高三物理第二章力物体的平衡第1讲力.pdf

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要求
一、要求
内容要说明

求考点一形变和弹力
、静摩擦、Ⅱ力的三类常见的力:重力、弹力、摩擦力,特别是静摩〔1〕弹力产生的原因
动摩擦因数擦力,
发生的物体要恢复原状时,会对与之相接触的物体产生力的作用,
运动趋势发生变化,在分析中非常容易失误,同学们一要下
、弹力、胡克
Ⅱ这个力就是弹力
,是高中
律
Ⅰ
物理中重要的问题,几乎是年年必考,对共点力平衡的考查〔2〕弹力的产生条件

Ⅱ不仅在本章可出题,,
①两物体②发生

本章的知识与数学、生物学科、体育运动结合形成颖试题的
Ⅱ
〔3〕弹力方向的判断
.
①细绳的拉力指向绳收缩的方向.
②点与面、面与面接触处的弹力指向
知识络
力的义
静力学效果:产生形变〔4〕弹簧的弹力大小
力的概念力的作用效果
第1讲力力的性质:物质性、相互性、矢量性弹簧在弹性限度内弹力的大小遵循胡克律:F=式中k为
重力:G=mg
力线性形变:胡克律x为,并非原长或总长.
★一、考情直播力F=kx
力常见的三种力弹力
物
:0<f≤fm
的摩擦力特别提醒:弹力产生的条件是“接触且有弹性形变〞.假设物体间虽然有接触但无拉伸或挤压,
平【例共点力平衡1】.如下图,一匀质木棒,搁置于台阶上保持静止,以下图关于木棒所受的
内容衡力的合成能力要求考向位
力的效处理
,难于观察到,因而判断弹力的产生要用
、弹性形变、

平衡条件:F0“反证法〞,即由运动状态及有关条件,利用平衡条件或牛顿运动律进行逆向分析推理.
,而摩正确的选项是
、分解法
共点力的平衡
,会计算擦力的大小和方向的分析计算
三力平衡相似三角形法
【解析】木棒的
.

,理解其大下端与地面接触,接触面为水平面,故弹力的方向该与地面垂直,木棒的上端
图解法
动态平衡
解析法
与台阶的一点接触,接触面为木棒一个面,故弹力的方向和木棒垂直.〔2〕滑动摩擦力的大小
【答案】D滑动摩擦力的大小与成正比,即:f
【规律总结】物体的点与面、面与面接触处的弹力总是垂直于面〔假设是曲面〔3〕动摩擦力的方向:跟接触面相切,并跟物体的相反.
那么垂直于切面〕,且指向受力物体.
特别提醒:滑动摩擦力的方向不是与物体的运动方向相反,而是与物体的相对运动的方
【例4】如下图,有黑白两条毛巾交替折叠地放在地面上,白毛巾的中部用细
考点二轻绳、轻杆、轻弹簧的弹力
向相反,滑动摩擦力的公式fN中的N是指物体对接触面的正压力,而物体对接触
线与墙连接着,,欲使黑白毛巾别离开
特别提醒:要区分轻绳、轻杆、轻弹簧三个模型弹力的特点:面的正压力和接触面对物体的支持力的大小是相的,故N的大小可理解为物体所受的支
【例2】.如下图,为一轻质弹簧的长度和弹力大小的关来,假设每条毛巾的质量均为m、毛巾之间及其与地面之间的动摩擦因数均为,
轻绳:
,正确的结论是()那么将黑毛巾匀速拉出需施加的水平拉力F值为()
轻杆:杆对物体的弹力不一沿杆方向,如果轻直杆只有两端受力而处于平衡状
5
mgD.mg
2
【解析】以黑毛巾为研究对象,其水平受力如下图:
1
mg,fmgf
1221
f2
F
3f3
,弹力的大小为4Nfmg,f2mgf
3242
【解析】由图可知,弹簧的原长为6cm,弹簧的劲度系数为故Fffff5mg
1234
F2
kN/m100N/m,【规律总结】求解滑动摩擦力问题,关键在于理解N的含义
x2102
,弹力的大小为Fkx10020N考点四:静摩擦力
【答案】BC〔1〕静摩擦力的产生
【规律总结】胡克律的另一种表达式为Fkx,其中为F弹力的改变量,而x产生:两个相互接触的物体,有时产生的摩擦力.
:①相互接触且;②有;③
考点三滑动摩擦力〔2静摩擦力的大小
〔1〕滑动摩擦力的产生静摩擦力的大小随的变化而变化,有最大值,最大静摩擦力与
产生:,还与接触面有关,在实际问题中最大静摩擦力
产生条件:①相互接触且;②有;③滑动摩擦力,但在一般计算中,假设无特别说明,认为二者.
〔3〕动摩擦力的方向:跟接触面相切,
12
mg
mgsin
特别提醒:正压力是静摩擦力产生的条件之一,但静摩擦力的大小与正压力无关〔最大11sin
【例5】〔卷〕木块A、B分别重50N和60N,它们与水平地面之间的动磨擦因mg
mgcosF
静摩擦力除外〕.当物体处于平衡状态时,静摩擦力的大小由平衡条件来求;而物体处于22cos1F
;夹在A、B之间轻弹簧被压缩了2cm,弹簧的劲度系数为400N/
【解析】以O点为研究对象,受力如下图:
mg
=
由平衡条件可得FmgtanF
12cos
力F作用后〔〕
【答案】D

【指引】此题关键在于以结点O为研究对象,正确分析O点所受弹力的方向.

AB【真题2】〔2021理科根底〕探究弹力和弹簧伸长的关系时,在弹性限度内,悬
受摩擦力大小是9N
挂15N重物时,;悬挂20N重物时,,那么

弹簧的原长L和劲度系统k分别为〔〕
原
【解析】未加F时,木块A在水平面内受弹簧的弹力F及静摩擦力F作用,且
==500N/m
原
F=F=kx=8N,木块B在水平面内受弹簧弹力F和静摩擦力F作用,且F=
==500N/m
原
F=kx=8N,在木块B上施加F=1N向右拉力后,由于F+F<μG,故木块B
==250N/m
原
所受摩擦力仍为静摩擦力,其大小F/=F+F=9N,木块A的受力情况不变.
==250N/m
原
【答案】CF2015
【解析】根据胡克律可得kN/m500N/,那

【规律总结】:此题涉及了力的平衡、胡克律及静摩擦力的知识,求解时注意静
么有15k(l),解得l=.
00
摩擦力的可变性,静摩擦力的大小由物体所受外力和运动状态决的.
【答案】B
.
【指引】对于弹簧的弹力关键在于理解Fkx中x的含义
★高考热点题型探究
题导练
热点1弹力大小的计算
1-、乙双方同学在水平地面上进行拔河比赛,正僵持不下,
【真题1】〔理科根底〕如下图,质量为m的物体悬挂在轻
果地面对甲方所有队员的总的摩擦力为6000N,同学甲1和乙1对绳子的水平拉
质的支架上,
、B两点分别位于甲和乙、
1112
〔〕3
,方向沿斜面向上
2

,方向沿斜面向上

[解析]竖直挂时mgkx,当质量为2m放到斜面上时,2mgsin30fkx,因

两次时长度一样,所以,物体受到的摩擦力为零,

A正确.
1-2〔一中〕如下图,滑轮本身的质量可忽略不计,滑轮轴O安在一根轻木杆
【答案】A
B上,一根轻绳AC绕过滑轮,A端固在墙上,且绳保持水平,C端下面挂一个
[指引]斜面上物体受力分析是高考的必考内容,此题综合考察了考生对三种性
重物,BO与竖直方向夹角45,系统保持平衡,假设保持滑轮的位置不变,
质的力的分析与理解,此题假设不注意前题条件mgkx,有可能得出B选项
改变的大小,那么滑轮受到木杆的弹力大小变化情况是
B【真题4】〔2021高考Ⅱ卷〕如图2-1-8,一固斜面上
()A
•
O两个质量相同的小物块A和B紧挨着匀速下滑,A与B
变小,弹力才变小C

图
变大,弹力才变大2-1-8
之间动摩擦因数的2倍,斜面倾角为α.,那么B与斜
变大或变小,弹力都变大
面之间的动摩擦因数是〔〕
变大或变小,弹力都不变
22

33
热点2摩擦力的大小及方向的判断

[真题3](2021高考卷)用轻弹簧竖直悬挂的质量
【解析】设B与斜面之间的动摩擦因数为,那么对A、B两物体有
为m物体,静止时弹簧伸长量为L现用该弹簧沿
02
2mgsinmgcos2mgcos,解得tan
斜面方向拉住质量为2m的物体,系统静止时弹簧3
【答案】B
伸长量也为L,斜面倾角为30,如下图2-1-
图2-1-7
0【指引】此题关键在于研究对象的选取,以整体做为研究对象将使问题求解十
么物体所受摩擦力
分简单.

题导练:
1
,方向沿斜面向下
22-1〔一模〕如下图,、B、C都处
、C间的摩擦力大小为f,B、;
1
的摩擦力大小为f,C与地面间的摩擦力大小为f,那么〔〕.
23
=0,f=0,f=,质量为m的物体在恒力F的作用下沿天花板匀速滑动,F与水
123F
F
=0,f=F,f=0平方向的夹角为,物体与天花板之间的动摩擦因数为,那么
123
=F,f=0,f=0物体受到的摩擦力大小是
123
=0,f=F,f=FA.B.
123FcosFsin
2-,小木块以初速度v沿三角形木块a的粗糙斜面向上滑动,至速度C.(Fsinmg)D.(mgFsin)
0
为零后又沿斜面加速返回斜面底端,,皮带传送机的水平传送带将物体M以一的
终相对水平面保持静止,那么水平面对三角形木块a速度向右输送,假设关闭传送机的动力,在物体随传送带逐
的摩擦力方向是()渐停下的过程中,物体M受到的摩擦力的情况是

,难以确
,运发动所受到的摩擦
,那么()
12
★三、,f向上,且f=f
1212
◇,f向上,且f>f
1212
,f向上,且f=f
,当手握杯子的力增大时1212
,f向下,且f=f

6.〔二模〕如下图,C是水平地面,A、B是两个长方形物块,F是作用在物块B
.
上的沿水平方向的力,物体A和B以相同的速度作匀速直线运动,由此可知A、
,水平推力F使物体静止于斜面上,那么
F
B间的动摩因数和B、C间的动摩因数有可能是〔〕
;12
图1
A.00B.00
;1212
C
C.00D.00m=,使其向左运动,弹簧秤的示数如图甲所
1212B
7.〔一模〕如图A、B两物体叠放在一起,用手托住,让它们静靠示,那么A、B间的摩擦力f=_______N,A、B间的动摩擦因数μ=.〔g
μ
在竖直墙边,然后释放,它们同时沿墙面向下滑,m>m,那么取10m/s2〕.该同学还将纸带连接在金属板B的后面,通过打点计时器连续打下
AB
物体B〔〕一的点,测量结果如图乙所示,,可求得拉
=N

32
◇根底提升训练
、一个弹力和一个摩擦力
单位
,物体m放在一木板上,木板(N)与水平面间的
、一个摩擦力和两个弹力
32
夹角由0逐渐增大到90°的过程中(缓慢地绕支点O转动)对
8.〔〕如图,
FBA
m木块的摩擦力〔〕
连,小盘内有砝码,,假设不计空甲

气阻力,那么关于P在水平方向受到的作用力与相的施力物体,以下说法正确
ABCDFG

的选项是
乙

,施力物体是地球和桌面

,施力物体是绳和桌面
12.〔2021一模〕如下图,一木块受到垂直于倾斜墙面方向
,施力物体是地球和桌面
的推力F作用而处于静止状态,以下判断正确的选项是
,施力物体是绳和桌面
〔〕
,位于水平地面上的质量为M的小木块,在大小为F、方向与水平方向F

:

(1)地面对物体的支持力?
,木块将始终维持静止
〔2〕木块与地面之间的动摩擦因数?

10.〔海区〕在一次课外活动中,某同学用图甲所示装置测量放在水平光滑桌面
=1kg,,压在足够高的竖直墙上,水平力的
A
大小从零开始随时间成正比地逐渐增大,物块沿墙面下滑,那么物块所受摩擦mgmg

kk
11k
力随时间变化的图线是以下图中的()1
mgmg

kk
ffff22
k2
GG
,置于固的,倾有为Gθ的G斜面上,◇能力提升训练
如下图2-1-、B的质量分别为M、.〔·理综卷〕如下图2-1-16,外表粗糙的固斜面顶端安有滑轮,两物块P、
OOOO
tttt
ABC
动摩擦因数μ,〔不计滑轮的质量和摩擦〕,P悬于空中,Q放在斜面
12
图
止开始以相同的加速度从斜面滑下,在运动过程中,滑块B受到的摩擦力上,,P、Q仍
〔〕静止不动,那么〔〕PQ

2-1-16

12
15.〔卷〕如图,位于水平桌面上的物块P,由跨过滑轮的轻绳与物块相连,
滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的,
以及桌面之间的动摩擦因数都μ,-1-17,在一粗糙水平面上有两个质量分别为m和m的木块1和2,
F12
P
都是m,滑轮轴上的摩擦不计,假设用一水平向中间用一原长为l、劲度系数为K的轻弹簧连接起来,木块与地面间的滑动摩
右的力F拉P使做匀速运动,,当两木块一起匀速运动时两木块之
〔〕

(mm)g
K1K12
mm
(12)g
K2Kmm
12
-1-17

,两木块质量分别为m和m,两轻质弹簧的劲度系数分别为k和k,
1212力F后,静止在竖直墙面上,如下图2-1-13,试求墙对物体A的
上面木块压在上面弹簧上(但不拴接),
静摩擦力.
图2-1-13
面的木块,
,原长分别为L和L,劲度系数分别为k和k的轻质弹簧竖直地悬挂
1212
K
在天花板上,两弹簧之间有一质量为m的物体,最下端挂着质量为m的另一物的摩擦力为零,以A为研究对象,A处于平衡状态,故C与A之间无摩擦力,
12
体,,易知C与B之间的摩擦力为F】
地向上托起,直到两个弹簧的总长度于两弹簧原长之和,求2-【无论是上滑还是下滑,物体的加速度均是沿斜面向下,加速度有水平
〔1〕m上升的高度是多少?向左的分量,把物体和斜面视为一整体,易知地面对斜面的摩擦力方向始终向
2
〔2〕此时平板受到人对其的托力为多大?左】
第一讲参考答案★三、抢分频道
考点参考答案限时根底训练参考答案
考点一、〔1〕弹性形变;〔2〕直接接触,弹性形变;::因杯子始终静止,
〔3〕沿绳,垂直接触面,被压或被支持的物体;的力增大只是导致手与杯子间的最大静摩擦力增大.
〔4〕kx,弹簧的劲度系数,:B、D解析:物体在水平推力F的作用下与斜面间可能无相对运
考点三、〔1〕相对运动,挤压;相对运动;接触面不光滑〔2〕物体间的正压动趋势,也可能有向上或向下的相对运动趋势,故物体可能不受静摩擦力,也
力,μN;可能受到沿斜面向上或向下的静摩擦力.
〔3〕:C解析:对物体进行受力分析,在竖直方向有mgFFsin
N
考点四〔1〕相对运动趋势,挤压;相对运动趋势;接触面不光滑〔2〕外力,故fF(Fsinmg)
N
正压力,略大于,相〔3〕::物体有向左的加速度,故摩擦力向左.
[运发动匀速上攀时,运发动所受的是静摩擦力,匀速下滑时,运发动所受
1-【以甲乙双方的队员为整体,分析水平方向的受力,易知地面对乙方的时滑动摩擦力,两者都和重力大小相]
【AB以共同的速度做匀速直线运动,A处于平衡状态,A所受的合外力为零,
队员的总的摩擦力也是6000N,以甲队为研究对象,水平方向受力平衡,故NA
故B对A无摩擦力作用,把AB看做一整体,地面对B有摩擦力作用,故一不为零,
处绳子的张力为6000N,以AB段绳子为研究对象,可得B处绳上的张力为T5500N】2
可能为零,也可能不为零】
1-【以滑轮为研究对象,受力如图:滑轮两边绳子的拉力大小T1
【墙壁和物体之间无挤压,故墙壁和物体之间无弹力,AB均自由下落,故
相,故改变手柄的方向,弹力不变】
2-【以ABC整体为研究对象,分析整体在水平方向的受力易知,地面对CAB之间也无弹力】
【以P物体为研究对象,水平方向受绳子的拉力和桌面的静摩擦力,【以Q为研究对象,Q在水平方向受绳的拉力F和P对Q的摩擦力F作用,
1μ1
体分别是绳子和桌面】N由平衡条件可知:F=F=μmg;以P为研究对象,P受到水平拉力F绳的拉
1μ12
Fy
f
,受力如下图力地F,Q对P的摩擦力F/和地面对P的摩擦力F,由平衡条件可知:F=F
2μ22
Fx1
水平方向有:fFcos竖直方向有:NFsinMg+F/+F,F=μF=2μmg,牛顿第三律知:F=F,F/=F,代入得:F
G1μ2μ2N121μ1
Fcos=4μmg】
又fN解得NMgFsin;
MgFsin
【初态整个系统处于平衡状态,弹簧k的弹力为(mm)g,当m提离弹簧
,A水平方向二力平衡,故AB之间的摩擦力为0N,动摩擦2121
k时,
1
ff
因素为,以B为研究对象,根据纸带,用分组法可求出纸带的
Nmg弹簧k的弹力为mg,弹簧k的弹力的改变量Fmg,由Fkx得,弹簧k
A22212
加速度mg
形变量的改变量为1】
k
2
[()()]102
a2m/s2,根据牛顿第二律
(3)2能力提升训练
Fmgma解得F=:D解析:P只受重力和绳的拉力,所以绳的拉力不变,.对Q受力分
AB
根底提升训练析不能确摩擦力的大小、方向及其有无,所以A、B错,应选D.
【在倾斜角逐渐增大的过程中,:A解析:对木块m,水平方向受滑动摩擦力f、弹簧弹力F的作用
1
擦力,在静摩擦力阶段随角度增大静摩擦力增大,在动摩擦力阶段随角度增大匀速运动,且f=μmg,F=k△x,由平衡条件知F=f,即μmg=k△x,有
Ff11

动摩擦力减小】△x=μmg/k,故两木块一起匀速运动时两木块之间的距离是lmg,此题
N1K1
【以物体为研究对象,受力如图,把重力沿墙面方向和垂直于墙面G正确答案为A.
正交分解易知C正确】:当Fcosα=G时,物体A在竖直方向上受力已经平衡,故静摩擦力为
:D解析:物体开始沿墙面下滑,受滑动摩擦力,其大小与压力成正零;当Fcosα<G时,物体有向下滑动的趋势,故静摩擦力f的方向向上,大
比,当滑动摩擦力大于重力后,物体将做减速运动直到速度变为零,此后物体小为G-F•cosα;当Fcosα>G时,物体有向上滑动的趋势,故静摩擦力f的方
所受的摩擦力为静摩擦力,与重力平衡,,大小为Fcosα-G.
:〔1〕挂上重物后,设上面的弹簧伸长x,下面的弹簧伸长x
:BC解析:以AB为整体进行研究,其加速度为gsingcos,然后12
1
再隔离B物体进行研究,根据牛顿第二律可知答案为BC
对m、m所组成的整体,有:
12kx(mm)g
1112
对m有
2kxmg
222
(mm)gmg
平板把m托起后,m上升的高度为hxx122
2212kk
12
〔2〕用力托起后,上面的弹簧必伸长,下面的弹簧必缩短,设形变量为x,人
对m的托力为F,
对m、m、m所组成的整体,有Fkx(mmm)g
12112
对m有kxkxmg
1121
kmgkmg
联立解出F(mmm)g11或F(mm)g21
122
k1k2k1k2