2021版高考物理一轮复习第2章相互作用第1节力重力弹力学案 13页

第1节　力　重力　弹力考点一　重力、弹力的分析与计算对应学生用书p一、力、重力1．对力的认识(1)力的概念：力是__物体对物体__的作用．力是不能离开物体而独立存在的，有力存在，必然同时存在施力物体和受力物体．(2)力的基本特征：①物质性：力不能__脱离物体__而独立存在．②相互性：力的作用是相互的．物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一直线上．③矢量性：既有大小，又有方向，其运算法则为__平行四边形定则__．④独立性：一个力作用在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__．⑤同时性：物体间的相互作用总是__同时__产生，__同时__变化，__同时__消失．(3)力的效果使物体发生__形变__或使物体的运动状态发生改变(即产生__加速度__)．(4)四种基本相互作用：引力相互作用、__电磁__相互作用、强相互作用和弱相互作用．(5)力的分类①按__性质__分：重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等．②按__效果__分：动力、阻力、压力、支持力、向心力、回复力等．③按研究对象分：内力、外力．2．重力(1)重力的产生：由于__地球__对物体的吸引而使物体受到的力．(2)方向：总是__竖直向下__．(3)大小：G＝__mg__．(4)重心：物体各个部分受到重力的合力的作用点．重心可能在物体上也可能不在物体上．①质量分布均匀且有规则形状的物体，重心位置在几何中心．②质量分布不均匀的物体，重心位置跟物体形状有关，跟物体内质量的分布有关．③用悬挂法测重心(只适合薄片状物体)．(5)重力的反作用力是物体对地球的作用力，作用在__地球__上．【理解巩固1】　下列说法中正确的是(　　)13 A．重心就是物体上最重的一点B．物体在相互作用时，先有施力物体，后有受力物体C．当物体置于斜面上时，其重力方向垂直于斜面向下D．物体所受重力的大小与物体运动状态无关[解析]重力是由于地球吸引而产生的力，均匀作用在物体上，故重心并不是物体上最重的点，是各个部分受重力的等效作用点，故A错误；施力物体对受力物体施加了力，施力物体自身也同时受到力的作用，故B错误；地面上的物体受到的重力方向总是竖直向下的，选项C错误；在任何状态下物体均会受重力作用，即重力的大小与物体运动状态无关，D正确．[答案]D二、弹力、胡克定律1．弹力(1)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状而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：①两物体__接触__，②发生__弹性形变__；两者缺一不可，并且弹力和形变同时__产生__，同时__消失__．(3)弹力的方向：与施力物体形变方向相反，与受力物体形变方向相同．例如A对B的弹力FAB与A形变方向相反，与B形变方向相同．2．胡克定律(1)胡克定律的内容：在__弹性限度__内，弹力和弹簧的__形变__大小(__伸长__或__缩短__的量)成正比．(2)表达式：F＝__kx__．特别提醒：①k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__(材料、匝数、直径等)决定．②x是弹簧长度的__变化量__，不是弹簧形变以后的长度．【理解巩固2】　下列关于弹力的说法正确的是(　　)A．两个物体间有弹力作用，物体就一定发生了形变B．两个靠在一起的物体间一定有弹力作用C．接触面间的弹力方向不一定垂直于接触面D．弹力的方向可能与施力物体的形变方向相同[解析]弹力是由于物体发生了弹性形变所产生的力，两个物体间有弹力作用，物体就一定发生了形变，选项A正确；两个靠在一起的物体间，若没有发生弹性形变就没有弹力，选项B错误；接触面间的弹力的方向一定垂直于接触面，选项C错误；弹力的方向一定与施力物体的形变方向相反，选项D错误；故选A.[答案]A对应学生用书p　13 例1　关于物体所受的重力，以下说法正确的是(　　)A．重力就是地球对物体的吸引力，作用点就是重心，且重心一定在物体上B．重力的方向就是物体自由下落的方向C．重力的大小可以用弹簧测力计或天平直接测出D．在不同地点，质量大的物体一定比质量小的物体所受的重力大[解析]重力是由地球的吸引而产生的，但重力不能说就是地球的引力，它只是引力的一部分，同时重力的作用点就是物体的重心，而重心不一定在物体上，故A错误；重力的方向竖直向下，即物体自由下落的方向，故B正确；重力的大小可以用弹簧测力计测量，但不能用天平直接测出，故C错误；物体在同一地点，质量大的物体一定比质量小的物体所受的重力大，但在不同地点，由于重力加速度不相同，故质量大的物体不一定比质量小的物体所受的重力大，故D错误．[答案]B,　　1．如图所示为地面上物体所受重力的示意图：万有引力F引指向地心，它的分量F向垂直于地轴，给物体提供随地球自转的向心力，F引的另一个分量是物体的重力G.若不计自转效应，则近似地认为mg＝G.2．重力是由于地球的吸引而产生，但不能说重力就是地球的吸引力．3．在赤道上时，重力等于万有引力减去向心力，即G＝F引－F向．4．在两极点重力等于物体所受到的万有引力，在地球上其他位置时，重力不等于万有引力．)　13 例2　如图所示，物体A分别与水平面、竖直墙面以及物体B紧密接触，所有接触面均光滑，A、B均静止，则(　　)A．物体A受三个弹力作用B．物体A受两个弹力作用C．物体B受两个弹力作用D．物体A和物体B均只受一个弹力作用[解析]假设整体受墙壁的弹力，则整体将不能处于静止状态；同理可知，A、B均不可能受对方弹力作用；故它们均只受地面的支持力，即物体A、B只受一个弹力；故只有D正确．[答案]D,　　弹力有无的分析和判断1．“直接判定法”：对于形变较明显的情况，由形变情况直接判断．2．“假设法”：先假设物体间的弹力不存在，即把与研究对象接触的物体去掉．再判断所研究物体的运动状态是否改变．若不变则说明无弹力；若改变则说明有弹力．3．“状态分析法”：分析除弹力以外其他力的合力，看该合力是否满足给定的运动状态，若不满足，则存在弹力，若满足则不存在弹力．并可以依据物体所受的合外力和物体的运动状态，由力的平衡或牛顿第二定律求解物体间弹力的大小．)　例3　如图所示是我国的极地考察破冰船——“雪龙号”．为满足破冰航行的要求，其船体结构经过特殊设计，船体下部与竖直方向成特殊角度．则船体对冰块的弹力示意图正确的是(　　)13 [解析]船体对冰块的弹力垂直于接触面，指向受力物体，故D正确．[答案]D,　　几种常见模型中弹力方向的确定弹力弹力的方向例举图示弹簧的弹力与弹簧中心轴线重合，指向弹簧恢复原状的方向轻绳的弹力沿绳指向绳收缩的方向面与面接触的弹力垂直于接触面指向受力的物体点与面接触的弹力过接触点垂直于接触面(或过接触点的切面)而指向受力物体点与点接触的弹力垂直于过接触点的切面，而指向受力物体)13 ,弹力弹力的方向例举图示杆的弹力可能沿杆，也可能不沿杆，应具体情况具体分析沿杆不沿杆)　例4　如图所示，两根轻弹簧a、b的上端固定在竖直墙壁上，下端连接在小球上．当小球静止时，弹簧a、b与竖直方向的夹角分别为53°和37°.已知a、b的劲度系数分别为k1、k2.sin53°＝0.8，则a、b两弹簧的伸长量之比为(　　)A.B.C.D.[解析]对小球受力分析，受到重力和两个弹簧的弹力，如图．根据平衡条件，有：＝＝，而Fa＝k1x1，Fb＝k2x2，解得：＝，故B正确、ACD错误．[答案]B13 ,　　计算弹力大小的方法：①根据胡克定律，依F＝kΔx求解；②根据力的平衡列式求解；③根据牛顿第二定律列式求解．)13 考点二　轻绳、轻杆和轻弹簧模型对应学生用书p三种模型对比轻绳轻杆轻弹簧模型图示模型特点形变特点柔软，只能发生微小形变，各处张力大小相等只能发生微小形变既可伸长，也可压缩，各处弹力大小相等方向特点不一定沿杆，可以是任意方向只能沿绳，指向绳收缩的方向沿弹簧轴线，与形变方向相反作用效果特点只能提供拉力　可以提供拉力、支持力可以提供拉力、支持力大小突变特点可以发生突变可以发生突变　一般不能发生突变【理解巩固3】　如图所示，水平轻杆的一端固定在墙上，轻绳与竖直方向的夹角为37°，小球的重力为12N，轻绳的拉力为10N，水平轻弹簧的弹力为9N，求轻杆对小球的作用力．13 [解析](1)弹簧对小球向左拉时：设杆的弹力大小为F，与水平方向的夹角为α，小球受力如图甲所示．由平衡条件知：代入数据解得：F＝5N，α＝53°即杆对小球的作用力大小为5N，方向与水平方向成53°角斜向右上方．(2)弹簧对小球向右推时，小球受力如图乙所示：由平衡条件得：代入数据解得：F＝15.5N，α＝π－arctan.即杆对小球的作用力大小约为15.5N，方向与水平方向成arctan斜向左上方．对应学生用书p　例5　如图，一个轻型衣柜放在水平地面上，一条光滑轻绳两端分别固定在两侧顶端A、B上，再挂上带有衣服的衣架，若保持绳长和左端位置点不变，将绳右端移动到C点固定，衣柜一直静止，下列说法正确的是(　　)13 A．绳的张力大小不变B．衣柜对地面的压力将会变小C．绳的张力变小D．衣柜对地面的压力将会增大[解析]设绳子与竖直方向的夹角为θ，绳子张力为T，衣服的质量为m，挂钩处的受力如图所示，根据共点力的平衡条件可得：2Tcosθ＝mg，若改在C点，绳子与竖直方向的夹角变小，绳的张力变小，A错误，C正确．若绳右端固定在C点，衣柜对地面的压力仍等于整体的重力，保持不变，则B、D均错误．[答案]C,　　“活结”与“死结”问题轻绳两段分界处受力点不能移动(死结)，相当于两根独立的绳子，“死结”两侧的绳子弹力不一定等大．当轻绳跨过滑轮或光滑的钩子时，绳子的着力点可以移动(活结)，“活结”两侧绳子的弹力一定等大．其合力一定沿着两段绳的夹角的角平分线．)　例6　如图所示，倾角为30°、重为80N的斜面体静止在水平地面上，一根弹性轻杆一端垂直固定在斜面体上，轻杆的另一端固定一个重为2N的小球，小球处于静止状态时，下列说法正确的是(　　)13 A．轻杆对小球的作用力沿轻杆向上，大于2NB．地面对斜面体的支持力为80NC．小球对轻杆的作用力为2N，方向竖直向下D．轻杆对小球的作用力为2N，方向垂直斜面向上[解析]对小球受力分析，受到轻杆的作用力和竖直向下的重力，处于静止状态，所以二力平衡，等大反向，所以杆对小球的作用力方向竖直向上，大小等于2N，根据牛顿第三定律可知小球对轻杆的作用力方向竖直向下，大小为2N，A、D错误，C正确；将两者看做一个整体，整体受到重力和地面的支持力，故地面对斜面体的支持力等于两者重力之和82N，B错误．[答案]C,　　“动杆”与“定杆”问题常见的杆的连接方式有铰链连接(动杆)和固定连接(定杆)两种．“动杆”多是“二力杆”，轻杆两端所受弹力方向一定沿杆的方向．“定杆”不能转动，轻杆两端所受弹力方向不一定沿着杆的方向，可由其他受力并结合物体的状态确定．)　例7　(多选)如图两个弹簧的质量不计，劲度系数分别为k1、k2，它们一端固定在质量为m的物体上，另一端分别固定在Q、P上．当物体平衡时上面的弹簧处于原长．若把固定的物体换为质量为2m的物体(弹簧的总长度不变，且弹簧均在弹性限度内)，当物体再次平衡时，(　　)A．第一次平衡时，下方弹簧被压缩的长度为B．若用劲度系数为k2的轻质橡皮筋代替上端弹簧，13 质量为m的物体平衡时下方弹簧被压缩的长度为C．第二次平衡时，上方弹簧伸长的长度为D．第二次平衡时的位置比第一次平衡时下降了[解析]当物体的质量为m时，下方弹簧被压缩的长度为：x1＝，故A正确；若用劲度系数为k2的轻质橡皮筋代替上端弹簧，因为橡皮筋的原长不一定与原弹簧相同，所以不能计算出物体平衡时下方弹簧被压缩的长度，故B错误；当物体的质量变为2m时，设物体下降的高度为x，则上方弹簧伸长的长度为x，下方弹簧被压缩的长度为x1＋x，两弹簧弹力之和等于2mg，由胡克定律和平衡条件得：k2x＋k1(x1＋x)＝2mg；联立解得：x＝s；故C错误、D正确．[答案]AD,　　弹簧与橡皮筋的弹力特点比较对象弹簧橡皮筋不同点弹簧既能受拉力(发生拉伸形变)，也能受压力(发生压缩形变)，弹簧形变方向不同，弹力的方向也不同，但都沿弹簧轴线橡皮筋只能受拉力作用．方向沿橡皮筋相同点①产生的弹力都遵循胡克定律F＝kx②橡皮筋、弹簧的两端及中间各点的弹力大小相等③弹力均不能突变④当弹簧或橡皮筋被剪断时，其弹力立即消失)13 13