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阳光家教网高中（高考）物理复习资料第二章相互作用考纲要览主题内容要求说明相互作用形变、弹性、胡克定律Ⅰ滑动摩擦、静摩擦、动摩擦因数Ⅰ矢量和标量Ⅰ力的合成和分解Ⅱ共点力作用下物体的平衡Ⅱ考向预测本章为力学乃至物理学的基础，力的分析又是力学的基础．常见的三种性质的力中，弹力、摩擦力属于高考热点，其中对弹力大小和方向的判断，尤其是“弹簧模型”在不同物理情景下的综合运用在高考中出现的频率较高，应引起足够的重视．摩擦力的存在与否，静摩擦力的方向的判断也是常见考点；力的合成与分解、共点力作用下的物体的平衡，尤其是三个共点力的平衡，一直是高考的热点，要注意它们可以单独出现或与动力学、功能关系、电磁学等知识进行综合考查．纯考查本章内容的题型常以选择题为主，综合其它内容考查的试题常在解答题中出现．第1课时力、重力、弹力基础知识回顾1．力的概念（1）力是物体对物体的作用①力的物质性：力不能脱离物体独立存在．②力的相互性：力的作用是相互的．③力的矢量性：力是矢量，既有大小，又有方向．④力的独立性：一个力作用于某一物体上产生的效果，与这个物体是否同时受到其他力的作用无关．（2）力的作用效果：使物体发生形变或使物体的运动状态发生改变（3）力的三要素：大小、方向、作用点．（4）力的图示：用一个带箭头的线段表示力的大小、方向、作用点的方法，叫做力的图示．（5）力的单位为牛顿（N），即使质量1㎏的物体产生1m/s2加速度的力为1N，力的大小可用弹簧测力计测量．（6）力的分类①按性质分：重力（万有引力）、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力等（按现代物理学理论，物体间的相互作用分四种：万有引力、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用．宏观物体间只存在前两种相互作用．）．②按效果分：压力、支持力、拉力、动力、阻力、向心力、回复力等．③按作用方式分：场力（如万有引力、电磁力等）和接触力（如弹力、摩擦力等）．④按研究对象分：内力和外力．2．重力（1）产生原因：重力是由于地球的吸引而产生的．地球周围的物体，无论与地球接触与否，运动状态如何，都要受到地球的吸引力，因此任何物体都要受到重力的作用．说明：重力是万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力．一般情况下在地球表面附近近似认为重力等于万有引力．（2）方向：总是竖直向下，并不严格指向地心（赤道、两极除外），不可理解为跟支持面垂直．（3）大小：G＝mgg为重力加速度．重力的大小可用弹簧秤测量．当物体在竖直方向静止或匀速运动时，物体对弹簧测力计的拉力或压力，大小等于物体阳光家教网高中（高考）物理复习资料图2-1-2GFN1FN2图2-1-2OOOO受到的重力．（4）重心：重力的等效作用点．重心的位置与物体的形状和质量的分布有关．重心不一定在物体上．质量分布均匀、形状规则的物体的重心在几何中心上．薄板类物体的重心可用悬挂法确定．3．弹力（1）定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力．（2）产生条件：两物体直接接触、接触处有弹性形变．（3）方向：弹力的方向与施力物体的形变方向相反．①压力、支持力的方向总是垂直于接触面或接触面的切面，总指向被压、被支持的物体．②绳的拉力总是沿绳指向绳收缩的方向．③杆的弹力不一定沿杆的方向．如果轻直杆只有两个端点受力而处于平衡状态，则轻杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向．④轻弹簧的拉力或压力沿弹簧的轴线方向．（4）弹力的大小①对弹簧，在弹性限度内弹力的大小可以由胡克定律F=kx计算，其中k表示弹簧的劲度系数，由弹簧本身的性质决定，x表示弹簧的形变量（即伸长或缩小的长度）．②对没有明显形变的物体（如桌面、绳子等物体），弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定，一般由力学规律（如平衡条件、牛顿运动定律、动能定理、动量定理等）求出．③一根张紧的轻绳上的拉力大小处处相等．重点难点例析一、弹力的分析与计算1．弹力有无的判断对于形变明显的情况，由形变情况直接判断．对于形变不明显的情况通常用以下一些方法来判断．（1）消除法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态是否发生改变．若运动改变则存在弹力，否则不存在弹力．如图2-1-1所示，斜面光滑，a中的细线竖直，小球处于静止状态．假设将斜面取走，这时a中小球的运动状态不变，故a中小球与斜面间无弹力．b中的细线倾斜，小球处于静止状态，假设将斜面取走，b中小球的运动状态改变，故b中小球与斜面接触间有弹力．（2）假设法其基本思路是：假设接触处存在弹力，作出物体的受力图，再根据物理的平衡条件判断是否存在弹力．如要判断图2-1-2中静止在光滑水平面上的球是否受到斜面对它的弹力作用，可先假设有弹力FN2存在，则此球在水平方向所受合力不为零，必加速运动，与所给静止状态矛盾，说明此球与斜面间虽接触，但并不挤压，故不存在弹力FN2．（3）根据“物体的运动状态分析”分析弹力．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，由二力平衡或牛顿运动定律等，求解物体间的弹力2．弹力方向的判断弹力的方向与物体形变方向相反，作用在迫使物体发生形变的那个物体上．弹力垂直于两物接触面，具体分析弹力时，应利用到弹力的以下特点：（1）弹簧两端的弹力方向，与弹簧中心轴线重合，指向弹簧恢复原状方向．（2）轻绳（或橡皮条）对物体的弹力方向，沿绳指向绳收缩的方向．（3）点与面接触时的弹力方向，过接触点垂直于接触面（或接触面切线方向）而指向受力物体．（4）面与面接触时弹力的方向，垂直于接触面而指向受力物体．（5）球与面接触时弹力的方向，在接触点与球心的连线上而指向受力物体．（6）球与球相接触时弹力的方向，垂直过接触点的分切面，通过两球球心而指向受力物体．（7）轻杆可沿杆也可不沿杆，弹力的方向应视题意而定，常利用平衡条件或动力学规律来判断．【例1】画出图2-1-2中小球或杆受到的弹力．除（2）中的地面外，其他各接触面均光滑，O为圆心．【解析】根据不同接触面上弹力的特点，作图如图2-1-3所示．ab图2-1-1阳光家教网高中（高考）物理复习资料Fαamg图2-1-6（1）mamgFα图2-1-6（2）图2－1－4图2-1-7图2-1-16【答案】如图2-1-3所示．【点拨】准确掌握不同接触面上弹力方向的特点，是解决这类题的关键．拓展三个质量和直径都相等的光滑圆球a、b、c分别放在三个相同的支座上，支点P、Q在同一水平面上，a球的重心Oa位于球心，b球的重心Ob位于球心的正上方，C球的重心Oc位于球心的正下方．三个球都处于平衡状态．支点P对a球、b球、c球的弹力分别为Fa、Fb、Fc，则（）A．Fa＝Fb＝FcB．Fb＞Fa＞FcC．Fb＜Fa＜FcD．Fa＞Fb＝Fc【解析】三种情况下，支点P、Q作用于球的弹力均应指向球心而不是重心．．．．．．．，球的重力的作用线也通过球心，球所受的三个力为共点力．由于三球质量和直径都相等，所以三球受力情况完全相同，因此P点对三球的弹力相同．故选项A正确．【答案】A3．几种典型物体模型的弹力特点比较模型轻绳轻杆弹簧形变情况伸长忽略不计认为长度不变可伸长可缩短施力与受力情况只能受拉力即能受拉力又能受压力同杆力的方向始终沿绳不一定沿杆沿弹簧轴向力的变化可发生突变可发生突变只能发生渐变【例2】如图2-1-5所示，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定有质量为m的小球，下列关于杆对球的作用力F的判断中，正确的是（）A．小车静止时，F=mgsinθ，方向沿杆向上B．小车静止时，F=mgcosθ，方向垂直杆向上C．小车向右以加速度a运动时，一定有F=ma/sinθD．小车向左以加速度a运动时，22()()Fmamg，方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为α=arctan（a/g）【解析】小车静止时，由物体的平衡条件知杆对球的作用力方向竖直向上，且大小等于球的重力mg．小车向右以加速度a运动，设小球受杆的作用力方向与竖直方向的夹角为α，如图2-1-6（1）所示．根据牛顿第二定律有Fsinα=ma，Fcosα=mg，两式相除得tanα=a/g．只有当球的加速度a=gtanθ时，杆对球的作用力才沿杆的方向，此时才有F=ma/sinθ．小车向左以加速度a运动，根据牛顿第二定律知小球所受重力mg和杆对球的作用力F的合力大小为ma，方向水平向左．根据力的合成知三力构成图2-1-6（2）所示的矢量三角形，22)()(mgmaF，方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为α=arctan（a/g）．【答案】D【点拨】杆对物体的弹力方向与物体的运动状态有关，并不一定沿杆的方向，在本题中只有小球的加速度a=gtanθ时，杆对球的作用力才沿杆的方向，这点同学们在解题时一定要注意．拓展如图2-1-7所示，甲、乙球通过弹簧连接后用绳悬挂于天花板，丙、丁球通过细绳连接后也用绳悬挂天花板．若都在A处剪断细绳，在剪断瞬间，关于球的受力情况，下面说法中正确的是（）A．甲球只受重力作用B．乙球只受重力作用C．丙球受重力和绳的拉力作用D．丁球只受重力作用【解析】剪断A处绳的瞬间，因为弹簧的形变较大，所以在极短的时间内，形变不发生变化，弹力仍和剪断前相同，甲球受重力和向上的弹力作用，其合力为零，乙球受重力和向下的弹力作用；而由于丙、丁的细绳的形变很小，形变发生变化，弹力和剪断前不同，丙、丁只受重力作用．故选项D正确．【答案】D二、探究弹力与弹簧的伸长的关系【例3】某同学用如图2-1-8所示的装置做探究弹力图2-1-3F1F2F1F2F1F2F1F2θ图2-1-5阳光家教网高中（高考）物理复习资料图2-1-10图2-1-8图2-1-9图2-1-11和弹簧伸长关系的实验．他先测出不挂砝码时弹簧下端指针所指的标尺刻度，然后在弹簧下端挂上砝码，并逐个增加砝码，测出指针所纸的标尺刻度，所得数据列表如下：（重力加速度g=9.8m/s2）（1）根据所测数据，在图2-1-9的坐标纸上作出弹簧指针所指的标尺刻度x与砝码质量m的关系曲线．（2）根据所测得的数据和关系曲线可以判断，在______N范围内弹力大小与弹簧伸长关系满足胡克定律．这种规格弹簧的劲度系数为______N/m．【解析】（1）根据表格中所测数据，在坐标系中的描点如图2-1-10所示（2）从x与钩码质量m的关系曲线可以看出，在0~4.9N范围内弹力大小与弹簧伸长是一条直线，这说明这一范围内满足胡克定律，由曲线斜率的倒数可求得弹簧的劲度系数为24.9N/m=25.0N/m(34.615)10Fkx【答案】（1）如图2-1-10所示（2）0~4.925.0【点拨】根据所给坐标纸合理选取x、F两轴标度，使得所得图象尽量分布在较大空间上，以便减小误差，这是作图的基本要求．据所给实验数据描点，然后作出平滑曲线（或直线），注意所画直线不一定过所有点，原则是尽量使各点均匀分布在曲线（或直线）的两侧．拓展在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中，将弹簧水平放置测出其自然长度，然后竖直悬挂让其自然下垂，在其下端竖直向下施加外力F，实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的．用记录的外力F与弹簧的形变量x作出的F-x图线如图2-1-11所示．由图求出弹簧的劲度系数k=；图线不过原点的原因．【解析】弹簧的劲度系数等于F-x图线，即804.50.5FkxN/cm=200N/m，因弹簧因弹簧自身有重量，水平放置测量的自然长度与弹簧自然下垂时的自然长度是不同的．【答案】200N/m弹簧自身有重量三、弹簧弹力的分析与计算要领（1）轻质弹簧两端的弹力大小相等，方向相反．（2）弹簧的弹力（或弹簧测力计的示数）并非弹簧所受的合外力．（3）弹簧的弹力不可突变．（4）弹簧状态不确定时要分情形讨论（压缩和伸长）．易错门诊【例4】如图2-1-12所示，四个完全相同的弹簧都处于水平位置，它们的右端受到大小皆为F的拉力作用，而左端的情况各不相