动摩擦力;同理运动的物体也可以受到静摩擦力。
提示: (3)用手握住水杯,水杯所受静摩擦力竖直向上,当水杯向上运动、向下运动、水平运动、斜向上运动、斜向下运动时,静摩擦力可以与物体运动方向相反,也可以与物体运动方向相同,还可以与物体运动方向成任意角度。
(3)摩擦力的方向是不是可以与物体运动方向相反,也可以与物体运动方向相同,还可以与物体运动方向成任意角度?试举例说明。
提示: (4)滑动摩擦力Ff=μFN,大小与接触面积无关;静摩擦力大小由外部条件决定,与接触面积无关。
(4)滑动摩擦力的大小是否与物体间的接触面积有关?静摩擦力呢?
(5)摩擦力都是物体运动的阻力吗?
提示: (5)摩擦力既可以是动力也可以是阻力
2.静摩擦力有无及方向的判断(1)假设法。
(2)状态法:根据平衡条件、牛顿第二定律,通过受力分析确定静摩擦力的有无及方向。(3)转换对象法: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。
3.静摩擦力大小的分析与计算(1)物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)时,利用力的平衡条件来计算静摩擦力的大小。(2)物体有加速度时,若只有静摩擦力提供加速度,则Ff=ma。若除受静摩擦力外,物体还受其他力,则F合=ma,先求合力再求静摩擦力。
4.滑动摩擦力大小的分析与计算
(1)滑动摩擦力略小于最大静摩擦力,一般情况下,可认为最大静摩擦力与滑动摩擦力近似相等。(2)滑动摩擦力的大小用公式Ff=μFN来计算,其中FN为两接触面间的正压力,其大小不一定等于物体受到的重力。
[例7]【摩擦力的有无及方向判断】(2025·云南曲靖期末)春节贴“福”字是民间由来已久的风俗。新春佳节临近,某同学正写“福”字,他在水平桌面上平铺一张红纸,并在红纸左侧靠近边缘处用镇纸压住以防止打滑,整个书写过程中红纸始终保持静止,则该同学在书写过程中(　　) [A]提笔静止时,手对毛笔的摩擦力大小与握力成正比 [B]向下顿笔时,毛笔对红纸的压力大于红纸对毛笔的支持力 [C]向右行笔时,红纸对镇纸的静摩擦力方向向右 [D]向右行笔时,红纸对桌面的静摩擦力方向向右
【解析】提笔静止时,手对毛笔的摩擦力为静摩擦力,大小等于毛笔的重力,故A错误;毛笔对红纸的压力与红纸对毛笔的支持力是一对相互作用力,大小相等,故B错误;向右行笔时,镇纸相对于红纸既没有相对运动趋势,也没有发生相对运动,红纸对镇纸没有摩擦力,故C错误;向右行笔时,红纸对桌面的静摩擦力方向向右,故D正确。
(1)摩擦力的方向总是与物体间相对运动(或相对运动趋势)的方向相反,但不一定与物体的运动方向相反。
(2)摩擦力总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势),但不一定阻碍物体的运动。即摩擦力可以作为阻力使物体减速,也可以作为动力使物体加速。
(3)受静摩擦力作用的物体不一定静止,但一定与静摩擦力的施力物体保持相对静止。
[例8] 【静摩擦力大小的分析与计算】用手握住瓶子,瓶子的质量为70 g,空气阻力忽略不计,重力加速度g取10 m/s2。如果握力加倍,并带动瓶子向上做匀速直线运动,对于手和瓶子间的摩擦力,则(　　) [A]方向由向下变成向上 [B]手越干越粗糙摩擦力越大 [C]加大握力,摩擦力将大于0.7 N [D]摩擦力始终等于0.7 N
【解析】对瓶子受力分析,竖直方向上受重力和静摩擦力,二力平衡,因而静摩擦力大小等于重力,方向向上。握力加倍后,瓶子向上做匀速直线运动,重力和静摩擦力依然平衡,静摩擦力大小不变,方向向上,故A、B错误;瓶子所受的重力和静摩擦力二力平衡,静摩擦力大小为Ff=mg=70×10－3×10 N= 0.7 N,故C错误,D正确。
1.(4分)关于重心,下列说法正确的是(　　)[A]重心就是物体内最重的一点[B]物体发生形变时,其重心位置一定不变[C]重心一定在物体的几何中心[D]采用背越式跳高的运动员在越过横杆时,重心位置可能在横杆之下
【解析】重心在效果上可以看作物体各部分所受重力作用集中于一点,而不是最重的点,A错误;物体发生形变时,物体的形状发生改变,所以其重心位置可能改变,B错误;重心的位置与物体的形状和物体内质量的分布有关,重心不一定在物体的几何中心,C错误;采用背越式跳高的运动员在越过横杆时,其重心位置可能在横杆之下,D正确。
2.(4分)(2024·安徽合肥模拟)帝企鹅是南极常见的一种动物,如图所示。若有一只帝企鹅处在南极点,如果把地球看成一个均匀的球体,关于此帝企鹅与重力有关的问题,下列说法正确的是(　　)[A]帝企鹅所受重力的方向一定指向地心[B]帝企鹅所受重力的方向一定偏离地心[C]帝企鹅对地面的压力就是其受到的重力[D]帝企鹅受到的重力小于地球对它的吸引力
【解析】重力的方向竖直向下,若把地球看成一个均匀的球体,则帝企鹅所受重力的方向一定指向地心,故A正确,B错误;帝企鹅对地面的压力的受力物体是地球,帝企鹅的重力的受力物体是企鹅,压力与重力作用在不同物体上,不能认为帝企鹅对地面的压力就是其受到的重力,故C错误;由于帝企鹅处在南极点,帝企鹅相对于地心处于静止状态,并没有随地球自转,则帝企鹅受到的重力等于地球对它的吸引力,故D错误。
3.(6分)(多选)如图所示,小球处于静止状态,各接触面光滑,则小球受到两个弹力的是(　 　)　　　 [A] [B] [C] [D]
【解析】题图A中小球处于静止状态,重力和绳的弹力平衡,斜面与小球之间不可能产生弹力,故A错误;题图B中水平面对小球有弹力作用,由于F的作用,小球与斜面之间产生弹性形变,所以斜面和小球之间有弹力作用,小球受两个弹力作用,故B正确;题图C中小球在绳子拉力、重力、斜面的支持力三力作用下处于静止状态,小球受两个弹力作用,故C正确;题图D中竖直面对小球没有弹力作用,故D错误。
4.(4分) (2023·山东卷,2)餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示,三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上,下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子,取走一个盘子,稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300g,相邻两盘间距1.0cm,重力加速度大小取10m/s2。弹簧始终在弹性限度内,每根弹簧的劲度系数为(　　)[A]10N/m[B]100N/m[C]200N/m[D]300N/m
【解析】由题意知,取走一个盘子,稳定后余下的正好升高补平,则说明一个盘子的重力可以使弹簧形变相邻两盘间距,则有mg=3kx,解得k=100N/m。
5.(10分)蹦极是一项户外休闲活动。跳跃者站在约40m(相当于10层楼)高度的桥梁、塔顶、高楼、吊车甚至热气球上,把一端固定的一根长长的橡皮绳绑在踝关节处,然后两臂伸开跳下去。设一次蹦极中所用的橡皮绳原长为15m,质量为50kg的人在下落到最低点时所受向上的最大拉力为3000N,已知此人停在空中时,蹦极的橡皮绳长度为17.5m,橡皮绳的弹力与伸长量的关系符合胡克定律(g取10m/s2)。求:(1)橡皮绳的劲度系数;
【答案】(1)200N/m
(2)橡皮绳的上端悬点离下方的水面至少为多高。
【答案】 (2)30m
6.(4分)(2024·黑吉辽卷,3)利用砚台将墨条研磨成墨汁时讲究“圆、缓、匀”,如图,在研磨过程中,砚台始终静止在水平桌面上。当墨条的速度方向水平向左时,(　　)[A]砚台对墨条的摩擦力方向水平向左[B]桌面对砚台的摩擦力方向水平向左[C]桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力[D]桌面对砚台的支持力与墨条对砚台的压力是一对平衡力
【解析】当墨条速度方向水平向左时,墨条相对于砚台向左运动,故砚台对墨条的摩擦力方向水平向右,故A错误;根据牛顿第三定律,墨条对砚台的摩擦力方向水平向左,由于砚台处于静止状态,故桌面对砚台的摩擦力方向水平向右,故B错误;由于砚台处于静止状态,水平方向桌面和墨条对砚台的摩擦力是一对平衡力,故C正确;桌面对砚台的支持力大小等于砚台的重力加上墨条对砚台的压力,故桌面对砚台的支持力大于墨条对砚台的压力,故D错误。
7.(4分)(2024·广西卷,2)工人卸货时常利用斜面将重物从高处滑下。如图,三个完全相同的货箱正沿着表面均匀的长直木板下滑,货箱各表面材质和粗糙程度均相同。若1、2、3号货箱与直木板间摩擦力的大小分别为Ff1、Ff2和Ff3,则(　　)[A]Ff1