高考物理一轮复习讲义第二章　相互作用——力

这是一份高考物理一轮复习讲义第二章　相互作用——力，共24页。
■目标要求
1.掌握重力的大小、方向及重心的概念。2.掌握弹力的有无及方向的判断，会计算弹力大小，理解并掌握胡克定律。
考点1 重力和重心

必|备|知|识
1.力。
(1)力是物体对物体的作用，力的三要素：力的大小、方向、作用点。
(2)力的性质。
①力不能脱离物体而独立存在，没有施力物体或受力物体的力是不存在的。
②力的作用是相互的，施力物体同时也一定是受力物体。
(3)力的作用效果：使物体发生形变或改变物体的运动状态(即产生加速度)。
(4)力的表示方法。
①力的图示。
②力的示意图。
2.重力。
(1)产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。
(2)大小：G=mg，可用弹簧测力计测量。同一物体重力G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的。
(3)方向：总是竖直向下的。
(4)重心：物体各部分所受重力作用的等效集中作用点。
①重心位置与物体的质量分布和形状有关。
②重心可能在物体上，也可能在物体之外。
③不规则薄板形物体的重心可用悬挂法确定。
(1)重力就是地球对物体的吸引力(×)
(2)形状规则的物体的重心一定在物体的几何中心(×)
(3)纬度越高，地球表面的重力加速度越大(√)
【典例1】 一个足球静止在草地上，所受重力的图示如图所示，下列说法正确的是(C)
A.足球重力的作用点在重心上，表示其他部分不受重力
B.足球重力的方向垂直草地向下
C.根据力的图示可读得足球重力的大小为5 N
D.力的图示中标度是唯一的，必须是2.5 N
解析 足球重力的作用点在重心上，但是其他部分也受重力，A项错误；足球重力的方向竖直向下，B项错误；根据力的图示可读得足球重力的大小为5 N，C项正确；力的图示中标度不是唯一的，不一定是2.5 N，D项错误。
【典例2】 如图所示为仰韶文化时期的一款尖底瓶，该瓶装水后“虚则欹、中则正、满则覆”。下面有关瓶(包括瓶中的水)的说法正确的是(C)
A.瓶所受重力就是地球对瓶的吸引力
B.装入瓶中的水越多，瓶的重心一定越高
C.瓶的重心是瓶各部分所受重力的等效作用点
D.瓶的重心一定在两条绳子连线的交点上
解析 瓶所受重力就是地球对瓶的吸引力的一个分力，A项错误；瓶本身(不包括其中的水)的重心位置不变，随着装入瓶中的水的增加，瓶的重心位置可能先降低然后再逐渐升高，B项错误；根据重心的定义，瓶的重心是瓶各部分所受重力的等效作用点，C项正确；由题图可知，两绳的交点是确定的，但瓶的重心是变化的，D项错误。
考点2 弹力

必|备|知|识
1.弹力。
(1)定义：发生 弹性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)产生条件：①物体间直接接触；②接触处发生 弹性形变。
(3)方向：总是与施力物体形变的方向相反。
2.弹力方向的判断。
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)只要物体发生形变就会产生弹力作用(×)
(2)轻绳产生的弹力方向一定沿着绳并指向绳收缩的方向(√)
(3)轻杆产生的弹力方向一定沿着杆的方向(×)
关|键|能|力

弹力有无的判断“三法”。
(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。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，可假设两个物体间不存在弹力，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，则此处一定存在弹力。
(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是否存在弹力。
考向1 弹力的有无和方向判断
【典例3】 (多选)下列四种情景中，物体(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，物体所受弹力的示意图正确的是(BD)
解析 A项，球受到重力与水平面的支持力即可保持静止，若受到左侧顶点处的弹力，则球将向右运动，所以题图中球只受到水平地面的弹力F1，不能存在弹力F2，A项错误；B项，处在杆顶的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，所以杆对小球的弹力的方向与重力的方向相反，为竖直向上，B项正确；C项，小球受到竖直向下的重力，如果受到左上方F1的拉力，小球将无法处于静止状态，C项错误；D项，杆与半球容器有两个接触点，左侧处为点与球面接触，所以弹力的方向过圆心与接触点，方向指向被支持的物体(杆)；右侧是点与直杆接触，方向垂直于杆的方向向上，题图中两个弹力的位置与方向都正确，D项正确。
考向2 杆的弹力方向及大小计算
【典例4】 如图所示，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定有质量为m的小球，重力加速度为g，关于杆对球的作用力F，下列判断正确的是(D)
A.小车静止时，F=mgsin θ，方向沿杆向上
B.小车静止时，F=mgcs θ，方向垂直于杆向上
C.小车向右以加速度a运动时，一定有F=masin θ
D.小车向左匀速运动时，F=mg，方向竖直向上
解析 小车静止时，球受到重力和杆的弹力作用，由平衡条件可得杆对球的作用力F=mg，方向竖直向上，A、B两项错误；小车向右以加速度a运动时，如图所示，只有当a=gtan θ时，才有F=masin θ，C项错误；小车向左匀速运动时，根据平衡条件知，杆对球的弹力大小为mg，方向竖直向上，D项正确。
考向3 胡克定律的理解和应用
【典例5】 (2023·山东卷)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300 g，相邻两盘间距1.0 cm，重力加速度大小取10 m/s2。弹簧始终在弹性限度内，每根弹簧的劲度系数为(B)
A.10 N/mB.100 N/m
C.200 N/mD.300 N/m
解析 由题知，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=100 N/m，B项正确。
命题特点：试题以暖盘车的储盘装置为载体考查胡克定律的应用，只有从复杂的情境中提炼出弹簧弹力大小变化与弹簧长度改变量间的关系，才能应用胡克定律解题，考查了学生构建物理模型的能力。
复习建议：学习中应充分理解胡克定律及变形式，由胡克定律F=kx推出ΔF=kΔx，这个结论在F-x图像上展现得更明显，F-x图像的斜率表示弹簧的劲度系数，即k=ΔFΔx。
考点3 摩擦力

必|备|知|识
1.定义：两个相互接触的物体，当它们有相对运动或相对运动趋势时，在接触面上会产生一种阻碍相对运动或相对运动趋势的力，叫作滑动摩擦力或静摩擦力。
2.产生条件。
(1)接触面粗糙。
(2)接触物体间有弹力。
(3)物体间有相对运动或相对运动趋势。
3.大小。
(1)滑动摩擦力：Ff=μFN，μ为动摩擦因数，其大小与两物体的材料和接触面的粗糙程度有关。
(2)静摩擦力：0tan θ，则下列选项中能客观地反映小木块的受力和运动情况的是(BC)
解析 当小木块速度小于传送带速度时，小木块相对于传送带向上滑动，小木块受到的滑动摩擦力沿传送带向下，加速度a=gsin θ+μgcs θ；当小木块速度达到传送带速度时，由于μ>tan θ，即μmgcs θ>mgsin θ，所以小木块受到静摩擦力作用，方向沿传送带向上，大小等于mgsin θ，小木块做匀速运动，B、C两项正确。
【典例3】 (多选)质量为10 kg的木箱静止在水平地板上，至少要用35 N的水平推力，才能使它从原地开始运动。现将一水平推力F作用在木箱上，F随时间t变化的图线如图所示。已知木箱在4~6 s时间内做匀速直线运动，重力加速度g取10 m/s2。则下列说法正确的是(AD)
A.木箱与地板之间的动摩擦因数为0.3
B.0~2 s时间内木箱所受摩擦力大小为0
C.2~4 s时间内木箱所受摩擦力大小为35 N
D.4~6 s时间内木箱所受摩擦力大小为30 N
解析 木箱在4~6 s时间内做匀速直线运动，根据二力平衡可得此时的摩擦力为Ff=F=30 N，木箱对地面的压力大小等于木箱的重力，即FN=mg=100 N，所以动摩擦因数为μ=FfFN=0.3，A、D两项正确；因为20 Nμmgcs θ，滑块下滑，滑块受的摩擦力方向为沿斜面向上，C项正确。
滑动摩擦力突变问题
滑动摩擦力的突变问题包含两个方面：一是滑动摩擦力大小突变，由滑动摩擦力公式可知，需判断是动摩擦因数的变化引起的还是正压力的变化引起的；二是滑动摩擦力方向突变，由相对运动方向的改变引起。
微|点|训|练
1.(2025·郑州模拟)一个质量为2 kg的物体置于水平地面上，物体与地面间的动摩擦因数μ=0.1。物体从t=0开始以一定的初速度向右滑动的同时，受到一个水平向左的恒力F=1 N的作用，则物体受到摩擦力Ff随时间变化的图像正确的是(取向右为正方向，重力加速度g=10 m/s2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(D)
解析 物体向右运动过程中，受向左的滑动摩擦力为Ff=μmg=2 N，当物体静止时，由于水平向左的恒力小于最大静摩擦力，则物体保持静止状态，所受静摩擦力向右，大小为1 N，D项正确。
2.(多选)(2025·济宁模拟)如图甲所示，通过一拉力传感器(能测量力大小的装置)水平向右拉一水平面上质量为4.0 kg的木块，A端的拉力随时间均匀增加，0~t1时间内木块静止，木块运动后改变拉力，使木块在t2后做匀速直线运动。计算机对数据拟合处理后，得到如图乙所示拉力随时间变化的图线，下列说法正确的是(g=10 m/s2)(AC)
A.若F=4.0 N，则木块与水平面间的摩擦力为4.0 N
B.若F=7.0 N，则木块与水平面间的摩擦力为5.5 N
C.木块与水平面间的动摩擦因数为0.125
D.木块与水平面间的动摩擦因数为0.137 5
解析 由题图乙可知，若F=4.0 N，木块与水平面间的摩擦力为静摩擦力，故摩擦力为Ff1=F=4.0 N，A项正确；若F=7.0 N，木块与水平面间的摩擦力为滑动摩擦力，由题图乙可得此时摩擦力为Ff2=5.0 N，B项错误；由题图乙可知木块与水平面的滑动摩擦力大小Ff2=5.0 N，因此木块与水平面的动摩擦因数为μ=Ff2mg=0.125，C项正确，D项错误。
3.如图所示，原来轻弹簧两端分别与物块和竖直墙相连，弹簧处于压缩状态，对物块的弹力大小为5 N，物块恰好能静止在水平面上。现在对物块施加水平向左的推力F。推力F的大小必须满足什么条件，物块才会开始滑动(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(A)
A.F必须大于10 NB.F必须大于11 N
C.F必须大于5 ND.F必须大于6 N
解析 开始不加力F时，物块恰好静止在水平面上，此时弹力等于最大静摩擦力，即F弹=5 N=Ffm；加水平向左的力F后，要想使物块滑动，则F>F弹+Ffm=10 N，A项正确。
4.(2025·南通模拟)甲图中，木板一半悬空，一半在粗糙桌面上；乙图中，木板一半在光滑平面上，一半在粗糙桌面上，现分别用F1、F2的水平推力匀速推动两木板，使其全部运动到桌面上。已知木板质量为m，木板与桌面间动摩擦因数为μ，重力加速度为g。则下面正确反映推力大小与时间变化关系的是(A)
解析 对于题图甲，一开始木板一半悬空，一半在粗糙桌面上，则此时就有FN1=mg，而推动过程中木板做匀速运动，则有F1=μFN1=μmg，A项正确，C项错误；对于题图乙，设木板长为L，在匀速推动的过程中设速度为v，则有F2=μFN2，而FN2=mgLL2+vt，联立可得F2=μmg2+μmgvL·t，B、D两项错误。
第2讲 力的合成与分解
■目标要求
1.会结合平行四边形定则运用作图法和计算法两种方法求合力。2.会运用效果分解法和正交分解法计算分力。3.了解“活结”与“死结”“动杆”与“定杆”的区别。
考点1 力的合成

必|备|知|识
1.合力与分力。
(1)定义：如果一个力产生的效果与几个力共同作用产生的效果相同，这个力就叫作那几个力的合力，那几个力叫作这个力的分力。
(2)关系：合力与分力是等效替代关系。
2.共点力。
作用在物体上的同一点或作用线交于一点的几个力。如图所示均为共点力。
3.力的合成。
(1)定义：求几个力的合力的过程。
(2)运算法则。
①平行四边形定则：求两个互成角度的共点力的合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向，如图甲所示。
②三角形定则：把两个矢量的首尾顺次连接起来，第一个矢量的首到第二个矢量的尾的有向线段为合矢量，如图乙所示。
(1)合力和分力可以同时作用在一个物体上(×)
(2)两个力的合力不一定大于分力(√)
(3)当一个分力增大时，合力一定增大(×)
关|键|能|力

1.求合力的方法。
(1)作图法：作出力的图示，结合平行四边形定则，用刻度尺量出表示合力的线段的长度，再结合标度算出合力的大小。
(2)计算法：根据平行四边形定则作出力的示意图，然后利用勾股定理、三角函数、正弦定理等求出合力。
2.合力范围的确定。
(1)两个共点力的合力大小范围：|F1-F2|≤F合≤F1+F2。
①两个力大小不变时，其合力随夹角的增大而减小。
②当两个力反向时，合力最小，为|F1-F2|；当两个力同向时，合力最大，为F1+F2。
(2)三个共点力合力大小的范围。
①最大值：三个力同向时，合力最大，为Fmax=F1+F2+F3。
②最小值：如果一个力的大小处于另外两个力的合力大小范围内，则其合力的最小值为零，即Fmin=0；如果不处于此范围内，则合力的最小值等于最大的一个力减去另外两个力的大小之和，即Fmin=F1-(F2+F3)(F1为三个力中最大的力)。
考向1 合力大小的范围
【典例1】 在植树活动中，两名同学分别用力F1和F2共同抬起一筐土，筐与土所受的总重力为150 N，下列可能将该筐土抬起的两个力是(B)
A.F1=55 N，F2=55 N
B.F1=80 N，F2=100 N
C.F1=70 N，F2=65 N
D.F1=60 N，F2=80 N
解析 若F1=55 N，F2=55 N，则F1和F2的合力最大值为Fmax=F1+F2=110 NμB.tan αμD.sin αTsin α，化简可得tan α