1、高考物理步步高 第二章 第1讲考试内容范围及要求高考命题解读内容要求说明1.考查方式受力分析是研究物体运动状态和运动规律的前提，并且将贯穿力学和电学问题分析的全过程从历年命题看，主要在选择题中单独考查，同时对平衡问题的分析在后面的计算题中往往有所涉及2命题趋势本部分内容在高考命题中也有两大趋势：一是向着选择题单独考查的方向发展；二是选择题单独考查与电学综合考查并存.4.形变和弹力胡克定律5.静摩擦滑动摩擦摩擦力动摩擦因数1.力的合成和分解的计算，只限于用作图法或直角三角形知识解决2只要求解决在一个平面内的共点力平衡问题6.力的合成和分解7.共点力的平衡实验二：力的平行四边形定则第1讲重力弹力摩
2、擦力一、重力1产生：由于地球吸引而使物体受到的力注意：重力不是万有引力，而是万有引力竖直向下的一个分力2大小：Gmg，可用弹簧测力计测量注意：(1)物体的质量不会变；(2)G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的3方向：总是竖直向下的注意：竖直向下是和水平面垂直，不一定和接触面垂直，也不一定指向地心4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(1)影响重心位置的因素：物体的几何形状；物体的质量分布(2)不规则薄板形物体重心的确定方法：悬挂法注意：重心的位置不一定在物体上二、弹力1弹性形变撤去外力作用后能够恢复原状的形变2弹力(1)定义：发生形变的物体由于要恢复原
3、状而对与它接触的物体产生的作用力(2)产生条件：物体间直接接触；接触处发生形变(3)方向：总是与施力物体形变的方向相反3胡克定律(1)内容：在弹性限度内，弹力和弹簧形变大小(伸长或缩短的量)成正比(2)表达式：Fkx.k是弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，用符号N/m表示；k的大小由弹簧自身性质决定x是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度深度思考如图1所示，一重为10 N的球固定在支撑杆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7.5 N，则AB杆对球的作用力方向及大小为多少？由此说明杆弹力的方向有什么特点？图1答案AB杆对球的作用力与水平方向夹角为53，大小为12.5
4、N杆弹力的方向不一定沿杆方向解析对小球进行受力分析可得，AB杆对球的作用力F和绳的拉力的合力与小球的重力等大、反向，可得F方向斜向左上方，令AB杆对小球的作用力与水平方向夹角为，可得：tan ，53，F12.5 N说明杆弹力的方向不一定沿杆方向三、摩擦力1静摩擦力与滑动摩擦力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接触面粗糙接触处有压力两物体间有相对运动趋势接触面粗糙接触处有压力两物体间有相对运动大小0FfFfmFfFN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
5、.动摩擦因数(1)定义：彼此接触的物体发生相对运动时，摩擦力和正压力的比值.(2)决定因素：接触面的材料和粗糙程度深度思考1摩擦力一定与接触面上的压力成正比吗？摩擦力的方向一定与正压力的方向垂直吗？答案(1)滑动摩擦力与接触面上的压力成正比，而静摩擦力的大小与正压力无关，通常由受力平衡或牛顿第二定律求解(2)由于正压力方向与接触面垂直，而摩擦力沿接触面的切线方向，因此二者一定垂直2判断下列说法是否正确(1)静止的物体不可能受滑动摩擦力，运动的物体不可能受静摩擦力()(2)滑动摩擦力一定是阻力，静摩擦力可以是动力，比如放在倾斜传送带上与传送带相对静止向上运动的物体()(3)运动物体受到的摩擦力不
6、一定等于FN.()1(多选)关于胡克定律，下列说法正确的是()A由Fkx可知，在弹性限度内弹力F的大小与弹簧形变量x成正比B由k可知，劲度系数k与弹力F成正比，与弹簧的长度改变量成反比C弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的性质决定的，与弹力F的大小和弹簧形变量x的大小无关D弹簧的劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时弹力的大小答案ACD2(2016江苏单科1)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解析由胡克定律得劲度系数k200 N/m，D项对3在图中
7、，a、b(a、b均处于静止状态)间一定有弹力的是()答案C4(粤教版必修1P74第9题改编)(多选)关于摩擦力，有人总结了四条“不一定”，其中说法正确的是()A摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相同B静摩擦力的方向不一定与运动方向共线C受静摩擦力或滑动摩擦力的物体不一定静止或运动D静摩擦力一定是阻力，滑动摩擦力不一定是阻力答案ABC5(人教版必修1P61第3题)重量为100 N的木箱放在水平地板上，至少要用35 N的水平推力，才能使它从原地开始运动木箱从原地移动以后，用30 N的水平推力，就可以使木箱继续做匀速运动由此可知：木箱与地板间的最大静摩擦力Fmax_；木箱所受的滑动摩擦力F_，木箱与
8、地板间的动摩擦因数_.如果用20 N的水平推力推木箱，木箱所受的摩擦力是_答案35 N30 N0.3静摩擦力为20 N6(人教版必修1P61第2题)一只玻璃瓶，在下列情况下是否受到摩擦力？如果受到摩擦力，摩擦力朝什么方向？(1)瓶子静止在粗糙水平桌面上(2)瓶子静止在倾斜的桌面上(3)瓶子被握在手中，瓶口朝上(4)瓶子压着一张纸条，扶住瓶子把纸条抽出答案(1)中不受摩擦力(2)中受到沿斜面向上的静摩擦力(3)中受竖直向上的静摩擦力(4)中瓶子受到与纸条运动方向一致的滑动摩擦力命题点一重力、弹力的分析与计算1弹力有无的判断“三法”假设法思路假设将与研究对象接触的物体解除接触，判断研究对象的运动状
9、态是否发生改变若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力例证图中细线竖直、斜面光滑，因去掉斜面体，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力替换法思路用细绳替换装置中的杆件，看能不能维持原来的力学状态如果能维持，则说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是支持力例证图中轻杆AB、AC，用绳替换杆AB，原装置状态不变，说明杆AB对A施加的是拉力；用绳替换杆AC，原状态不能维持，说明杆AC对A施加的是支持力状态法思路由运动状态分析弹力，即物体的受力必须与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由二力平衡(或牛顿第二定律)列方程，求解物体间的弹力例证升降机以ag加
10、速下降时物体不受底板的弹力作用2弹力方向的判断(1)根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断(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计算弹力大小的三种方法(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例1(多选)如图2所示为位于水平面上的小车，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为，在斜杆的下端固定有质量为m的小球下列关于杆对球的作用力F的判断中，正确的是()图2A小车静止时，Fmgsin ，方向沿杆向上B小车静止时，Fmgcos ，方向垂直于杆向上C小车向右匀速运动时，一定有Fmg，方向竖直向上D小车向右匀加速运动时，一定有F
11、mg，方向可能沿杆向上“斜杆与竖直杆”；小车静止、匀速、向右匀加速运动答案CD解析小球受重力和杆的作用力F处于静止或匀速运动时，由力的平衡条件知，二力必等大反向，有Fmg，方向竖直向上小车向右匀加速运动时，小球有向右的恒定加速度，根据牛顿第二定律知，mg和F的合力应水平向右，如图所示由图可知，Fmg，方向可能沿杆向上，选项C、D正确例2如图3所示，质量均为m的A、B两球，由一根劲度系数为k的轻弹簧连接静止于半径为R的光滑半球形碗中，弹簧水平，两球间距为R且球半径远小于碗的半径则弹簧的原长为()图3A. R B. RC. R D. R轻弹簧；静止于半径为R的光滑半球形碗中；球半径远小于碗的半径答
12、案D解析以A球为研究对象，小球受三个力：重力、弹力和碗的支持力如图所示，由平衡条件，得到：tan 解得：x根据几何关系得：cos ，则tan ，所以x故弹簧原长x0R，故D正确弹力方向的判定技巧1弹力方向2技巧点拨利用替代法判断轻杆提供的是拉力还是支持力：轻绳和有固定转轴轻杆的相同点是弹力的方向是沿绳和沿杆的，但轻绳只能提供拉力，轻杆既可以提供拉力也可以提供支持力1如图4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4A细绳一定对小球有拉力的作用B轻弹簧一定对小球有弹力的作用C细绳不一定对小球有拉力的作用
13、，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的作用，轻弹簧对小球也不一定有弹力答案D2.如图5所示，在一个正方体的盒子中放有一个质量分布均匀的小球，小球的直径恰好和盒子内表面正方体的边长相等，盒子沿倾角为的固定斜面滑动，不计一切摩擦，下列说法中正确的是()图5A无论盒子沿斜面上滑还是下滑，球都仅对盒子的下底面有压力B盒子沿斜面下滑时，球对盒子的下底面和右侧面有压力C盒子沿斜面下滑时，球对盒子的下底面和左侧面有压力D盒子沿斜面上滑时，球对盒子的下底面和左侧面有压力答案A解析取小球和盒子为一整体，不计一切摩擦时，其加速度agsin ，方向沿斜面向下，因此小球随盒子沿斜面向上或沿斜面向下运动
14、时，加速度gsin 均由其重力沿斜面向下的分力产生，故球对盒子的左、右侧面均无压力，但在垂直于斜面方向，因球受支持力作用，故球对盒子的下底面一定有压力，故只有A项正确命题点二“动杆”和“定杆”与“活结”和“死结”问题1“动杆”和“定杆”问题(1)动杆：若轻杆用转轴或铰链连接，当杆处于平衡时杆所受到的弹力方向一定沿着杆，否则会引起杆的转动如图6甲所示，若C为转轴，则轻杆在缓慢转动中，弹力方向始终沿杆的方向图6(2)定杆：若轻杆被固定不发生转动，则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向如图乙所示，水平横梁的一端A插在墙壁内，另一端装有一个小滑轮B，一轻绳的一端C固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量
15、m10 kg的重物，CBA30.滑轮受到绳子的作用力应为图丙中两段绳中拉力F1和F2的合力，因为同一根绳子张力处处相等，都等于重物的重力，即F1F2Gmg100 N用平行四边形定则作图，可知合力F100 N，所以滑轮受绳的作用力为100 N，方向与水平方向成30角斜向下，弹力的方向不沿杆2“活结”和“死结”问题(1)活结：当绳绕过滑轮或挂钩时，由于滑轮或挂钩对绳无约束，因此绳上的力是相等的，即滑轮只改变力的方向不改变力的大小，例如图乙中，两段绳中的拉力大小都等于重物的重力(2)死结：若结点不是滑轮时，是固定点，称为“死结”结点，则两侧绳上的弹力不一定相等图7例3如图7所示，两个轻环a和b套在位
16、于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为m的小球在a和b之间的细线上悬挂一小物块平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径不计所有摩擦小物块的质量为()A. B. m Cm D2m轻环，不计所有摩擦；a、b间的距离恰好等于圆弧的半径答案C解析如图所示，圆弧的圆心为O，悬挂小物块的点为c，由于abR，则aOb为等边三角形，同一条细线上的拉力相等，Tmg，合力沿Oc方向，则Oc为角平分线，由几何关系知，acb120，故线的拉力的合力与物块的重力大小相等，即每条线上的拉力TGmg，所以小物块质量为m，故C对3如图8所示，滑轮本身的质量可忽略不计，滑轮轴O安在一根轻木杆B上，一根
17、轻绳AC绕过滑轮，A端固定在墙上，且绳保持水平，C端挂一重物，BO与竖直方向的夹角45，系统保持平衡若保持滑轮的位置不变，改变夹角的大小，则滑轮受到木杆作用力大小变化情况的是()图8A只有角变小，作用力才变大B只有角变大，作用力才变大C不论角变大或变小，作用力都是变大D不论角变大或变小，作用力都不变答案D4(多选)如图9所示，质量均可忽略的轻绳与轻杆，A端用铰链固定，滑轮在A点正上方(滑轮大小及摩擦均可不计)，B端吊一重物现将绳的一端拴在杆的B端，用拉力F将B端缓慢上拉，在AB杆达到竖直前()图9A绳子拉力不变B绳子拉力减小CAB杆受力增大DAB杆受力不变答案BD解析以B点为研究对象，分析受力
18、情况：重物的拉力FT(等于重物的重力G)、轻杆的支持力FN和绳子的拉力F，作出受力图如图所示：由平衡条件得知，FN和F的合力与FT大小相等，方向相反，根据三角形相似可得：又FTG，解得：FNG，FG使BAO缓慢变小时，AB、AO保持不变，BO变小，则FN保持不变，F变小故选项B、D正确，选项A、C错误命题点三摩擦力的分析与计算1静摩擦力的有无和方向的判断方法(1)假设法：利用假设法判断的思维程序如下：(2)状态法：先判断物体的状态(即加速度的方向)，再利用牛顿第二定律(Fma)确定合力，然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向(3)牛顿第三定律法：先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根
19、据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力方向2静摩擦力大小的计算(1)物体处于平衡状态(静止或匀速运动)，利用力的平衡条件来判断静摩擦力的大小(2)物体有加速度时，若只有静摩擦力，则Ffma.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3滑动摩擦力大小的计算滑动摩擦力的大小用公式FfFN来计算，应用此公式时要注意以下几点：(1)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大小均无关例4(多选)如图10所示，斜面体A静置于水平地面上，其倾角为45，上表面水平的物块
20、B在A上恰能匀速下滑现对B施加一个沿斜面向上的力F，使B能缓慢地向上匀速运动，某时刻在B上轻轻地放上一个质量为m的小物体C(图中未画出)，A始终静止，B保持运动状态不变，关于放上C之后的情况，下列说法正确的是()图10AB受到的摩擦力增加了mgB推力F增大了mgC推力F增大了mgDA受到地面的摩擦力增加了mg恰能匀速下滑；使B能缓慢地向上匀速运动答案ACD解析设物块B的质量为M，根据物块B在A上恰能匀速下滑可知Mgsin Mgcos .放上C之后，B受到的摩擦力增加了mgsin mg，选项A正确；由于B保持运动状态不变，放上C之后沿斜面向上的推力增大了mgsin mgcos 2mgsin mg
21、，选项B错误，C正确；A受到地面的摩擦力增加了2mgsin cos mg，D正确摩擦力方向的分析技巧和计算1分析技巧(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)要注意灵活应用相对运动趋势法、假设法、状态法和转换法判断静摩擦力的方向2摩擦力的计算(1)在确定摩擦力的大小之前，首先分析物体所处的状态，分清是静摩擦力还是滑动摩擦力(2)滑动摩擦力有具体的计算公式，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)“FfFN”中FN并不总是等于物体的重力5.如图11所示，滑块A置于水平地面上，滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面
22、竖直)，此时A恰好不滑动，B刚好不下滑已知A与B间的动摩擦因数为1，A与地面间的动摩擦因数为2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力A与B的质量之比为()图11A. B. C. D. 答案B解析对物体A、B整体在水平方向上有F2(mAmB)g；对物体B在竖直方向上有1FmBg；联立解得：，选项B正确6如图12所示，倾角为的斜面体C置于水平地面上，小物体B置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体A相连接，连接B的一段细绳与斜面平行，已知A、B、C都处于静止状态，则()图12AB受C的摩擦力一定不为零BC受地面的摩擦力一定为零CC有沿地面向右滑的趋势，一定受到地面向左的摩擦力D将细绳剪断而B依然静止在斜面
23、上，此时地面对C的摩擦力水平向左答案C命题点四摩擦力的突变问题1静摩擦力的突变问题静摩擦力是被动力，其存在及大小、方向取决于物体间的相对运动趋势，而且静摩擦力存在最大值静摩擦力为零的状态是方向变化的临界状态；静摩擦力达到最大值是物体恰好保持相对静止的临界状态2滑动摩擦力的突变问题滑动摩擦力的大小与接触面的动摩擦因数和接触面受到的正压力均成正比，发生相对运动的物体，如果接触面发生变化或接触面受到的正压力发生变化，则滑动摩擦力就会发生变化例5传送带以恒定的速率v10 m/s运动，已知它与水平面成37，如图13所示，PQ16 m，将一个小物体无初速度地放在P点，小物体与传送带间的动摩擦因数为0.5，
24、问当传送带逆时针转动时，小物体运动到Q点的时间为多少？(g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)图13传送带逆时针转动；小物体无初速度地放在P点答案4.3 s解析由于传送带逆时针转动，小物体无初速度地放上时，相对于传送带向上运动，受沿斜面向下的滑动摩擦力，做加速运动，mgsin 37mgcos 37ma，a10 m/s2.设到Q点前小物体与传送带同速，v22ax1，x1m5 m，x1mgcos 37，故此后小物体继续做匀加速运动，加速度大小为a，则a2 m/s2.设再经过t2时间小物体到达Q点，则有atPQx1解得，t2s故tt1t2(1) s4.3 s.用临界法分析摩擦力突
25、变问题的三点注意1题目中出现“最大”“最小”和“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，其存在及大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势，而且静摩擦力存在最大值存在静摩擦的连接系统，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7如图14所示，质量为1 kg的物体与地面间的动摩擦因数0.2，从t0开始以初速度v0沿水平地面向右滑行，同时受到一个水平向左的
26、恒力F1 N的作用，取g10 m/s2，向右为正方向，该物体受到的摩擦力Ff随时间t变化的图象是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)()图14答案A8表面粗糙的长直木板的上表面的一端放有一个木块，如图15所示，木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与地面的夹角变大，最大静摩擦力大于滑动摩擦力)，另一端不动，则木块受到的摩擦力Ff随角度变化的图象是下列图中的()图15答案C解析下面通过“过程分析法”和“特殊位置法”分别求解：解法一：过程分析法(1)木板由水平位置刚开始运动时：0，Ff静0.(2)从木板开始转动到木板与木块发生相对滑动前：木块所受的是静摩擦力由于木板缓慢转动，可认为木块处于平衡状态，受力分析
27、如图：由平衡关系可知，静摩擦力大小等于木块重力沿斜面向下的分力：Ff静mgsin .因此，静摩擦力随的增大而增大，它们满足正弦规律变化(3)木块相对于木板刚好要滑动而没滑动时，木块此时所受的静摩擦力为最大静摩擦力Ffm.继续增大，木块将开始滑动，静摩擦力变为滑动摩擦力，且满足：FfmFf滑(4)木块相对于木板开始滑动后，Ff滑mgcos ，此时，滑动摩擦力随的增大而减小，满足余弦规律变化(5)最后，Ff滑0.综上分析可知选项C正确解法二：特殊位置法本题选两个特殊位置也可方便地求解，具体分析见下表：特殊位置分析过程木板刚开始运动时此时木块与木板无摩擦，即Ff静0，故A选项错误木块相对于木板刚好要
28、滑动而没滑动时木块此时所受的静摩擦力为最大静摩擦力，且大于刚开始运动时所受的滑动摩擦力，即FfmFf滑，故B、D选项错误.由以上分析知，选项C正确.扫描摩擦力的基础认识典例(多选)在探究静摩擦力变化的规律及滑动摩擦力变化的规律的实验中，特设计了如图16甲所示的演示装置，力传感器A与计算机连接，可获得力随时间变化的规律，将力传感器固定在光滑水平桌面上，测力端通过细绳与一滑块相连(调节力传感器高度可使细绳水平)，滑块放在较长的小车上，小车一端连接一根轻绳并跨过光滑的轻定滑轮系一只空沙桶(调节滑轮可使桌面上部轻绳水平)，整个装置处于静止状态实验开始时打开力传感器同时缓慢向沙桶里倒入沙子，小车一旦运动起来，立即停止倒沙子，若力传感器采集的图象如图乙，则结合该图象，下列说法正确的是()图16A可求出空沙桶的重力B可求出滑块与小车之间的滑动摩擦力的大小C可求出滑块与小车之间的最大静摩擦力的大小D可判断第50 s后小车做
