1、1第 1 讲 重力 弹力 摩擦力高考命题解读高考(全国卷)四年命题情况对照分析分析年份 题 号 命题点2013 年 卷 15 题静止在斜面上物体的受力分析、临界问题的分析2014 年 卷 23 题实验：探究弹力和弹簧伸长的关系，模型为串联弹簧卷 19 题物体受力的动态平衡，滑轮模型卷 14 题单物体受三力的动态平衡问题，图解法分析2016 年卷 17 题滑轮模型的平衡问题，数学几何关系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
2、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.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： G mg，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.
3、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.22.弹力：(1)定义：发生形变的物体由于要恢复原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： F kx. 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 10N 的球固定在支撑杆 AB 的上端，今用一段绳
4、子水平拉球，使杆发生弯曲，已知绳的拉力为 7.5N，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 12.5N 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， F 12.5N.说明杆弹力的方向不一定沿杆方向.GF拉 43 Gsin53三、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
5、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 0mg cos37，故此后小物体继续做匀加速运动，加速度大小为 a，则a 2m/s 2.mgsin37 mgcos37m14设再经过 t2时间小物体到达 Q 点，则有 a t PQ x112 2解得， t2 s11故 t t1 t2(1 ) s4.3s11用临界法分析摩擦力突变问题的三点注意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
6、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 1kg 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恒力 F1N 的作用，取 g10m/s 2，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 A158.表面
7、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
8、，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，静摩擦力突变为滑动摩擦力，且满足： FfmFf 滑.(4)木块相对于木板开始滑动后， Ff 滑 mg cos ，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. 2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：16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滑动而没滑动时木块此时所受的静摩擦力为最大静摩擦
9、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
10、，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 50s 后小车做匀速直线运动(滑块仍在车上)答案 ABC解析 t0 时刻，力传感器显示拉力为 2N，则滑块受到的摩擦力为静摩擦力，大小为2N，由车与空沙桶受力平衡可知空沙桶的重力也等于 2N，A 对； t50s 时刻摩擦力达到最大值，即最大静摩擦力为 3.5N，同时小车启动，说明带有沙的沙桶重力等于 3.5N，此时摩擦力立即变为滑动摩擦力，最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，故摩擦力突变为 3N 的滑动摩擦
11、力，B、C 正确；此后由于沙和沙桶重力 3.5N 大于滑动摩擦力 3N，故 50s 后小车将加速运动，D 错.点评 上面的实验案例考查了静摩擦力与滑动摩擦力的区分.本题的难点分为：(1)对摩擦17力分类的判断，考虑到最大静摩擦力大于滑动摩擦力，故在 t50 s 时刻为最大静摩擦力突变为滑动摩擦力的临界点，最大静摩擦力为 3.5 N.(2)在 50 s 以后，沙和沙桶的重力一定大于滑动摩擦力，故小车加速运动，不可视为平衡状态来处理.思维拓展 如图 17 所示，为什么不能固定木板，用弹簧测力计拉着木块运动来测定木块和木板之间的动摩擦因数呢？图 17答案 如果固定木板，用弹簧测力计拉着木块运动，要保
12、证木块匀速运动非常困难，且弹簧测力计的示数不稳定，不能根据二力平衡求木块与木板间的滑动摩擦力.题组 1 弹力的分析与计算1.(多选)关于弹力，下列说法正确的是( )A.弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反B.轻绳中的弹力方向一定沿着绳并指向绳收缩的方向C.轻杆中的弹力方向一定沿着轻杆D.在弹性限度内，弹簧的弹力大小与弹簧的形变量成正比答案 ABD2.(多选)如图 1 所示，一倾角为 45的斜面固定于墙角，为使一光滑的铁球静止于图示位置，需加一水平力 F，且 F 通过球心.下列说法正确的是( )图 1A.球一定受墙水平向左的弹力B.球可能受墙水平向左的弹力C.球一定受斜面通过铁球重心的弹力D.
13、球可能受斜面垂直于斜面向上的弹力答案 BC183.如图 2 所示，小车内有一固定光滑斜面，一个小球通过细绳与车顶相连，细绳始终保持竖直，关于小球的受力情况，下列说法中正确的是( )图 2A.若小车静止，绳对小球的拉力可能为零B.若小车静止，斜面对小球的支持力一定为零C.若小车向右运动，小球一定受两个力的作用D.若小车向右运动，小球一定受三个力的作用答案 B解析 小车静止时，小球受力平衡，只受重力和绳子拉力两个力的作用，故选项 A 错误，B 正确；小车向右运动可能有三种运动形式：向右匀速运动、向右加速运动和向右减速运动.当小车向右匀速运动时，小球受力平衡，只受重力和绳子拉力两个力的作用，当小车向
14、右加速运动时，小球须有向右的合力，但由细绳始终保持竖直状态和斜面形状可知，该运动形式不可能有.当小车向右减速运动时，小球须有向左的合力，则一定受重力和斜面的支持力，可能受绳子的拉力，也可能不受绳子的拉力，故选项 C、D 错误.4.在竖直放置的平底圆筒内，放置两个半径相同的刚性球 a 和 b，球 a 质量大于球 b.放置的方式有如图 3 甲和乙两种.不计圆筒内壁和球面之间的摩擦，对有关接触面的弹力，下列说法正确的是( )图 3A.图甲圆筒底受到的压力大于图乙圆筒底受到的压力B.图甲中球 a 对圆筒侧面的压力小于图乙中球 b 对侧面的压力C.图甲中球 a 对圆筒侧面的压力大于图乙中球 b 对侧面的
15、压力D.图甲中球 a 对圆筒侧面的压力等于图乙中球 b 对侧面的压力答案 B解析 以 a、 b 整体为研究对象进行受力分析，筒底对两个球整体支持力等于两球的重力，故图甲圆筒底受到的压力等于图乙圆筒底受到的压力，选项 A 错误；以 a、 b 整体为研究对象进行受力分析，两侧的两个压力是大小相等的，再以上面球为研究对象受力分析，如图所示，由几何知识可知 FN 筒 mgtan ，故侧壁的压力与上面球的重力成正比，由于球 a 的质量大于球 b 的质量，故乙图中球对侧面的压力较大，选项 B 正确，C、D 错误.19题组 2 摩擦力的分析和计算5.(多选)下列关于摩擦力的说法中，正确的是( )A.两物体间
16、有摩擦力，一定有弹力，且摩擦力的方向和它们的弹力方向垂直B.两物体间的摩擦力大小和它们间的压力一定成正比C.在两个运动的物体之间可以存在静摩擦力，且静摩擦力的方向可以与运动方向成任意角度D.滑动摩擦力的方向可以与物体的运动方向相同，也可以相反答案 ACD解析 摩擦力方向沿接触面，弹力方向垂直接触面，且有摩擦力一定有弹力，有弹力不一定有摩擦力，A 正确；静摩擦力与压力没有关系，B 错误；静摩擦力可以产生在运动的物体间，且静摩擦力的方向可以与运动方向成任意角度，例如静摩擦力提供向心力，C 正确；滑动摩擦力可以是动力也可以是阻力，D 正确.6.物体 b 在力 F 作用下将物体 a 向光滑竖直墙壁挤压
17、，如图 4 所示， a、 b 处于静止状态，则( )图 4A.a 受到的摩擦力有二个B.a 受到的摩擦力大小不随 F 变化C.a 受到的摩擦力大小随 F 的增大而增大D.a 对 b 的摩擦力方向竖直向上答案 B解析 对于 a：由于墙壁光滑， a 处于静止状态，受重力、 b 对 a 的压力、墙壁的弹力、 b对 a 的静摩擦力处于平衡，则 b 对 a 的摩擦力大小等于 a 的重力大小，方向竖直向上， F增大，摩擦力大小不变，始终等于 a 的重力大小，由牛顿第三定律知， a 对 b 的摩擦力方向竖直向下.7.如图 5 所示，纯净水桶和简易金属支架静止于水平桌面上，则( )20图 5A.桌面对支架的摩
18、擦力水平向左B.水桶对支架的作用力竖直向下C.支架对水桶的作用力斜向右上方D.支架对桌面的压力大小等于支架的重力答案 B解析 对水桶和支架整体，受重力和支持力，二力平衡，故桌面对支架没有摩擦力，否则不平衡；支架对桌面的压力等于整体的重力，大于支架的重力，故 A、D 错误.隔离水桶受力分析，水桶受重力和支架的支持力，根据平衡条件，支持力与重力等值、反向、共线，故支架对水桶的作用力竖直向上，根据牛顿第三定律，水桶对支架的作用力竖直向下，故B 正确，C 错误.8.(多选)下列关于摩擦力的说法中，正确的是( )A.作用在物体上的滑动摩擦力只能使物体减速，不可能使物体加速B.作用在物体上的静摩擦力只能使
19、物体加速，不可能使物体减速C.作用在物体上的滑动摩擦力既可能使物体减速，也可能使物体加速D.作用在物体上的静摩擦力既可能使物体加速，也可能使物体减速答案 CD解析 摩擦力总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势)，而物体间的相对运动与物体的实际运动无关.当摩擦力的方向与物体的运动方向一致时，摩擦力是动力，当摩擦力的方向与物体的运动方向相反时为阻力，故 C、D 项正确.9.(多选)如图 6 所示， A、 B、 C 三个物体质量相等，它们与传送带间的动摩擦因数相同.三个物体随传送带一起匀速运动，运动方向如图中箭头所示.则下列说法正确的是( )图 6A.A 物体受到的摩擦力不为零，方向向右B.三个物
20、体只有 A 物体受到的摩擦力为零C.B、 C 受到的摩擦力大小相等，方向相同21D.B、 C 受到的摩擦力大小相等，方向相反答案 BC解析 A 物体与传送带一起匀速运动，没有发生相对滑动，也没有相对运动趋势，所以 A物体不受摩擦力，选项 A 错误；对 B、 C 物体进行受力分析，可知 B、 C 所受的静摩擦力大小均为 mgsin ，方向均沿传送带向上，选项 B、C 正确，D 错误.题组 3 摩擦力的突变问题10.(多选)如图 7 所示，将两相同的木块 a、 b 置于粗糙的水平地面上，中间用一轻弹簧连接，两侧用细绳固定于墙壁.开始时 a、 b 均静止.弹簧处于伸长状态，两细绳均有拉力， a所受的
21、摩擦力 Ffa0， b 所受的摩擦力 Ffb0，现将右侧细绳剪断，则剪断瞬间( )图 7A.Ffa大小不变 B.Ffa方向改变C.Ffb仍然为零 D.Ffb方向向右答案 AD解析 剪断右侧细绳瞬间， b 木块仍受弹簧向左的拉力，故此时 Ffb不等于零，其方向水平向右，与弹簧拉力方向相反. a 木块在剪断细绳瞬间与剪断前受力情况没有发生变化，故Ffa的大小、方向均没有变化.综上所述，选项 A、D 正确.11.如图 8 所示，斜面固定在地面上，倾角为 37(sin370.6，cos370.8).质量为 1kg 的滑块以初速度 v0从斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足够长，该滑块与斜面间的动摩擦因数为
22、0.8)，则该滑块所受摩擦力 Ff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， g10m/s 2)( )图 8答案 B22解析 滑块上升过程中受滑动摩擦力，由 Ff F N和 FN mgcos 联立得 Ff6.4N，方向为沿斜面向下，当滑块的速度减为零后，由于重力的分力 mgsin mg cos ，滑块不动，滑块受的摩擦力为静摩擦力，由平衡条件得 Ff mgsin ，代入可得 Ff6N，方向为沿斜面向上，故选项 B 正确.12.(多选)如图 9 甲所示，斜面体固定在水平面上，斜面上有一物块在拉力 F 的作用下始终处于静止状态，拉力 F 在如图乙所示的范围内变化，取沿斜面向上为正方向.则物块所受的摩擦力 Ff与时间 t 的关系正确的是( )图 9答案 BD解析 若 t0 时，静摩擦力沿斜面向上，随 F 减小， Ff增大，当 F 反向后， Ff在原来基础上继续增大，D 正确；若 t0 时，静摩擦力沿斜面向下，随 F 减小， Ff减小，在 F0 前，Ff变为沿斜面向上，B 正确.
