新高考物理大一轮复习第2单元相互作用物体的平衡学案.docx

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新高考物理大一轮复习第2单元相互作用物体的平衡学案

高考热点统计

要求

2014年

2015年

2016年

2017年

高考基础要求及冷点统计

Ⅰ

Ⅱ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

形变、弹性、胡克定律

Ⅰ

矢量和标量（Ⅰ）

实验:

探究弹力和弹簧伸长的关系

　对矢量和标量的考查贯穿整个高中物理,属于基础要求.“探究弹力和弹簧伸长的关系”实验在高考中出现频率不高,属于冷点.

滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力

Ⅰ

20、24

力的合成和分解

Ⅱ

共点力的平衡

Ⅱ

实验:

验证力的平形四边形定则

考情分析

1.本单元知识是力学的基础,高考着重考查的知识点有:

受力分析的方法、共点力平衡条件的应用、力的合成与分解、整体法和隔离法的应用、弹力和摩擦力的概念及其方向与大小在各种情境下的分析和判断.

2.高考对本单元知识单独考查一个知识点的试题很少,大多数情况都是同时涉及几个知识点,而且都是与牛顿运动定律、功和能、电磁学的内容结合起来考查,考查时注重对物理思维与物理能力的考核,尤其是以生活中的实际问题为背景考查静力学的知识将会加强.

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.

【思维辨析】

（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）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）劲度系数和弹簧的形变量没有关系.（　　）

（7）挂在绳上静止的物体受到的重力就是绳对它的拉力.（　　）

（8）硬度很大的物体如果受到的外力较小,则不会发生形变.（　　）

考点一　重力的辨析、弹力有无的判断

1.（重力的辨析）（多选）关于地球上的物体,下列说法中正确的是（　　）

A.在“天上”绕地球飞行的“天宫一号”空间站不受重力作用

B.地面上的物体受到的重力垂直于水平面

C.重心是物体受到的重力的等效作用点,故重心一定在物体上

D.物体所受的重力大小与物体运动状态无关

2.（弹力有无的判断）如图3-1所示,小车内一根轻质弹簧沿竖直方向和一条与竖直方向成α角的细绳拴接一小球.当小车和小球相对静止,一起在水平面上运动时,下列说法正确的是（　　）

图3-1

A.细绳一定对小球有拉力作用

B.轻弹簧一定对小球有弹力作用

C.细绳不一定对小球有拉力作用,但是轻弹簧对小球一定有弹力

D.细绳不一定对小球有拉力作用,轻弹簧对小球也不一定有弹力

■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:

物体的几何形状和物体的质量分布.

2.弹力有无的判断

（1）“条件法”:

根据弹力产生的两个条件——接触和弹性形变直接判断.

（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,一般也要结合运动状态,根据平衡条件或牛顿第二定律求解.

1.（弹力方向判断）图3-2中各物体均处于静止状态.图中画出了小球A所受弹力的情况,其中正确的是（　　）

图3-2

2.（由状态分析弹力方向）如图3-3所示,一重为10N的小球固定在支杆AB的上端,今用一段绳子水平拉球,使杆发生弯曲,已知绳的拉力为7.5N,则AB杆对球的作用力（　　）

图3-3

A.大小为7.5N

B.大小为10N

C.方向与水平方向成53°角斜向右下方

D.方向与水平方向成53°角斜向左上方

3.（由状态分析弹力方向）如图3-4所示,质量为m的球置于斜面上,被一个竖直挡板挡住.现用一个力F拉斜面体,使斜面体在水平面上做加速度为a的匀加速直线运动,忽略一切摩擦,以下说法中正确的是（　　）

图3-4

A.若加速度足够小,竖直挡板对球的弹力可能为零

B.若加速度足够大,斜面对球的弹力可能为零

C.斜面和挡板对球的弹力的合力等于ma

D.斜面对球的弹力不仅存在,而且是一个与a无关的定值

■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方法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

考向一　轻绳

　　轻绳忽略质量、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.

1如图3-5所示,一个物体由绕过定滑轮的绳子拉着,分别用图中所示的三种情况拉住物体使其保持静止.在这三种情况下,若绳子的张力分别为T1、T2、T3,定滑轮对轴心的作用力分别为FN1、FN2、FN3,滑轮的摩擦、质量均不计,则（　　）

图3-5

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

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

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

D.T1

式题（多选）[2017·天津卷]如图3-6所示,轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点,悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的,挂于绳上处于静止状态.如果只人为改变一个条件,当衣架静止时,下列说法正确的是（　　）

图3-6

A.绳的右端上移到b',绳子拉力不变

B.将杆N向右移一些,绳子拉力变大

C.绳的两端高度差越小,绳子拉力越小

D.若换挂质量更大的衣服,则衣架悬挂点右移

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）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.（4）弹簧上的力不能突变.

2[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80cm的两点上,弹性绳的原长也为80cm.将一钩码挂在弹性绳的中点,平衡时弹性绳的总长度为100cm;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.86cmB.92cm

C.98cmD.104cm

式题1如图3-7所示,小球a的质量为小球b的质量的一半,分别与轻弹簧A、B和轻绳相连接并处于平衡状态.轻弹簧A与竖直方向的夹角为60°,轻弹簧A、B的伸长量刚好相同,则下列说法正确的是（　　）

图3-7

A.轻弹簧A、B的劲度系数之比为1∶3

B.轻弹簧A、B的劲度系数之比为2∶1

C.轻绳上拉力与轻弹簧A上拉力的大小之比为2∶1

D.轻绳上拉力与轻弹簧A上拉力的大小之比为∶2

式题2如图3-8所示,四个完全相同的弹簧都处于水平位置,它们的右端受到大小均为F的拉力作用,而左端的情况各不相同:

①中弹簧的左端固定在墙上;②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用;③中弹簧的左端拴一小物块,物块在光滑的桌面上滑动;④中弹簧的左端拴一小物块,物块在有摩擦的桌面上滑动.若认为弹簧的质量都为零,以L1、L2、L3、L4依次表示四个弹簧的伸长量,则有（　　）

图3-8

A.L1=L2L1>L3>L4

C.L1=L2=L3=L4D.L1=L2>L3=L4

考向三　轻杆（活杆与死杆）

　　轻杆忽略质量、形变,杆上的弹力不一定沿着杆.

3如图3-9所示,小车上固定着一根弯成θ角的杆,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）（　　）

图3-9

A.小车静止时,F=mgcosθ,方向沿杆向上

B.小车静止时,F=mgcosθ,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=

D.小车向右以加速度a运动时,F=,方向斜向右上方,与竖直方向的夹角为α=arctan

式题1如图3-10所示,与竖直墙壁成53°角的轻杆一端斜插入墙中并固定,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表示重力加速度）,则轻杆对小球的弹力大小为（　　）

图3-10

A.mg

C.mg

式题2如图3-11甲所示,轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂着一个质量为10kg的物体,且∠ACB=30°;图乙中轻杆HP一端用铰链固定在竖直墙上,另一端P通过轻绳EP拉住,EP与水平方向也成30°角,在轻杆的P点用轻绳PQ挂着一个质量也为10kg的物体.g取10N/kg,求轻绳AC段的张力大小FAC与轻绳EP的张力大小FEP之比.

图3-11

■建模点拨

1.轻绳模型

（1）活结模型:

跨过滑轮、光滑杆、光滑钉子的细绳为同一根细绳,绳上各点及两端张力大小相等.

（2）死结模型:

如几条绳上有“结点”,即几段绳子系在一起,那么这几段绳子的张力不一定相等.

2.轻杆模型

（1）“死杆”:

轻质固定杆,它的弹力方向不一定沿杆的方向,作用力的方向需要结合平衡条件或牛顿第二定律求得.

（2）“活杆”:

一端有铰链的杆属于活动杆,轻质活动杆的弹力方向一定沿杆的方向.

第4讲　摩擦力

一、滑动摩擦力

1.定义:

一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体滑动时所受到的阻碍物体　　　　的力.

2.产生条件:

（1）两物体相互　　　　、挤压;

（2）物体间的接触面　　　　;（3）两物体间发生　　　　.

3.大小:

跟正压力FN成正比,即f=μFN,μ表示两物体间的　　　　　　　　.

4.方向:

与接触面平行,并且跟物体相对接触面的滑动方向　　　　.

二、静摩擦力

1.定义:

两个相互接触、相对静止的物体由于有相对运动的趋势而在物体接触处产生的　　　　物体之间相对运动趋势的力.

2.产生条件:

（1）两物体相互接触、　　　　;

（2）物体间的接触面　　　　;（3）两物体相对静止但有　　　　的趋势.

3.大小:

在零至　　　　　　　　之间变化.

4.方向:

总是跟接触面　　　　,并且跟物体相对运动趋势的方向相反.

【思维辨析】

（1）摩擦力总是阻碍物体的运动或运动趋势.（　　）

（2）受滑动摩擦力作用的物体一定处于运动状态.（　　）

（3）同一接触处的摩擦力一定与弹力方向垂直.（　　）

（4）摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相反.（　　）

（5）静摩擦力的方向不一定与运动方向共线.（　　）

（6）静摩擦力一定是阻力,滑动摩擦力不一定是阻力.（　　）

（7）正压力越大,摩擦力一定越大.（　　）

考点一　滑动摩擦力的分析与计算

1.滑动摩擦力的方向

滑动摩擦力的方向总与物体间的相对运动方向相反,判断滑动摩擦力的方向时一定要明确“相对”的含义是指相对跟它接触的物体,所以滑动摩擦力的方向可能与物体实际运动（对地运动）方向相反,也可能与实际运动方向相同,还可能与物体实际运动方向成一定的夹角.

2.滑动摩擦力的大小

（1）滑动摩擦力的大小可以用公式f=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.

1如图4-1所示,木板B放在粗糙的水平面上,木块A放在B的上面,A的右端通过一不可伸长的轻绳固定在竖直墙上.用水平恒力F向左拉动B,使其以速度v做匀速运动,此时绳水平且拉力大小为T.下列说法正确的是（　　）

图4-1

A.绳上拉力T与水平恒力F大小相等

B.木块A受到的摩擦力大小等于T

C.木板B受到一个静摩擦力,一个滑动摩擦力,二者合力大小等于F

D.若木板B以速度2v匀速运动,则拉力大于F

式题1如图4-2所示,A为长木板,在水平地面上以速度v1向右运动,物块B在木板A的上面以速度v2向右运动.下列判断正确的是（A、B间的接触面不光滑）（　　）

图4-2

A.若v1=v2,则A、B之间无滑动摩擦力

B.若v1>v2,则A受到B施加的向右的滑动摩擦力

C.若v1

D.若v1>v2,则B受到A施加的向左的滑动摩擦力

式题2（多选）如图4-3所示,物块M在静止的传送带上以速度v匀速下滑时,传送带突然启动,方向如图中箭头所示,若传送带的速度大小也为v,则传送带启动后（　　）

图4-3

A.M静止在传送带上

B.M可能沿传送带向上运动

C.M受到的摩擦力不变

D.M下滑的速度不变

■特别提醒

应用滑动摩擦力的决定式f=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的方向相反,与物体运动（对地）的方向不一定相反.

考点二　静摩擦力的分析与计算

1.静摩擦力的方向

静摩擦力的方向与接触面相切,与物体间的相对运动趋势的方向相反,即与受力物体相对施力物体的运动趋势方向相反.常用的判断静摩擦力方向的方法主要有:

（1）假设法（接触面间不存在摩擦力时的相对运动方向,即为物体的相对运动趋势方向）;

（2）利用牛顿运动定律来判定.

2.静摩擦力的大小

（1）两物体间实际产生的静摩擦力f在零和最大静摩擦力fmax之间,即0

（2）静摩擦力的大小要依据物体的运动状态进行计算:

如果物体处于平衡状态,可根据平衡条件求解静摩擦力;如果物体处于非平衡状态,可根据牛顿第二定律求解静摩擦力.

2（多选）[2018·清华附中摸底]如图4-4甲所示,放在固定斜面上的物体受到一个沿斜面向上的力F作用,物体始终处于静止状态,F的大小随时间变化的规律如图乙所示,则在0~t0时间内物体所受的摩擦力f随时间t的变化规律可能为图4-5中的（取沿斜面向上为摩擦力f的正方向）（　　）

图4-4

图4-5

式题1[2018·郑州一中高三摸底]如图4-6所示,物体P放在粗糙水平地面上,左边用一根轻弹簧与竖直墙相连,物体静止时弹簧的长度小于原长.若再用一个从0开始逐渐增大的水平力F向右拉P,直到拉动,那么在P被拉动之前的过程中,弹簧对P的弹力FT的大小和地面对P的摩擦力f的大小的变化情况为（　　）

图4-6

A.弹簧对P的弹力FT始终增大,地面对P的摩擦力f始终减小

B.弹簧对P的弹力FT保持不变,地面对P的摩擦力f始终增大

C.弹簧对P的弹力FT保持不变,地面对P的摩擦力f先减小后增大

D.弹簧对P的弹力FT先不变后增大,地面对P的摩擦力f先增大后减小

式题2（多选）如图4-7甲、乙所示,倾角为θ的斜面上放置一滑块M,在滑块M上放置一个质量为m的物块,M和m相对静止,一起沿斜面匀速下滑,下列说法正确的是（　　）

图4-7

A.图甲中物块m不受摩擦力

B.图乙中物块m不受摩擦力

C.图甲中物块m受到水平向左的摩擦力

D.图乙中物块m受到平行于斜面向上的摩擦力

■特别提醒

（1）在分析两个或两个以上物体间的相互作用时,一般采用整体法与隔离法进行分析;

（2）受静摩擦力作用的物体不一定是静止的,受滑动摩擦力作用的物体不一定是运动的;

（3）摩擦力阻碍的是物体间的相对运动或相对运动趋势,但摩擦力不一定阻碍物体的运动,即摩擦力不一定是阻力.

考点三　摩擦力的突变问题

　　摩擦力发生突变的原因具有多样性:

可能是物体的受力情况发生变化,也可能是物体的运动状态发生变化,还可能是物体间的相对运动形式发生了变化.因此要全面分析物体的受力情况和运动状态,抓住摩擦力突变的原因,才能正确地处理此类问题.

（1）静摩擦力突变为滑动摩擦力:

静摩擦力达到最大值的状态是物体恰好保持相对静止的临界状态.

（2）滑动摩擦力突变为静摩擦力:

滑动摩擦力存在于发生相对运动的物体之间,因此两物体的速度达到相同时,滑动摩擦力要发生突变（变为零或变为静摩擦力）.

（3）由一个静摩擦力突变为另一个静摩擦力:

静摩擦力是被动力,其大小、方向取决于物体间的相对运动趋势,而相对运动趋势取决于主动力,若主动力发生突变而物体仍然处于相对静止状态,则其静摩擦力将由一个静摩擦力突变为另一个静摩擦力.

3[2017·合肥一中月考]如图4-8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=10N,设物体A、B与水平地面间的最大静摩擦力均为fm=2.5N.现对A施加一个向右的由0均匀增大到6N的水平推力F,有四位同学将A物体所受到的摩擦力fA随水平推力F的变化情况在图4-9中表示出来,其中正确的是（　　）

图4-8

图4-9

式题1如图4-10所示,质量为1kg的物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2,物体从t=0时开始以初速度v0沿水平地面向右滑行,同时受到一个F=1N的水平向左的恒力作用,g取10m/s2,以向右为正方向,该物体受到的摩擦力f随时间变化的图像是图4-11中的（最大静摩擦力等于滑动摩擦力）（　　）

图4-10

图4-11

式题2[2017·洛阳模拟]如图4-12所示,粗糙长木板l的一端固定在铰链上,木块放在木板上,开始时木板处于水平位置.当木板向下转动,θ角逐渐增大的过程中,木块所受摩擦力f的大小随θ角变化的图像最有可能是图4-13中的（最大静摩擦力等于滑动摩擦力）（　　）

图4-12

图4-13

■方法总结

用临界法分析摩擦力突变问题的三点注意:

（1）题目中出现“最大”“最小”或“刚好”等关键词时,一般隐藏着临界问题.有时,有些临界问题中并不含上述常见的“临界术语”,但审题时发现某个物理量在变化过程中会发生突变,则该物理量突变时物体所处的状态即为临界状态.

（2）静摩擦力是被动力,其存在与否及大小、方向取决于物体间相对运动的趋势,而且静摩擦力存在最大值.存在静摩擦力的系统中,相对滑动与相对静止的临界条件是静摩擦力达到最大值.

（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.

第5讲　力的合成与分解

一、力的合成

1.力的合成:

求几个力的　　　　的过程.

（1）合力既可能大于也可能小于任一　　　　.

（2）合力的效果与其所有分力作用的　　　　相同.

2.运算法则:

力的合成遵循　　　　定则.一条直线上的两个力的合成,在规定了正方向后,可利用　　　　法直接运算.

二、力的分解

1.力的分解:

求一个力的　　　　的过程.

（1）力的分解是力的合成的　　　　.

（2）力的分解原则是按照力的　　　　进行分解.

2.运算法则:

力的分解遵循　　　　定则.

【思维辨析】

（1）合力作用在一个物体上,分力作用在两个物体上.（　　）

（2）一个力只能分解为一对分力.（　　）

（3）在进行力的合成与分解时,都要应用平行四边形定则或三角形定则.（　　）

（4）两个大小恒定的力F1、F2的合力的大小随它们的夹角的增大而减小.（　　）

（5）互成角度的两个力的合力与分力间一定构成封闭的三角形.（　　）

考点一　受力分析的步骤与原则

受力分析的步骤

受力分析的原则

一、确定研究对象

　整体与隔离原则:

当研究物体间内力时,需要隔离研究对象;当研究外力时,对整体研究一般较为简单,但有时也需要隔离

二、进行受力分析

　按顺序分析的原则:

一般按照重力、弹力、摩擦力、其他力的顺序分析研究对象的受力情况

三、检验分析结果

　物体受力和运动状态相一致的原则:

物体处于平衡状态时,其所受合外力为零;物体处于非平衡状态时,应用牛顿第二定律进行检验

1（多选）如图5-1所示,两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上.关于斜面体A和B的受力情况,下列说法正确的是（　　）

图5-1

A.A一定受到4个力

B.B可能受到4个力

C.B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力

D.A与B之间一定有摩擦力

式题[2017·长沙一中模拟]如图5-2所示,用轻杆拴接同种材料制成的a、b两物体,它们沿斜面向下做匀速运动.关于a、b的受力情况,以下说法正确的是（　　）

图5-2

A.a受三个力作用,b受四个力作用

B.a受四个力作用,b受三个力作用

C.a、b均受三个力作用

D.a、b均受四个力作用

■特别提醒

（1）注意研究对象的合理选取——在分析物体组间内力时,必须把受力对象隔离出来,而在分析物体组受到的外力时,一般采取整体法,有时也采用隔离法.

（2）养成按照一定顺序进行受力分析的习惯.

（3）涉及弹簧弹力时,要注意可能性分析.

（4）对于不能确定的力可以采用假设法分析.

考点二　力的合成

1.合力的大小范围的确定

（1）两个共点力的合成

|F1-F2|≤F合≤F1+F2

（2）三个共点力的合成

①三个力共线且同向时,其合力最大,为F1+F2+F3.

②任取两个力,求出其合力大小的范围,如果第三个力在这个范围之内,则这三个力的合力的最小值为零;如果第三个力不在这个范围内,则合力的最小值为最大的一个力减去另外两个较小的力的和.

2.几种特殊情况的共点力的合成

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