新高考物理一轮复习考点精讲精练第2章第03讲 三大性质力及力的合成与分解（2份，原卷版+解析版）

这是一份新高考物理一轮复习考点精讲精练第2章第03讲 三大性质力及力的合成与分解（2份，原卷版+解析版），共7页。
TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc28369" 【模型一 弹力】
\l "_Tc27221" 类型1：弹力的分析和计算
\l "_Tc7638" 类型2：“活结”和“死结”问题
\l "_Tc27089" 类型3：“活杆”和“死杆”问题
\l "_Tc28700" 【模型二 摩擦力】
类型1：静摩擦力的有无及方向的判断
类型2：摩擦力的计算
\l "_Tc27705" 【模型三 力的合成与分解】
类型1：共点力的合成
类型2：力的效果分解法
类型3：正交分解法
力是物体对物体的相互作用，且力是改变物体运动状态的原因，所以我们在分析运动之前都会对物体先进行受力分析才能确定物体后续的运动情况。把研究对象(指定物体)在指定的物理环境中受到的所有力都分析出来，并画出物体所受力的示意图，这个过程就是受力分析．受力分析之后，再对物体进行力的合成与分解，即可分析出物体的运动情况。
【模型一 弹力】
类型1：弹力的分析和计算
1.弹力有无的判断方法
(1)条件法：根据产生弹力的两个条件——接触和发生弹性形变直接判断．
(2)假设法或撤离法：可以先假设有弹力存在，然后判断是否与研究对象所处状态的实际情况相符合．还可以设想将与研究对象接触的物体“撤离”，看研究对象能否保持原来的状态．
(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．
2.弹力方向的判断方法
(1)根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断．
(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．
3.弹力大小的确定方法
(1)弹簧类弹力：由胡克定律知弹力F＝kx，其中x为弹簧的形变量，而不是伸长或压缩后弹簧的总长度．
(2)非弹簧类弹力：根据运动状态和其他受力情况，利用平衡条件或牛顿第二定律来综合确定．
4.几种典型弹力的方向
（1）弹力的方向可归纳为“有面垂直于面，有绳沿绳，有杆不一定沿杆”.杆的弹力不一定沿杆，可与杆成任意角度，带铰链的轻杆的弹力方向一定沿杆。
（2）轻绳、轻杆和弹簧的受力特点
【典例1】如下图所示四种情境，物体均处于静止状态，其中物体A所受弹力的示意图正确的是（ ）
A．B．
C．D．
根据受力平衡可知，斜杆对A球的弹力应竖直向上，故A错误；
根据受力平衡可知，A球受到重力，右侧竖直墙壁水平向左的弹力，下方小球对A球沿两球心斜向上的弹力，故B正确；
根据受力平衡可知，A球受到重力和竖直绳子的拉力，倾斜绳子的拉力为0，故C错误；
根据受力平衡可知，A球受到重力、沿绳子收缩方向的拉力，指向半圆轨道圆心的弹力，故D错误。
【变式1-1】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角的轻质细绳共同拴接一小球，此时小车与小球保持相对静止，一起在水平面上运动，下列说法正确的是（ ）
A．细绳一定对小球有拉力
B．弹簧一定对小球有弹力
C．细绳不一定对小球有拉力，但是弹簧一定对小球有弹力
D．细绳不一定对小球有拉力，弹簧也不一定对小球有弹力
【变式1-2】（多选）（2019·山东临沂·三模）如图所示，固定斜面上有一光滑小球，有一竖直轻弹簧P与一平行斜面的轻弹簧Q连接着，小球处于静止状态，则关于小球所受弹力的个数可能的是（ ）
A．1B．2C．3D．4
【变式1-3】（2025·四川·高考真题）某学习小组利用生活中常见物品开展“探究弹簧弹力与形变量的关系”实验。已知水的密度为1.0×103kg/m3，当地重力加速度为9.8m/s2。实验过程如下：
（1）将两根细绳分别系在弹簧两端，将其平放在较光滑的水平桌面上，让其中一个系绳点与刻度尺零刻度线对齐，另一个系绳点对应的刻度如图1所示，可得弹簧原长为 cm。
（2）将弹簧一端细绳系到墙上挂钩，另一端细绳跨过固定在桌面边缘的光滑金属杆后，系一个空的小桶。使弹簧和桌面上方的细绳均与桌面平行，如图2所示。
（3）用带有刻度的杯子量取50mL水，缓慢加到小桶里，待弹簧稳定后，测量两系绳点之间的弹簧长度并记录数据。按此步骤操作6次。
（4）以小桶中水的体积V为横坐标，弹簧伸长量x为纵坐标，根据实验数据拟合成如图3所示直线，其斜率为200m−2。由此可得该弹簧的劲度系数为 N/m（结果保留2位有效数字）。
（5）图3中直线的截距为0.0056m，可得所用小桶质量为 kg（结果保留2位有效数字）。
类型2：“活结”和“死结”问题
1．“死结”模型的4个特点
2．“活结”模型的4个特点
【典例2】（2025·河北·高考真题）如图，内壁截面为半圆形的光滑凹槽固定在水平面上，左右边沿等高。该截面内，一根不可伸长的细绳穿过带有光滑孔的小球，一端固定于凹槽左边沿，另一端过右边沿并沿绳方向对其施加拉力F。小球半径远小于凹槽半径，所受重力大小为G。若小球始终位于内壁最低点，则F的最大值为（ ）
A．12G B．22G C．G D．2G
分析可知当凹槽底部对小球支持力为零时，此时拉力F最大，根据平衡条件有2Fmcs45°=G
解得Fm=22G
【变式2-1】（2025·湖南·模拟预测）如图所示，直杆AB倾斜固定在墙边，绕过定滑轮的轻绳C、D两端分别固定在直杆和竖直墙面上，定滑轮下面吊着重物，将轻绳C端缓慢沿杆移动（重物不着地）或将轻绳D端缓慢沿墙面移动，则下列判断正确的是（ ）
A．轻绳C端缓慢沿杆向上移动，轻绳上张力增大
B．轻绳C端缓慢沿杆向下移动，轻绳上张力增大
C．轻绳D端缓慢沿墙面向上移动，轻绳上张力增大
D．轻绳D端缓慢沿墙面向下移动，轻绳上张力增大
【变式2-2】（2025·山东日照·二模）如图所示，一根轻质细绳两端分别固定在等高的A、B两点，一灯笼用轻质光滑挂钩挂在细绳上，挂钩与细绳接触的点为O。下列判断正确的是（ ）
A．无风时，将B点缓慢竖直向上移动的过程中，细绳上的弹力逐渐增大
B．无风时，将B点缓慢竖直向上移动的过程中，∠AOB逐渐减小
C．若灯笼受到水平向右的恒定风力，灯笼静止时，∠AOB比无风时小
D．若灯笼受到水平向右的恒定风力，灯笼静止时，AO段的拉力大于BO段的拉力
【变式2-3】如图所示，三根长度均为L的轻绳分别连接于C、D两点，A、B两端被悬挂在水平天花板上，相距2L。现在C点上悬挂一个质量为m的重物，为使CD绳保持水平，在D点上可施加外力F（重力加速度为g），则下列说法中正确的是（ ）
A．AC绳的拉力为33mgB．CD绳的拉力为32mg
C．外力F的最小值为14mgD．外力F的最小值为12mg
类型3：“活杆”和“死杆”问题
1.活杆：若轻杆用光滑的转轴或铰链连接，当杆处于平衡时，杆所受到的弹力方向一定沿着杆，否则会引起杆的转动。
2.死杆：若轻杆被固定不发生转动，则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向。
【典例3】（多选）如图甲所示，轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为m1的物体，∠ACB=30°；图乙所示的轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上，另一端G通过细绳EG拉住，EG与水平方向成30°角，轻杆的G点用细绳GF拉住一个质量为m2的物体，重力加速度为g，则下列说法正确的是 （ ）
A．图甲中BC对滑轮的作用力大小为m1g
B．图乙中HG杆受到绳的作用力为m2g
C．细绳AC段的拉力FAC与细绳EG段的拉力 FEG之比为m1:2m2
D．细绳AC段的拉力FAC与细绳EG段的拉力FEG之比为1:1
图甲中绳跨过滑轮，与滑轮接触的点是“动点”，也称为“活结”，绳上拉力大小处处相等，两段绳的拉力都是m1g，互成120°角，因此合力的大小是m1g，而杆是死杆（固定不动的杆），故BC对滑轮的作用力大小与AC和CD绳子的合力大小相等，方向相反，即也是m1g（方向与竖直方向成60°角斜向右上方），故A正确；
图乙中绳与杆的端点连在一起，杆与绳接触的点是“静点”，也称为“死结”，两段绳上的拉力不一定相等，而杆的一端用铰链固定在墙上，杆是活杆（可以自由活动的杆），故杆对G点的弹力方向只能沿杆，对G点受力分析如图所示
又
FGF＝m2g
由力的平衡条件可得 FHG=FGFtan30°=3m2g
由力的性质可得HG杆受到绳的作用力为 F′HG=FHG=3m2g B错误；
图乙中 FEGsin30°=m2g 得FEG=2m2g 则有 FACFEG=m12m2 C正确，D错误。
【变式3-1】（2022·上海·高考真题）麦克风静止在水平桌面上，下列能表示支架对话筒作用力的方向的是（ ）
A．B．
C．D．
【变式3-2】如图AO、CO为不可伸长的轻绳，BO为可绕B点自由转动的轻质细杆，杆长为L，A、B两点的高度差也为L。在O点用轻绳CO悬挂质量为m的重物，杆与绳子的夹角α=30∘，下列说法正确的是（ ）
A．轻绳AO、CO对O点作用力的合力沿杆由O指向B
B．轻杆对O点的力垂直BO斜向右上
C．轻绳AO对O点的拉力大小为mg
D．轻杆BO对B点的力大小为3mg
【变式3-3】（多选）图甲中轻杆OA的A端固定在竖直墙壁上，另一端O光滑，一端固定在竖直墙壁B点的细线跨过O端系一质量为m的重物，OB水平；图乙中轻杆O′A′可绕A′点自由转动，另一端O′光滑；一端固定在竖直墙壁B′点的细线跨过O′端系一质量也为m的重物。已知图甲中∠BOA=30°，重力加速度为g，以下说法正确的是（ ）
A．图甲轻杆中弹力大小为2mg
B．图乙轻杆中弹力大小为2mg
C．图甲中轻杆中弹力与细线OB中拉力的合力方向一定沿竖直方向
D．图乙中绳子对轻杆弹力可能不沿杆
【模型二 摩擦力】
类型1：静摩擦力的有无及方向的判断
1.假设法：利用假设法判断的思维程序如下：
2.状态法
根据物体的运动状态来确定，思路如下．
3.转换法
利用牛顿第三定律(作用力与反作用力的关系)来判定．先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的大小和方向，再确定另一物体受到的反作用力——静摩擦力的大小和方向．
【典例4】（2024·辽宁·高考真题）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
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其的压力，故桌面对砚台的支持力大于墨条对砚台的压力，故D错误。
【变式4-1】（2024·辽宁沈阳·三模）“雪龙2号”是我国第一艘自主建造的极地破冰船，能够在1.5米厚的冰层中连续破冰前行。破冰船前行过程中，在船头相对冰层滑动时，碎冰块对船体弹力和摩擦力的示意图正确的是（ ）
A．B．
C．D．
【变式4-2】（2022·上海徐汇·二模）如图，水平桌面上等间距放置几支玻璃管，玻璃管上放一张轻薄的复合板，在复合板上放一辆电动遥控小车。启动遥控小车的前进挡，则（ ）
A．小车向左运动，受到向左的滑动摩擦力
B．小车向左运动，受到向右的滑动摩擦力
C．复合板受到小车的滑动摩擦力作用而向右运动
D．复合板受到小车的静摩擦力作用而向右运动
【变式4-3】（多选）如图所示，物体A的左侧为竖直墙壁，B的下面有一竖直且被压缩的轻弹簧，A、B均静止．则关于两物体的受力情况．下列说法中正确的是（ ）
A．物体A与墙壁间无摩擦力
B．墙壁对物体A的摩擦力不为零，方向可能向上，也可能向下
C．物体B与物体A间的摩擦力可能为零
D．物体B对物体A一定有沿二者接触面向上的摩擦力
类型2：摩擦力的计算
1.静摩擦力大小的计算
(1)物体处于平衡状态(静止或匀速运动)，利用力的平衡条件来判断其大小．
(2)物体有加速度时，若只有静摩擦力，则Ff＝ma.若除静摩擦力外，物体还受其他力，则F合＝ma，先求合力再求静摩擦力．
2.滑动摩擦力的计算
滑动摩擦力的大小用公式Ff＝μFN来计算
3.判断摩擦力方向时应注意的两个问题
(1)静摩擦力的方向与物体的运动方向没有必然关系，可能相同，也可能相反，还可能成一定的夹角．
(2)分析摩擦力方向时，要注意静摩擦力方向的“可变性”和滑动摩擦力的“相对性”．
4.计算摩擦力时的三点注意
(1)首先分清摩擦力的性质，因为只有滑动摩擦力才有公式，静摩擦力通常只能用平衡条件或牛顿运动定律来求解．
(2)公式Ff＝μFN中FN为两接触面间的正压力，与物体的重力没有必然联系，不一定等于物体的重力．
(3)滑动摩擦力的大小与物体速度的大小无关，与接触面积的大小也无关。
【典例5】（2025·陕晋青宁卷·高考真题）如图，质量为m的均匀钢管，一端支在粗糙水平地面上，另一端被竖直绳悬挂，处于静止状态，钢管与水平地面之间的动摩擦因数为μ、夹角为θ，重力加速度大小为g。则地面对钢管左端的摩擦力大小为（ ）
A．μmgcsθB．12μmgC．μmgD．0
对钢管受力分析，如图所示
若钢管受到地面的摩擦力，则钢管水平方向受力不平衡，钢管不可能处于静止状态，故地面对钢管左端的摩擦力大小为零。ABC错误，D正确
【变式5-1】（2024·山东·高考真题）如图所示，国产人形机器人“天工”能平稳通过斜坡。若它可以在倾角不大于30°的斜坡上稳定地站立和行走，且最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则它的脚和斜面间的动摩擦因数不能小于（ ）
A．12B．33C．22D．32
【变式5-2】（2024·广西·高考真题）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