【物理】2019届一轮复习人教版力重力弹力学案

【物理】2019届一轮复习人教版力重力弹力学案

专题七 力 重力 弹力（精讲）‎ 一、力 ‎1．力的定义：力是物体对物体的相互作用。‎ ‎2．力的特性 ‎（1）物质性：力不能离开物体而独立存在。‎ ‎（2）相互性：力的作用是相互的。甲对乙有力的作用，同时乙对甲一定也有力的作用。‎ ‎（3）矢量性：力不仅有大小，而且有方向，方向不同，效果不同。‎ ‎3．力的作用效果：‎ ‎（1）使物体产生形变；‎ ‎（2）使物体的运动状态发生改变；使物体的速度（大小或方向）发生变化，使物体产生加速度。‎ ‎4．力的三要素：‎ ‎（1）力的表示：要准确表述一个力，必须同时指出它的大小、方向和作用点。‎ ‎（2）表示力的方法 ‎①力的图示；②力的示意图。‎ ‎5．力的分类：‎ ‎（1）按力性质分：重力、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力等。‎ ‎（2）按力的效果分有：拉力、压力、支持力、回复力、向心力等。‎ ‎（3）按研究对象分：可分为外力和内力。‎ 该知识点在“受力分析”中应注意：“受力分析”分析的是性质力，不是效果力。如：对做圆周运动的物体进行受力分析，不能添加“向心力”，因“向心力”是效果力。对确定的研究对象进行受力分析，分析的是“外力”不是“内力”。‎ ‎6．四种相互作用 ‎（1）相互吸引作用：存在于一切物体之间。‎ ‎（2）电磁相互作用：规律与万有引力相似。‎ ‎（3）强相互作用：作用范围只有10–‎15m。‎ ‎（4）弱相互作用：作用范围只有10–‎15m，强度只有强相互作用的10–12。‎ ‎【题1】关于力的概念，下列说法哪些是正确的 A．一个力必然联系着两个物体，其中每个物体既是受力物体又是施力物体 B．只要两个力的大小相同，它们产生的效果一定相同 C．物体受到力的作用，运动状态一定改变 D．竖直向上抛出的物体，物体竖直上升，是因为竖直方向受到升力的作用 ‎【答案】A 二、重力 ‎1．重力的产生：由于地球的吸引而使物体受到的力叫重力。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．重力的大小 ‎（1）由G=mg计算；可用弹簧测力计测量。注意：①物体的质量不会变；②G的变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的。‎ ‎（2）物体处于静止时，重力等于物体对水平支持物的压力或对竖直悬绳的拉力。用弹簧秤测量，物体处于静止时，弹簧秤的示数等于重力的大小。‎ ‎3．重力的方向：竖直向下（即垂直于水平面向下）。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。物体在两极与赤道上重力的方向指向地心。‎ ‎4．重心：物体所受重力的作用点。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。重心概念的实质是从作用效果上命名的，是一种等效的处理方法。‎ ‎（1）影响重心位置的因素：其位置与物体的质量分布和形状有关。①质量分布均匀的物体的重心，只与物体的形状有关。形状规则的质量分布均匀的物体，它的重心就在几何中心上，如均匀直棒的重心，在棒的中心。②质量分布不均匀的物体的重心与物体的形状、质量分布有关。注意：重心的位置不一定在物体上。‎ ‎（2）不规则薄板形物体重心的确定方法：悬挂法。‎ ‎【题2】下列关于重力和重心的说法正确的是 A．物体所受的重力就是地球对物体产生的吸引力 ‎ B．重力的方向总是指向地心 C．用细线将重物悬挂起来，静止时物体的重心一定在悬线所在的直线上 D．重心就是物体所受重力的等效作用点，故重心一定在物体上 ‎【答案】C ‎ 三、弹力 ‎1．弹力概念 ‎（1）形变：物体在力的作用下形状或体积发生改变，叫做形变。‎ ‎（2）弹性 ‎①弹性形变：有些物体在形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变。‎ ‎②弹性限度：当形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹性限度。‎ ‎（3）定义：发生形变的物体，由于要恢复原状，就会对跟它接触使它发生形变的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。发生形变的物体——施力体。‎ ‎【题3】一辆拖拉机停在水平地面上，请在下列关于拖拉机和地面受力的叙述中选出正确叙述 A．地面受到了向下的弹力，是因为地面发生了弹性形变；拖拉机没有发生形变，所以拖拉机不受弹力 B．地面受到了向下的弹力，是因为地面发生了弹性形变；拖拉机受到了向上的弹力，是因为拖拉机也发生了弹性形变 C．拖拉机受到了向上的弹力，是因为地面发生了形变；地面受到向下的弹力，是因为拖拉机发生了形变 D．以上说法都不正确 ‎【答案】C ‎（4）弹力产生的条件：两物体①直接接触；②有弹性形变。‎ ‎（3）方向：总是与施力物体形变的方向相反。‎ ‎2．弹力有无的判断方法 对于形变明显的情况（如弹簧）可由形变直接判断，形变不明显的通常用下面四种方法：‎ ‎（1）条件法：根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力。此方法多用来判断形变比较明显的情况。‎ ‎（2）假设法：‎ 对形变不明显的情况，可假设两个物体间弹力不存在，看物体能否保持原有的状态，若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定有弹力。‎ ‎（3）状态法：根据物体的运动状态，利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在。‎ ‎（4）替换法：可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换，看能否发生形态的变化，若发生形变，则此处一定有弹力。‎ ‎【题4】如图所示，细绳竖直拉紧，小球和光滑斜面接触，并处于静止状态，则小球受到的力有 A．重力、绳的拉力 B．重力、绳的拉力、斜面的弹力 C．重力、斜面的弹力 D．绳的拉力、斜面的弹力 ‎【答案】A ‎【题5】如图所示，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α的固定斜面滑动，不计一切摩擦，下列说法中正确的是 A．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】先以盒子和小球组成的系统为研究对象，无论上滑还是下滑，用牛顿第二定律均可求得系统的加速度大小为a＝gsin α，方向沿斜面向下，由于盒子和小球始终保持相对静止，所以小球的加速度大小也是a＝gsin α ‎，方向沿斜面向下，小球沿斜面向下的重力分力大小恰好等于所需的合力，因此不需要左、右侧面提供弹力，故选项A正确。　‎ ‎3．弹力方向的确定 ‎（1）弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。总是与施力物体形变的方向相反。‎ ‎【题6】（多选）关于弹力的方向，下列说法中正确的是 A．放在水平桌面上的物体所受弹力的方向是竖直向上的 B．放在斜面上的物体所受斜面的弹力的方向是竖直向上的 C．将物体用绳吊在天花板上，绳所受物体的弹力方向是竖直向上的 D．物体间相互挤压时，弹力的方向垂直接触面指向受力物体 ‎（2）常见的弹力方向 ‎①压力、支持力的方向——垂直于接触面，指向被压、被支持的物体。‎ ⅰ．面与面接触，垂直于公共接触面；‎ ⅱ．点与面接触，过点垂直于面；‎ ⅲ．点与点接触（点与曲线、曲面），垂直于公切面（垂直于过接触点的切线、切面）。‎ 要在理解的基础上，掌握各种类型的接触处（平面与平面，平面与点，曲面与曲面，曲面与平面，曲面与点等）的弹力方向，注意弹力方向哪种情况下指向圆心，哪种情况下不指向圆心。要学会“点”化“面”的处理方法。‎ ‎【题7】如图所示，水平地面上堆放着原木，关于原木P的支撑点M、N处受力的方向，下列说法正确的是 A．M处受到的支持力竖直向上 B．N处受到的支持力竖直向上 C．M处受到的静摩擦力沿MN方向 D．N处受到的静摩擦力沿水平方向 ‎【答案】A ‎【题8】如图所示，标出了A、B点与接触面间的弹力的方向，C中O表示碗口连线的中点，其它图中表示圆心，G表示物体的重力，则表示A、B点弹力的方向错误的是 ‎【答案】C ‎【解析】弹力的方向要依据其定义，“压力的方向垂直于支持面而指向被压的物体，支持力的方向垂直于支持面而指向被支持的物体”。接触处为平面与平面的，垂直于对应平面画出即可，故B、C、D选项中的NB方向都是正确的。但对A、B选项，要从“点”化“面”的观点处理，过接触点，找其切面，弹力方向要垂直其切面，所以弹力方向都过圆心。而C选项中没有说明碗的内侧为圆形，事实上，不可能是标准的圆形，因为要保证杆静止必须为共点力，即A点的弹力方向沿虚线与G、NB相交，故C选项中NA方向错误。‎ ‎②绳子、链条、钢丝等柔软物体，只能因受拉力而发生形变，也就是说，绳子只能承受拉力，因此，绳子对其它物体施加弹力的方向总是沿着绳子并指向绳收缩方向。‎ ‎【题9】如图所示，水平放置的两固定的光滑硬杆OA、OB成α角，在两杆上各套一个轻环，两环用轻绳相连，现用恒力F沿OB方向拉下面的环，当两环稳定时，绳的张力大小为 。‎ ‎【答案】‎ ‎③杆上的弹力方向 杆上的弹力既可以是拉力，也可以是压力，可沿杆，也可不沿杆。杆上弹力的方向要根据物体的运动状态来确定。‎ 如果轻杆处于平衡状态，一般分两种情况。情况一：轻杆一端固定，则另一端的受力可沿任意方向；情况二：轻杆一端为轴，则另一端受力必沿杆。‎ ‎【题10】（多选）如图所示，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θ，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 A．小车静止时，F＝mgsin θ，方向沿杆向上 ‎ B．小车静止时，F＝mgcos θ，方向垂直于杆向上 C．小车向右做匀速运动时，一定有F＝mg，方向竖直向上 D．小车向右做匀加速运动时，一定有F>mg，方向可能沿杆向上 ‎【答案】CD ‎5．弹力的大小：弹力的大小跟形变大小有关，形变越大，弹力越大。‎ 弹力大小计算的三种方法 ‎（1）根据力的平衡条件进行求解。‎ ‎（2）根据牛顿第二定律进行求解。‎ 对于难以观察的微小形变，可以根据物体的受力情况和运动情况，运用物体平衡条件或牛顿第二定律来确定弹力大小。‎ ‎【题11】如图所示，带斜面的小车在水平地面上，斜面倾角为θ，紧靠斜面有一质量为m的光滑球，试求在下列状态下斜面对小球的弹力大小：‎ ‎（1）小车向右匀速运动；‎ ‎（2）小车向右以加速度a（aL1 B．L4>L‎3 C．L1>L3 D．L2＝L4‎ ‎【答案】D ‎【解析】弹簧伸长量由弹簧的弹力（F弹）大小决定。由于弹簧质量不计，这四种情况下，F弹都等于弹簧右端拉力F，因而弹簧伸长量均相同，故选D项。‎ ‎6．轻绳模型与轻杆模型 ‎（1）轻绳模型——轻绳对物体的弹力方向沿绳收缩的方向 ‎①活结模型：跨过滑轮、光滑杆、光滑钉子的细绳为同一根细绳，其两端张力大小相等。‎ ‎“活结”模型的4个特点：‎ ⅰ．“活结”可理解为把绳子分成两段；‎ ⅱ．“活结”是可以沿绳子移动的结点；‎ ⅲ．“活结”一般是由绳跨过滑轮或者绳上挂一光滑挂钩而形成的。绳子虽然因“活结”而弯曲，但实际上是同一根绳； ‎ ⅳ．“活结”分开的两段绳子上弹力的大小一定相等，两段绳子合力的方向一定沿这两段绳子夹角的平分线。‎ ‎②死结模型：如几个绳端有“结点”，即几段绳子系在一起，谓之“死结”，那么这几段绳子的张力不一定相等。如图，此时BC绳的拉力等于所挂重物的重力，轻绳属于“活结”模型。‎ ‎②“死结”模型的4个特点：‎ ‎①“死结”可理解为把绳子分成两段； ‎ ‎“死结”是不可以沿绳子移动的结；‎ ‎③“死结”两侧的绳因结住而变成了两根独立的绳；‎ ‎④“死结”分开的两段绳子上的弹力不一定相等。‎ ‎（2）轻杆模型 轻杆弹力的确定方法 杆的弹力与绳的弹力不同，绳的弹力始终沿绳指向绳收缩的方向，但杆的弹力方向不一定沿杆的方向，其大小和方向的判断要根据物体的运动状态来确定，可以理解为“按需提供”，即为了维持物体的状态，由受力平衡或牛顿运动定律求解得到所需弹力的大小和方向，杆就会根据需要提供相应大小和方向的弹力。‎ ‎① “死杆”：即轻质固定杆，它的弹力方向不一定沿杆的方向，作用力的方向需要结合平衡方程或牛顿第二定律求得。‎ ‎②“活杆”：即一端有铰链相连的杆属于活动杆，轻质活动杆中的弹力方向一定沿杆的方向。‎ ‎（3）弹簧与橡皮筋的弹力特点 ‎①弹簧与橡皮筋产生的弹力遵循胡克定律F＝kx。‎ ‎②橡皮筋、弹簧的两端及中间各点的弹力大小相等。‎ ‎③弹簧既能受拉力，也能受压力(沿弹簧轴线)，而橡皮筋只能受拉力作用。‎ ‎④弹簧和橡皮筋中的弹力均不能突变，但当将弹簧或橡皮筋剪断时，其弹力立即消失。‎ ‎（4）铰链连接三角形支架常见类型和受力特点 ‎①图甲、乙中AB杆可用轻绳来代替；‎ ‎②研究对象为结点B，三力平衡；‎ ‎③两杆的弹力均沿杆的方向，可用轻绳代替的AB杆为拉力，不可用轻绳代替的BC杆为支持力。‎ ‎（5）提醒 ‎①跨过滑轮、光滑杆、光滑钉子的细绳两端张力大小相等。易错误地将跨过不光滑滑轮、杆、挂钩的绳子当成同一段绳子处理，认为张力处处相等。‎ ‎②易错误地认为任何情况下杆的弹力一定沿杆。‎ ‎③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。‎ ‎（6）三种模型比较 轻杆 轻绳 轻弹簧 模型图示 模型 特点 形变特点 只能发生微小形变 柔软，只能发生微小形变，各处张力大小相等 既可伸长，也可压缩，各处弹力大小相等 弹力方向特点 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 弹力作用效果特点 可以提供拉力、推力 只能提供拉力 可以提供拉力、推力 弹力大小突变特点 可以发生突变 可以发生突变 一般不能发生突变 ‎【题15】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12 ‎ N，轻绳的拉力为10 N，水平轻弹簧的拉力为9 N，求轻杆对小球的作用力。‎ ‎【答案】5 N 设F与竖直方向夹角为α，sin α＝＝，则α＝37°‎ 即方向与竖直方向成37°角斜向下，这个力与轻绳的拉力恰好在同一条直线上。根据物体平衡的条件可知，轻杆对小球的作用力大小为5 N，方向与竖直方向成37°角斜向右上方。‎ ‎【题16】如图所示，轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为‎10 kg的物体，∠ACB＝30°，g取‎10 m/s2，‎ 求：‎ ‎（1）轻绳AC段的张力FAC的大小；‎ ‎（2）横梁BC对C端的支持力的大小及方向。‎ ‎【答案】（1）100 N（2）FC＝100 N方向和水平方向成30°角斜向右上方 ‎（1）图中轻绳AD跨过定滑轮拉住质量为M的物体，物体处于平衡状态，绳AC段的拉力大小为：FAC＝FCD＝Mg＝10×10 N＝100 N ‎（2）由几何关系得：FC＝FAC＝Mg＝100 N方向和水平方向成30°角斜向右上方。‎ ‎【题17】若上题中横梁BC换为水平轻杆，且B端用铰链固定在竖直墙上，如图所示，轻绳AD拴接在C端，求：（计算结果保留三位有效数字）‎ ‎（1）轻绳AC段的张力FAC的大小；‎ ‎（2）轻杆BC对C端的支持力。‎ ‎【答案】（1）200 N（2）FBC＝173 N方向水平向右 ‎【解析】（1）对结点C受力分析如图：根据平衡方程FAC·sin 30°＝Mg FAC·cos 30°＝FBC得：FAC＝2Mg＝200 N。‎ ‎（2）同理可得FBC＝≈173 N方向水平向右。‎