2022届高考物理一轮复习2.1重力弹力摩擦力学案新人教版

这是一份2022届高考物理一轮复习2.1重力弹力摩擦力学案新人教版，共16页。
知识点一 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．
知识点二 重力
1．产生：由于________________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________________测量．
注意：(1)物体的质量不会变；(2)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________________．
4．重心：其位置与物体的________分布和________有关．
知识点三 弹力
1．弹力
(1)定义：发生________________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)产生的条件
①物体间直接________；
②接触处发生________________．
(3)方向：总是与物体形变的方向________．
2．胡克定律
(1)内容：弹簧发生________________时，弹力的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比．
(2)表达式：F＝________.k是弹簧的________________，由弹簧自身的性质决定，单位是________，用符号________表示，x是弹簧长度的________，不是弹簧形变以后的长度．
知识点四 摩擦力
1．静摩擦力与滑动摩擦力
2.动摩擦因数：
(1)定义：彼此接触的物体发生________________时，摩擦力和正压力的比值，μ＝FfFN.
(2)决定因素：接触面的材料和________________．
思考辨析
(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)物体所受弹力的方向与施力物体形变方向相反．( )
(5)轻绳产生的弹力方向一定沿着绳的方向．( )
(6)轻杆产生的弹力方向一定沿着杆的方向．( )
(7)F＝kx中“x”表示弹簧变形后的长度．( )
(8)滑动摩擦力的方向不可能与物体的运动方向相同．( )
(9)物体受到的摩擦力的大小一定满足Ff＝μFN.( )
(10)运动的物体也可能受到静摩擦力的作用．( )
教材改编
[人教版必修1·P58的“说一说”]如图所示，货物与传送带一起斜向上匀速运动，已知货物的质量为m，传送带的倾角为θ，货物与传送带间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g，则下列说法正确的是( )
A．货物只受重力与支持力作用
B．货物受到的摩擦力方向一定沿传送带向下
C．货物受到的摩擦力大小一定为mgsin θ
D．货物受到的摩擦力大小一定为μmgcs θ
考点一 弹力的分析与计算
自主演练
1．压力、支持力的方向：垂直接触面，指向被压或被支持的物体．
2．轻绳的拉力方向
3．轻弹簧弹力的方向
沿着弹簧，指向弹簧恢复原长的方向．
4．轻杆弹力的方向
既能沿着杆，也可以跟杆成任意角度．
[多维练透]
1．[弹力的产生](多选)在各项体育运动中，有弹力出现的情况比较普遍，如图所示为三米板跳水比赛．运动员在走板过程中，下列关于形变和弹力的说法正确的是( )
A．跳板发生形变，运动员的脚没有发生形变
B．跳板和运动员的脚都发生了形变
C．运动员受到的支持力是跳板发生形变而产生的
D．跳板受到的压力是跳板发生形变而产生的
2．[弹力的方向][2020·江苏三校4月联考](多选)如图所示，一小球固定在轻杆上端，AB为水平轻绳，小球处于静止状态(图中F1水平，F3竖直)，则杆对小球的作用力方向可能是( )
A．F1 B．F2 C．F3 D．F4
3．[绳的弹力][2020·重庆市部分区县第一次诊断]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 N B．8 N C．6 N D．5 N
4．[弹簧的弹力][2020·北京海淀区联考](多选)如图所示是探究某根弹簧的伸长量x与所受拉力F之间的关系图，下列说法中正确的是( )

A．弹簧的劲度系数是2 N/m
B．弹簧的劲度系数是2×103 N/m
C．当弹簧受F2＝800 N的拉力作用时，弹簧伸长量为x2＝40 cm
D．当弹簧伸长量为x1＝20 cm时，弹簧产生的拉力是F1＝200 N
5．[杆的弹力]如图所示，倾角为30°、重力为80 N的斜面体静止在水平地面上，一根弹性轻杆一端垂直固定在斜面体上，另一端固定一个重力为2 N的小球，小球处于静止状态时，下列说法正确的是( )
A．轻杆对小球的作用力沿轻杆向上，大于2 N
B．地面对斜面体的支持力为80 N
C．小球对轻杆的作用力为2 N，方向竖直向下
D．轻杆对小球的作用力为2 N，方向垂直斜面向上
考点二 摩擦力的分析与计算
师生共研
题型1 |摩擦力方向的判断
1．静摩擦力方向判断常用方法
(1)状态法：先判明物体的运动状态(即加速度的方向)，再利用牛顿第二定律(F＝ma)确定合力，然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向．
(2)牛顿第三定律法：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．
2．明晰“三个方向”
例1 如图甲、乙所示，物体A、B在力F作用下一起以相同的速度沿F方向匀速运动，关于物体A所受的摩擦力，下列说法正确的是( )
A．两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相同
B．两图中物体A均受摩擦力，且方向均与F相反
C．两图中物体A均不受摩擦力
D．图甲中物体A不受摩擦力，图乙中物体A受摩擦力，方向和F相同
例2 如图所示，一平板小车在外力F作用下由静止向右运动了一段距离x，同时车上的物体A相对车向左滑行L，此过程中物体A受到的摩擦力方向及该摩擦力是动力还是阻力的说法正确的是( )
A．水平向左，阻力 B．水平向左，动力
C．水平向右，阻力 D．水平向右，动力
题型2 静摩擦力的分析与计算
1．最大静摩擦力Fmax的计算
最大静摩擦力Fmax只在刚好要发生相对滑动这一特定状态下才表现出来，比滑动摩擦力稍大些，通常认为二者相等，即Fmax＝μFN.
2．一般静摩擦力的计算
结合研究对象的运动状态(静止、匀速运动或变速运动)，利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解．
例3 [2020·深圳一模]
如图所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上，受到水平向右的拉力F的作用而向右滑行，长木板处于静止状态，已知木块与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数为μ2.下列说法正确的是( )
A．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ1mg
B．木板受到地面的摩擦力的大小一定是μ2(m＋M)g
C．木板受到地面摩擦力的大小一定等于F
D．当F>μ2(m＋M)g时，木板便会开始运动
题型3 |滑动摩擦力的分析与计算
1．滑动摩擦力的计算方法
(1)滑动摩擦力的大小可以用公式Ff＝μFN计算．
(2)结合研究对象的运动状态(静止、匀速运动或变速运动)，利用平衡条件或牛顿运动定律列方程求解．
2．应用滑动摩擦力的决定式Ff＝μFN时要注意以下几点：
(1)μ为动摩擦因数，其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关；FN为两接触面间的正压力，其大小不一定等于物体的重力．
(2)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面的面积均无关；其方向一定与物体间相对运动方向相反，与物体运动(对地)的方向不一定相反．
例4(多选)如图甲所示，一人用由零逐渐增大的水平力F推静止于水平地面上的质量为10 kg的木箱，木箱所受的摩擦力Ff与F的关系如图乙所示，下列说法正确的是(g取10 m/s2)( )
A．木箱所受的最大静摩擦力Ffm＝21 N
B．木箱所受的最大静摩擦力Ffm＝20 N
C．木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0.21
D．木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0.2
练1 如图所示，小明用大小为F的力水平向右推木箱，但没能推动．下列说法正确的是( )
A．地面对木箱的摩擦力方向向右
B．地面对木箱的摩擦力大小等于F
C．地面对木箱的摩擦力大于F
D．地面对木箱的最大静摩擦力一定等于F
练2 [2021·河南信阳高三期末](多选)
有一种圆珠笔，内部有一根小弹簧．如图所示，当笔杆竖直放置时，在圆珠笔尾部的按钮上放一个100 g的砝码，砝码静止时，弹簧压缩量为2 mm.现用
这支圆珠笔水平推一本放在水平桌面上质量为900 g的书，当按钮压缩量为3.6 mm(未超过弹簧的弹性限度)时，这本书恰好匀速运动．(g取10 m/s2)，下列说法正确的是( )
A．笔内小弹簧的劲度系数是500 N/m
B．笔内小弹簧的劲度系数是50 N/m
C．书与桌面间的动摩擦因数是0.02
D．书与桌面间的动摩擦因数是0.2
练3 [2020·北京市普通高中学业水平等级考试]某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况．实验台上固定一个力传感器，传感器用棉线拉住物块，物块放置在粗糙的长木板上．水平向左拉木板，传感器记录的F­t图象如图乙所示．下列说法正确的是( )
A．实验中必须让木板保持匀速运动
B．图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线
C．最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为107
D．只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数
考点三 摩擦力的突变问题
多维探究
题型1 “静—静”突变
物体在摩擦力和其他力的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，如果物体仍然保持静止状态，则物体受到的静摩擦力的大小和方向将发生突变．
例5 一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力即F1、F2和摩擦力的作用，木块处于静止状态，如图所示，其中F1＝10 N，F2＝2 N，若撤去F1，则木块受到的摩擦力为( )
A．10 N，方向向左
B．6 N，方向向右
C．2 N，方向向右
D．0
题型2| “静—动”突变
物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持静止状态，则物体受到的静摩擦力将“突变”成滑动摩擦力．
例6 如图所示，完全相同的A、B两物体放在水平地面上，与水平地面间的动摩擦因数均为μ＝0.2，每个物体重G＝10 N，设物体A、B与水平地面间的最大静摩擦力均为fmax＝2.5 N，若对A施加一个向右的由0均匀增大到6 N的水平推力F，有四位同学将A物体所受到的摩擦力随水平推力F的变化情况在图中表示出来．其中表示正确的是( )
题型3 “动—静”突变
在摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物体突然停止滑行时，物体将不再受滑动摩擦力作用，滑动摩擦力可能“突变”为静摩擦力．
例7 如图所示，质量为1 kg的物体与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，从t＝0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同时受到一个水平向左的恒力F＝1 N的作用，g取10 m/s2，向右为正方向，该物体受到的摩擦力f随时间变化的图象是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)( )
练4 把一重为G的物体，用一个水平的推力F＝kt(k为恒量，t为时间)压在竖直的足够高的平整墙上，如图所示，从t＝0开始物体所受的摩擦力随t的变化关系的图象可能正确的是( )
练5 [2021·武汉模拟]如图所示，一箱子放在水平地面上，现对箱子施加一斜向上的拉力F，保持拉力的方向不变，在拉力F的大小由零逐渐增大的过程中(箱子未离开地面)，关于摩擦力f的大小随拉力F的变化关系，下列四幅图可能正确的是( )
思维拓展
摩擦力在生产、生活中的应用(STSE问题)
例1 [跑步机] (多选)如图所示，人在跑步机上跑步时( )
A．脚受到的摩擦力是静摩擦力
B．脚受到的摩擦力是滑动摩擦力
C．脚受到的摩擦力方向与人相对跑带运动的方向相反
D．脚受到的摩擦力方向与人相对跑带运动的方向相同
例2 [传送带][2020·福建仙游一中模拟] (多选)在车站、机场常用传送带运送旅客的货物，如图所示，传送带与水平面夹角为θ，当货物随传送带一起匀速运动时，下列关于货物受力的说法中正确的是( )
A．货物所受摩擦力方向沿传送带向上
B．货物所受摩擦力方向沿传送带向下
C．货物受到三个力的作用
D．因货物与传送带相对静止，所以货物不受摩擦力
例3 [夹钳][2020·福建5月质量检测]如图，工地上常用夹钳搬运砖块．已知砖块均为规格相同的长方体，每块质量为2.8 kg，夹钳与砖块之间的动摩擦因数为μ1＝0.50，砖块之间的动摩擦因数为μ2＝0.35，最大静摩擦力近似等于滑动摩擦力，g取10 m/s2.搬运7块砖时，夹钳对砖块竖直一侧壁施加的压力大小至少应为( )
A．196 N B．200 N C．392 N D．400 N
第1讲 重力 弹力 摩擦力
基础落实
知识点一
1．物体与物体间 2.运动状态
知识点二
1．地球吸引 2.弹簧测力计 3.竖直向下 4.质量 形状
知识点三
1．(1)弹性形变 (2)①接触 ②弹性形变 (3)相反
2．(1)弹性形变 (2)kx 劲度系数 牛顿每米 N/m 变化量
知识点四
1．相对运动趋势 相对运动 相对运动 相对运动趋势 相对运动 0μ2(m＋M)g时，此时m对M的作用力仍为μ1mg，木板M仍处于静止状态，木板不会运动，故D项错误．
答案：A
例4 解析：木箱受到的静摩擦力随推力的增大而增大，最大静摩擦力为21 N，当推力F>21 N时，摩擦力为滑动摩擦力，大小为20 N，木箱与地面间的动摩擦因数μ＝Ffmg＝0.2，选项A、D正确．
答案：AD
练1 解析：本题考查摩擦力的方向．当小明沿水平方向推木箱时，没能推动，说明木箱仍处于静止状态，受力平衡，即推力和摩擦力是一对平衡力，大小相等，故摩擦力大小为F，其方向与推力方向相反，即水平向左，故A、C错误，B正确；地面对木箱的最大静摩擦力一定不小于F，故D错误．
答案：B
练2 解析：A对，B错：由于砝码处于静止状态，则kΔx＝mg，所以有k＝mgΔx＝100×10-3×102×10-3 N/m＝500 N/m.C错、D对：要使书恰好能匀速运动，则kΔx′＝μm′g，代入数据解得μ＝0.2.
答案：AD
练3 解析：为了能研究摩擦力随时间的变化曲线，物块一直要处于静止状态，则向左的摩擦力一直与向右轻绳的拉力平衡，题图乙是向右轻绳的拉力随时间变化曲线，故图乙也可以反映摩擦力随时间变化的曲线，由图乙可知向右轻绳的拉力先增大后减小，最后趋于不变，故物块先受静摩擦力作用后受滑动摩擦力作用，所以不需要让木板保持匀速运动，故A、B错误；由图可知，最大静摩擦力约为10 N，滑动摩擦力约为7 N，故最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7，故C正确；根据Ff＝μFN，FN＝mg可知，由于不知道物块的重力，故无法求物块与木板间的动摩擦因数，故D错误．
答案：C
例5 解析：当木块受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时，由平衡条件可知木块所受的摩擦力的大小为8 N，方向向左．可知最大静摩擦力fmax≥8 N．当撤去力F1后，F2＝2 N