高考物理二轮-三大性质力（讲义）（解析版）

这是一份高考物理二轮-三大性质力（讲义）（解析版），共23页。学案主要包含了摩擦力，摩擦力的四类突变等内容，欢迎下载使用。
01、考情透视，目标导航TOC \ "1-3" \h \u
\l "_Tc10461" 02、知识导图，思维引航 PAGEREF _Tc10461 \h 2
\l "_Tc20162" 03、考点突破，考法探究 PAGEREF _Tc20162 \h 4
\l "_Tc2565" 考点一 重力 弹力 PAGEREF _Tc2565 \h 4
\l "_Tc11861" 知识点1 重力和重心 PAGEREF _Tc11861 \h 4
\l "_Tc26698" 知识点2 弹力 PAGEREF _Tc26698 \h 4
\l "_Tc10248" 考向1 重力与重心 PAGEREF _Tc10248 \h 5
\l "_Tc11244" 考向2 弹力的有无及方向判断 PAGEREF _Tc11244 \h 6
\l "_Tc4067" 考向3 弹力的大小计算 PAGEREF _Tc4067 \h 7
\l "_Tc15492" 考点二 摩擦力 PAGEREF _Tc15492 \h 10
\l "_Tc30397" 知识点1.两种摩擦力的比较 PAGEREF _Tc30397 \h 10
\l "_Tc27311" 知识点2．关于摩擦力的四个易错点 PAGEREF _Tc27311 \h 11
\l "_Tc12282" 考向1 静摩擦力的有无及方向判断 PAGEREF _Tc12282 \h 11
\l "_Tc26189" 考向2 静摩擦力大小的计算 PAGEREF _Tc26189 \h 13
\l "_Tc28274" 考向3 滑动摩擦力大小的计算 PAGEREF _Tc28274 \h 14
\l "_Tc10965" 考点三 摩擦力的四类突变 PAGEREF _Tc10965 \h 16
\l "_Tc13481" 知识点1“静—静”突变 PAGEREF _Tc13481 \h 16
\l "_Tc25059" 知识点2“静—动”突变 PAGEREF _Tc25059 \h 16
\l "_Tc8965" 知识点3 “动—静”突变 PAGEREF _Tc8965 \h 16
\l "_Tc19041" 知识点4“动—动”突变 PAGEREF _Tc19041 \h 16
\l "_Tc13408" 考向1 “静—静”突变 PAGEREF _Tc13408 \h 17
\l "_Tc32275" 考向2 “静—动”突变 PAGEREF _Tc32275 \h 17
\l "_Tc30951" 考向3 “动—静”突变 PAGEREF _Tc30951 \h 18
\l "_Tc5138" 考向4 “动—动”突变 PAGEREF _Tc5138 \h 19
\l "_Tc30795" 04、真题练习，命题洞见 PAGEREF _Tc30795 \h 20
考点一 重力 弹力
知识点1 重力和重心
1．力
(1)定义：力是一个物体对另一个物体的作用。
(2)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)。
(3)性质：力具有物质性、相互性、矢量性、独立性等特征。
2．重力
(1)产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。
注意：重力不是万有引力，而是万有引力竖直向下的一个分力。
(2)大小：G＝mg，可用弹簧测力计测量。同一物体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：竖直向下。
(4)重心：物体的各部分都受到重力的作用，可认为重力集中作用于一点，这一点叫作物体的重心。
①影响重心位置的因素：物体的几何形状；物体的质量分布。
②不规则薄板形物体重心的确定方法：悬挂法。
注意：重心的位置不一定在物体上。
知识点2 弹力
1．弹力
(1)定义：发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体产生的力的作用。
(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．弹力有无的判断方法
(1)条件法：根据弹力产生条件——物体是否直接接触并发生弹性形变。
(2)假设法：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，则此处没有弹力；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。
3．接触面上的弹力方向判断
4.弹力大小的计算
(1)应用胡克定律F＝kx计算弹簧的弹力。注意：x表示形变量。
(2)物体静止或做匀速直线运动时，用共点力平衡条件来计算弹力。
(3)物体不处于平衡状态时可应用牛顿第二定律计算弹力。
考向1 重力与重心
1.(2024·衡水高三联考)如图所示，歼-20战机是中国研制出的第五代隐身重型歼击机。它具有隐身性、高机动性以及先进的航电系统。关于歼-20战机的重力，下列说法正确的是( )
A．战机受到的重力指向地心
B．战机受重力作用，但它对地球没有引力
C．战机受到的重力的施力物体是地球
D．战机匀速飞行时，它不受重力作用
【答案】C
【解析】： 重力的方向竖直向下，但不一定指向地心，A错误；由于地球对战机的吸引而产生重力，同时战机对地球也产生引力，B错误；任何力都有施力物体，重力的施力物体是地球，C正确；地球附近的任何物体都受重力作用，与运动状态无关，D错误。
【题后感悟】
1．重心是重力的等效作用点，其位置与物体的形状和质量分布有关，但不一定在物体上。
2．对于形状不规则或质量不均匀分布的薄板，重心可用悬挂法确定。
3．重力的方向总是竖直向下，不一定指向地心，也不一定垂直向下。
4．重力的大小G＝mg，而g的大小与所处的地球位置有关。
考向2 弹力的有无及方向判断
2.如图所示，固定斜面上有一小球，由一竖直轻弹簧P与一平行于斜面的轻弹簧Q连接着，小球处于静止状态，则下列说法正确的是( )
A．若小球光滑，轻弹簧P一定有弹力
B．若小球光滑，小球可能受到4个力
C．若斜面和小球都不光滑，轻弹簧Q不可能处于压缩状态
D．若斜面和小球都不光滑，小球与斜面之间一定有弹力
【答案】 B
【解析】 小球光滑时，若弹簧P无拉力，则弹簧Q一定有拉力，斜面对小球有支持力，小球可以平衡，A错误；小球光滑时，若弹簧P和Q都有拉力，斜面对小球一定有支持力，否则不会平衡，小球受4个力的作用，B正确；斜面和小球都不光滑时，若弹簧P无拉力且小球处于平衡状态，对小球受力分析，受到竖直向下的重力，斜面的支持力，受到的摩擦力可能沿斜面向下也可能沿斜面向上，还可能为零，弹簧Q可能伸长也可能压缩，还可能处于原长状态，C错误；斜面和小球都不光滑时，对小球受力分析，受到竖直向下的重力，若弹簧Q无拉力，小球受到弹簧P的拉力与重力平衡时，不受支持力，即小球与斜面间有可能无弹力，D错误。
【题后感悟】
判断弹力有无的三种方法
条件法
根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断，多用来判断形变较明显的情况
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。
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3 弹力的大小计算
3．两个劲度系数分别为和的轻质弹簧a、b串接在一起，a弹簧的一端固定在墙上，如图所示，开始时弹簧均处于原长状态，现用水平力作用在b弹簧的P端向右拉动弹簧，当a弹簧的伸长量为L时（ ）
A．b弹簧的伸长量为
B．b弹簧的伸长量也为L
C．P端向右移动的距离为
D．P端向右移动的距离为
【答案】D
【详解】AB．两根轻弹簧串联，弹力大小相等，根据胡克定律得x与k成反比，则得b弹簧的伸长量为，故A、B错误；
CD．P端向右移动的距离等于两根弹簧伸长量之和，即为
故C错误，D正确。
故选D。
4．如图所示的装置中，三个相同的轻弹簧在未受力状态下的原长相等，小球的质量均相同，弹簧和细线的质量均不计，一切摩擦忽略不计。平衡时各弹簧的长度分别为、、，弹簧在弹性限度内，其大小关系是（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】由于小球的质量相等，故三种情况下小球对弹簧产生的拉力相等.由胡克定律
可知，各弹簧的形变量相等，由于原长相等，故平衡时各弹簧的长度都相等。
故选A。
5．如图所示，水平直杆OP右端固定于竖直墙上的O点，长为L=2 m的轻绳一端固定于直杆P点，另一端固定于墙上O点正下方的Q点，OP长为d=1.2 m，重为8 N的钩码用质量不计的光滑挂钩挂在轻绳上且处于静止状态，则轻绳的弹力大小为（ ）
A．10 NB．8 NC．6 ND．5 N
【答案】D
【详解】设挂钩所在处为N点，延长PN交墙于M点，如图所示
同一条绳子拉力相等，根据对称性可知两边的绳子与竖直方向的夹角相等，设为α，则根据几何关系可知NQ=MN，即PM等于绳长；根据几何关系可得
则α=37°，根据平衡条件可得
2Tcsα=mg
解得
T=5N
故D正确，ABC错误。
故选D。
6．如图所示为位于水平面上的小车，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为，在斜杆下端固定有质量为m的小球。现使小车以加速度a向右做匀加速运动，下列说法正确的是（ ）
A．杆对小球的弹力竖直向上B．杆对小球的弹力沿杆向上
C．杆对小球的弹力大小可能为D．杆对小球的弹力大小为
【答案】CD
【详解】D．设杆对小球的弹力在竖直方向的分力为，水平方向的分力为，竖直方向根据受力平衡可得
水平方向根据牛顿第二定律可得
杆对小球的弹力大小为
D正确；
ABC．设小球的弹力与竖直方向的夹角为，则有
当
即
此时杆对球的弹力沿杆向上，竖直方向有
解得
综上分析可知，只有当加速度时，杆对球的弹力才沿杆向上，当加速度a=0时，杆对球的弹力竖直向上，则AB错误，C正确。
故选CD。
【题后感悟】
弹簧弹力的计算
1．弹簧的弹力可由胡克定律F＝kx计算，也可由物体的平衡条件计算。
2．弹簧串接在一起时，各弹簧的弹力大小相等，弹簧的形变量一般不同。
轻绳和轻杆弹力的计算
3．物体处于平衡状态时，固定物体的轻绳或轻杆的弹力可由物体的平衡条件借助于力的合成与分解知识求解。
4．轻绳中的弹力方向一定沿绳指向绳收缩的方向，而轻杆中的弹力方向不一定沿杆。
非平衡体所受弹力的计算
5．非平衡体所受弹力的大小和方向与物体加速度的大小和方向有关。
6．应用牛顿第二定律时，沿加速度的方向和垂直于加速度的方向列方程。
考点二 摩擦力
知识点1.两种摩擦力的比较
知识点2．关于摩擦力的四个易错点
(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相对地面静止，但一定与静摩擦力的施力物体保持相对静止。
(4)静摩擦力的大小与正压力无关，仅与外力有关，最大静摩擦力的大小与正压力有关且成正比。
考向1 静摩擦力的有无及方向判断
1．如图所示为智能机器人协助派件员分拣快递的场景，派件员将包裹放在机器人的水平托盘上后，机器人通过扫码读取目的地信息，并生成最优路线，将不同目的地的包裹送至不同的位置，从而实现包裹的分拣功能。关于机器人和包裹，下列说法正确的是（ ）
A．机器人加速前进则包裹对水平托盘的摩擦力方向向后
B．包裹受到向上的支持力是包裹发生形变产生的
C．包裹对机器人的压力和机器人对包裹的支持力是一对平衡力
D．包裹随着机器人一起做匀速直线运动时，包裹受到向前的摩擦力
【答案】A
【详解】A．机器人加速前进时，相对包裹机器人有向前运动的趋势，故此时包裹对水平托盘的摩擦力方向向后，A正确；
B．包裹受到向上的支持力是托盘发生形变产生的，B错误；
C．包裹对机器人的压力和机器人对包裹的支持力是一对相互作用力，C错误；
D．包裹随着机器人一起做匀速直线运动时，包裹加速度为零，故此时不受到摩擦力，D错误。
故选A。
2．大型商场或者大型超市为了方便顾客上下楼，都会安装自动扶梯．小王同学经过调查研究发现，不同商场或超市中的自动扶梯是不一样的，可以分为两大类，一种有台阶，另一种无台阶，两种自动扶梯分别如图所示．此外，小王同学还发现，为了节约能源，在没有顾客乘行时，这两种自动扶梯都以较小的速度匀速运行，当有顾客乘行时自动扶梯经过先加速再匀速两个阶段运行．则电梯在运送顾客上楼的整个过程中
A．图甲所示的无台阶自动扶梯中，乘客始终受摩擦力作用
B．图乙所示的有台阶自动扶梯中，乘客始终受摩擦了作用
C．图甲所示的无台阶自动扶梯中，乘客对扶梯的作用力始终竖直向下
D．图乙所示的有台阶自动扶梯中，乘客对扶梯的作用力始终竖直向下
【答案】A
【详解】乘客在无台阶的电梯上运动时，在加速和匀速阶段，都到重力、支持力和静摩擦力．匀速阶段乘客对扶梯的作用力竖直向下，在加速阶段偏离竖直方向；乘客在有台阶的电梯上运动时，加速阶段受到重力、支持力和静摩擦力，乘客对扶梯的作用力偏离竖直方向；匀速阶段受到重力与支持力，乘客对扶梯的作用力竖直向下．综上分析，故A正确，BCD错误。
故选A．
【题后感悟】
摩擦力的有无及方向的三种判断方法
假设法
状态法
根据平衡条件、牛顿第二定律，判断静摩擦力的有无及方向
转换法
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
考向2 静摩擦力大小的计算
3．两只完全相同的蚂蚁在轮胎内外表面爬，当两只蚂蚁爬到图示位置时保持静止，角大于角。已知轮胎材料相同，轮胎与蚂蚁之间动摩擦因数为，蚂蚁质量，重力加速度取，下列说法正确的是（ ）
A．处蚂蚁受到的支持力比处蚂蚁大
B．处蚂蚁受到的摩擦力比处蚂蚁大
C．处的蚂蚁受到的摩擦力大小为
D．处的蚂蚁受到的摩擦力大小为
【答案】D
【详解】根据题意，对蚂蚁受力分析，设蚂蚁所在位置和圆心连线与竖直方向夹角为，如图所示

由平衡条件可得
AB．由于，则处蚂蚁受到的支持力比处蚂蚁小，处蚂蚁受到的摩擦力比处蚂蚁小，故AB错误；
C．蚂蚁与轮胎之间保持静止，则摩擦力不能按滑动摩擦力计算，则处的蚂蚁受到的摩擦力大小不一定为，故C错误；
D．由题意可知，处蚂蚁所在位置和圆心连线与竖直方向夹角为，则处的蚂蚁受到的摩擦力大小为，故D正确。
故选D。
【题后感悟】
静摩擦力大小的计算方法
(1)物体处于静止状态，利用力的平衡条件求解静摩擦力的大小。
(2)物体有加速度时，若只受摩擦力，则Ff＝ma，如匀速转动的圆盘上与圆盘相对静止的物块靠静摩擦力提供向心力产生向心加速度。若除摩擦力外，物体还受其他力，则F合＝ma，需先求合力再求摩擦力。
考向3 滑动摩擦力大小的计算
4.(2024·西安高三联考)当今物流业相当发达，货车货运功不可没。如图所示，司机为方便卸货，在距水平地面的高度为的车厢底部与地面之间用长度为的木板搭建了一个斜面。若货物恰好能沿木板匀速下滑，则货物与木板间的动摩擦因数为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】根据题意，设货物的质量为，木板的倾角为，货物与木板间的动摩擦因数为，对货物，根据物体的平衡条件有
又有
解得
故选A。
5.在建筑装修中，工人用一质量为m、与墙面动摩擦因数为的磨石打磨竖直粗糙墙面，在与竖直面成角的推力F作用下，磨石以速度v向上匀速运动，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．磨石受到的摩擦力大小为B．若撤掉F，磨石会立刻向下运动
C．若撤掉F，磨石受到的摩擦力大小变为0D．若仅略微减小角，则磨石将做减速运动
【答案】C
【详解】
A．磨石受到的摩擦力大小为
故A错误；
BC．若撤掉F，墙面对磨石的弹力为0，磨石受到的摩擦力大小变为0，磨石只受重力的作用，做竖直上抛运动，故磨石先向上运动再向下运动，故B错误，C正确；
D．磨石向上匀速运动，根据平衡条件有
若仅略微减小角，增大，减小，则
可知若仅略微减小角，磨石将做加速运动，故D错误。
故选C。
【题后感悟】滑动摩擦力大小的计算方法
公式法
若μ已知，则Ff＝μF压，F压是两物体间的正压力
状态法
若μ未知，可结合物体的运动状态和其他受力情况，利用平衡条件或牛顿第二定律列方程求解
考点三 摩擦力的四类突变
摩擦力的突变问题，其实质就是静摩擦力和滑动摩擦力大小或方向的变化分析问题，解题时应注意以下三点。
(1)分析临界状态，物体由相对静止变为相对运动，或者由相对运动变为相对静止，或者受力情况发生突变，往往是摩擦力突变问题的临界状态。
(2)确定各阶段摩擦力的性质和受力情况，做好各阶段摩擦力的分析。
(3)研究传送带问题时，物体和传送带的速度相等的时刻往往是摩擦力的大小、方向和运动性质的分界点。
知识点1“静—静”突变
物体在摩擦力和其他力的共同作用下处于静止状态，当作用在物体上的其他力的合力发生变化时，物体虽然仍保持相对静止，但相对运动趋势的方向发生了变化，则物体所受的静摩擦力发生突变。
知识点2“静—动”突变
物体在静摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当其他力变化时，如果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，突变点常常为静摩擦力达到最大值时。
知识点3 “动—静”突变
在滑动摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物体突然停止相对滑行时，物体将不再受滑动摩擦力作用，滑动摩擦力“突变”为静摩擦力。
知识点4“动—动”突变
物体在滑动摩擦力作用下运动直到达到共同速度后，如果在静摩擦力作用下不能保持相对静止，则物体将受滑动摩擦力作用，且其方向发生反向。
考向1 “静—静”突变
1．如图所示，质量为10 kg的物体A拴在一个被水平拉伸的弹簧一端，弹簧的拉力为5 N时，物体A与小车均处于静止状态．若小车以1 m/s2的加速度向右运动，则（ ）
A．物体A相对小车向右运动
B．物体A受到的摩擦力减小
C．物体A受到的摩擦力大小不变
D．物体A受到的弹簧的拉力增大
【答案】C
【详解】ABC．由题意得，物体A与小车的上表面间的最大静摩擦力Ffm≥5 N，当小车加速运动时，假设物体A与小车仍然相对静止，则物体A所受合力大小
F合＝ma＝10 N
可知此时小车对物体A的摩擦力大小为5 N，方向向右，且为静摩擦力，所以假设成立，物体A受到的摩擦力大小不变，故AB错误，C正确；
D．弹簧长度不变，物体A受到的弹簧的拉力大小不变，故D错误。
故选C。
考向2 “静—动”突变
2．为研究木板与物块之间的摩擦力，某同学在粗糙的长木板上放置一物块，物块通过细线连接固定在试验台上的力传感器，如图力（a）。水平向左拉木板，传感器记录的F—t图像如图（b）。下列实验自长木板说法中不正确的是（ ）
A．物块受到的摩擦力方向始终水平向左
B．1.0 ~ 1.3s时间内，物块与木板之间的摩擦力是静摩擦力
C．根据图（b）中数据可以得到木板与物块之间的动摩擦因数
D．2.4 ~ 3.0s时间内，木板可能做变速直线运动
【答案】C
【详解】A．木板始终向左运动或者有向左运动的趋势，可得物块对木板的摩擦力始终向右，所以物块受到木板对其的摩擦力方向始终水平向左，A正确，不符合题意；
B．根据图像可得在1.0 ~ 1.3s时间内物块受到摩擦力在变化，所以可得此时为静摩擦力，B正确，不符合题意；
C．根据图（b）中数据可以读出滑动摩擦力大小，但由于物块质量未知，则无法求出木板与物块之间的动摩擦因数，C错误，符合题意；
D．2.4 ~ 3.0s时间内传感器示数不再变化说明此时摩擦力已经变为滑动摩擦力，此时木板只要运动就行，可能做变速直线运动，D正确，不符合题意。
故选C。
考向3 “动—静”突变
3．如图所示，一倾角为θ=37°的斜面固定在地面上，质量为1 kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行，设斜面足够长，已知该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8，sin 37°=0.6，cs 37°=0.8，g取10 m/s2。取初速度v0的方向为正方向，则该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图像是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【详解】滑块上升过程中受滑动摩擦力，有
Ff=μFN，FN=mgcs θ
联立，解得
Ff=6.4 N
方向沿斜面向下。当滑块的速度减为零后，由于重力的分力
mgsin θ=6N