第二章

相互作用——力

【課標要求】1.認識重力、彈力與摩擦力。通過實驗,了解胡克定律。知道滑動摩擦和靜摩擦現象,能用動摩擦因數計算滑動摩擦力的大小。2.通過實驗,了解力的合成與分解,知道矢量和標量。能用共點力的平衡條件分析生產生活中的問題。重力彈力摩擦力第1講

情境導思如圖所示,樹上的蘋果會落向地面;建筑工地上工人常用重垂線來檢測墻壁是否豎直;雜技演員輕松地頂住從高處落下的壇子;一小孩在健身器材上爬桿玩耍。(1)為什么樹上的蘋果總要落向地面?為什么使用重垂線能檢測墻壁是否豎直?(2)雜技演員頂壇時頭頂受到的壓力產生的直接原因是什么?(3)小孩在健身器材上爬桿玩耍時的摩擦力情況如何?【答案】吸引mg豎直向下彈性形變相反正比相對運動相對運動μF壓相反相對運動相對靜止相對運動趨勢相反相對運動趨勢1.(多選)關于重力和彈力,下列說法正確的是(

)[A]在地球上的物體都要受到重力作用,所受的重力與它的運動狀態無關,也與是否存在其他力的作用無關[B]在地球各處的重力方向都是一樣的[C]兩個物體只要接觸就一定有彈力[D]彈力的方向一定與施力物體發生彈性形變的方向相反AD2.如圖所示,重為500N的沙發放在水平地面上,某同學沿水平方向推沙發,當水平推力大小為90N時沙發恰好開始運動。沙發運動后,用75N的水平力即可使沙發保持勻速直線運動。下列說法正確的是(

)[A]沙發與地面之間的動摩擦因數為0.18[B]若用80N的水平力推靜止的沙發,沙發所受的摩擦力大小為75N[C]若用100N的水平力推靜止的沙發,沙發所受的摩擦力大小為100N[D]若用50N的水平力推已經運動的沙發,沙發所受的摩擦力大小為75ND重力和重心考點一1.重力(1)重力的大小與運動狀態無關,與所處的緯度和高度有關。重力加速度隨緯度的減小而減小,隨高度的增加而減小。(2)重力的方向總是“豎直向下”的,但并不一定“垂直于地面”,也不一定指向地心。(3)重力是由于地球的吸引而產生的,但重力并不等于地球的引力,它實際上是萬有引力的一個分力。2.重心(1)重心的位置可以在物體上,也可以在物體外。(2)質量分布均勻、形狀規則的物體的重心在其幾何中心上;對形狀不規則的薄物體,可用支撐法或懸掛法來確定其重心。[例1]【對重力的理解】(2025·廣西南寧階段檢測)下列關于重力的說法正確的是(

)

[A]重力等于地球對物體的吸引力

[B]運動的物體不受重力作用

[C]同一物體在地球上不同位置受到的重力可能不同

[D]重力方向垂直向下C【解析】重力是由于地球的吸引而產生的,但重力只是地球對物體的吸引力的一個分力,故A錯誤;運動的物體仍受重力作用,故B錯誤;同一物體在地球上不同位置,重力加速度大小可能不同,受到的重力可能不同,故C正確;重力方向豎直向下,故D錯誤。[變式]物體掛在彈簧測力計下,彈簧測力計的示數是否一定等于物體受到的重力?【答案】物體掛在彈簧測力計下處于平衡狀態時,彈簧測力計的示數才等于物體受到的重力。[例2]【對重心的理解】(2024·陜西咸陽階段檢測)如圖所示,將乒乓球用雙面膠粘貼于燒杯底部,往燒杯中注入一些水,用細木棍輕微撥動乒乓球,乒乓球將會從杯底上升到水面。在乒乓球從杯底上升到水面的過程中,關于由燒杯、水和乒乓球組成的系統重心位置的變化,下列說法正確的是(

)

[A]先升高后降低

[B]先降低后升高

[C]一直升高

[D]一直降低D【解析】乒乓球從杯底上升到水面的過程中,由于乒乓球的密度小于水的密度,系統的質量分布下移,重心逐漸降低。故選D。考點二彈力

物理中的輕繩、輕桿、橡皮筋、輕彈簧四個物體中,(1)受外力作用形變量較小、通常可忽略的是哪些?探尋規律提示:(1)輕繩、輕桿。(2)產生彈力方向一定沿物體本身的是哪些?彈力方向可以與其本身成任意角度的是哪個?提示:(2)輕繩、橡皮筋、輕彈簧;輕桿。

(3)既可產生拉伸、又可產生壓縮形變的是哪些?既可以產生拉伸、也可以產生壓縮、又可以產生彎曲形變的是哪個?探尋規律提示:(3)輕桿、輕彈簧;輕桿。(4)彈力大小可以突變的是哪些?不能突變的是哪些?提示:(4)輕繩、輕桿;橡皮筋、輕彈簧。 1.彈力有無的判斷2.彈力方向的判斷(1)按接觸面分。面與面點與平面點與曲面曲面與平面垂直于接觸面垂直于接觸面垂直于切面垂直于平面(2)按模型分。輕繩輕桿輕彈簧沿繩沿桿不沿桿沿彈簧[例3]【彈力方向的判斷】下列四種情境中,球或輕桿均處于靜止狀態,它與外界的接觸面(接觸點)均光滑,物體所受彈力示意圖如圖所示,其中正確的是(

)[A][B][C][D]B【解析】題圖A,若小球受到左側頂點處的彈力,則小球將向右運動,故A錯誤;題圖B,小球處于靜止狀態時受到重力與桿對小球的彈力,二者是一對平衡力,故B正確;題圖C,若小球受到左上方F1的拉力,小球將無法處于靜止狀態,故C錯誤;題圖D,桿所受彈力在左側接觸點垂直于曲面指向圓心,在右側接觸點垂直于桿,故D錯誤。[例4]【彈力有無的判斷】如圖所示,小車內沿豎直方向的一根輕質彈簧和一條與豎直方向成α角的輕質細繩拴接一小球,此時小車與小球保持相對靜止,一起在水平面上運動,則(

)

[A]細繩一定對小球有拉力

[B]輕彈簧一定對小球有彈力

[C]細繩不一定對小球有拉力,但是輕彈簧一定對小球有彈力

[D]細繩不一定對小球有拉力,輕彈簧也不一定對小球有彈力D【解析】當小車勻速運動時,彈簧彈力大小等于小球重力大小,此時細繩的拉力FT=0;當小車和小球向右做勻加速直線運動時,細繩的拉力不可能為零,彈簧彈力有可能為零,故D正確,A、B、C錯誤。[例5]【胡克定律的應用】(2024·重慶模擬)質量分別為m1、m2的小球1、2用勁度系數分別為ka、kb的a、b輕質彈簧懸掛,平衡后狀態如圖甲所示。若將小球1、2交換位置,平衡后狀態如圖乙所示,則(

)

[A]ka>kb

[B]m1<m2

[C]m1>m2

[D]ka<kbC【解析】對題圖甲中的小球2和題圖乙中的小球1進行受力分析,有mg=kbΔx,對比可知題圖乙中彈簧b伸長量較長,則有m1>m2,故B錯誤,C正確;對題圖甲中的小球1進行受力分析,有kaΔxa=kbΔxb+m1g,由于a、b兩彈簧的伸長量Δxa、Δxb大小未知,故無法比較兩個彈簧的勁度系數,故A、D錯誤。[變式]若用S1和S2表示勁度系數分別為k1和k2的兩根彈簧,k1>k2;a和b表示質量分別為ma和mb的兩個小物體,ma>mb,將彈簧與物體按圖示方式懸掛起來,現要求兩根彈簧的總長度最大,則應使S1和S2、a和b的位置順序怎樣?【答案】S2在上,b在上

AD

計算彈力大小的三種方法(1)公式法:利用胡克定律F=kx計算。適用于彈簧、橡皮筋等彈力的計算。(2)平衡法:靜止或做勻速直線運動時利用平衡條件計算。(3)牛頓運動定律:利用牛頓第二定律和牛頓第三定律分析求解。方法點撥考點三摩擦力

請思考下列與摩擦力有關的幾個問題:(1)若兩物體間有摩擦力,則兩物體間一定有彈力嗎?若兩物體間有彈力,則兩物體間一定有摩擦力嗎?探尋規律提示:(1)有摩擦力一定有彈力,有彈力不一定有摩擦力。

(2)靜止物體受到的摩擦力一定是靜摩擦力嗎?運動物體受到的摩擦力一定是滑動摩擦力嗎?探尋規律提示:(2)發生相對運動的兩物體中的一個物體,可能相對地面是靜止的,所以靜止的物體也可以受到滑動摩擦力;同理運動的物體也可以受到靜摩擦力。

探尋規律提示:(3)用手握住水杯,水杯所受靜摩擦力豎直向上,當水杯向上運動、向下運動、水平運動、斜向上運動、斜向下運動時,靜摩擦力可以與物體運動方向相反,也可以與物體運動方向相同,還可以與物體運動方向成任意角度。(3)摩擦力的方向是不是可以與物體運動方向相反,也可以與物體運動方向相同,還可以與物體運動方向成任意角度?試舉例說明。

探尋規律提示:(4)滑動摩擦力Ff=μFN,大小與接觸面積無關;靜摩擦力大小由外部條件決定,與接觸面積無關。(4)滑動摩擦力的大小是否與物體間的接觸面積有關?靜摩擦力呢?(5)摩擦力都是物體運動的阻力嗎?提示:(5)摩擦力既可以是動力也可以是阻力1.明確三個方向名稱釋義運動方向一般指物體相對地面(以地面為參考系)的運動方向相對運動方向指以其中一個物體為參考系,另一個物體相對參考系的運動方向相對運動趨勢方向能發生卻沒有發生的相對運動的方向,導致兩物體間存在靜摩擦力2.靜摩擦力有無及方向的判斷(1)假設法。(2)狀態法:根據平衡條件、牛頓第二定律,通過受力分析確定靜摩擦力的有無及方向。(3)轉換對象法:先確定受力較少的物體受到的靜摩擦力的方向,再根據“力的相互性”確定另一物體受到的靜摩擦力的方向。3.靜摩擦力大小的分析與計算(1)物體處于平衡狀態(靜止或勻速直線運動)時,利用力的平衡條件來計算靜摩擦力的大小。(2)物體有加速度時,若只有靜摩擦力提供加速度,則Ff=ma。若除受靜摩擦力外,物體還受其他力,則F合=ma,先求合力再求靜摩擦力。4.滑動摩擦力大小的分析與計算(1)滑動摩擦力略小于最大靜摩擦力,一般情況下,可認為最大靜摩擦力與滑動摩擦力近似相等。(2)滑動摩擦力的大小用公式Ff=μFN來計算,其中FN為兩接觸面間的正壓力,其大小不一定等于物體受到的重力。[例7]【摩擦力的有無及方向判斷】(2025·云南曲靖期末)春節貼“福”字是民間由來已久的風俗。新春佳節臨近,某同學正寫“福”字,他在水平桌面上平鋪一張紅紙,并在紅紙左側靠近邊緣處用鎮紙壓住以防止打滑,整個書寫過程中紅紙始終保持靜止,則該同學在書寫過程中(

)

[A]提筆靜止時,手對毛筆的摩擦力大小與握力成正比

[B]向下頓筆時,毛筆對紅紙的壓力大于紅紙對毛筆的支持力

[C]向右行筆時,紅紙對鎮紙的靜摩擦力方向向右

[D]向右行筆時,紅紙對桌面的靜摩擦力方向向右D【解析】提筆靜止時,手對毛筆的摩擦力為靜摩擦力,大小等于毛筆的重力,故A錯誤;毛筆對紅紙的壓力與紅紙對毛筆的支持力是一對相互作用力,大小相等,故B錯誤;向右行筆時,鎮紙相對于紅紙既沒有相對運動趨勢,也沒有發生相對運動,紅紙對鎮紙沒有摩擦力,故C錯誤;向右行筆時,紅紙對桌面的靜摩擦力方向向右,故D正確。(1)摩擦力的方向總是與物體間相對運動(或相對運動趨勢)的方向相反,但不一定與物體的運動方向相反。(2)摩擦力總是阻礙物體間的相對運動(或相對運動趨勢),但不一定阻礙物體的運動。即摩擦力可以作為阻力使物體減速,也可以作為動力使物體加速。(3)受靜摩擦力作用的物體不一定靜止,但一定與靜摩擦力的施力物體保持相對靜止。誤區警示[例8]【靜摩擦力大小的分析與計算】用手握住瓶子,瓶子的質量為70g,空氣阻力忽略不計,重力加速度g取10m/s2。如果握力加倍,并帶動瓶子向上做勻速直線運動,對于手和瓶子間的摩擦力,則(

)

[A]方向由向下變成向上

[B]手越干越粗糙摩擦力越大

[C]加大握力,摩擦力將大于0.7N

[D]摩擦力始終等于0.7ND【解析】對瓶子受力分析,豎直方向上受重力和靜摩擦力,二力平衡,因而靜摩擦力大小等于重力,方向向上。握力加倍后,瓶子向上做勻速直線運動,重力和靜摩擦力依然平衡,靜摩擦力大小不變,方向向上,故A、B錯誤;瓶子所受的重力和靜摩擦力二力平衡,靜摩擦力大小為Ff=mg=70×10－3×10N=

0.7N,故C錯誤,D正確。

AD

(滿分:60分)課時作業對點1.重力和重心1.(4分)關于重心,下列說法正確的是(

)[A]重心就是物體內最重的一點[B]物體發生形變時,其重心位置一定不變[C]重心一定在物體的幾何中心[D]采用背越式跳高的運動員在越過橫桿時,重心位置可能在橫桿之下D基礎對點練【解析】重心在效果上可以看作物體各部分所受重力作用集中于一點,而不是最重的點,A錯誤;物體發生形變時,物體的形狀發生改變,所以其重心位置可能改變,B錯誤;重心的位置與物體的形狀和物體內質量的分布有關,重心不一定在物體的幾何中心,C錯誤;采用背越式跳高的運動員在越過橫桿時,其重心位置可能在橫桿之下,D正確。2.(4分)(2024·安徽合肥模擬)帝企鵝是南極常見的一種動物,如圖所示。若有一只帝企鵝處在南極點,如果把地球看成一個均勻的球體,關于此帝企鵝與重力有關的問題,下列說法正確的是(

)[A]帝企鵝所受重力的方向一定指向地心[B]帝企鵝所受重力的方向一定偏離地心[C]帝企鵝對地面的壓力就是其受到的重力[D]帝企鵝受到的重力小于地球對它的吸引力A【解析】重力的方向豎直向下,若把地球看成一個均勻的球體,則帝企鵝所受重力的方向一定指向地心,故A正確,B錯誤;帝企鵝對地面的壓力的受力物體是地球,帝企鵝的重力的受力物體是企鵝,壓力與重力作用在不同物體上,不能認為帝企鵝對地面的壓力就是其受到的重力,故C錯誤;由于帝企鵝處在南極點,帝企鵝相對于地心處于靜止狀態,并沒有隨地球自轉,則帝企鵝受到的重力等于地球對它的吸引力,故D錯誤。對點2.彈力3.(6分)(多選)如圖所示,小球處于靜止狀態,各接觸面光滑,則小球受到兩個彈力的是(

)

[A][B][C][D]BC【解析】題圖A中小球處于靜止狀態,重力和繩的彈力平衡,斜面與小球之間不可能產生彈力,故A錯誤;題圖B中水平面對小球有彈力作用,由于F的作用,小球與斜面之間產生彈性形變,所以斜面和小球之間有彈力作用,小球受兩個彈力作用,故B正確;題圖C中小球在繩子拉力、重力、斜面的支持力三力作用下處于靜止狀態,小球受兩個彈力作用,故C正確;題圖D中豎直面對小球沒有彈力作用,故D錯誤。4.(4分)(2023·山東卷,2)餐廳暖盤車的儲盤裝置示意圖如圖所示,三根完全相同的彈簧等間距豎直懸掛在水平固定圓環上,下端連接托盤。托盤上疊放若干相同的盤子,取走一個盤子,穩定后余下的正好升高補平。已知單個盤子的質量為300g,相鄰兩盤間距1.0cm,重力加速度大小取10m/s2。彈簧始終在彈性限度內,每根彈簧的勁度系數為(

)[A]10N/m [B]100N/m[C]200N/m [D]300N/mB【解析】由題意知,取走一個盤子,穩定后余下的正好升高補平,則說明一個盤子的重力可以使彈簧形變相鄰兩盤間距,則有mg=3kx,解得k=100N/m。5.(10分)蹦極是一項戶外休閑活動。跳躍者站在約40m(相當于10層樓)高度的橋梁、塔頂、高樓、吊車甚至熱氣球上,把一端固定的一根長長的橡皮繩綁在踝關節處,然后兩臂伸開跳下去。設一次蹦極中所用的橡皮繩原長為15m,質量為50kg的人在下落到最低點時所受向上的最大拉力為3000N,已知此人停在空中時,蹦極的橡皮繩長度為17.5m,橡皮繩的彈力與伸長量的關系符合胡克定律(g取10m/s2)。求:(1)橡皮繩的勁度系數;【答案】(1)200N/m

(2)橡皮繩的上端懸點離下方的水面至少為多高。【答案】(2)30m

對點3.摩擦力6.(4分)(2024·黑吉遼卷,3)利用硯臺將墨條研磨成墨汁時講究“圓、緩、勻”,如圖,在研磨過程中,硯臺始終靜止在水平桌面上。當墨條的速度方向水平向左時,(

)[A]硯臺對墨條的摩擦力方向水平向左[B]桌面對硯臺的摩擦力方向水平向左[C]桌面和墨條對硯臺的摩擦力是一對平衡力[D]桌面對硯臺的支持力與墨條對硯臺的壓力是一對平衡力C【解析】當墨條速度方向水平向左時,墨條相對于硯臺向左運動,故硯臺對墨條的摩擦力方向水平向右,故A錯誤;根據牛頓第三定律,墨條對硯臺的摩擦力方向水平向左,由于硯臺處于靜止狀態,故桌面對硯臺的摩擦力方向水平向右,故B錯誤;由于硯臺處于靜止狀態,水平方向桌面和墨條對硯臺的摩擦力是一對平衡力,故C正確;桌面對硯臺的支持力大小等于硯臺的重力加上墨條對硯臺的壓力,故桌面對硯臺的支持力大于墨條對硯臺的壓力,故D錯誤。7.(4分)(2024·廣西卷,2)工人卸貨時常利用斜面將重物從高處滑下。如圖,三個完全相同的貨箱正沿著表面均勻的長直木板下滑,貨箱各表面材質和粗糙程度均相同。若1、2、3號貨箱與直木板間摩擦力的大小分別為Ff1、Ff2和Ff3,則(

)[A]Ff1<Ff2<Ff3 [B]Ff1=Ff2<Ff3[C]Ff1=Ff3<Ff2 [D]Ff1=Ff2=Ff3D【解析】滑動摩擦力Ff=μFN,由題可知三個貨箱各表面材質和粗糙程度均相同,即μ相等,而壓力大小FN也相等,故Ff1=Ff2=Ff3。8.(4分)(2025·湖南湘潭期末)如圖所示為一個免打孔伸縮晾衣桿的示意圖,使用時,先調節桿的長度使其恰好與兩側的豎直墻面接觸,然后打開鎖緊裝置保持桿長不變,最后旋轉增壓旋鈕增加桿頭與墻面間的壓力,使其在晾衣物時能保持靜止。下列說法正確的是(

)[A]桿頭與墻面間的壓力越大,桿頭與墻面間的摩擦力就越大[B]所晾衣物的質量越大,桿頭與墻面間的摩擦力就越大[C]在濕衣物晾干的過程中,桿頭與墻面間的摩擦力保持不變[D]為了能晾更大質量的衣物,可增加桿頭與墻面的接觸面積B【解析】以晾衣桿與衣物為整體,受力分析可得兩邊桿頭與墻面間的靜摩擦力等于晾衣桿與衣物的總重力,即Ff=(m衣物+m晾衣桿)g,故桿頭與墻面間的壓力越大,桿頭與墻面間的摩擦力不變,所晾衣物的質量越大,桿頭與墻面間的摩擦力就越大,故A錯誤,B正確;在濕衣物晾干的過程中,晾衣桿與衣物的總重力減小,桿頭與墻面間的摩擦力減小,故C錯誤;為了能晾更大質量的衣物,可增加桿頭與墻面的粗糙程度或增大桿頭與墻面間的壓力,以增大桿頭與墻面間的最大靜摩擦力,增加桿頭與墻面的接觸面積不能夠增大桿頭與墻面間的最大靜摩擦力,故D錯誤。9.(4分)(2024·云南玉溪聯考)如圖所示,水平面上有一質量為5.0

kg的木塊,現用拉力傳感器水平向右拉,A端的拉力均勻增加,0～t1時間內木塊靜止,木塊運動后改變拉力,使木塊在t2后做勻速直線運動。計算機對數據進行擬合處理后,得到如圖乙所示拉力隨時間變化的圖線,重力加速度g取10

m/s2,下列說法正確的是(

)[A]

當F=6.0

N時,木塊與水平面間的摩擦力Ff1=8.0

N[B]

若繼續增大拉力至F=