2018年高考物理一輪復習 第二章 相互作用 第1講 重力 彈力教學案（含解析）

第1講重力彈力Ø 教材知識梳理一、力1定義：力是_的相互作用2作用效果：使物體發(fā)生形變或改變物體的_(即產生加速度)3性質：力具有物質性、相互性、共存性、矢量性、獨立性等特征4基本相互作用 (1)四種基本相互作用：_相互作用、_相互作用、強相互作用和弱相互作用(2)重力屬于引力相互作用，彈力、摩擦力、電場力、磁場力等本質上是_相互作用的不同表現二、重力1定義：由于地球的_而使物體受到的力2大?。号c物體的質量成_，即Gmg.3方向：_4重心：重力宏觀作用效果的_作用點三、彈力1定義：發(fā)生_的物體由于要恢復原狀而使物體受到的力2產生條件：兩物體相互接觸且發(fā)生了_3方向：沿_恢復原狀的方向4胡克定律：在彈簧的彈性限度內，彈簧的彈力大小與形變量成_，即Fkx，其中k表示彈簧的勁度系數，反映彈簧的性質答案：一、1.物體和物體之間2.運動狀態(tài)4(1)引力電磁(2)電磁二、1.吸引2.正比3.豎直向下4.等效三、1.彈性形變2.彈性形變3.施力物體4.正比【思維辨析】(1)重力的方向一定指向地心()(2)彈力可以產生在不直接接觸的物體之間()(3)相互接觸的物體間不一定有彈力()(4)Fkx中“x”表示彈簧伸長量()(5)形狀規(guī)則的物體的重心一定在物體幾何中心()(6)勁度系數和彈簧長度沒有關系()(7)掛在繩上靜止的物體受到的重力就是繩對它的拉力()(8)硬度很大的物體如果受到的外力較小，則不會發(fā)生形變()答案：(1)(×)(2)(×)(3)()(4)(×)(5)(×) (6)(×)(7)(×)(8)(×)Ø 考點互動探究考點一重力的辨析、彈力有無的判定1.(多選)(重力的辨析)關于地球上的物體，下列說法中正確的是()A在“天上”繞地球飛行的“天宮一號”飛船不受重力作用B地面上的物體受到的重力垂直于水平面C重心是物體受到重力的等效作用點，故重心一定在物體上D物體所受重力的大小與物體運動狀態(tài)無關答案：BD2(彈力有無的判斷)如圖2­3­1所示，小車內有一固定的光滑斜面，一個小球通過細繩與車頂相連，小車在水平面上做直線運動，細繩始終保持豎直關于小球的受力情況，下列說法正確的是()圖2­3­1A若小車靜止，繩對小球的拉力可能為零B若小車靜止，斜面對小球的支持力一定為零C若小車向右運動，小球一定受兩個力的作用D若小車向右運動，小球一定受三個力的作用答案：B解析 若小車靜止，則小球受力平衡，由于斜面光滑，小球不受摩擦力，如果受到斜面的支持力，則無法達到平衡，因此在小車靜止時，斜面對小球的支持力一定為零，繩子的拉力等于小球的重力，故A錯誤，B正確若小車向右勻速運動，小球受重力和繩子拉力兩個力的作用；若小車向右做減速運動，則一定受斜面的支持力，可能受繩子的拉力，也可能不受繩子的拉力，故C、D錯誤 要點總結1重力方向與重心(1)重力方向：總是豎直向下的但不一定和接觸面垂直，也不一定指向地心(2)重心：物體的每一部分都受重力作用，可認為重力集中作用于一點即物體的重心影響重心位置的因素：物體的幾何形狀；物體的質量分布2彈力有無的判斷(1)“條件法”：根據彈力產生的兩個條件接觸和形變直接判斷(2)“假設法”：在一些微小形變難以直接判斷的情況下，可以先假設有彈力存在，然后判斷是否與研究對象所處狀態(tài)的實際情況相符合(3)“狀態(tài)法”：根據研究對象的運動狀態(tài)進行受力分析，判斷物體保持現在的運動狀態(tài)是否需要彈力(4)替換法：可以將硬的、形變不明顯的施力物體用軟的、易產生明顯形變的物體來替換，看能否維持原來的運動狀態(tài)考點二彈力的方向與計算1.彈力方向：可根據力的特點判斷，也可根據運動狀態(tài)、平衡條件或牛頓運動定律確定(如桿的彈力)2彈力大小除彈簧類彈力由胡克定律計算外，一般也要結合運動狀態(tài)，根據平衡條件或牛頓第二定律求解1(彈力方向判斷)圖2­3­2中各物體均處于靜止狀態(tài)圖中畫出了小球A所受彈力的情況，其中正確的是()圖2­3­2答案：C解析 選項A中桿對小球的力應豎直向上，選項B中F2應為零，該繩沒有發(fā)生形變，選項D中半圓形容器擠壓了小球，有指向圓心的彈力，只有選項C正確2(由狀態(tài)分析彈力方向)如圖2­3­3所示，一重為10 N的小球固定在支桿AB的上端，今用一段繩子水平拉球，使桿發(fā)生彎曲，已知繩的拉力為7.5 N，則AB桿對球的作用力()圖2­3­3A大小為7.5 NB大小為10 NC方向與水平方向成53°角斜向右下方D方向與水平方向成53°角斜向左上方答案：D解析 對小球進行受力分析如圖所示，AB桿對球的作用力與繩的拉力的合力與小球的重力等大反向，設AB桿對小球的作用力FN與水平方向夾角為，可得tan ，則53°，FN12.5 N，選項D正確3(由狀態(tài)分析彈力方向)如圖2­3­4所示，質量為m的球置于斜面上，被一個豎直擋板擋住現用一個力F拉斜面體，使斜面體在水平面上做加速度為a的勻加速直線運動，忽略一切摩擦，以下說法中正確的是()圖2­3­4A若加速度足夠小，豎直擋板對球的彈力可能為零B若加速度足夠大，斜面對球的彈力可能為零C斜面和擋板對球的彈力的合力等于maD擋板對球的彈力不僅存在，而且是一個定值答案：D解析 球在重力、斜面的支持力和擋板的彈力作用下做加速運動，則球受到的合力水平向右，為ma，如圖所示設斜面傾角為，擋板對球的彈力為F1，由正交分解法得F1FNsin ma，FNcos G，解得F1maGtan ，可見，彈力為一定值，選項D正確 要點總結(1)任何彈力都是由于形變引起的，與彈力大小和形變大小無關(2)對于難以觀察的微小形變，通常從狀態(tài)出發(fā)，利用“假設法”、平衡條件和牛頓第二定律等方法確定彈力是否存在及彈力的大小和方向(3)胡克定律適用于能發(fā)生明顯形變的彈簧、橡皮筋等物體考點三輕繩、輕桿、輕彈簧模型考向一輕繩輕繩忽略質量、形變，輕繩上的彈力一定沿著繩的方向，輕繩上的力處處大小相等輕繩上的力可以突變1 如圖2­3­5所示，彈簧測力計和細繩重力不計，不計一切摩擦，物體的重力為G5 N，當裝置穩(wěn)定時彈簧測力計A和B的讀數分別為()圖2­3­5A5 N、0 B5 N、10 NC5 N、5 N D10 N、5 N答案：C解析 彈簧測力計的示數為彈簧測力計所承受的力的大小，圖中無論彈簧測力計的右端是固定在支架上還是掛上重物，其作用效果是相同的，所以彈簧測力計受到的拉力都等于物體的重力，選項C正確式題1 如圖2­3­6所示，一個物體由繞過定滑輪的繩子拉著，分別用圖中所示的三種情況拉住物體靜止不動在這三種情況下，若繩子的張力分別為T1、T2、T3，定滑輪對軸心的作用力分別為FN1、FN2、FN3，滑輪的摩擦、質量均不計，則()圖2­3­6AT1T2T3，FN1FN2FN3BT1>T2>T3，FN1FN2FN3CT1T2T3，FN1FN2FN3DT1<T2<T3，FN1<FN2<FN3答案：A解析 物體靜止時繩子的張力等于物體重力的大小，所以T1T2T3mg.方法一：用圖解法確定FN1、FN2、FN3的大小關系與物體連接的這一端，繩子對定滑輪的作用力T的大小也為mg，作出三種情況下的受力示意圖，如圖所示，可知FN1FN2FN3，故選項A正確方法二：用理論法確定FN1、FN2、FN3的大小關系已知兩個分力的大小，兩分力的夾角越小，合力越大，所以FN1FN2FN3，故選項A正確式題2 2016·湖北八校聯考 如圖2­3­7所示，兩豎直木樁ab、cd固定，一不可伸長的輕繩兩端固定在a、c端，繩長為L，一質量為m的物體A通過輕質光滑掛鉤掛在輕繩中間，靜止時兩段輕繩的 夾角為120°.現把輕繩換成自然長度為L的橡皮筋，物體A懸掛后仍處于靜止狀態(tài)，橡皮筋處于彈性限度內若重力加速度大小為g，關于上述兩種情況，下列說法正確的是()圖2­3­7A輕繩的彈力大小為2mgB輕繩的彈力大小為mgC橡皮筋的彈力大于mgD橡皮筋的彈力大小可能為mg答案：B解析 設兩桿間的距離為s，靜止時兩段輕繩的夾角為120°，由于重物的拉力的方向豎直向下，所以三個力之間的夾角都是120°.根據矢量的合成可知，這三個力的大小是相等的，故輕繩的彈力大小為mg，選項A錯誤，選項B正確；若把輕繩換成自然長度為L的橡皮筋，橡皮筋受到拉力后長度增大，桿之間的距離不變，所以重物靜止后兩根繩子之間的夾角一定小于120°，兩個分力之間的夾角減小，而合力不變，所以兩個分力減小，即橡皮筋的彈力小于mg，選項C、D錯誤考向二輕彈簧“輕彈簧”“橡皮繩”是理想化模型，具有如下特性：(1)在彈性限度內，彈力遵循胡克定律Fkx，其中x是彈簧的形變量(2)輕彈簧(或橡皮繩)的質量可視為零(3)彈簧既能受到拉力作用，也能受到壓力作用(沿著彈簧的軸線)，橡皮繩只能受到拉力作用，不能受到壓力作用輕彈簧上的力不能突變2 如圖2­3­8所示，四個完全相同的彈簧都處于水平位置，它們的右端受到大小均為F的拉力作用，而左端的情況各不相同：中彈簧的左端固定在墻上；中彈簧的左端受大小也為F的拉力作用；中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在光滑的桌面上滑動；中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在有摩擦的桌面上滑動若認為彈簧的質量都為零，以L1、L2、L3、L4依次表示四個彈簧的伸長量，則有()圖2­3­8AL1L2L3L4 BL2L1L3L4CL1L2L3L4 DL1L2L3L4答案：C解析 無論彈簧的左端情況怎樣，輕彈簧的兩端拉力總相等設兩端拉力分別為F、F，則FFma，輕彈簧的質量為0，因此ma0，即FF，且此拉力等于彈簧的彈力，所以L4L3L2L1.式題 如圖2­3­9所示，小球a的質量為小球b的質量的一半，分別與輕彈簧A、B和輕繩相連接并處于平衡狀態(tài)輕彈簧A與豎直方向的夾角為60°，輕彈簧A、B的伸長量剛好相同，則下列說法正確的是()圖2­3­9A輕彈簧A、B的勁度系數之比為13B輕彈簧A、B的勁度系數之比為21C輕繩上拉力與輕彈簧A上拉力的大小之比為21D輕繩上拉力與輕彈簧A上拉力的大小之比為2答案：D解析 設輕彈簧A、B的伸長量都為x，小球A的質量為m，則小球B的質量為2m.對小球b，由平衡條件知，彈簧B中彈力為kBx2mg；對小球a，由平衡條件知，豎直方向上，有kBxmgkAxcos 60°，聯立解得kA3kB，選項A、B錯誤；水平方向上，輕繩上拉力FkAxsin 60°，選項C錯誤，D正確考向三輕桿(活桿與死桿)輕桿忽略質量、形變，桿上的彈力不一定沿著桿3 如圖2­3­10所示，小車上固定著一根彎成角的曲桿，桿的另一端固定一個質量為m的小球下列關于桿對球的作用力F的判斷正確的是(重力加速度為g)()圖2­3­10A小車靜止時，Fmgcos ，方向沿桿向上B小車靜止時，Fmgcos ，方向垂直桿向上C小車向右以加速度a運動時，一定有FD小車向右以加速度a運動時，F，方向斜向右上方，與豎直方向的夾角為arctan答案：D解析 小車靜止時，由物體的平衡條件知，桿對球的作用力方向豎直向上，且大小等于球的重力mg，故A、B錯誤小車向右以加速度a運動時，彈力F的方向一定指向右上方，只有這樣，才能保證小球在豎直方向上受力平衡，在水平方向上具有向右的加速度假設小球所受彈力方向與豎直方向的夾角為，如圖所示，據牛頓第二定律得Fsin ma，Fcos mg，解得Fm，tan .可見，只有當球的加速度agtan 時，桿對球的作用力才沿桿的方向，此時才有F，故C錯誤，D正確式題1 如圖2­3­11所示，與豎直墻壁成53°角的輕桿一端斜插入墻中并固定，另一端固定一個質量為m的小球，水平輕質彈簧處于壓縮狀態(tài)，彈力大小為mg(g表示重力加速度)，則輕桿對小球的彈力大小為()圖2­3­11A.mg B.mg C.mg D.mg答案：D解析 小球處于靜止狀態(tài)，其合力為零，小球受力如圖所示，由圖中幾何關系可得Fmg，選項D正確式題2 如圖2­3­12甲所示，輕繩AD跨過固定在水平橫梁BC右端的定滑輪掛住一個質量為10 kg的物體，ACB30°；圖乙中輕桿HP一端用鉸鏈固定在豎直墻上，另一端P通過細繩EP拉住，EP與水平方向也成30°，輕桿的P點用細繩PQ拉住一個質量也為10 kg的物體g取10 N/kg，求輕繩AC段的張力大小FAC與細繩EP的張力大小FEP之比圖2­3­12答案：解析 題圖甲和乙中的兩個物體都處于平衡狀態(tài)，根據平衡條件可判斷，與物體相連的細繩拉力大小等于物體的重力分別取C點和P點為研究對象，進行受力分析如圖(a)和(b)所示圖(a)中，輕繩AD跨過定滑輪拉住質量為M1的物體，物體處于平衡狀態(tài)，繩AC段的拉力FACFCDM1g圖(b)中，由FEPsin 30°FPQM2g得FEP2M2g所以得. 建模點撥1輕繩模型(1)活結模型：跨過滑輪、光滑桿、光滑釘子的細繩為同一根細繩，繩上各點及兩端張力大小相等(2)死結模型：如幾個繩上有“結點”，即幾段繩子系在一起，那么這幾段繩子的張力不一定相等2輕桿模型(1)“死桿”：輕質固定桿，它的彈力方向不一定沿桿的方向，作用力的方向需要結合平衡方程或牛頓第二定律求得(2)“活桿”：一端有鉸鏈相連的桿屬于活動桿，輕質活動桿彈力方向一定沿桿的方向【教師備用習題】1畫出圖中物體A或結點A或滑輪A所受彈力的示意圖(所有接觸面均光滑)答案 如圖所示2如圖所示，橫梁BC為水平輕桿，且B端用鉸鏈固定在豎直墻上，輕繩AD拴接在C端，物體質量M10 kg，g取10 m/s2，ACB30°.求：(計算結果保留三位有效數字)(1)輕繩AC段的張力FAC的大小；(2)輕桿BC對C端的支持力答案 (1)200 N(2)173 N，方向水平向右解析 對結點C受力分析如圖所示根據平衡條件，有FACsin 30°MgFACcos 30°FBC解得FAC200 N，FBC173 N，方向水平向右11