1、1第 1 讲 重力 弹力 摩擦力高考命题解读高考(全国卷)四年命题情况对照分析分析年份 题 号 命题点2014 年卷 23题实验：探究弹力和弹簧伸长的关系，模型为串联弹簧2015 年 未命题卷 19题物体受力的动态平衡，滑轮模型卷 14题单物体受三力的动态平衡问题，图解法分析2016 年卷 17题滑轮模型的平衡问题，数学几何关系卷 21题单物体受三力的动态平衡问题，图解法分析卷 16题物体受力分析和平衡条件的应用卷 17题三个共点力作用下的平衡问题2017 年卷 22题实验：验证力的平行四边形定则1.考查方式受力分析是研究物体运动状态和运动规律的前提，并且将贯穿力学和电学问题分析的全过程.从历
2、年命题看，主要在选择题中单独考查，同时对平衡问题的分析在后面的计算题中往往有所涉及.2.命题趋势本部分内容在高考命题中也有两大趋势：一是向着选择题单独考查的方向发展；二是选择题单独考查与电学综合考查并存.一、力1.定义：力是物体与物体间的相互作用.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、共存性、矢量性、独立性等特征.4.四种基本相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用.二、重力1.产生：由于地球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.22.大小： G mg，可用弹簧测力计测量.注
3、意：(1)物体的质量不会变；(2) 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.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.4.重心：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.(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.自测 1 (多选)关于地球上的物体，下列说法中正确的是( )A.物体只有静止时才受重力作用B.地面上的物体受到的重力垂直于水平面C.重心是物体受到重力的等效作用点，故重心一定在物体上D.物体所受重力的大小与物
4、体运动状态无关答案 BD三、弹力1.弹力：(1)定义：发生形变的物体由于要恢复原状而对与它接触的物体产生的作用力.(2)产生条件：物体间直接接触；接触处发生形变.(3)方向：总是与施力物体形变的方向相反.2.胡克定律：(1)内容：在弹性限度内，弹力和弹簧形变大小(伸长或缩短的量)成正比.(2)表达式： F kx. k 是弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，用符号 N/m 表示； k 的大小由弹簧自身性质决定. x 是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度.自测 2 如图 1 所示，一重为 10 N 的球固定在支撑杆 AB 的上端，今用一段绳子水平拉球，使杆发生弯曲，已知绳的拉力为 7.5 N，则
5、 AB 杆对球的作用力方向及大小为多少？由此说明杆弹力的方向有什么特点？图 1答案 AB 杆对球的作用力与水平方向夹角为 53指向左上方，大小为 12.5 N 杆弹力的方向不一定沿杆方向解析 对小球进行受力分析可得， AB 杆对球的作用力 F 和绳的拉力的合力与小球的重力等3大 、 反 向 ， 可 得 F 方 向 斜 向 左 上 方 ， 设 AB 杆 对 小 球 的 作 用 力 与 水 平 方 向 夹 角 为 ， 可 得 ： tan ， 53， F 12.5 N.这种情况说明杆弹力的方向不一定沿杆方向.GT 43 Gsin 53四、摩擦力1.静摩擦力与滑动摩擦力名称项目静摩擦力 滑动摩擦力定义
6、 两相对静止的物体间的摩擦力 两相对运动的物体间的摩擦力产生条件接触面粗糙接触处有压力两物体间有相对运动趋势接触面粗糙接触处有压力两物体间有相对运动大小 0f fm f N方向 与受力物体相对运动趋势的方向相反 与受力物体相对运动的方向相反作用效果 总是阻碍物体间的相对运动趋势 总是阻碍物体间的相对运动2.动摩擦因数(1)定义：彼此接触的物体发生相对运动时，摩擦力和正压力的比值. .fN(2)决定因素：接触面的材料和粗糙程度.自测 3 (多选)关于摩擦力，有人总结了四条“不一定” ，其中说法正确的是( )A.摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相同B.静摩擦力的方向不一定与运动方向共线C.受静摩
7、擦力或滑动摩擦力的物体不一定静止或运动D.静摩擦力一定是阻力，滑动摩擦力不一定是阻力答案 ABC4命题点一 弹力分析的“四类模型”问题1.弹力方向(1)(2)计算弹力大小的三种方法根据胡克定律进行求解.根据力的平衡条件进行求解.根据牛顿第二定律进行求解.2.弹力有无的判断“三法”思路假设将与研究对象接触的物体解除接触，判断研究对象的运动状态是否发生改变.若运动状态不变，则此处不存在弹力；若运动状态改变，则此处一定存在弹力假设法 例证图中细线竖直、斜面光滑，因去掉斜面体，小球的状态不变，故小球只受细线的拉力，不受斜面的支持力5思路用细绳替换装置中的轻杆，看能不能维持原来的力学状态.如果能维持，则
8、说明这个杆提供的是拉力；否则，提供的是支持力替换法例证图中轻杆 AB、 AC，用绳替换杆 AB，原装置状态不变，说明杆 AB 对 A 施加的是拉力；用绳替换杆 AC，原状态不能维持，说明杆 AC 对 A 施加的是支持力思路由运动状态分析弹力，即物体的受力必须与物体的运动状态相符合，依据物体的运动状态，由二力平衡(或牛顿第二定律)列方程，求解物体间的弹力状态法例证升降机以 a g 加速下降或减速上升时物体不受底板的弹力作用模型 1 物体与物体间弹力例 1 (多选)如图 2 所示，一倾角为 45的斜面固定于竖直墙上，为使一光滑的铁球静止，需加一水平力 F，且 F 通过球心，下列说法正确的是( )图
9、 2A.球一定受墙的弹力且水平向左B.球可能受墙的弹力且水平向左C.球一定受斜面的弹力且垂直斜面向上D.球可能受斜面的弹力且垂直斜面向上答案 BC解析 铁球处于静止状态，当 F 较小时，球的受力情况如图甲所示，当 F 较大时，球的受力情况如图乙所示，故 B、C 正确.6模型 2 绳的弹力例 2 如图 3 所示，质量为 m 的小球套在竖直固定的光滑圆环上，轻绳一端固定在圆环的最高点 A，另一端与小球相连.小球静止时位于环上的 B 点，此时轻绳与竖直方向的夹角为60，则轻绳对小球的拉力大小为( )图 3A.2mg B. mg3C.mg D. mg32答案 C解析 对 B 点处的小球受力分析，如图所
10、示，则有T sin 60 N sin 60T cos 60 N cos 60 mg解得 T N mg，故 C 正确.模型 3 杆的弹力例 3 (多选)如图 4 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 ，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( )图 4A.小车静止时， F mgsin ，方向沿杆向上7B.小车静止时， F mgcos ，方向垂直于杆向上C.小车向右匀速运动时，一定有 F mg，方向竖直向上D.小车向右匀加速运动时，一定有 F mg，方向可能沿杆向上答案 CD解析 小球受重力和杆的作用力 F 处于静止状态或
11、匀速直线运动状态时，由力的平衡条件知，二力必等大反向，则 F mg，方向竖直向上.小车向右匀加速运动时，小球有向右的恒定加速度，根据牛顿第二定律知， mg 和 F 的合力应水平向右，如图所示.由图可知， F mg，方向可能沿杆向上，选项 C、D 正确.模型 4 弹簧的弹力例 4 如图 5 所示，质量均为 m 的 A、 B 两球，由一根劲度系数为 k 的轻弹簧连接静止于半径为 R 的光滑半球形碗中，弹簧水平，两球间距为 R 且球半径远小于碗的半径.则弹簧的原长为( )图 5A. R B. Rmgk mg2kC. R D. R23mg3k 3mg3k答案 D解析 以 A 球为研究对象，小球受三个力
12、：重力、弹簧的弹力和碗的支持力，如图所示.由平衡条件，得：tan mgkx解得： xmgktan 8根据几何关系得：cos ，则 tan ，12RR 12 3所以 x mgktan 3mg3k故弹簧原长 x0 R，故 D 正确.3mg3k9命题点二 “动杆”和“定杆”与“活结”和“死结”问题1.“动杆”和“定杆”问题(1)动杆：若轻杆用光滑的转轴或铰链连接，当杆处于平衡时杆所受到的弹力方向一定沿着杆，否则会引起杆的转动.如图 6 甲所示，若 C 为转轴，则轻杆在缓慢转动中，弹力方向始终沿杆的方向.图 6(2)定杆：若轻杆被固定不发生转动，则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向.如图乙所示.2.“
13、活结”和“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，例如图乙中，两段绳中的拉力大小都等于重物的重力.(2)死结：若结点不是滑轮，是固定点时，称为“死结”结点，则两侧绳上的弹力不一定相等.例 5 (2016全国卷17)如图 7 所示，两个轻环 a 和 b 套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为 m 的小球.在 a 和 b 之间的细线上悬挂一10小物块.平衡时， a、 b 间的距离恰好等于圆弧的半径.不计所有摩擦.小物块的质量为( )图 7A. B. mm2 32C.m D.
14、2m答案 C解析 如图所示，圆弧的圆心为 O，悬挂小物块的点为 c，由于 ab R，则 aOb 为等边三角形，同一条细线上的拉力相等， FT mg，合力沿 Oc 方向，则 Oc 为角平分线，由几何关系知， acb120，故线的拉力的合力与物块的重力大小相等，即每条线上的拉力 FT G mg，所以小物块质量为 m，故 C 对.变式 1 (2018湖南怀化博览联考)如图 8 所示，与竖直墙壁成 53角的轻杆一端斜插入墙中并 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 簧 弹 力 大小 为 mg(g 表示重力加速度)，则轻杆对小球的弹力大小为( )34图 8A. mg B. mg C. mg D. mg53 35 45 54答案 D变式 2 (多选)如图 9 所示，质量均可忽略的轻绳与轻杆， A 端用铰链固定，滑轮在 A 点正上方(滑轮大小及摩擦均可不计)， B 端吊一重物.现将绳的一端拴在杆的 B 端，用拉力 F 将B 端缓慢上拉，在 AB 杆达到竖直前( )
