第2章相互作用——力

HYSIC

核心素養(yǎng)及關(guān)鍵能力

課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容及要求

核心素養(yǎng)關(guān)鍵能力

從力的相互性及相對運(yùn)動

1.認(rèn)識重力、彈力與摩擦力。理解能力

的角度理解彈力和摩擦力

實驗操作及數(shù)

2.實驗二：通過實驗，了解胡克定律。科學(xué)探究

據(jù)處理能力

3.知道滑動摩擦和靜摩擦現(xiàn)象，能用分析推理和抽

科學(xué)推理

動摩擦因數(shù)計算滑動摩擦力的大小。象思維能力

實驗設(shè)計及結(jié)

4.實驗三：通過實驗，了解力的合成

科學(xué)探究及物理觀念論分析；數(shù)學(xué)

與分解，知道矢量和標(biāo)量。

知識應(yīng)用

5.能用共點力的平衡條件分析生產(chǎn)生

科學(xué)推理分析推理能力

活中的問題。

第1講重力彈力

過好雙基關(guān)回扣基礎(chǔ)知識訓(xùn)練基礎(chǔ)題目

一\力

1.定義：力是一個物體對另一個物體的作用。

2.作用效果：使物體發(fā)生形變或改變物體的運(yùn)動狀態(tài)（即產(chǎn)生加速度）。

3.性質(zhì)：力具有物質(zhì)性、相互性、矢量性、獨立性等特征。

二、重力

1.產(chǎn)生：由于地球的吸引而使物體受到的力。

注意：重力不是萬有引力，而是萬有引力豎直向下的一個分力。

2.大?。篏=mg,可用彈簧測力計測量。

注意：(1)物體的質(zhì)量不會變；(2)G的變化是由在地球上不同位置處g的變化引起

的。

3.方向：總是豎直向下。

注意：豎直向下是和水平面垂直向下，不一定和接觸面垂直，也不一定指向地心。

4.重心：一個物體的各部分都受到重力的作用，從效果上看，可認(rèn)為各部分受到

的重力作用集中于一點，這一點叫作物體的重心。

(1)影響重心位置的因素：物體的幾何形狀；物體的質(zhì)量分布。

(2)不規(guī)則薄板形物體重心的確定方法：懸掛法。

注意：重心的位置不一定在物體上。

【自測1】下列關(guān)于重力的說法中正確的是()

A.物體只有靜止時才受重力作用

B.重力的方向總是指向地心

C.地面上的物體在赤道上所受重力最小

D.物體掛在彈簧測力計下，彈簧測力計的示數(shù)一定等于物體的重力

答案C

解析物體受到重力的作用，與物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)，A錯誤；重力的方向總是

豎直向下，不一定指向地心，B錯誤；赤道上重力加速度最小，因此地面上的物

體在赤道上所受重力最小，C正確；物體掛在彈簧測力計下處于平衡狀態(tài)時，彈

簧測力計的示數(shù)才等于物體的重力，D錯誤。

三'彈力

1.彈力

(1)定義：發(fā)生形變的物體,要恢復(fù)原狀，對與它接觸的物體會產(chǎn)生力的作用。

(2)產(chǎn)生條件

①物體間直接接觸；

②接觸處發(fā)生彈性形變。

(3)方向：總是與施力物體形變的方向相反。

2.胡克定律

(1)內(nèi)容：在彈性限度內(nèi)，彈簧發(fā)生彈性形變時，彈力E的大小跟彈簧伸長(或縮

短)的長度x成正比。

（2）表達(dá)式：F=kx

①左叫作彈簧的勁度系數(shù),單位是牛頓每米，符號是N/m；（的大小由彈簧自身性

質(zhì)決定。

②x是彈簧長度的變化量,不是彈簧形變以后的長度。

【自測2】下列圖中各物體均處于靜止?fàn)顟B(tài)。圖中畫出了小球Z所受彈力的情況，

其中正確的是（）

答案C

【自測3】一輕質(zhì)彈簧原長為8cm,在4N的拉力作用下伸長了2cm,彈簧未

超出彈性限度。則該彈簧的勁度系數(shù)為（）

A.40m/NB.40N/m

C.200m/ND.200N/m

答案D

解析由胡克定律得勁度系數(shù)左=§=200N/m,選項D正確。

研透命題點細(xì)研考點和真題分析突破命題點

命題點一彈力有無及方向的判斷

基礎(chǔ)考點?自主悟透

1.“三法”判斷彈力有無

[⑴咨件法)—根據(jù)彈力產(chǎn)生的兩個條件一一接觸和彈性形

變直接判斷

假設(shè)兩個物體間彈力不存在,看物體能否保持

[(2)商設(shè)法)一

原有的狀態(tài)。若運(yùn)動狀態(tài)不變，則此處不存在

.彈力；若運(yùn)動狀態(tài)改變，則此處一定有彈力

根據(jù)物體的運(yùn)動狀態(tài)，由平衡條件或牛頓第

[(3)狀態(tài)法)--

二定律進(jìn)行判斷

2.彈力方向的判斷

—,面與面I~X垂直公共接觸面1

彈

力接觸T點與面I過點垂直于面卜

的

方菽

向

L~,點與點卜丑直于切面一

T輕繩l~T沿繩指向繩收縮的痛]一

T可沿桿一

T輕桿卜

—I可不沿桿1

【例1】畫出圖1所示情景中物體幺受力的示意圖。

圖1

答案如圖所示

(4)(5)

【變式1】如圖2所示，小車內(nèi)沿豎直方向的一根輕質(zhì)彈簧和一條與豎直方向成

?角的細(xì)繩拴接一小球。當(dāng)小車與小球相對靜止，一起在水平面上運(yùn)動時，下列

B.輕彈簧一定對小球有彈力的作用

C.細(xì)繩不一定對小球有拉力的作用，但是輕彈簧對小球一定有彈力

D.細(xì)繩不一定對小球有拉力的作用，輕彈簧對小球也不一定有彈力

答案D

解析當(dāng)小車勻速運(yùn)動時，彈簧彈力大小等于小球重力大小，細(xì)繩的拉力FT=O；

當(dāng)小車和小球向右做勻加速直線運(yùn)動時繩的拉力不能為零，彈簧彈力有可能為零,

故D正確。

命題點二彈力分析的“四類模型”問題

高考熱點?講透練熟

1.輕繩、輕桿、彈性繩和輕彈簧的比較

輕繩輕桿彈性繩輕彈簧

質(zhì)量大小0000

受外力作用時拉伸形變、壓縮形拉伸形變、

拉伸形變拉伸形變

形變的種類變、彎曲形變壓縮形變

受外力作用時微小，可較大，不較大，不可

微小，可忽略

形變量大小忽略可忽略忽略

沿著彈簧，

沿著繩，沿著繩，

既能沿著桿，也可指向彈簧

彈力方向指向繩收指向繩收

以跟桿成任意角度恢復(fù)原長

縮的方向縮的方向

的方向

彈力大小變化

可以突變可以突變不能突變不能突變

情況

2.計算彈力大小的三種方法

(1)根據(jù)胡克定律進(jìn)行求解。

(2)根據(jù)力的平衡條件進(jìn)行求解。

(3)根據(jù)牛頓第二定律進(jìn)行求解。

模型1物體與物體間的彈力

【例2】(2020?山東濟(jì)南市期末學(xué)習(xí)質(zhì)量評估)如圖3所示，水平地面上有一個由

四塊完全相同石塊所組成拱形建筑，其截面為半圓環(huán)，石塊的質(zhì)量均為根。若石

塊接觸面之間的摩擦忽略不計，則尸、。兩部分石塊之間的彈力為()

A.y[2mgB.2y12mg

「正c哩

C.2D.2

答案A

解析對石塊產(chǎn)受力分析如圖所示。

FN2F

由幾何關(guān)系知：。=寫=45。

根據(jù)平衡條件得，。對尸作用力為外2=；^條=/機(jī)8,

A正確，B、C、D錯誤。

模型2繩的彈力

【例3】（2020?重慶市部分區(qū)縣第一次診斷）如圖4所示，水平直桿。尸右端固定

于豎直墻上的。點，長為￡=2m的輕繩一端固定于直桿尸點，另一端固定于墻

上。點正下方的0點，。產(chǎn)長為d=1.2m,重為8N的鉤碼用質(zhì)量不計的光滑掛

鉤掛在輕繩上且處于靜止?fàn)顟B(tài)，則輕繩的彈力大小為（）

圖4

A.10NB.8N

C.6ND.5N

答案D

解析設(shè)掛鉤所在處為N點，延長尸N交墻于/點，如圖所示，同一條繩子拉力

相等，根據(jù)對稱性可知兩邊的繩子與豎直方向的夾角相等，設(shè)為?,則根據(jù)幾何

關(guān)系可知NNQM=NNM0=a,故NQ=MN,即W等于繩長；根據(jù)幾何關(guān)系可

PO12

得sina=萬方=虧=0.6,則cosa=0.8,根據(jù)平衡條件可得：2尸rcosa=G,解得

FT=5N,故D正確。

p_d

喇

-M

G

模型3彈簧的彈力

【例4】（多選）如圖5所示是鍛煉身體用的拉力器，并列裝有四根相同的彈簧，

每根彈簧的自然長度都是40cm,某人用600N的力把它們拉長至1.6m,則（）

圖5

A.人的每只手受到拉力器的拉力為300N

B.每根彈簧產(chǎn)生的彈力為150N

C.每根彈簧的勁度系數(shù)為125N/m

D.每根彈簧的勁度系數(shù)為500N/m

答案BC

解析每只手的拉力均為600N,故選項A錯誤；每根彈簧的彈力為尸=^N

=150N,故選項B正確；每根彈簧的勁度系數(shù)上=f=V^N/m=125N/m,

故選項C正確，D錯誤。

模型4桿的彈力

【例5】（多選）張鵬同學(xué)在家?guī)蛬寢屜赐暌路螅瑨煸谌鐖D6所示的晾衣架上晾

曬，48為豎直墻壁上等高的兩點，AO,8。為長度相等的兩根輕繩，CO為一

根輕桿。轉(zhuǎn)軸。在中點。的正下方，2、0、8在同一水平面上。ZAOB=60°,

ZDOC=30°,衣服質(zhì)量為優(yōu)，重力加速度為g。貝U（）

圖6

A.CO桿所受的壓力大小為2mg

B.CO桿所受的壓力大小為羋mg

C.AO繩所受的拉力大小為小mg

D.BO繩所受的拉力大小為mg

答案AD

解析設(shè)繩Z。和繩8。拉力的合力為足以。點為研究對象，。點受到衣服的

拉力（大小等于衣服的重力機(jī)g）、C。桿的支持力為和兩繩的合力R受力分析如

圖甲所示，根據(jù)平衡條件得：Fi=-7^=2mg,由牛頓第三定律可知C。桿所

受的壓力大小為2根g,故A正確，B錯誤；

F=mgVax\60°=/mg,將少分解，如圖乙所示，繩幺。和繩所受拉力的大小

均為&由b=2￡cos30°,解得￡=儂，故C錯誤，D正確。

命題點三“活結(jié)”和“死結(jié)”與“動桿”和“定桿”問題

能力考點?師生共研

類型1“活結(jié)”和'‘死結(jié)”問題

1.活結(jié)：當(dāng)繩繞過光滑的滑輪或掛鉤時，由于滑輪或掛鉤對繩無約束，因此繩上

的力是相等的，即滑輪只改變力的方向不改變力的大小。

2.死結(jié)：若結(jié)點不是滑輪或掛鉤，而是固定點時，稱為“死結(jié)”結(jié)點，此時兩側(cè)

繩上的彈力不一定相等。

【例6】（2020?全國卷HI,17）如圖7所示，懸掛甲物體的細(xì)線拴牢在一不可伸長

的輕質(zhì)細(xì)繩上。點處；繩的一端固定在墻上，另一端通過光滑定滑輪與物體乙相

連。甲、乙兩物體質(zhì)量相等。系統(tǒng)平衡時，。點兩側(cè)繩與豎直方向的夾角分別為

a和小若a=70。，則"等于（）

圖7

A.45°B.55°

C.60°D.70°

答案B

解析對。點進(jìn)行受力分析，如圖所示。因為甲、乙物體質(zhì)量相等，所以E與

入大小相等，合成的平行四邊形為菱形，a=70。，則N1=N2=55。，E和凡的

合力與F等大反向，尸/2,故B正確。

【變式2】（2020?山東泰安市適應(yīng)性考試）如圖8所示，一不可伸長的輕繩左端固

定于。點，右端跨過位于。點的光滑定滑輪懸掛一質(zhì)量為1kg的物體，。。段水

平，。、。間的距離為1.6m,繩上套一可沿繩自由滑動的輕環(huán)，現(xiàn)在輕環(huán)上懸掛

一鉤碼（圖中未畫出），平衡后，物體上升0.4m,物體未碰到定滑輪。則鉤碼的質(zhì)

量為缶由53。=0.8）（）

A.1.2kgB.1.6kg

C.^2kgD.乎kg

答案A

解析重新平衡后，繩子形狀如圖所示，設(shè)鉤碼的質(zhì)量為〃，由幾何關(guān)系知，繩

子與豎直方向夾角為。=53。，根據(jù)平衡條件可得ZFTCOS53。=Mg,Fi=mg,解

得1.2kg,故A正確，B、C、D錯誤。

0.8m

口□

Mgmg

類型2“動桿”和“定桿”問題

1.動桿：若輕桿用光滑的轉(zhuǎn)軸或錢鏈連接，當(dāng)桿處于平衡時，桿所受到的彈力方

向一定沿著桿，否則會引起桿的轉(zhuǎn)動。如圖9甲所示，C為轉(zhuǎn)軸，8為兩繩的結(jié)

點，輕桿在緩慢轉(zhuǎn)動過程中，彈力方向始終沿桿的方向。

圖9

2.定桿：若輕桿被固定不發(fā)生轉(zhuǎn)動，則桿所受到的彈力方向不一定沿桿的方向,

如圖乙所示。

【例7】（2020?天津市南開中學(xué)月考）如圖10為兩種形式的吊車的示意圖，OA為

可繞。點轉(zhuǎn)動的輕桿，輕桿的重力不計,Z8為纜繩，當(dāng)它們吊起相同重物時,

桿在圖（）、（）中的受力分別為冗、

CM10abFb,則下列關(guān)系正確的是（）

圖10

A.Fa=FbB.Fa>Fb

大小不確定

C.Fa<FbD.

答案A

解析對題圖中的Z點受力分析,則由圖甲可得

Fa=Fa'=2mgcos30。=4mg

由圖乙可得tan3?！恍?/p>

貝1Fb=Fb'=y[3mg

故Fa~Fbo

【變式3】水平橫梁一端N插在墻壁內(nèi)，另一端裝有一小滑輪8,輕繩的一端C

固定于墻壁上，另一端跨過滑輪后懸掛一質(zhì)量為機(jī)=10kg的重物，NCA4=30。，

如圖11所示，則滑輪受到輕繩的作用力的大小為(g取10N/kg)()

圖11

A.50NB.20N

C.100ND.5(h/3N

答案C

解析由題意可得，對滑輪8受力分析，滑輪受到繩子的作用力應(yīng)為圖中兩段繩

中拉力為和尸2的合力，因同一根繩張力處處相等，都等于物體的重力，即為=

F2=G=mg=100N,用平行四邊形定則作圖，由于拉力為和色的夾角為120。,

則有合力尸=100N,所以滑輪受繩的作用力為100N,方向與水平方向成30。角

斜向下。

課時限時練

（限時:25分鐘）

.硼對點練

對點練1彈力有無及方向的判斷

1.（多選）關(guān)于彈力，下列說法正確的是（）

A.彈力的方向總是與施力物體形變的方向相反

B.輕繩中的彈力方向一定沿著繩并指向繩收縮的方向

C.輕桿中的彈力方向一定沿著輕桿

D.在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力大小與彈簧的形變量成正比

答案ABD

2.圖中光滑小球都與下表面接觸，則小球一定受支持力的是（）

ABCD

答案C

3.在日常生活及各項體育運(yùn)動中，有彈力出現(xiàn)的情況比較普遍，如圖1所示的情

況就是一個實例。當(dāng)運(yùn)動員踩壓跳板使跳板彎曲到最低點時，下列說法正確的是

（）

圖1

A.跳板發(fā)生形變，運(yùn)動員的腳沒有發(fā)生形變

B.運(yùn)動員受到的支持力是運(yùn)動員的腳發(fā)生形變而產(chǎn)生的

C.此時跳板對運(yùn)動員的支持力和運(yùn)動員的重力等大

D.此時跳板對運(yùn)動員的支持力大于運(yùn)動員的重力

答案D

解析發(fā)生相互作用的物體均要發(fā)生形變，故A錯誤；發(fā)生形變的物體，為了恢

復(fù)原狀，會對與它接觸的物體產(chǎn)生彈力的作用，運(yùn)動員受到的支持力是跳板發(fā)生

形變產(chǎn)生的，B錯誤；在最低點，運(yùn)動員雖然處于瞬時靜止?fàn)顟B(tài)，但接著運(yùn)動員

要加速上升，故此時跳板對運(yùn)動員的支持力大于運(yùn)動員的重力，C錯誤，D正確。

對點練2彈力的分析和計算

4.如圖2所示,質(zhì)量均為m的木塊/和B,用一個勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧連接,

最初系統(tǒng)靜止，現(xiàn)在用力緩慢拉Z直到8剛好離開地面，則這一過程Z上升的高

度為（）

圖2

A陛

A-kB-k

如

kk

答案B

解析最初彈簧處于壓縮狀態(tài)，根據(jù)平衡條件對/有私/i=mg,8剛好離開地面

時彈簧處于拉伸狀態(tài)，根據(jù)平衡條件對5有松/2=mg,這一過程Z上升的高度為

A/I+A/2=^F，故選項B正確。

K

5.如圖3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(zhì)量為機(jī)的小球，水平輕質(zhì)彈簧處于壓縮狀態(tài)，彈力大小為蘇9（g表示重力加

速度），則輕桿對小球的彈力大小為（

圖3

5c3

A4.pgB.嚴(yán)g

45

C.尹gDqmg

答案D

解析小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，其合力為零，對小球受力分析，如圖所示，由圖中幾

何關(guān)系可得尸（mg）2+2=^mg,選項D正確。

對點練3“活結(jié)”和“死結(jié)”與“動桿”和“靜桿”問題

6.（2020?河北唐山二調(diào)）如圖4所示，一光滑小球與一過球心的輕桿連接，置于一

斜面上靜止，輕桿通過光滑錢鏈與豎直墻壁連接，已知小球所受重力為G,斜面

與水平地面間的夾角為60。，輕桿與豎直墻壁間的夾角也為60。，則輕桿和斜面受

到球的作用力大小分別為（)

圖4

B.|G和坐G

A.G和G

C喙G和3D.乖G和2G

答案A

解析對小球受力分析,桿對小球的彈力/方向沿桿斜向上與水平方向成30。角,

斜面對球的彈力人方向垂直于斜面斜向上與水平方向成30。角，重力方向豎直向

下，如圖所示，由幾何關(guān)系可知三力互成120。角，根據(jù)平衡條件知，三力可以構(gòu)

成一首尾相連的等邊三角形，則小球?qū)π泵婧洼p桿的力有FN=F=G,根據(jù)牛頓

第三定律可知，斜面和輕桿受到小球的作用力大小有百N』9=G,選項A正確。

7.（2020?遼寧葫蘆島第一次模擬）如圖5所示，細(xì)繩一端固定在Z點，另一端跨過

與A等高的光滑定滑輪B后懸掛一個砂桶。（含砂子）。現(xiàn)有另一個砂桶尸（含砂子）

通過光滑掛鉤掛在4