暑期预读课程06 《重力、弹力和摩擦力》 讲义--（2019） 新人教版高中物理必修一（学生教师版）.rar

1 / 6新人教版高中物理必修 1 暑期预读课程（2021）第第 6 课时课时：重力、：重力、弹弹力和摩擦力力和摩擦力知识透视知识透视一、重力、基本相互作用1.力的图示：用带箭头的(有向)线段精确表示力。线段按一定的比例(标度)画出，它的长短表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭尾(或箭头)表示力的作用点，线段所在的直线叫做力的作用线。这种表示力的方法，叫做力的图示(如图所示)。2.力的示意图：用一条带箭头的(有向)线段粗略表示力，表示物体在 这个方向受到了某个力的作用。来源:Zxxk.Com3.重力的大小、方向及重心(1)产生条件：由于地球的吸引而使物体受到的作用力，施力物体为地球。(2)三要素：大小：Gmg，其中 g9.8N/kg。方向：竖直向下，而不能说成是“垂直向下”或“指向地心”。作用点：重心。形状规则且质量分布均匀的物体的重心在其几何中心。(3)重心：物体的各部分所受重力的等效作用点，并非只有重心才受重力作用。质量均匀、形状规则的物体的重心与其几何中心重合。悬挂法适用于薄板状物体确定重心位置。4.四种基本相互作用(1)万有引力作用：任何两物体间都普遍存在的一种相互吸引作用。(2)电磁相互作用：电荷与电荷，磁体与磁体间的相互作用，本质上是同一种相互作用的不同表现。(3)强相互作用：组成原子核的核子间的相互作用。作用范围小，与万有引力作用和电磁作用相比，受距离变化的影响更大。(4)弱相互作用：发生在放射现象中，作用范围与强相互作用相同，但强度很弱。【典型例题 1】关于重力的说法中正确的是（ ）A重力 G 跟质量 m 的关系式 G=mg 中，g 一定等于 9.8 m/s2B重力的方向总是指向地心 2 / 6C重力就是物体对水平桌面的压力D不论物体是静止还是运动，受到的重力都一样【典型例题 2】关于重心，下列说法正确的是（ ）A物体的重心一定在物体上B物体的质量全部集中在重心上C物体的重心位置跟物体的质量分布情况和物体的形状有关D物体的重心跟物体的质量分布没有关系二、弹力1.弹性形变和弹力(1)弹性形变：撤去作用力时能够恢复原状的形变。来源:学科网(2)弹力：发生弹性形变的物体恢复原状时，对与它接触的物体产生的作用力。(3)常见的弹 力及方向：支持力、压力、绳的拉力(4)弹力产生的条件：两物体间直接接触、接触面发生弹性形变。(5)弹力是否存在的判断方法：根据弹力产生的条件判断：该方法适用于对发生明显形变的物体的弹力的判断，如弹簧、橡皮条、海绵等。假设法：可假设该物体所接触的某接触面被撤去，看物体所处的状态是否发生变化，从而确定是否受该接触面的弹力，该方法较适合判断处于平衡状态的物体受到的弹力。还可以假设“存在”或“不存在”弹力，若与实际情况相符，则假设成立，若与实际情况不相符，则假设不成立。2.胡克定律及应用(1)胡克定律：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小 F 与弹簧的伸长量或压缩量 x 成正比。(2)表达式：Fkx。(3)k 为弹簧的劲度系数，其大小只与弹簧自身因素有关。【典型例题 3】(2021广州天河区期末)一本书放在水平桌面上，桌面对书有支持力 N，书对桌面有压力F，下列说法正确的是（ ）A压力 F 实际上是由于桌面发生微小的弹性形变而对桌面产生的向下的弹力B压力 F 实际上是由于书发生微小的弹性形变而对桌面产生的向下的弹力C支持力 N 实际上就是书受到的重力D压力 F 和支持力 N 是一对平衡力【典型例题 4】(2021 广东汕头期末) 如图甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连。当 3 / 6对弹簧施加变化的作用力（拉力或压力）时，在电脑上得到了弹簧长度的形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图像（如图乙） 。则下列判断正确的是（） A. 弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B. 弹力的增加量与对应的弹簧长度成正比C. 该弹簧的劲度系数是 2 N/mD. 该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变三、摩擦力1.两个只有相对运动趋势的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力叫静摩擦力 。2.两个有相对滑动的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动的力叫滑动摩擦力。滑动摩擦力的大小跟压力成正比，也就是跟两个物体表面间的垂直作用力成正比。如果用 F 表示滑动摩擦力的大小，用 FN 表示压力的大小，则有其中 是比例常数(它是两个力的比值，没有单位)，叫做动摩擦因数，它的数值跟相互接触的两个物体的材料有关。材料不同，两物体间的动摩擦因数也不同，动摩擦因数还跟接触面的情况(如粗糙程度)有关。3.静摩擦力和滑动摩擦力的对比摩擦力静摩 擦力滑动摩擦力产生条件两物体接触且有弹力；接触面不光滑；两物体之间有相对运动趋势两物体接触且有弹力；接触面不光滑；两物体间有相对运动大小静摩擦力 F 为被动力，与正压力无关，满足 0FfFmax；最大静摩擦力 Fmax大小与正压力大小有关滑动摩擦力：FfFN( 为动摩擦因数，取决于接触面材料及粗糙程度，FN为正压力) 4 / 6方向与接触面相切，并 且跟物体的相对运动趋势方向相反与接触面相切，并且跟物体的相对运动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4.用二力平衡条件判断静摩擦力的大小和方向根据物体的运动状态判断：看除要研究的摩擦力外，物体所受的其他作用力与物体的运动状态是否满足相应的受力特点(目前主要应用二力平衡的规律)，若需要向左的摩擦力才能使物体的受力情况与运动情况满足相应的规 律，则摩擦力向左；若需要向右的摩擦力才能使物体的受力情况与运动情况满足相应的规律，则摩擦力向右。【典型例题 5】一物块放在固定斜面上，物块处于静止状态，如图所示。下列说法正确的是（ ）A物块不受摩擦力B物块受到沿斜面向上的摩擦力C物块受到沿斜面向下的摩擦力D物块受到水平向右的摩擦力【典型例题 6】（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 Ffm21 NB.木箱所受的最大静摩擦力 Ffm20 NC.木箱与地面间的动摩擦因数 0.21D.木箱与地面间的动摩擦因数 0.2变式精选变式精选1.下列说法中正确的是（ ）A重心一定在物体上 B相互接触的物体间一定有弹力C不受到弹力的物体不会受到摩擦力 D摩擦力的方向一定与物体运动方向相反 5 / 62.（2019浙江杭州桐庐月考）双层巴士靠站后，上车乘客向上层的后方走动，此时，车的重心（ ）A向前上方移动 B向后上方移动C向上移动 D不变3. 图中光滑小球都与下表面接触，则小球一定受支持力的是( )4.足球运动是目前全球体育界最具影响力的运动项目，深受青少年喜爱。如图所示为四种与足球有关的情景，下列说法正确的是()A.图甲中，静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力B.图乙中，静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力C.图丙中，即将被踢起的足球一定能被看作质点D.图丁中，落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变5.在国际田联钻石联赛上海站百米大战中，苏炳添以 10 秒 09 的成绩夺冠，成为第一个在钻石联赛百米大战中夺冠的中国人。图 6 甲、乙为他奔跑途中的两个瞬间，其受力可简化成图丙、丁。用 Ff1、Ff2分别表示他在图甲、乙两瞬间所受到的摩擦力，则关于 Ff1、Ff2的方向，以下说法正确的是( )A.Ff1向后，Ff2向后 B.Ff1向前，Ff2向前 6 / 6C.Ff1向前，Ff2向后 D.Ff1向后；Ff2向前6.（2016江苏卷）一轻质弹簧原长为 8 cm，在 4 N 的拉力作用下伸长了 2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为（ ）A40 m/N B40 N/m C200 m/N D200 N/m7.(2019西宁模拟)图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()8.一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11 所示，其中 F110 N，F22 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.09.如图所示，弹簧测力计和细绳重力不计，不计一切摩擦，物体的重力为 G5 N。当装置稳定时，弹簧测力计 A 和 B 的读数分别为( )A.5 N、0 B.5 N、10 NC.5 N、5 N D.10 N、5 N10.下列情景中，物体 M 所受摩擦力 Ff的示意图正确的是() 1 / 8新人教版高中物理必修 1 暑期预读课程（2021）第第 6 课时课时：重力、：重力、弹弹力和摩擦力力和摩擦力知识透视知识透视一、重力、基本相互作用1.力的图示：用带箭头的(有向)线段精确表示力。线段按一定的比例(标度)画出，它的长短表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭尾(或箭头)表示力的作用点，线段所在的直线叫做力的作用线。这种表示力的方法，叫做力的图示(如图所示)。2.力的示意图：用一条带箭头的(有向)线段粗略表示力，表示物体在 这个方向受到了某个力的作用。来源:Zxxk.Com3.重力的大小、方向及重心(1)产生条件：由于地球的吸引而使物体受到的作用力，施力物体为地球。(2)三要素：大小：Gmg，其中 g9.8N/kg。方向：竖直向下，而不能说成是“垂直向下”或“指向地心”。作用点：重心。形状规则且质量分布均匀的物体的重心在其几何中心。(3)重心：物体的各部分所受重力的等效作用点，并非只有重心才受重力作用。质量均匀、形状规则的物体的重心与其几何中心重合。悬挂法适用于薄板状物体确定重心位置。4.四种基本相互作用(1)万有引力作用：任何两物体间都普遍存在的一种相互吸引作用。(2)电磁相互作用：电荷与电荷，磁体与磁体间的相互作用，本质上是同一种相互作用的不同表现。(3)强相互作用：组成原子核的核子间的相互作用。作用范围小，与万有引力作用和电磁作用相比，受距离变化的影响更大。(4)弱相互作用：发生在放射现象中，作用范围与强相互作用相同，但强度很弱。【典型例题 1】关于重力的说法中正确的是（ ）A重力 G 跟质量 m 的关系式 G=mg 中，g 一定等于 9.8 m/s2B重力的方向总是指向地心 2 / 8C重力就是物体对水平桌面的压力D不论物体是静止还是运动，受到的重力都一样【答案】D【解析】重力加速度 g 随纬度的变化而变化，并不是一定等于 9.8 m/s2，A 错误；重力的方向总是竖直向下的，但不一定指向地心，B 错误；重力是地球的引力产生的，而压力是由于物体间的相互挤压而产生的，故重力不是压力，C 错误；地球上同一个位置处，同一物体受到的重力相同，不论物体是静止还是运动，D 正确。【典型例题 2】关于重心，下列说法正确的是（ ）A物体的重心一定在物体上B物体的质量全部集中在重心上C物体的重心位置跟物体的质量分布情况和物体的形状有关D物体的重心跟物体的质量分布没有关系【答案】C【解析】物体的重心由物体的质量分布与物体形状决定，质量分布均匀、形状规则的物体重心在其几何重心，质量分布不均匀、有规则形状的物体重心不一定在它的几何中心，C 正确。二、弹力1.弹性形变和弹力(1)弹性形变：撤去作用力时能够恢复原状的形变。来源:学科网(2)弹力：发生弹性形变的物体恢复原状时，对与它接触的物体产生的作用力。(3)常见的弹 力及方向：支持力、压力、绳的拉力(4)弹力产生的条件：两物体间直接接触、接触面发生弹性形变。(5)弹力是否存在的判断方法：根据弹力产生的条件判断：该方法适用于对发生明显形变的物体的弹力的判断，如弹簧、橡皮条、海绵等。假设法：可假设该物体所接触的某接触面被撤去，看物体所处的状态是否发生变化，从而确定是否受该接触面的弹力，该方法较适合判断处于平衡状态的物体受到的弹力。还可以假设“存在”或“不存在”弹力，若与实际情况相符，则假设成立，若与实际情况不相符，则假设不成立。2.胡克定律及应用(1)胡克定律：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小 F 与弹簧的伸长量或压缩量 x 成正比。(2)表达式：Fkx。 3 / 8(3)k 为弹簧的劲度系数，其大小只与弹簧自身因素有关。【典型例题 3】(2021广州天河区期末)一本书放在水平桌面上，桌面对书有支持力 N，书对桌面有压力F，下列说法正确的是（ ）A压力 F 实际上是由于桌面发生微小的弹性形变而对桌面产生的向下的弹力B压力 F 实际上是由于书发生微小的弹性形变而对桌面产生的向下的弹力C支持力 N 实际上就是书受到的重力D压力 F 和支持力 N 是一对平衡力【答案】B【解析】书对桌面的压力实际上是由于书发生微小形变，想恢复原来的形状对桌面产生向下的弹力，故 A错误，B 正确；桌面对书的支持力实际上是由于桌面发生微小形变，想恢复原来的形状对书产生向上的弹力，并不是书的重力，故 C 错误；压力 F 和支持力 N 是分别作用在桌面和书上的，是一对相互作用力，故 D 错误故选 B【典型例题 4】(2021 广东汕头期末) 如图甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连。当对弹簧施加变化的作用力（拉力或压力）时，在电脑上得到了弹簧长度的形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图像（如图乙） 。则下列判断正确的是（）A. 弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比B. 弹力的增加量与对应的弹簧长度成正比C. 该弹簧的劲度系数是 2 N/mD. 该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变【答案】D【解析】因为此图像是弹簧长度的形变量与弹簧产生的弹力大小的关系图像，可知弹力的增加量与对应的弹簧长度的增加量成正比， AB 错误；该弹簧的劲度系数是，C 错误；劲度系数由20N200N/m0.1mk 弹簧本身的性质决定，故该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变， D 正确。 4 / 8三、摩擦力1.两个只有相对运动趋势的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力叫静摩擦力 。2.两个有相对滑动的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动的力叫滑动摩擦力。滑动摩擦力的大小跟压力成正比，也就是跟两个物体表面间的垂直作用力成正比。如果用 F 表示滑动摩擦力的大小，用 FN 表示压力的大小，则有其中 是比例常数(它是两个力的比值，没有单位)，叫做动摩擦因数，它的数值跟相互接触的两个物体的材料有关。材料不同，两物体间的动摩擦因数也不同，动摩擦因数还跟接触面的情况(如粗糙程度)有关。3.静摩擦力和滑动摩擦力的对比摩擦力静摩 擦力滑动摩擦力产生条件两物体接触且有弹力；接触面不光滑；两物体之间有相对运动趋势两物体接触且有弹力；接触面不光滑；两物体间有相对运动大小静摩擦力 F 为被动力，与正压力无关，满足 0FfFmax；最大静摩擦力 Fmax大小与正压力大小有关滑动摩擦力：FfFN( 为动摩擦因数，取决于接触面材料及粗糙程度，FN为正压力)方向与接触面相切，并 且跟物体的相对运动趋势方向相反与接触面相切，并且跟物体的相对运动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4.用二力平衡条件判断静摩擦力的大小和方向根据物体的运动状态判断：看除要研究的摩擦力外，物体所受的其他作用力与物体的运动状态是否满足相应的受力特点(目前主要应用二力平衡的规律)，若需要向左的摩擦力才能使物体的受力情况与运动情况满足相应的规 律，则摩擦力向左；若需要向右的摩擦力才能使物体的受力情况与运动情况满足相应的规律，则摩擦力向右。【典型例题 5】一物块放在固定斜面上，物块处于静止状态，如图所示。下列说法正确的是（ ）A物块不受摩擦力B物块受到沿斜面向上的摩擦力 5 / 8C物块受到沿斜面向下的摩擦力D物块受到水平向右的摩擦力【答案】B【解析】若斜面光滑，物块会下滑，说明物块相对于斜面有向下滑动的趋势，故物块受到沿斜面向上的静摩擦力，故 B 正确，A、C、D 错误。【典型例题 6】（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 Ffm21 NB.木箱所受的最大静摩擦力 Ffm20 NC.木箱与地面间的动摩擦因数 0.21D.木箱与地面间的动摩擦因数 0.2【答案】AD【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 F21 N 时，摩擦力变为滑动摩擦力，大小为 20 N，木箱与地面间的动摩擦因数 0.2，选项 A、D 正确。Ffmg变式精选变式精选1.下列说法中正确的是（ ）A重心一定在物体上 B相互接触的物体间一定有弹力C不受到弹力的物体不会受到摩擦力 D摩擦力的方向一定与物体运动方向相反【答案】C【解析】物体的重心可能在物体上，也可能在物体的外部，选项 A 错误；相互接触的物体间必须有形变才会产生弹力，选项 B 错误；弹力是产生摩擦力的条件之一，不受到弹力的物体不会受到摩擦力，选项 C 正确；摩擦力的方向可能与物体运动方向相同，也可能相反，选项 D 错误；故选 C。2.（2019浙江省杭州市桐庐县分水高中第三次月考）双层巴士靠站后，上车乘客向上层的后方走动，此时，车的重心 6 / 8A向前上方移动 B向后上方移动C向上移动 D不变【答案】B【解析】在移动过程中，公交车后上方的质量增大，所以车的重心向后上方运动，故 B 正确，ACD 错误。故选 B。3. 图中光滑小球都与下表面接触，则小球一定受支持力的是( )【答案】C4.足球运动是目前全球体育界最具影响力的运动项目，深受青少年喜爱。如图所示为四种与足球有关的情景，下列说法正确的是()A.图甲中，静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力B.图乙中，静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力C.图丙中，即将被踢起的足球一定能被看作质点D.图丁中，落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变【答案】D5.在国际田联钻石联赛上海站百米大战中，苏炳添以 10 秒 09 的成绩夺冠，成为第一个在钻石联赛百米大战中夺冠的中国人。图 6 甲、乙为他奔跑途中的两个瞬间，其受力可简化成图丙、丁。用 Ff1、Ff2分别表示他在图甲、乙两瞬间所受到的摩擦力，则关于 Ff1、Ff2的方向，以下说法正确的是( ) 7 / 8A.Ff1向后，Ff2向后 B.Ff1向前，Ff2向前C.Ff1向前，Ff2向后 D.Ff1向后；Ff2向前【答案】C【解析】在苏炳添奔跑途中，后脚用力向后蹬，他才向前运动，正是由于地面给后脚一个向前的静摩擦力，才使他能向前运动；而当前脚向前跨出着地时，正是由于地面给前脚一个向后的静摩擦力，他才不会向前滑动，所以前脚受到地面的向后的静摩擦力，故选项 C 正确。6.（2016江苏卷）一轻质弹簧原长为 8 cm，在 4 N 的拉力作用下伸长了 2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为（ ）A40 m/N B40 N/m C200 m/N D200 N/m【答案】D【解析】由题意知，弹簧的弹力为 4 N 时，弹簧伸长 2 cm，根据胡克定律 F=kx，代入数据可得弹簧的劲度系数 k=200 N/m，所以 ABC 错误，D 正确。7.(2019西宁模拟)图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()【答案】C【解析】轻质杆对物体的弹力不一定沿着杆的方向，选项 A 中小球只受重力和杆的弹力且处于静止状态，由二力平衡可得小球受到的弹力应竖直向上，所以 A 错误；选项 B 中如果左边的绳有拉力，则竖直向上的那根绳就会发生倾斜，所以左边的绳没有拉力，故 B 错误；对于球与面接触的弹力方向，过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上)，即选项 D 中大半球对小球的支持力 FN2应是沿着过小球与圆弧接触点的半径，且指向圆心的弹力，所以 D 错误；球与球相接触的弹力方向，垂直于过接触点的公切面(即在两球心的连线上)，而指向受力物体，由上可知 C 正确。 8 / 88.一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11 所示，其中 F110 N，F22 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【答案】C【解析】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。则最大静摩擦力 Ffmax8 N。当撤去力 F1后，F22 NFfmax，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。9.如图所示，弹簧测力计和细绳重力不计，不计一切摩擦，物体的重力为 G5 N。当装置稳定时，弹簧测力计 A 和 B 的读数分别为( )A.5 N、0 B.5 N、10 NC.5 N、5 N D.10 N、5 N【答案】C【解析】弹簧测力计的示数为弹簧测力计挂钩上所受力的大小，无论弹簧测力计的右端是固定在支架上还是挂上重物，其作用效果都是相同的，所以弹簧测力计受到的拉力的大小都等于物体所受的重力的大小，选项 C 正确。10.下列情景中，物体 M 所受摩擦力 Ff的示意图正确的是()【答案】B【解析】物体静止在水平面上时，不受摩擦力，选项 A 错误；汽车停在斜坡上时，有沿斜坡向下滑动的趋势，则摩擦力方向沿斜坡向上，选项 B 正确；物体贴着竖直墙壁自由下落时，物体与墙壁间没有正压力，则没有摩擦力，选项 C 错误；瓶子被握在手中时，有下滑的趋势，则摩擦力方向向上，选项 D 错误。