2020高考物理精优大一轮复习人教通用版讲义：第2单元相互作用物体平衡第3讲重力、弹力

第3讲　重力、弹力

一、力

1.定义:力是　　　　　　　的相互作用. 

2.作用效果:使物体发生形变或改变物体的　　　　(即产生加速度). 

3.性质:力具有物质性、相互性、共存性、矢量性、独立性等特征.

4.基本相互作用

(1)四种基本相互作用:　　　　相互作用、　　　　相互作用、强相互作用和弱相互作用. 

(2)重力属于引力相互作用,弹力、摩擦力、电场力、磁场力等本质上是　　　　相互作用的不同表现. 

二、重力

1.定义:由于地球的　　　　而使物体受到的力. 

2.大小:与物体的质量成　　　　,即G=mg. 

3.方向:　　　　　　　　. 

4.重心:重力宏观作用效果的　　　　作用点. 

三、弹力

1.定义:发生　　　　的物体由于要恢复原状而使物体受到的力. 

2.产生条件:两物体相互接触且发生了　　　　. 

3.方向:沿　　　　恢复原状的方向. 

4.胡克定律:在弹簧的弹性限度内,弹簧的弹力大小与形变量成　　　　,即F=kx,其中k表示弹簧的劲度系数,反映弹簧的性质. 

【辨别明理】

(1)重力的方向一定指向地心. (　　)

(2)弹力可以产生在不直接接触的物体之间. (　　)

(3)相互接触的物体间不一定有弹力. (　　)

(4)F=kx中的x表示弹簧伸长量. (　　)

(5)形状规则的物体的重心一定在物体几何中心. (　　)

(6)劲度系数和弹簧长度没有关系. (　　)

 (7)挂在绳上静止的物体受到的重力就是绳对它的拉力. (　　)

(8)有弹力就一定有形变,但有形变不一定有弹力. (　　)

考点一　关于重力、弹力有无的判断

1.(多选)[鲁科版必修1改编] 在对重力

图3-1

的本质还未认清之前,我国古代劳动人民就对其有了比较复杂的应用.我国西安半坡出土了一件距今约五千年的尖底陶瓶,如图3-1所示,这种陶瓶口小、腹大、底尖,有两耳在瓶腹偏下的地方.若用两根绳子系住两耳吊起瓶子,就能从井中取水,下列说法正确的是              (　　)

A.陶瓶的重心在装水前后始终不变

B.陶瓶的重心随装水的多少发生变化

C.陶瓶未装水时,其重心在两吊耳的下方

D.陶瓶装满水时,其重心在两吊耳的上方

2.(力的示意图)画出图3-2中物体A受力的示意图.

图3-2

图3-3

3.(弹力有无的判断)(多选)如图3-3所示,用两根细线把A、B两小球悬挂在天花板上的同一点O,并用第三根细线连接A、B两小球,然后用某个力F作用在小球A上,使三根细线均处于拉直状态,且OB细线恰好沿竖直方向,两小球均处于静止状态,则该力可能为图中的(　　)

A.F1 B.F2 C.F3 D.F4

■ 要点总结

1.重力方向与重心

(1)重力方向:总是竖直向下的,但不一定和接触面垂直,也不一定指向地心.

(2)重心:物体的每一部分都受重力作用,可认为重力集中作用于一点即物体的重心.

影响重心位置的因素:①物体的几何形状;②物体的质量分布.

2.弹力有无的判断

(1)条件法:根据弹力产生的两个条件——接触和形变直接判断.

(2)假设法:在一些微小形变难以直接判断的情况下,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.

(3)状态法:根据研究对象的运动状态进行受力分析,判断物体保持现在的运动状态是否需要弹力.

(4)替换法:可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换,看能否维持原来的运动状态.

考点二　弹力的分析与计算

(1)弹力方向:可根据力的特点判断,也可根据运动状态、平衡条件或牛顿运动定律确定(如杆的弹力).

(2)弹力大小除弹簧类弹力由胡克定律计算外,一般要结合运动状态,根据平衡条件或牛顿第二定律求解.

图3-4

1.(弹力的方向)有三个重力、形状都相同的光滑圆柱体,它们的重心位置不同,放在同一方形槽上.为了方便,将它们画在同一图上,如图3-4所示,其重心分别用C1、C2、C3表示,FN1、FN2、FN3分别表示三个圆柱体对槽的压力,则              (　　)

A.FN1=FN2=FN3 B.FN1<FN2<FN3

C.FN1>FN2>FN3 D.FN1=FN3>FN2

图3-5

2.(由状态分析弹力方向)(多选)如图3-5所示,小车上固定着一根弯成θ角的曲杆,杆的另一端固定一个质量为m的小球.下列关于杆对球的作用力F的判断正确的是(重力加速度为g)              (　　)

A.小车静止时,F=mg,方向竖直向上

B.小车静止时,F=mgcos θ,方向垂直于杆向上

C.小车向右以加速度a运动时,F的方向沿杆向上

D.小车向右以加速度a运动时,F的方向斜向右上方,可能不沿杆

图3-6

3.(由状态分析弹力大小)如图3-6所示,某钢制工件上开有一个楔形凹槽,凹槽的截面是一个直角三角形ABC,∠CAB=30°,∠ABC=90°,在凹槽中放有一个光滑的金属球,当金属球静止时,金属球对凹槽的AB边的压力大小为F1,对BC边的压力大小为F2,则的值为              (　　)

A. B. C. D.

■ 要点总结

(1)任何弹力都是由于形变引起的.

(2)对于难以观察到的微小形变,通常从状态出发,利用“假设法”、平衡条件和牛顿第二定律等确定弹力是否存在及弹力的大小和方向.

(3)胡克定律适用于能发生明显形变的弹簧、橡皮筋等物体.

考点三　轻绳、轻杆、轻弹簧模型

四种材料的弹力比较

考向一　轻绳

　　忽略轻绳质量、形变,轻绳上的弹力一定沿着绳的方向,轻绳上的力处处大小相等.轻绳上的力可以突变.

例1 如图3-7所示,一个物体由绕过定滑轮的绳子拉着,分别按图中所示的三种情况拉住物体静止不动.在这三种情况下,若绳子的张力大小分别为T1、T2、T3,定滑轮对轴心的作用力大小分别为FN1、FN2、FN3,滑轮的摩擦、质量均

图3-7

不计,则 (　　)

A.T1=T2=T3,FN1>FN2>FN3

B.T1>T2>T3,FN1=FN2=FN3

C.T1=T2=T3,FN1=FN2=FN3

D.T1<T2<T3,FN1<FN2<FN3

图3-8

变式题 如图3-8所示,一轻质细绳一端固定于竖直墙壁上的O点,另一端跨过大小可忽略、不计摩擦的定滑轮P悬挂物块B,OP段的绳子水平,长度为L.现将一带挂钩的物块A挂到OP段的绳子上,A、B物块最终静止.已知A(包括挂钩)、B的质量之比=,则此过程中物块B上升的高度为              (　　)

A.L B.  C. D.

考向二　轻弹簧

“轻弹簧”“橡皮绳”是理想化模型,具有如下特性:

(1)在弹性限度内,弹力遵循胡克定律F=kx,其中x是弹簧的形变量.

(2)轻弹簧(或橡皮绳)的质量可视为零.

(3)弹簧既能受到拉力作用,也能受到压力作用(沿着弹簧的轴线),橡皮绳只能受到拉力作用,不能受到压力作用.轻弹簧(或橡皮绳)上的力不能突变.

图3-9

例2 (多选)如图3-9所示,在竖直方向上,两根完全相同的轻质弹簧a、b一端与质量为m的物体相连接,另一端分别固定,当物体平衡时,如果(　　)

A.a被拉长,则b一定被拉长

B.a被压缩,则b一定被压缩

C.b被拉长,则a一定被拉长

D.b被压缩,则a一定被拉长

变式题 [2017·全国卷Ⅲ] 一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80 cm的两点上,弹性绳的原长也为80 cm.将一钩码挂在弹性绳的中点,平衡时弹性绳的总长度为100 cm;再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点,则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)              (　　)

A.86 cm B.92 cm C.98 cm D.104 cm

考向三　轻杆

忽略轻杆质量、形变,杆上的弹力不一定沿着杆.

例3 如图3-10甲所示,轻细绳AD跨过固定的水平轻杆BC右端的光滑定滑轮挂住一个质量为M1的物体,∠ACB=30°;图乙中轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上,另一端G通过轻细绳EG拉住,EG与水平方向也成30°角,在轻杆的G点用轻细绳GK拉住一个质量为M2的物体,求:

(1)细绳AC段的张力FTAC与细绳EG的张力FTEG之比;

(2)轻杆BC对C端的支持力;(3)轻杆HG对G端的支持力.

图3-10

图3-11

变式题 如图3-11所示,轻杆与竖直墙壁成53°角,斜插入墙中并固定,另一端固定一个质量为m的小球,水平轻质弹簧处于压缩状态,弹力大小为mg(g为重力加速度),则轻杆对小球的弹力大小为              (　　)

A.mg B.mg C.mg D.mg

■ 建模点拨

　　“死结与活结”和“死杆与活杆”

完成课时作业(三)