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考情解读 备考指导
2021·广东卷·T3　力的合成与分解 2020·山东卷·T8　共点力的平衡 2020·海南卷·T2　摩擦力 2021·广东卷·T11　实验：测量弹簧的劲度系数 　　本章内容多以选择题形式出现，中低难度，研究对象为单个或多个物体，其中物体在三个力作用下的平衡出现的频率较高，受力分析及力的合成与分解一般不单独出题，而作为解决平衡问题的基础来考查．解决此类问题需要优选研究对象，正确进行受力分析，且优选平衡条件的表达形式，建立已知力和未知力的联系，多以生产生活情境或教材常见情境为素材考查考生的理解能力、模型建构能力、推理论证能力和信息加工能力．共点力的平衡是高中物理的主干知识，受力分析是动力学的基础，灵活选择研究对象、正确进行受力分析、优选平衡条件的表达形式解决问题能体现考生的物理观念和科学思维，会用临界极值法、函数法、图像法、隔离法、整体法等解题方法，多联系生活中的平衡现象，体会应用物理知识解决实际问题的乐趣.
试题 情境 生活实践类：生活中的摩擦力的应用，索桥、千斤顶、刀、木楔的工作原理
学习探究类：探究弹簧弹力与形变量的关系，探究两个互成角度的力的合成规律，共点力平衡条件及应用，平衡中的临界问题
第1讲　重力　弹力　摩擦力
目标要求　1.掌握重力的大小、方向及重心的概念.2.掌握弹力的有无、方向的判断及弹力大小的计算方法，理解并掌握胡克定律.3.会判断摩擦力的方向，会计算摩擦力的大小．
考点一　重力和重心
1．力
(1)定义：力是一个物体对另一个物体的作用．
(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．
2．重力
(1)产生：由于地球的吸引而使物体受到的力．
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)大小：G＝mg，可用弹簧测力计测量．同一物体G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，可认为重力集中作用于一点，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确定方法：悬挂法．
注意：重心的位置不一定在物体上．
1．重力就是地球对物体的吸引力．(　×　)
2．形状规则的物体的重心一定在物体的几何中心．(　×　)
3．重力加速度g的大小与在地球表面的位置有关．(　√　)
例1　下列关于重力的说法中正确的是(　　)
A．物体只有静止时才受重力作用
B．重力的方向总是指向地心
C．地面上的同一物体在赤道上所受重力最小
D．物体挂在弹簧测力计下，弹簧测力计的示数一定等于物体的重力
答案　C
解析　物体受到重力的作用，与物体的运动状态无关，A错误；重力的方向总是竖直向下，不一定指向地心，B错误；赤道上重力加速度最小，因此地面上的同一物体在赤道上所受重力最小，C正确；物体挂在弹簧测力计下处于平衡状态时，弹簧测力计的示数才等于物体的重力，D错误．
例2　(2022·上海市闵行区模拟)一质量分布均匀的物块用两根轻绳吊起处于静止状态，下列合理的是(　　)
答案　D
解析　质量分布均匀的物体的重心在其几何中心．物块在重力、两根轻绳的拉力作用下处于静止状态，故三个力属于共点力，则三个力的作用线必交于一点，D选项符合要求，故选D.
例3　如图所示，两辆车正以相同的速度做匀速运动，根据图中所给信息和所学知识你可以得出的结论是(　　)
A．物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中于一点
B．重力的方向总是垂直向下的
C．物体重心的位置与物体形状和质量分布无关
D．力是使物体运动的原因
答案　A
解析　物体各部分都受重力作用，但可以认为物体各部分所受重力集中于一点，这个点就是物体的重心，重力的方向是竖直向下而不是垂直向下，所以选项A正确，B错误；从题图中可以看出，车(包括货物)的形状和质量分布发生了变化，重心的位置就发生了变化，故选项C错误；力不是使物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，所以选项D错误．
考点二　弹力
1．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：
①物体间直接接触；
②接触处发生形变．
(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
(1)条件法：根据弹力产生条件——物体是否直接接触并发生弹性形变．
(2)假设法：假设两个物体间不存在弹力，看物体能否保持原有的状态，若运动状态不变，则此处没有弹力；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．
3．接触面上的弹力方向判断
面与面 点与面 点与曲面 曲面与平面
垂直于接触面 垂直于接触面 垂直于切面 垂直于平面
4.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：x表示形变量．
(2)物体静止或做匀速直线运动时，用共点力平衡来计算弹力．
(3)物体不平衡时应用牛顿第二定律计算弹力．
1．只要物体发生形变就会产生弹力作用．(　×　)
2．轻绳产生的弹力方向一定沿着绳并指向绳收缩的方向．(　√　)
3．轻杆产生的弹力方向一定沿着杆的方向．(　×　)
轻绳、轻杆、弹性绳和轻弹簧的比较
轻绳 轻杆 弹性绳 轻弹簧
图示
受外力作用时形变的种类 拉伸形变 拉伸形变、压缩形变、弯曲形变 拉伸形变 拉伸形变、压缩形变
受外力作用时形变量大小 微小，可忽略 微小，可忽略 较大，不可忽略 较大，不可忽略
弹力方向 沿着绳，指向绳收缩的方向 既能沿着杆，也可以跟杆成任意角度 沿着绳，指向绳收缩的方向 沿着弹簧，指向弹簧恢复原长的方向
　　　　　　　　　　　　　　　　
考向1　弹力的有无及方向判断
例4　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(　　)
答案　C
解析　选项A中小球只受重力和杆的弹力且处于静止状态，由二力平衡可得小球受到的弹力方向应竖直向上，故A错误；选项B中，因为右边的绳竖直向上，如果左边的绳有拉力，则竖直向上的那根绳就会发生倾斜，所以左边的绳没有拉力，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)，即选项D中大半圆对小球的支持力FN2应是沿着过小球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．
例5　如图所示，小车内沿竖直方向的一根轻质弹簧和一条与竖直方向成α角的细绳拴接一小球．当小车与小球相对静止，一起在水平面上运动时，下列说法正确的是(　　)
A．细绳一定对小球有拉力
B．轻弹簧一定对小球有弹力
C．细绳不一定对小球有拉力，但是轻弹簧对小球一定有弹力
D．细绳不一定对小球有拉力，轻弹簧对小球也不一定有弹力
答案　D
解析　当小车匀速运动时，弹簧弹力大小等于小球重力大小，细绳的拉力FT＝0；当小车和小球向右做匀加速直线运动时绳的拉力不可能为零，弹簧弹力有可能为零，故D正确．
考向2　杆的弹力方向及大小计算
例6　如图所示为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向右做匀加速直线运动，下列说法正确的是(　　)
A．杆对小球的弹力一定竖直向上
B．杆对小球的弹力一定沿杆向上
C．杆对小球的弹力大小为mg
D．杆对小球的弹力大小为F＝
答案　D
解析　对小球受力分析如图，由图可知，当a大小不同时，杆上的弹力与竖直方向夹角也不同，方向不一定沿杆，但一定是斜向上，且F>mg，故选项A、B、C错误；由几何关系可知，F＝，选项D正确．
考向3　胡克定律的理解及应用
例7　(2022·江苏泰州市模拟)如图所示为一轻质弹簧的长度L和弹力F的关系图线，则下列判断错误的是(　　)
A．弹簧的原长为10 cm
B．弹簧的劲度系数为200 N/m
C．弹簧伸长15 cm时弹力大小为10 N
D．弹簧伸长15 cm时弹力大小为30 N
答案　C
解析　当弹力为零时，弹簧处于原长，则原长为10 cm，故A正确；当弹簧的长度为5 cm时，弹力为10 N，此时弹簧压缩量x＝10 cm－5 cm＝5 cm＝0.05 m，根据胡克定律F＝kx得，k＝ N/m＝200 N/m，故B正确；当弹簧伸长量x′＝15 cm＝0.15 m时，根据胡克定律得，F＝kx′＝200×0.15 N＝30 N，故C错误，D正确．
考点三　摩擦力
1．定义：两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，在接触面上会产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力．
2．产生条件
(1)接触面粗糙．
(2)接触处有压力．
(3)两物体间有相对运动或相对运动的趋势．
3．方向：与受力物体相对运动或相对运动趋势的方向相反．
4．大小
(1)滑动摩擦力：Ff＝μFN，μ为动摩擦因数；
(2)静摩擦力：05．弹力与摩擦力的关系
若两物体间有摩擦力，则两物体间一定有弹力，若两物体间有弹力，但两物体间不一定有摩擦力．(均选填“一定有”或“不一定有”)
1．滑动摩擦力的方向与物体的运动方向一定相反．(　×　)
2．静摩擦力可能是动力，滑动摩擦力一定是阻力．(　×　)
3．运动的物体不可能受到静摩擦力作用．(　×　)
4．受静摩擦力作用的物体一定处于静止状态．(　×　)
5．正压力越大，摩擦力可能越大，也可能不变．(　√　)
6．滑动摩擦力与接触面积有关，相同材料的两物体接触面积越大，滑动摩擦力越大．(　×　)
1．计算摩擦力大小的“四点”注意
(1)首先分析物体的状态，分清是静摩擦力还是滑动摩擦力．
(2)滑动摩擦力的大小可以用公式Ff＝μFN计算，而静摩擦力没有公式可用，只能利用平衡条件或牛顿第二定律列方程计算．这是因为静摩擦力是被动力，其大小随状态而变，介于0～Ffmax之间．
(3)“Ff＝μFN”中FN并不总是等于物体的重力．
(4)滑动摩擦力的大小与物体速度的大小、接触面积的大小无关．
2．计算摩擦力大小的思维流程
考向1　摩擦力方向的判断
例8　(2022·山东邹城市高三模拟)如图所示，宣纸铺在水平桌面上，左侧用镇纸压住．以书法家在纸上书写“大”字的笔画一横的过程为例(书写过程中宣纸和镇纸均保持静止)，下列说法正确的是(　　)
A．在书写的过程中，宣纸会受到镇纸给它的摩擦力
B．书法家的笔对宣纸的摩擦力与宣纸对桌面的摩擦力大小相等、方向相同
C．增大镇纸的质量，可以增大宣纸受到桌面的摩擦力
D．在桌面光滑的情况下，书写的过程中宣纸仍可以静止
答案　B
解析　对镇纸受力分析可知，镇纸不受摩擦力，宣纸也不会受到镇纸给它的摩擦力，A选项错误；对宣纸受力分析可知，笔对宣纸的摩擦力与桌面对宣纸的摩擦力等大反向，又桌面与宣纸之间的相互作用的摩擦力等大反向，B选项正确；增大镇纸的质量，只能增大宣纸与桌面间的最大静摩擦力，而桌面对宣纸的摩擦力与笔对宣纸的摩擦力是一对平衡力，C选项错误；对宣纸和镇纸整体受力分析，可知在桌面光滑的情况下，书写的过程中宣纸不能静止，D选项错误．
考向2　摩擦力大小的计算
例9　一木块放在水平桌面上，在水平方向共受到三个力，即F1、F2和摩擦力的作用，木块处于静止状态，如图所示，其中F1＝10 N，F2＝2 N，若撤去F1，则木块受到的摩擦力为(　　)
A．10 N，方向向左
B．6 N，方向向右
C．2 N，方向向右
D．0
答案　C
解析　当木块受F1、F2及摩擦力的作用而处于平衡状态时，由平衡条件可知木块所受的摩擦力的大小为8 N，可知最大静摩擦力Ffmax≥8 N．当撤去力F1后，F2＝2 N例10　(2021·湖北省1月选考模拟·6)如图所示，矩形平板ABCD的AD边固定在水平面上，平板与水平面夹角为θ，AC与AB的夹角也为θ.质量为m的物块在平行于平板的拉力作用下，沿AC方向匀速运动．物块与平板间的动摩擦因数μ＝tan θ，重力加速度大小为g，则拉力大小为(　　)
A．2mgsin θcos B．2mgsin θ
C．2mgsin D．mgsin θcos
答案　A
解析　对物块受力分析，如图甲、乙所示，重力沿斜面向下的分力为mgsin θ，支持力FN＝mgcos θ，滑动摩擦力Ff＝μFN＝mgsin θ，则拉力F＝2mgsin θcos ，故A正确．
课时精练
1．关于重力及重心，下列说法中正确的是(　　)
A．一个物体放在水中称量时弹簧测力计的示数小于物体在空气中称量时弹簧测力计的示数，因此物体在水中受到的重力小于在空气中受到的重力
B．据G＝mg可知，两个物体相比较，质量较大的物体的重力一定较大
C．物体放在水平面上时，重力方向垂直于水平面向下，当物体静止于斜面上时，其重力方向垂直于斜面向下
D．物体的形状改变后，其重心位置往往改变
答案　D
解析　由于物体放在水中时，受到向上的浮力，从而减小了弹簧的拉伸形变，弹簧测力计的示数减小了，但物体的重力并不改变，选项A错误；当两物体所处的地理位置相同时，g值相同，质量大的物体的重力必定大，但当两物体所处的地理位置不同时，如质量较小的物体放在地球上，质量较大的物体放在月球上，由于月球上g值较小，导致质量大的物体的重力不一定大，选项B错误；重力的方向是竖直向下的，选项C错误；物体的重心位置由物体的形状和质量分布情况共同决定，物体的形状改变后，其重心位置往往发生改变，选项D正确．
2．下列各实例中力的方向描述正确的是(　　)
A．图甲中，半圆面对杆有弹力FN1，地面对杆有弹力FN2
B．图乙中，篮球与地面作用时，地面对篮球有弹力FN
C．图丙中，物体A与传送带一起匀速向右运动，传送带对A有摩擦力Ff
D．图丁中，物体A匀速下滑时，固定斜面对A有摩擦力Ff′
答案　D
3．某运动员以如图所示的姿势蹲在水平地面上，则该运动员(　　)
A．受到水平向前的摩擦力
B．受到水平向后的摩擦力
C．受到竖直向上的支持力
D．所受支持力由脚底形变产生
答案　C
解析　运动员以题图所示的姿势蹲在水平地面上，运动员在水平方向无运动的趋势，则地面对人无摩擦力，选项A、B错误；运动员竖直方向受力平衡，受到地面竖直向上的支持力和竖直向下的重力，选项C正确；人所受支持力由地面的形变产生，选项D错误．
4.(2022·广东深圳市高级中学检测)如图所示，一轻质弹簧两端分别与竖直墙壁和物块连接，弹簧、地面水平．A、B两点离墙壁的距离分别为x1、x2，物块在A、B两点均能恰好静止，物块与地面间的最大静摩擦力为F1，则弹簧的劲度系数为(　　)
A. B.
C. D.
答案　C
解析　物块在A点和B点所受弹簧弹力与静摩擦力大小相等、方向相反，设弹簧原长为l0，由平衡条件，在A点处有k(l0－x1)＝F1，在B点处有k(x2－l0)＝F1，联立解得k＝，故C正确．
5．如图所示的装置中，各小球的质量均相同，弹簧和细线的质量均不计，一切摩擦忽略不计，平衡时各弹簧的弹力大小分别为F1、F2、F3，其大小关系是(　　)
A．F1＝F2＝F3 B．F1＝F2＜F3
C．F1＝F3＞F2 D．F3＞F1＞F2
答案　A
6.如图所示，一智能机械臂铁夹夹起一个金属小球后静止在空中，铁夹与球接触面保持竖直，则(　　)
A．若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力变大
B．小球受到的摩擦力与重力大小相等
C．铁夹受到的摩擦力方向竖直向上
D．若铁夹水平匀速移动，小球受到的摩擦力变大
答案　B
解析　对小球受力分析可知，小球受重力、两侧铁夹的弹力以及摩擦力作用，根据平衡条件可知，小球在竖直方向上受到的摩擦力与重力大小相等，方向相反，若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力不变，A错误，B正确；根据牛顿第三定律可知，铁夹受到小球的摩擦力方向竖直向下，C错误；若水平匀速移动铁夹，由于小球受力始终平衡，故摩擦力大小不变，D错误．
7.如图所示为研究物块与木板之间摩擦力大小的实验装置．将一物块和木板叠放于水平桌面上．轻质弹簧测力计一端固定，另一端用细线与物块水平相连．现在用轻绳与木板连接，用手向右水平拉轻绳，使木板在桌面上滑动．弹簧测力计示数稳定后，下列说法正确的是(　　)
A．物块与木板之间的摩擦力是静摩擦力
B．木板必须在桌面上做匀速直线运动
C．弹簧测力计示数一定等于物块受到的摩擦力
D．弹簧测力计示数一定等于木板受到的摩擦力
答案　C
解析　物块与木板间发生相对运动，是滑动摩擦力，只要两者间发生相对运动即可，木板不必一定在桌面上做匀速直线运动，A、B错误；物块受力平衡，弹簧测力计示数等于物块受到的摩擦力，C正确，D错误．
8．固定水平板的两端分别装有光滑轻质定滑轮A、B，物块P放在平板上，两段细线分别绕过定滑轮连接在物块P点，两细线的另一端连接在质量为m的小球Q上，P、Q均静止，BQ段的细线竖直，重力加速度为g，则物块P受到平板的摩擦力(　　)
A．为0 B．等于mg
C．小于mg D．大于mg
答案　B
解析　BQ段的细线竖直，所以AQ段绳子没有拉力，即BQ段的细线的拉力等于mg，根据平衡条件，物块P受到平板的摩擦力等于mg.故选B.
9.如图所示，两木块的质量分别为m1和m2，两竖直轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2，上面木块压在上面的弹簧上(但不拴接)，整个系统处于平衡状态．现缓慢向上提上面的木块，直到它刚离开上面弹簧，在此过程中下面木块移动的距离为(重力加速度为g)(　　)
A. B. C. D.
答案　C
解析　初始状态时，下面弹簧压缩量为x1＝，当上面的木块离开后，下面弹簧压缩量为x2＝，下面的木块移动距离s＝x1－x2＝，故选C.
10．(2017·全国卷Ⅲ·17)一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80 cm的两点上，弹性绳的原长也为80 cm.将一钩码挂在弹性绳的中点，平衡时弹性绳的总长度为100 cm；再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点，则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)(　　)
A．86 cm B．92 cm C．98 cm D．104 cm
答案　B
解析　设弹性绳的劲度系数为k.挂钩码后，弹性绳两端点移动前，绳的伸长量ΔL＝100 cm－80 cm＝20 cm，两段绳的弹力F＝kΔL，对钩码受力分析，如图甲所示．由题意可知sin α＝，cos α＝.根据共点力的平衡条件可得，钩码的重力为G＝2kΔLcos α.将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点时，受力如图乙所示．设弹性绳伸长量为ΔL′，弹力为F′＝kΔL′，钩码的重力为G＝2kΔL′，联立解得ΔL′＝ΔL＝12 cm.弹性绳的总长度变为L0＋ΔL′＝92 cm，故B正确，A、C、D错误.
11．(2017·全国卷Ⅱ·16)如图，一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动．若保持F的大小不变，而方向与水平面成60°角，物块也恰好做匀速直线运动．物块与桌面间的动摩擦因数为(　　)
A．2－ B. C. D.
答案　C
解析　当F水平时，根据平衡条件得F＝μmg；当保持F的大小不变，而方向与水平面成60°角时，由平衡条件得Fcos 60°＝μ(mg－Fsin 60°)，联立解得，μ＝，故选项C正确．
12.如图所示，有8个完全相同的长方体木板叠放在一起，每个木板的质量为100 g，某人用手在这叠木板的两侧分别加一大小为F的水平压力，使木板在空中水平静止．若手与木板之间的动摩擦因数为μ1＝0.5，木板与木板之间的动摩擦因数为μ2＝0.2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10 m/s2.则水平压力F至少为(　　)
A．8 N B．15 N C．16 N D．30 N
答案　B
解析　先把所有木板看成整体，由平衡条件知：2μ1F1≥8mg，得F1≥8 N，以中间6块木板为研究对象，要使木板不滑下去，由平衡条件知：2μ2F2≥6mg，解得F2≥15 N，故F≥15 N，故选B.

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