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1、第3讲重力、弹力必备知识能力素养命题情境相互作用重力、弹力、摩擦力认识重力、弹力与摩擦力1.关键能力:推理论证能力、模型建构能力、实验探究能力。2.核心素养(1)物理观念。力的合成与分解、物体的平衡条件。(2)科学思维。科学推理:假设法判断弹力、摩擦力的有无;整体法与隔离法,受力分析。模型建构:弹簧模型、斜面模型、滑轮模型、活结死结模型。1.一般结合具体情境,例如生活中摩擦力的应用,索桥、千斤顶、刀、木楔的工作原理,分析物体受力情况,也可能与物体共点力平衡知识相结合考查。通过实验,了解胡克定律知道滑动摩擦和静摩擦现象,能用动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小必备知识能力素养命题情境相互作用力的合成与
2、分解通过实验,了解力的合成与分解,知道矢量和标量(3)科学探究。利用图像验证胡克定律;作力的图示验证平行四边形定则。(4)科学态度与责任。培养严谨的科学态度,注意应用平衡条件分析生活中的实际问题2.实验题中考查实验操作等。3.试题中常常在受力分析基础上,通过正交分解求解共点力的平衡问题,并可能涉及三个力的动态平衡问题共点力的平衡能用共点力的平衡条件分析生产生活中的问题备考策略:复习时要牢记基础知识,熟练基本方法,明确基本题型。多观察生活中有关力或平衡的现象和实例,有应用物理知识分析探究这些生活现象或实例的意识。明确物体的平衡条件、临界条件,掌握好函数法、图像法、极限法、隔离法、整体法等解题方法
3、。利用好力的合成法、分解法、相似三角形法、矢量三角形法、正交分解法处理力的矢量问题落实基础主干落实基础主干一、力1.定义:物体与物体之间的相互作用。2.作用效果:使物体发生形变或改变物体的运动状态(即产生加速度)。3.性质:力具有物质性、相互性、矢量性、独立性等特征。二、重力1.产生:由于地球的吸引而使物体受到的力。2.大小:G=mg,可用弹簧测力计测量。同一物体重力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。4.重心:物体的各部分都受重力作用,可认为重力作用集中于一点,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
4、确定方法:悬挂法。注意:重心的位置不一定在物体上。三、弹力1.定义:发生形变的物体,要恢复原状,对与它接触的物体产生的力的作用。2.产生条件:物体间直接接触;接触处发生形变。3.方向:总是与物体形变的方向相反。四、弹力有无的判断方法五、弹力方向的判断练一练1.判断下列说法对错(1)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。()(2)由k=可知,劲度系数k与弹力F成正比,与弹簧的形变量x成反比。()(3)物体所受重力大小一定等于支撑面对其弹力的大小。()(4)杆的弹力不一定沿着杆的方向,绳子的弹力一定沿着绳子收缩的方向。()2.(2022浙江1月选考)如图所示,公园里有一仿制我国古代
5、欹器的U形水桶,桶可绕水平轴转动,水管口持续有水流出,过一段时间桶会翻转一次,决定桶能否翻转的主要因素是()A.水桶自身重力的大小B.水管每秒出水量的大小C.水流对水桶撞击力的大小D.水桶与水整体的重心高低D解析由于水桶可以绕水平轴转动,因此一段时间后,当水桶中水变多导致重心升高到一定程度时,竖直向下的重力作用线偏离中心转轴,就会造成水桶翻转,故选D。突破命题视角突破命题视角考点一重力、弹力的判定与方向考点一重力、弹力的判定与方向考向1重心典例1(多选)仰韶文化时期的某款尖底双耳汲水瓶如图所示,展现出我国古代劳动人民的伟大智慧。在双耳处用轻绳将瓶子竖直悬挂,重心的位置随着瓶中的水位改变而发生改
6、变,出现“虚则欹(“欹”通“倚”,斜倚、斜靠)、中则正、满则覆”的现象。下列说法正确的是()A.重心概念的建立用到了“等效替代”的物理方法B.瓶子所受重力的施力物体是瓶中的水C.轻绳对瓶子的拉力沿轻绳的收缩方向D.从空瓶到装满水后倾覆的过程中,瓶子重心的位置一定不断上升AC解析重心是物体各部分所受重力的等效替代,故A正确;瓶子所受重力的施力物体是地球,故B错误;由轻绳拉力方向的定义可知轻绳对瓶子的拉力沿轻绳的收缩方向,故C正确;由于空瓶倾斜,装半瓶水竖直,满瓶水会倾覆,所以瓶子由倾斜到竖直再到倾斜直至倾覆,瓶子重心的位置先下降再上升,故D错误。考向2弹力的方向典例2(2023浙江台州黄岩中学高
7、三月考)如图所示,光滑小球A左边靠着竖直墙壁B,右边靠着桌沿C处于静止状态,关于小球A的受力,下列说法正确的是()A.墙壁对A的作用力一定过A的重心B.桌沿对A的作用力一定过A的重心C.A的重力一定过A的重心D.A的重心一定在球心C解析墙壁对A的作用力和桌沿对A的作用力都过球心,重心不一定在球心,故A、B、D错误;重心是重力的等效作用点,所以A的重力一定过A的重心,故C正确。考向3弹力的判断典例3下列图中各物体均处于静止状态。图中画出了小球A所受弹力的情况,其中正确的是()C解析A中小球A只受重力和杆的弹力的作用,且处于静止状态,由二力平衡可得小球A受到的弹力方向应竖直向上,故A错误;在B中,
8、因为右边的绳竖直向上,如果左边的绳有弹力,则右边的绳就会发生倾斜,所以左边的绳没有弹力,故B错误;球与面接触处的弹力方向,过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上),即D中大半圆对小球A的支持力FN2的方向应是沿着过小球A与圆弧接触点的半径,且指向圆心,故D错误;球与球接触处的弹力方向垂直于过接触点的公切面(即在两球心的连线上),且指向受力物体,故C正确。考点二弹力的分析与计算考点二弹力的分析与计算考向1根据状态求弹力典例1如图所示,小车在水平面上,固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为,在斜杆下端固定有质量为m的小球,重力加速度为g。现使小车以加速度a(a0)向右做匀加速直线运动,下
9、列说法正确的是()A.斜杆对小球的弹力一定竖直向上B.斜杆对小球的弹力一定沿斜杆斜向上C.斜杆对小球的弹力大小为mgD解析对小球受力分析如图所示,由图可知,当a大小不同时,斜杆上的弹力与竖直方向的夹角也不同,方向不一定沿斜杆,但一定斜向上,且Fmg,故A、B、C错误;由几何关系可知,考向2胡克定律求弹力典例2(2023山东卷)餐厅暖盘车的储盘装置示意图如图所示,三根完全相同的弹簧等间距竖直悬挂在水平固定圆环上,下端连接托盘。托盘上叠放若干相同的盘子,取走一个盘子,稳定后余下的正好升高补平。已知单个盘子的质量为300g,相邻两盘间距为1.0cm,重力加速度大小g取10m/s2。弹簧始终在弹性限度
10、内,每根弹簧的劲度系数为()A.10N/mB.100N/mC.200N/mD.300N/mB解析由题知,取走一个盘子,稳定后余下的盘子正好升高补平,则说明一个盘子的重力可以使弹簧形变量为相邻两盘间距,则有mg=3kx,解得k=100N/m,选项A、C、D错误,B正确。规律总结弹力大小的计算(1)应用胡克定律F=kx计算弹簧的弹力。注意:拉伸量与压缩量相等时弹力大小相等、方向相反。(2)静止或做匀速直线运动时应用平衡法计算弹力。(3)有加速度时应用牛顿第二定律计算弹力。考点三轻绳、轻杆、轻弹簧模型考点三轻绳、轻杆、轻弹簧模型 模型轻绳轻杆轻弹簧图示形变特点柔软,只能发生微小形变,各处张力大小相等
11、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只能沿绳,指向绳收缩的方向不一定沿杆,可以是任意方向沿弹簧轴线,与形变方向相反模型轻绳轻杆轻弹簧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考向1轻弹簧典例1(2023浙江金华选考)如图所示,与竖直墙壁成53角的轻杆一端斜插入墙中固定,另一端固定一个质量为m的小球,水平轻质弹簧处于压缩状态,弹力大小为mg,重力加速度为g,则轻杆对小球的弹力大小为()D弹簧与橡皮筋的弹力特点比较项 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
12、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=kx;(2)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,其弹力立即消失考向2轻绳(活结与死结)典例2(2023浙江杭州余杭高级中学期末)如图所示,轻绳a的一端固定于竖直墙壁,另一端系一个光滑圆环。轻绳b穿过圆环,一端系一个物体,用力拉住另一端C将物体吊起,使其处于静止状态。不计圆环受到的重力,现将C端沿竖直方向上移一小段距离,待系统重新静止时()A.轻绳a与竖直方向的夹角不变B.轻绳b的倾斜段与轻绳a的夹角变小C.轻绳a的
13、拉力变大D.轻绳b的拉力变小B解析轻绳b穿过圆环,一端系一个物体,可知轻绳b的拉力与物体重力相等,根据力的合成法则可知,轻绳b圆环两端拉力的合力F方向与轻绳a共线,将C端沿竖直方向上移一小段距离,则轻绳a与竖直方向的夹角变大,故A、D错误;轻绳b倾斜段与合力F的夹角变大,则轻绳b的倾斜段与轻绳a的夹角变小,故B正确;根据力的合成法则可知,两分力的夹角变大,合力变小,则轻绳a的拉力变小,故C错误。易错提醒“活结”与“死结”问题1.活结:当绳绕过光滑的滑轮或挂钩时,由于滑轮或挂钩对绳无约束,因此绳上的力是相等的,即滑轮只改变力的方向不改变力的大小。2.死结:若结点不是滑轮,是固定点时,称为“死结”
14、结点,则两侧绳上的弹力不一定相等。变式练1如图所示,在竖直平面内固定一直杆,将轻环套在杆上。不计质量的滑轮用轻质绳OP悬挂在天花板上,另一轻绳通过滑轮系在环上,不计所有摩擦。现向左缓慢拉绳,当环静止时,手拉绳的一端水平,若杆与地面间夹角为,则绳OP与天花板之间的夹角为()C解析当轻环静止不动时,绳PQ对环的拉力与杆对环的弹力等大、反向、共线,所以绳PQ垂直于杆,由几何关系可知,绳PQ与竖直方向之间的夹角是;对滑轮进行受力分析如图所示,由于滑轮的质量不计,则绳OP对滑轮的拉力与两段绳子上拉力的合力大小相等、方向相反,所以绳OP的方向一定在两段绳子之间的夹角的角平分线上,由几何关系得绳OP与天花板
15、之间的夹考向3轻杆(“动杆”与“定杆”)典例3在如图所示的四幅图中,AB、BC均为轻质杆,各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接,两杆都在B处由铰链相连接。下列说法正确的是()A.图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丙B.图中的AB杆可以用轻绳代替的有甲、丙、丁C.图中的BC杆可以用轻绳代替的有乙、丙、丁D.图中的BC杆可以用轻绳代替的有甲、乙、丁B解析轻质杆与轻绳的区别在于轻质杆不但能被压,还能被拉,而轻绳只能被拉,根据这一点再取B点为研究对象并进行受力分析可得图乙中AB杆不能用轻绳代替,图甲、乙、丁中BC杆不能用轻绳代替,故选B。易错提醒“动杆”与“定杆”问题1.动杆:若轻杆用光滑的转轴或铰链连接,当轻杆平衡时,轻杆所受到的弹力方向一定沿着轻杆,否则会引起轻杆的转动。如图甲所示,若C为转轴,则轻杆在缓慢转动中,弹力方向始终沿轻杆的方向。2.定杆:若轻杆被固定不发生转动,则轻杆所受到的弹力方向不一定沿轻杆的方向,如图乙所示。变式练2两种形式悬挂重物的示意图如图所示,OA为可绕O点转动的轻杆,轻杆的重力不计,AB为缆绳,当它们悬挂相同重物时,杆OA在图(a)、(b)中的受力分别为Fa、Fb,缆绳重力不计,则下列关系正确的是()A.Fa=FbB.FaFbC.FaFbD.大小不确定A
