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高考一轮复习第二章相互作用
第二章研究物体间的相互作用
第一单元力的基本概念
第1课时力重力和弹力
要点一力的概念
即学即用
1.甲、乙两拳击运动员竞技,甲一拳击中乙的肩部,观众认为,甲运动员(拳头)是施力物体,乙运动员(肩部)是受力物体,但在甲一拳打空的情况下,下列说法中正确的是()
A.这是一种只有施力物体,没有受力物体的特殊情况B.尽管乙避开了甲的拳头,但乙仍受到甲的作用力
C.甲的拳头、胳膊与自身躯干构成相互作用的物体D.以上说法都不正确
答案C
要点二重力
即学即用
2.设想地球是质量分布均匀的球体,同一物体分别位于赤道、北极和北纬60°上某一位置时,物体所受万有引力和重力依次是F1、F2、F3和G1、G2、G3,试比较F1、F2、F3和G1、G2、G3的大小关系.
答案F1=F2=F3G1 3.(2009·太原模拟)下列说法正确的是() A.形状规则的物体的重心,一定在物体的几何中心上B.物体的重心一定在其内部 C.地球对物体的吸引力,就是物体的重力D.物体的重力,是由于地球对物体的吸引而产生的 答案D 要点三弹力 即学即用 4.在下图中,a、b(a、b均处于静止状态)间一定有弹力的是() 答案B 5.(2009·泰安质检)如图所示,A、B两均匀直杆上端分别用细线悬挂于天花板上,下端 搁置在水平地面上,处于静止状态,悬挂A杆的绳倾斜,悬挂B杆的绳恰好竖直,则关于 两杆的受力情况,下列说法中正确的有() A.A、B杆都受三个力作用B.A、B杆都受四个力作用 C.A杆受三个力,B杆受四个力D.A杆受四个力,B杆受三个力 答案D 题型1重力概念的理解 【例1】关于重力的大小,下列说法中正确的是() A.物体的重力大小总是恒定的 B.同一地点,物体的重力与物体的质量成正比 C.物体落向地面时受到的重力大于它静止时所受到的重力 D.物体的重力总等于它对竖直测力计的拉力 答案B 题型2弹力有无及方向判断 【例2】如图所示,用轻质细杆连接的A、B两物体正沿着倾角为θ的斜面匀速下滑,已知斜 面的粗糙程度是均匀的,A、B两物体与斜面的接触情况相同.试判断A和B之间的细杆上 是否有弹力.若有弹力,求出该弹力的大小;若无弹力,请说明理由. (1)A、B处于什么运动状态? “轻质细杆”意味着什么? 答A、B一起匀速下滑,处于平衡状态.“轻质细杆”意味着它是理想杆,即质量不计,不可伸长,不可压缩,物体对它的作用力既可以是拉力,也可以是压力,且内部弹力处处相等,一旦外力撤销,杆内部弹力立即消失. (2)细杆上弹力的有无可否由弹力的产生原因或直接用整体法进行判断? 答不可以,因为细杆形变与否是无法直接判断的. 不可以直接用整体法进行判断,若视A、B为整体,则可能存在的弹力为整体的内力,这在整体法的分析中是无法求解的. (3)若以上方法都不能判断细杆上弹力的有无,那么你还能想出其他办法吗? 答由于杆的形变情况未知,可以采用假设法的分析方法.例如: 假设杆处于拉伸状态,则A受到杆向上的弹力,若杆实际处于压缩状态,则求出的弹力将为负值;若杆实际上没有形变,求出的弹力将为零. (4)假设细杆处于拉伸状态,试用隔离法画出A、B物体的受力分析图. 答如下图甲、乙所示 (5)若取A、B为整体,试作出整体的受力分析图,并求出物体与斜面间的动摩擦因数. 答如右图所示 根据受力分析图,对A、B整体: (mA+mB)gsinθ=f (mA+mB)gcosθ=N 又f=μN 由以上各式解得: μ=tanθ (6)细杆对A物体和B物体的弹力为多大? 答根据图甲的受力分析图,对A: mAgsinθ=fA+T mAgcosθ=NA 又fA=μNA,μ=tanθ 由以上各式解得: T=mAgsinθ-μmAgcosθ=0 根据图乙的受力分析图,对B: mBgsinθ+T′=fB mBgcosθ=NB 又fB=μNB,μ=tanθ 由以上各式解得: T′=μmBgcosθ-mBgsinθ=0 故可知细杆没有弹力. 答案无弹力 题型3胡克定律的应用 【例3】如图所示,劲度系数为k2的轻弹簧乙竖直固定在桌面上,上端连一质量为m的物块;另 一劲度系数为k1的轻弹簧甲固定在物块上.现将弹簧甲的上端A缓慢向上提,当提到乙弹 簧的弹力大小恰好等于 mg时,求A点上提的高度? 答案当乙处于压缩状态时,A点上升高度h= ;当乙处于伸长状态时,A点上升高度h= 题型4弹簧模型 【例4】一质量为50kg的男孩在距离河流40m高的桥上做“蹦极跳”, 原长长度AB为14m的弹性绳一端缚着他的双脚,另一端则固定在桥上 的A点,如图(a)所示,然后男孩从桥面下坠直至贴近水面的最低点D. 男孩的速率v跟下坠的距离h的变化关系如图(b)所示,假定绳在整个 运动过程中遵守胡克定律(不考虑空气阻力、男孩的大小和绳的质量,g取10m/s2).求: (1)当男孩在D点时,绳所储存的弹性势能. (2)绳的劲度系数是多少? (3)讨论男孩在AB、BC和CD期间运动时作用于男孩的力的情况. 答案 (1)2×104J (2)62.5N/m (3)由题图(b)可知,AB段是一条倾斜的直线,男孩仅受重力作用;BC段男孩受重力和绳的拉力作用,且重力大于拉力;CD段男孩受重力和绳的拉力作用,且重力小于拉力. 1.关于力的概念,下列说法正确的是() A.力是使物体产生形变和改变物体运动状态的原因 B.一个力必定联系着两个物体,其中每个物体既是受力物体又是施力物体 C.只要两个力的大小相同,它们产生的效果一定相同 D.两个物体之间的相互作用力可以是不同性质的力 答案AB 2. (1)如图甲所示,光滑但质量分布不均的小球的球心在O,重心在P,静止在竖直墙和桌边之间.试画出小球所受弹力. (2)图乙中,AC为竖直墙面,AB为均匀横梁,其重力为G,处于水平位置.BC为支持横梁的轻杆,A、B、C三处均用铰链连接.试画出横梁B端所受弹力的方向. 答案如下图所示 3.(2009·济南模拟)如图所示,两木块的质量分别为m1和m2,两轻质弹簧的劲度系数分别 为k1和k2,上面的木块压在上面的弹簧上(但不拴接),整个系统处于平衡状态.现缓慢地 向上提上面的木块,直到它刚离开上面的弹簧,求这个过程中下面木块移动的距离. 答案 4.如图所示,小车上固定一根折成θ角的折杆,杆的另一端固定一个质量为m的小球,试分析下 列情况下,杆对球的作用力. (1)小车静止. (2)小车以加速度a水平向右运动. 答案 (1)mg,方向竖直向上 (2) 方向与竖直方向夹角为arctan 第2课时摩擦力 要点一滑动摩擦力 子即学即用 1.如图所示,将质量m=5kg的木板置于水平桌面上,将其右端三分之一长推出桌子边缘,木板 与桌面间的动摩擦因数为 试求欲将木板推回桌面所需施加的最小水平推力(g取10m/s2). 答案 N 2.关于滑动摩擦力,下列说法正确的是() A.受滑动摩擦力的物体一定是运动的 B.滑动摩擦力一定阻碍物体的运动 C.滑动摩擦力一定与物体的运动方向相反 D.两物体之间有滑动摩擦力,则两物体间一定存在弹力 答案D 要点二静摩擦力 即学即用 3.(2009·杭州模拟)如图所示,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.其中F1=10N,F2=2N,若撤去F1,则木块在水平方 向受到的合力为() A.10N,方向向左B.6N,方向向右C.2N,方向向左D.零 答案D 题型1摩擦力大小的计算 【例1】如图所示,质量为mA的物块A静止在质量为mB的木板B上,若A与B之间的动摩擦 因数为μ.试分析下列各种情景中A、B间和B与地面间相互作用的摩擦力大小. 情景Ⅰ: 若一水平向右的外力F作用于B上,使A、B一起向右做匀速直线运动. 情景Ⅱ: 若水平向右的外力F作用于A上,如图a所示,使A在B上做匀速直线运动,且B始终静止. ab 情景Ⅲ: 若水平向右的外力F作用于A上,如图b所示,使A、B一起向右做匀速直线运动. 答案情景Ⅰ: 0、F情景Ⅱ: μmAg、μmAg情景Ⅲ: F、F 题型2静摩擦力方向的判断 【例2】指明物体A在以下四种情况下所受的静摩擦力的方向. (1)物体A静止于斜面上,如图甲所示. (2)物体A受到水平拉力F作用而仍静止在水平面上,如图乙所示. (3)物体A放在车上,在刹车过程中A相对于车厢静止,如图丙所示. (4)物体A在水平转台上,随转台一起匀速转动,如图丁所示. 答案 (1)沿斜面向上 (2)水平向左(3)水平向左(4)总指向圆心 题型3滑动摩擦力方向的判定 【例3】如图所示,在倾角θ=30°的粗糙斜面上放一物体,重力为G,现在用与斜面底边平行 的力F=G/2推物体,物体恰能在斜面上斜向下匀速直线运动,则物体与斜面之间的动摩擦 因数是多少? 答案 题型4生活物理 【例4】一般家庭的门上都安装一种暗锁,这种暗锁由外壳A、骨架B、弹簧C(劲度系数为k)、锁舌D(倾斜角θ =45°)、锁槽E,以及连杆、锁头等部件组成,如图甲所示.设锁舌D与外壳A和锁槽E之间的动摩擦因数均为μ 且受到的最大静摩擦力f=μN(N为正压力).有一次放学后,当某同学准备锁门时,他加最大力时,也不能将门关 上(此种现象称为自锁),此刻暗锁所处的状态如图乙所示,P为锁舌D与锁槽E之间的接触点,弹簧由于被压缩而缩短了x,求: (1)锁舌D与锁槽E之间的正压力的大小. (2)在正压力很大的情况下,仍然能够满足自锁条件,则μ至少要多大? 答案 (1) (2)0.414 1.卡车上装着一只始终与它相对静止的集装箱,不计空气阻力,下列说法正确的是() A.当卡车开始运动时,卡车对集装箱的静摩擦力使集装箱随卡车一起运动 B.当卡车匀速运动时,卡车对集装箱的静摩擦力使集装箱随卡车一起运动 C.当卡车匀速运动时,卡车对集装箱的静摩擦力等于零 D.当卡车制动时,卡车对集装箱的静摩擦力等于零 答案AC 2.(2009·潍坊质检)长直木板的上表面的一端放置一个铁块,木板放置在水平面上,将放 置铁块的一端由水平位置缓慢地向上抬起,木板另一端相对水平面的位置保持不变,如图 所示.铁块受到的摩擦力f随木板倾角α变化的图线可能正确的是(设最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力大小) () 答案C 3.如图所示,位于水平桌面上的物块P,由跨过定滑轮的轻绳与物块Q相连,从滑轮 到P和到Q的两段绳都是水平的,已知Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦 因数都是μ,两物块的质量都是m,滑轮的质量、滑轮轴上的摩擦都不计.若用一水平向右的力F拉P使它做匀速运动,则F的大小为() A.4μmgB.3μmgC.2μmgD.μmg 答案A 4.某同学在做测定木板的动摩擦因数的实验时,设计了两种实验方案: 方案A: 木板水平固定,通过弹簧秤水平拉动木块,如图(a)所示; 方案B: 木块固定,通过细线水平拉动木板,如图(b)所示. (1)上述两种方案中,你认为更合理的方案是,原因是. (2)该实验中应测量的物理量是. (3)除了实验必需的弹簧秤、木板、木块、细线外,该同学还准备了质量为200g的配重若干个.该同学在木块上加放配重,改变木块对木板的正压力(g=10m/s2),并记录了5组实验数据,如下表所示: 实验次数 1 2 3 4 5 配重(个数) 0 1 2 3 4 弹簧秤读数(N) 0.50 1.00 1.50 1.80 2.50 测木块重(N) 2.00 请根据上述数据在图给出的坐标纸上作出木块所受摩擦力和压力的关系图象;由图象可测出木板和木块间的动摩 擦因数是. 答案 (1)B不受木板如何运动的限制(或摩擦力的测量更方便、准确) (2)木块的重力、每次拉木板时木块和木板间的摩擦力 (3)图象如右0.25 1.如图所示,一被吊着的空心的均匀球壳内装满了细沙,底部有一阀门,打开阀门让细 沙慢慢流出的过程中,球壳与球壳内剩余细沙组成的系统的重心将会() A.一直下降B.一直不变 C.先下降后上升D.先上升后下降 答案C 2. 如图所示,一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上,杆的另一端固定 一个重量是2N的小球,小球处于静止状态时,弹性杆对小球的弹力() A.大小为2N,方向平行于斜面向上B.大小为1N,方向平行于斜面向上 C.大小为2N,方向垂直于斜面向上D.大小为2N,方向竖直向上 答案D 3.如图所示,物体A、B叠放在物体C上,水平力F作用于A,使A、B、C一 起共同匀速运动,各接触面间的摩擦力的情况是() A.A对C有向左的摩擦力B.C对B有向左的摩擦力 C.物体C受到三个摩擦力作用D.C对地有向右的摩擦力 答案A 4.(2009·苏州模拟)实验室常用的弹簧秤如图甲所示,连接有挂钩的拉杆与 弹簧相连,并固定在外壳一端O上,外壳上固定一个圆环,可以认为弹簧秤 的总质量主要集中在外壳(重力为G)上,弹簧和拉杆的质量忽略不计,现将 该弹簧秤以两种方式固定于地面上,如图乙、丙所示,分别用恒力F0竖直 向上拉弹簧秤,静止时弹簧秤的读数为() A.乙图读数F0-G,丙图读数F0+GB.乙图读数F0+G,丙图读数F0-G C.乙图读数F0,丙图读数F0-GD.乙图读数F0-G,丙图读数F0 答案D 5.如图是力学中的三个实验装置,这三个实验共同的物理思想方法是(M为平面镜)() A.控制变量的方法B.放大的思想方法C.比较的思想方法D.猜想的思想方法 答案B 6.如图所示,质量为m的物体放在水平放置的钢板C上,与钢板的动摩擦因数为μ,由于 光滑导槽A、B的控制,物体只能沿水平导槽运动.现使钢板以速度v1向右运动,同时 用力F沿导槽的方向拉动物体使物体以速度v2沿导槽运动,则F的大小为() A.等于μmgB.大于μmgC.小于μmgD.不能确定 答案C 7.如图所示,在μ=0.1的水平桌面上向右运动的物体,质量为20kg,在 运动过程中,还受到一个方向向左的大小为10N的拉力作用,则物 体受到的滑动摩擦力为(g=10N/kg)() A.10N,向右B.10N,向左C.20N,向右D.20N,向左 答案D 8.(2009·黄岗模拟)在探究摩擦力的实验中,用弹簧测力计水平拉一放在水平桌面上的小木块,小木块的运动状态和弹簧测力计的读数如下表所示(每次实验时,木块与桌面的接触面相同),则由下表分析可知() 实验次数 小木块的运动状态 弹簧测力计读数(N) 1 静止 0.3 2 静止 0.5 3 直线加速 0.6 4 匀速直线 0.4 5 直线减速 0.2 A.木块受到的最大摩擦力为0.6N B.木块受到的最大静摩擦力可能为0.5N C.在这五次实验中,木块受到的摩擦力大小有三次是相同的 D.在这五次实验中,木块受到的摩擦力大小各不相同 答案BC 9.如图所示,甲、乙、丙三个物体质量相同,与地面间的动摩擦因数相同,受 到三个大小相同的作用力F.它们受到的摩擦力的大小关系是() A.三者相同B.乙最大 C.丙最大D.已知条件不够,无法判断 答案D 10.如图所示,匀强电场方向与倾斜的天花板垂直,一带正电的物体在天花板 上处于静止状态,则下列判断正确的是() A.天花板与物体间的弹力一定不为零 B.天花板对物体的摩擦力可能为零 C.物体受到天花板的摩擦力随电场强度E的增大而增大 D.逐渐增大电场强度E的过程中,物体将始终保持静止 答案AD 11.如图所示,板A的质量为m,滑块B的质量为2m,板A用绳拴住,绳与斜面 平行,滑块B沿倾角为α的斜面在A板的中间一段匀速下滑,若A、B之间 以及B与斜面间的动摩擦因数相同,求动摩擦因数μ. 答案 12.如图所示,带斜面的小车在水平地面上,斜面倾角为θ,紧靠斜面有一质 量为m的光滑球,试确定在下列状态下斜面对小球的弹力. (1)小车向右匀速运动. (2)小车向右以加速度a(a (3)小车向右以加速度a=gtanθ做匀加速直线运动. 答案 (1)0 (2) (3) 13.(2009·济宁统考)如图所示,有两本完全相同的书A、B,书重均为5N, 若将两本书等分成若干份后交叉地叠放在一起置于光滑桌面上,并将书A 固定不动,用水平向右的力F把书B匀速抽出,现测得一组数据如下: 实验次数 1 2 3 4 … n 将书分成的份数 2 4 8 16 … 逐页交叉 力F的大小(N) 4.5 10.5 22.5 46.5 … 190.5 根据以上数据,试求: (1)若将书分成32份,力F应为多大? (2)该书的页数. (3)该书任意两张纸之间的动摩擦因数为多少? 答案 (1)94.5N (2)64页(3)0.3 第二单元力的合成与分解、受力分析 第3课时力的合成与分解 要点一力的合成 即学即用 1.从正六边形ABCDEF的一个顶点向其他5个顶点作用着5个力F1、F2、F3、F4、F5, 如图所示.已知F1=10N,具体各力的大小跟对应的边长成正比,这5个力的合力大小 为N. 答案60 要点二力的分解 即学即用 2.将一个20N的力进行分解,其中一个分力的方向与这个力成30°角,试讨论: (1)另一个分力的大小不会小于多少? (2)若另一个分力大小是 则已知方向的分力大小是多少? 答案 (1)10N (2) 或 3.如图所示,用绳AC与BC吊起一重100N的物体,两绳AC、BC与竖 直方向的夹角分别为30°和45°,求: 绳AC和BC对物体的拉力大小. 答案 题型1根据力的实际效果分解 【例1】如图所示,轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上,杆与墙的夹角为30°.另一端通过 轻质细绳EG拉住,EG与墙的夹角为60°,轻杆的G点用细绳GF拉住一质量为m的物体 A.试求细绳EG的张力大小. 答案 mg 题型2用图解法分析力的最小值 【例2】如图所示,用长为L的轻绳悬挂一质量为m的小球,对小球再施加一个力,使绳和竖直 方向成β角并绷紧,小球处于静止状态,此力最小为() A.mgsinβB.mgcosβC.mgtanβD.mgcotβ 答案A 题型3力的合成与分解问题中的图象处理 【例3】合力F与两个共点力F1、F2之间的夹角θ的关系如图所示(两个共点力F1、F2 大小不变),则合力F大小的变化范围是多少? 答案1N≤F≤7N 题型4情景建模 【例4】“雪龙”号科学考察船不仅采用特殊的材料,而且船体的结构也应满足一定的条件,以对付 南极地区的冰块与冰层,它是靠本身的重力压碎周围的冰块,同时又将碎 冰块挤向船底.如果碎冰块仍挤在冰层与船体之间,船体由于受巨大的侧 压力而可能解体.为此,船体与铅垂面之间必须有一倾斜角θ,如图所示. 设船体与冰块间的动摩擦因数为μ,试问使压碎的冰块能被挤向船底,θ角应满足什么条件? 答案θ≥arctanμ 1.如图所示,作用在物体上的同一平面内的四个共点力合力为零,若其中F2、F3、 F4大小和方向保持不变,F1逆时针方向转过90°,而大小保持不变,则此物体所 受的合力大小为() A. F1B.2F2C.F1D. F1 答案A 2.作用在一个物体上的两个共点力的合力的大小随两力之间的角度变化的关系如图所 示,则有() A.这两个力的合力的最大值为30N B.这两个力的合力的最小值为10N C.由该图象可确定两个分力大小值 D.只能确定两分力值的范围,不能确定具体值 答案ABC 3.如图所示,重力为500N的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引重200N的物体,当绳与 水平面成60°角时,物体静止,不计滑轮与绳的摩擦,求地面对人的支持力和摩擦力. 答案326.8N100N 4.有一种机械装置,叫做“滚珠式力放大器”,其原理如图所示,斜面A 可以在水平面上滑动,斜面B以及物块C都是被固定的,它们均由钢 材制成,钢珠D置于A、B、C之间,当用水平力F推斜面A时,钢珠 D对物块C的挤压力F′就会大于F,故称为“滚珠式力放大器”.如果斜面A、B的倾角分别为α、β,不计一切摩擦力以及钢珠D自身的重力,求这一装置的力放大倍数(即F′与F之比). 答案1+cotα·cotβ 第4课时专题: 受力分析 要点一受力分析的研究对象 1.在粗糙水平面上放着一个三角形木块abc,在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为m1和m2的两个物体,m1>m2,如图所示,若三角形木块和两物体都是静止的.则粗糙水平面对三角形木块() A.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向右 B.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向左 C.有摩擦力的作用,但摩擦力的方向不能确定,因m1、m2、θ1、θ2的数值均未给出 D.以上结论均不对 答案D 要点二受力分析的步骤 2.一球被轻绳斜挂着靠在墙上处于静止状态,如图所示,则此时球受到的力有() A.重力、绳子的拉力、墙对球的支持力 B.重力、绳子的拉力、球对墙的压力 C.重力、绳子的拉力、墙对球的支持力和静摩擦力 D.重力、绳子的拉力、球对墙的压力和静摩擦力 答案C 【例1】如图所示,竖直平面内放有一表面光滑的直角杆,杆的水平部分和竖直部分套有质 量均为m的可自由移动的小环M和N,M、N之间通过细线连接.在M环上施加一水平 拉力F使M环缓慢向右移动,试分析在M环缓慢移动的过程中细线的张力及水平拉 力F的变化情况. 答案细线的张力和水平拉力均增大 【例2】用两段轻质细线OA、BC把两质量均为m的小球悬挂起来.如图所示,现对a持续 施加一个水平
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