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2022版高考物理一轮复习 第2章 相互作用 第1节 重力 弹力 摩擦力教案

2022版高考物理一轮复习 第2章 相互作用 第1节 重力 弹力 摩擦力教案

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姓名：

- 13 -

第1节 重力 弹力 摩擦力
[选择性考试备考指南]
考点内容
要求
命题分析
核心素养
形变、弹性、胡克定律
Ⅰ
1．高考对本章的考查常为选择题和实验题形式，以考查基本知识和方法应用为主，难度中等。
2．命题热点侧重于弹力、摩擦力的分析与计算；受力分析、共点力的静态平衡和动态平衡问题。
物理观念：重力、重心、形变、弹力、摩擦力、合力与分力、力的合成、力的分解、矢量与标量。
科学思维：轻杆(绳)模型、轻弹簧模型、胡克定律、平行四边形定则、整体法、隔离法、合成法、分解法。
科学探究：探究弹簧形变与弹力的关系、研究两个互成角度的共点力的合成规律。
科学态度与责任：在生产、生活情境中，体验物理学技术的应用。
滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦力
Ⅰ
矢量和标量
Ⅰ
力的合成和分解
Ⅱ
共点力的平衡
Ⅱ
实验二：探究弹力和弹簧伸长量的关系

实验三：验证力的平行四边形定则

第1节　重力　弹力　摩擦力

一、重力
1．产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。
2．大小：与物体的质量成正比，即G＝mg。可用弹簧测力计测量重力。
3．方向：总是竖直向下的。
4．重心：其位置与物体的质量分布和形状有关。
5．重心位置的确定
质量分布均匀、形状规则的物体，重心在其几何中心；对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板，重心可用悬挂法确定。
二、弹力
1．形变
物体在力的作用下形状或体积的变化叫形变。
2．弹性
(1)弹性形变：有些物体在形变后撤去作用力能够恢复原状的形变。
(2)弹性限度：当形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹性限度。
3．弹力
(1)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫作弹力。
(2)产生条件：物体相互接触且发生弹性形变。
(3)方向：弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。
4．胡克定律
(1)内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。
(2)表达式：F＝kx。
①k是弹簧的劲度系数，单位为N/m；k的大小由弹簧自身性质决定。
②x是形变量，但不是弹簧形变以后的长度。
三、摩擦力
1．静摩擦力与滑动摩擦力对比
　　名称
项目　　
静摩擦力
滑动摩擦力
定义
两相对静止的物体间的摩擦力
两相对运动的物体间的摩擦力
产生
条件
(1)接触面粗糙
(2)接触处有压力
(3)两物体间有相对运动趋势
(1)接触面粗糙
(2)接触处有压力
(3)两物体间有相对运动
大小
(1)静摩擦力为被动力，与正压力无关，满足0<Ff≤Ffm
(2)最大静摩擦力Ffm大小与正压力大小有关
Ff＝μFN
方向
与受力物体相对运动趋势的方向相反
与受力物体相对运动的方向相反
作用
效果
总是阻碍物体间的相对运动趋势
总是阻碍物体间的相对运动
2.动摩擦因数
(1)定义：彼此接触的物体发生相对运动时，摩擦力的大小和压力的比值，μ＝。
(2)决定因素：与接触面的材料和粗糙程度有关。

一、思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
1．重力的方向一定指向地心。 (×)
2．物体所受弹力的方向与自身形变的方向相同。 (√)
3．轻绳、轻杆的弹力方向一定沿绳、杆。 (×)
4．运动的物体也可以受到静摩擦力作用。 (√)
5．两物体间正压力增大时，接触面间的摩擦力不一定增大。 (√)
6．物体间的摩擦力越大，动摩擦因数一定越大。 (×)
二、走进教材
1．(人教版必修1P55图3.2­3改编)如图所示，小车受到水平向右的弹力作用，与该弹力有关的说法中正确的是(　　)

A．弹簧发生拉伸形变
B．弹簧发生压缩形变
C．该弹力是小车形变引起的
D．该弹力的施力物体是小车
[答案]　A
2．(人教版必修1P52图3.1­4改编)(多选)如图所示，两辆车在以相同的速度做匀速运动，根据图中所给信息和所学知识你可以得出的结论是(　　)

A．物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中于一点
B．重力的方向总是垂直向下的
C．物体重心的位置与物体形状和质量分布有关
D．力是使物体运动的原因
AC　[物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中于一点，这个点就是物体的重心，重力的方向总是和水平面垂直，是竖直向下而不是垂直向下，所以A正确，B错误；从题图中可以看出，汽车(包括货物)的形状和质量分布发生了变化，重心的位置就发生了变化，故C正确；力不是使物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，所以D错误。]
3．(沪科版必修1P81T8改编)(多选)如图所示，在粗糙的水平面上叠放着物体A和B，A和B间的接触面也是粗糙的，如果用水平拉力F施于A，而A、B仍保持静止，则下面的说法中正确的是(　　)

A．物体A与地面间的静摩擦力的大小等于F
B．物体A与地面间的静摩擦力的大小等于零
C．物体A与B间的静摩擦力的大小等于F
D．物体A与B间的静摩擦力的大小等于零
AD　[以A、B整体为研究对象，分析受力可知，整体水平方向受到拉力F和地面对A的静摩擦力fA，由平衡条件得到fA＝F，故A正确，B错误；以B为研究对象，分析受力可知，B相对于A没有运动趋势，B不受静摩擦力，即物体A与B间的静摩擦力的大小等于零，故C错误，D正确。]

重力　弹力的分析与判断　
1．下列关于重力的说法正确的是(　　)
A．重力的方向不一定竖直向下
B．重力是由于物体受到地球的吸引而产生的
C．所有物体的重心都在物体上
D．只有静止的物体才受到重力
B　[重力是由于地球的吸引而产生的，重力的大小与运动状态无关，其方向总是竖直向下的，重心是重力的作用点，可能在物体之上，也可能在物体之外，故A、C、D错误，B正确。]
2.(2020·北京第二中学月考)如图所示，一小车的上表面由一光滑水平面和光滑斜面连接而成，其上放一球，球与水平面的接触点为a，与斜面的接触点为b。当小车和球一起在水平桌面上做直线运动时，下列结论正确的是(　　)

A．球在a、b两点处一定都受到支持力
B．球在a点处一定受到支持力，在b点处一定不受支持力
C．球在a点处一定受到支持力，在b点处不一定受到支持力
D．球在a点处不一定受到支持力，在b点处也不一定受到支持力
D　[若小车和球一起做匀速直线运动，则球在b点处不受支持力作用；若小车和球一起向左做匀加速(或者向右做匀减速)直线运动，则球在a点处受到的支持力可能为零，选项D正确。]
3.如图所示为一轻质弹簧的长度和弹力大小的关系图象。根据图象判断，正确的结论是(　　)

A．弹簧的原长为6 cm
B．弹簧的劲度系数为1 N/m
C．可将图象中右侧的图线无限延长
D．该弹簧两端各加2 N拉力时，弹簧的长度为10 cm
A　[由题图读出，弹簧的弹力F＝0时，弹簧的长度为L0＝6 cm，即弹簧的原长为6 cm，故A正确；由题图读出弹力为F1＝2 N时，弹簧的长度为L1＝4 cm，弹簧压缩的长度x1＝L0－L1＝2 cm＝0.02 m，由胡克定律得弹簧的劲度系数为k＝＝＝100 N/m，故B错误；弹簧都有一定的弹性限度，故右侧图线的长度不能无限延长，故C错误；该弹簧两端各加2 N拉力时，弹簧弹力为2 N，弹簧伸长2 cm，长度为8 cm，故D错误。]

1．弹力有无的判断

2．弹力方向的判断方法
(1)常见模型中弹力的方向。

(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．弹力大小的计算方法
(1)根据胡克定律进行求解。
(2)根据力的平衡条件进行求解。
(3)根据牛顿第二定律进行求解。
摩擦力的分析与计算　
1．静摩擦力有无及方向的判断方法
假设法

状态法
根据平衡条件、牛顿第二定律，通过受力分析确定静摩擦力的有无及方向
转换对
象法
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.摩擦力大小的计算
(1)静摩擦力大小的计算
①物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)，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，应用此公式时要注意以下两点：
①μ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积的大小均无关。
　A、B、C三物块的质量分别为M、m和m0，按如图所示连接。绳子不可伸长，且绳子和滑轮的质量、滑轮的摩擦均不计。若B随A一起沿水平桌面做匀速运动，则可以断定(　　)

A．物块A与桌面之间有摩擦力，大小为m0g
B．物块A与B之间有摩擦力，大小为m0g
C．桌面对A、B对A都有摩擦力，两者方向相同，合力为m0g
D．桌面对A、B对A都有摩擦力，两者方向相反，合力为m0g
审题指导：
关键语句
获取信息
滑轮的摩擦不计
滑轮处为“活结”模型，水平绳和竖直绳弹力相等
B随A一起沿水平桌面做匀速运动
A、B、C均处于平衡状态，A与桌面的滑动摩擦力等于绳子的拉力
A　[因为B随A一起沿水平桌面做匀速运动，所以B和A受到水平向右的拉力和水平向左的摩擦力，以及竖直向下的重力和竖直向上的支持力，因此A受到桌面对其向左的摩擦力等于绳子的拉力，因为拉力等于C的重力，所以物体A与桌面间的摩擦力等于拉力，即m0g，A正确；对B进行受力分析，根据状态法或假设法可知B受重力、支持力，故B不会受到A的摩擦力，故A、B间没有摩擦力，B、C、D错误。]
　摩擦力分析与计算的三点注意
1．分析物体的运动状态，判断是静摩擦力还是滑动摩擦力。
2．滑动摩擦力用公式Ff＝μFN计算，而静摩擦力要借助其他公式，如：利用平衡条件列方程或牛顿第二定律列方程等。
3．“f＝μFN”中FN不一定等于物体的重力，如斜面上的物体，且FN与重力G在大小上没有关系。

1．如图甲所示为某公司研制的“双动力智能型救援机器人”(又被网友称为“麻辣小龙虾”)，其长长的手臂前端有两个对称安装的“铁夹”。在某次救援活动中，“麻辣小龙虾”用铁夹恰好竖直抓取到重量为G的长方形水泥制品，水泥制品在空中处于静止状态，如图乙所示，则(　　)

甲　　　　　乙
A．水泥制品受到的摩擦力大小一定等于G
B．水泥制品受到的摩擦力方向可能竖直向下
C．若铁夹的位置稍向上移，水泥制品受到的摩擦力变大
D．若增大铁夹对水泥制品的挤压，水泥制品受到的摩擦力变大
A　[水泥制品在竖直方向只受到重力和摩擦力，水泥制品静止，故重力与摩擦力大小一定相等，重力竖直向下，摩擦力竖直向上，选项A正确，B、C错误；静摩擦力的大小与压力无关，选项D错误。]
2.如图所示，质量为M的长木板放在水平地面上，放在长木板上的质量为m的木块在水平向右的拉力F的作用下向右滑行，长木板保持静止。已知木块与长木板间的动摩擦因数为μ1，长木板与地面间的动摩擦因数为μ2，下列说法正确的是(　　)

A．地面对长木板的摩擦力的大小一定为μ1mg
B．地面对长木板的摩擦力的大小一定为μ2Mg
C．地面对长木板的摩擦力的大小一定为μ2(m＋M)g
D．只要拉力F增大到足够大，长木板一定会与地面发生相对滑动
A　[木块所受木板的滑动摩擦力大小为f1＝μ1mg，方向水平向左，根据牛顿第三定律得知，木板受到木块的摩擦力方向水平向右，大小等于μ1mg；木板处于静止状态，水平方向受到木块的滑动摩擦力和地面的静摩擦力，根据平衡条件可知木板受到地面的摩擦力的大小也是μ1mg，木板相对于地面处于静止状态，不能使用滑动摩擦力的公式计算木板受到的地面的摩擦力，所以木板与地面之间的摩擦力不一定是μ2(m＋M)g，故A正确，B、C错误；开始时木板处于静止状态，说明木块与木板之间的摩擦力小于木板与地面之间的最大静摩擦力，与拉力F的大小无关，所以即使拉力F增大到足够大，木板仍静止，故D错误。]
3．(2021·湖北新高考适应性考试)如图所示，矩形平板ABCD的AD边固定在水平面上，平板与水平面夹角为θ，AC与AB的夹角也为θ，质量为m的物块在平行于平板的拉力作用下，沿AC方向匀速运动。物块与平板间的动摩擦因数μ＝tan θ，重力加速度大小为g，拉力大小为(　　)

A．2mgsin θcos B．2mgsin θ
C．2mgsin D．mgsin θcos
A　[重力沿斜面的分力平行于CD向下，滑动摩擦力与运动方向相反，受力分析有Gx＝mgsin θ，f＝μmgcos θ，根据余弦定理F＝＝2mgsin θcos，故选A。]
摩擦力的突变问题　
摩擦力突变问题的“临界点”
1．题目中出现“最大”“最小”和“刚好”等关键词时，一般隐藏着摩擦力突变的临界问题。题意中某个物理量在变化过程中会发生突变，这可能导致摩擦力突变，则该物理量突变时的状态即为临界状态。
2．存在静摩擦力的情景中，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。
　“静—静”突变
物体在摩擦力和其他力的共同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，物体虽然仍保持相对静止，但物体所受的静摩擦力发生突变。
1.一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
C　[当物体受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时，由平衡条件可知物体所受的摩擦力的大小为8 N，方向向左，可知最大静摩擦力f静max≥8 N。当撤去力F1后，F2＝2 N<f静max，物体仍处于静止状态，由平衡条件可知物体所受的静摩擦力大小和方向发生突变，且与作用在物体上的F2等大反向，选项C正确。]
　“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。
2.(2020·河南洛阳模拟)如图所示，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，摩擦力Ff的大小随θ角变化最有可能的是(　　)

A　　　　B　　　　C　　 　　D
B　[当Ff为静摩擦力时Ff＝mgsin θ，即Ff按正弦规律变化；当木块滑动后Ff为滑动摩擦力，Ff＝μFN＝μmgcos θ，即Ff按余弦规律变化，故选项B正确。]
　“动—静”突变
在滑动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“突变”为静摩擦力。
3.如图所示，斜面固定在地面上，倾角为37°(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)。质量为1 kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上自由滑行(斜面足够长，该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8)，则该滑块所受摩擦力F随时间变化的图象是下图中的(取初速度v0的方向为正方向，g＝10 m/s2)(　　)

A　　　　　　　　　B

C　　　　　　　　　D
B　[滑块上滑过程中受到滑动摩擦力作用，由F＝μFN和FN＝mgcos θ联立得F＝6.4 N，方向沿斜面向下。当滑块的速度减为零后，由于重力的分力mgsin θ<μmgcos θ，滑块不动，滑块受的摩擦力为静摩擦力，由平衡条件得F＝mgsin θ，代入数据可得F＝6 N，方向沿斜面向上，故选项B正确。]
　“动—动”突变
在滑动摩擦力作用下运动至达到共同速度后，如果在静摩擦力作用下不能保持相对静止，则物体将受滑动摩擦力作用，且其方向发生反向。
4.(多选)如图所示，足够长的传送带与水平面夹角为θ，以速度v0逆时针匀速转动。在传送带的上端轻轻放置一个质量为m的小木块，小木块与传送带间的动摩擦因数μ<tan θ，则下列选项中能客观地反映小木块的受力和运动情况的是(　　)

A　　　　B　　　　C　　　　D
BD　[当小木块速度小于传送带速度时，小木块相对于传送带向上滑动，小木块受到的滑动摩擦力沿传送带向下，加速度a＝gsin θ＋μgcos θ；当小木块速度达到传送带速度时，由于μ<tan θ，即μmgcos θ<mgsin θ，所以速度能够继续增加，此时滑动摩擦力的大小不变，而方向突变为向上，a＝gsin θ－μgcos θ，加速度变小，则v­t图象的斜率变小，所以B、D正确。]