2-1力学中三种力（解析版）—2024高考物理一轮复习100考点100讲

2024高考物理一轮复习100考点100讲

第二章   相互作用

第2.1讲  力学中三种力

【知识点精讲】

1．重力

(1)产生：由于地球的吸引而使物体受到的力。

(2)大小：与物体的质量成正比，即G＝mg。可用弹簧测力计测量重力。

(3)方向：总是竖直向下的。

(4)重力加速度g的特点：

①大小：在地球上同一地点g值是一个不变的常数；g值随着纬度的增大而增大；g值随着高度的增大而减小。

②方向：竖直向下。

(5)重心：其位置与物体的质量分布和形状有关。

(6)重心位置的确定

质量分布均匀的规则物体，重心在其几何中心；对于形状不规则或者质量分布不均匀的薄板，重心可用悬挂法确定。

【易错警示】

（1）．误认为重力的大小与物体的运动状态有关。

（2）．误认为重力的方向指向地心，实际上重力的方向是竖直向下，不一定指向地心。

（3）．误认为力可以没有施力物体或受力物体，实际上力是物体与物体间的相互作用，任何力同时具有施力物体与受力物体。

（4）．误认为只有相互接触的物体间才存在作用力，实际上有些力可以发生在不接触的物体间，如重力等。

2.　弹力

（1）形变：物体在力的作用下形状或体积的变化叫形变。

（2）弹性：

(i)弹性形变：有些物体在形变后撤去作用力时能够恢复原状的形变。

(ii)弹性限度：当形变超过一定限度时，撤去作用力后，物体不能完全恢复原来的形状，这个限度叫弹性限度。

（3）弹力

(i)定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力。

(ii)产生条件：物体相互接触且发生弹性形变。

(iii)方向：弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反。

（4）胡克定律

(i)内容：弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。

(ii)表达式：F＝kx。

①k是弹簧的劲度系数，单位为N/m；k的大小由弹簧自身性质决定。

②x是弹簧长度的变化量，不是弹簧形变以后的长度。

【特别提醒】利用胡克定律F＝kx时，要注意：

 (1)弹簧要在弹性限度内形变。

(2)x为弹簧的伸长量或压缩量，并不是弹簧的长度。

(3)轻弹簧：即弹簧(或橡皮绳)的重力可视为零。

(4)弹簧既能受到拉力作用，也能受到压力作用(沿着弹簧的轴线)，橡皮绳只能受到拉力作用，不能受到压力作用。

3.　摩擦力

 (1)滑动摩擦力

（i）产生条件

①接触面粗糙。

②接触处有弹力。

③两物体间有相对运动。

(ii)定义：两个相互接触且发生形变的粗糙物体，当它们发生相对运动时，就会在接触面上产生阻碍相对运动的力。

(iii)大小及方向

①大小：F＝μFN，公式中μ为比例常数，称为动摩擦因数，其大小与两个物体的材料和接触面的粗糙程度有关。

②方向：沿两物体的接触面，与相对运动的方向相反。

（2）静摩擦力

(i)产生条件

①接触面粗糙。

②接触处有弹力。

③两物体有相对运动趋势(仍保持相对静止)。

(ii)定义

两个相互接触且发生形变的粗糙物体，当它们具有相对运动趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动趋势的力。

(iii)大小和方向

①大小：0<F≤Fm

②方向：沿两物体的接触面与相对运动趋势的方向相反。

【方法归纳】

1.　常见的弹力方向判断

2. 弹力方向的判断方法

（1）．压力和支持力一定垂直于它们的接触面，且指向受力物体；

（2）．绳对物体的拉力方向总是沿着绳且指向绳收缩的方向；

（3）．分析物体的运动状态(是平衡还是加速运动)，结合平衡条件和牛顿第二定律，就容易分析出弹力的方向；

（4）．当遇到弹力难以判断时，可尝试用假设法。

3．判断静摩擦力的有无及方向的三种方法

(1)假设法

利用假设法判断的思维程序如下：

(2)运动状态法

此法关键是先确定物体的运动状态(如平衡或求出加速度)，再利用平衡条件或牛顿第二定律(F＝ma)确定静摩擦力的方向。

(3)牛顿第三定律法

“力是物体间的相互作用”，先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再根据牛顿第三定律确定另一物体受到的静摩擦力的方向。

4．滑动摩擦力方向判断

(1)根据滑动摩擦力方向与相对运动方向相反

(2)根据运动状态

5．摩擦力大小的计算方法

(1)先要依据条件判断是滑动摩擦力还是静摩擦力；

(2)滑动摩擦力的大小可以用f＝μFN计算，也可以用平衡条件计算；

(3)静摩擦力的大小要根据平衡条件计算。

计算摩擦力大小时的“三点注意”

(1)公式F＝μFN中的FN是两个物体接触面上的压力，称为正压力(垂直于接触面的力)，性质上属于弹力，它不一定等于物体的重力，许多情况下需结合物体的平衡条件等加以确定。

(2)滑动摩擦力F的大小与物体的运动速度无关，与接触面的大小无关。

(3)该公式适用于滑动摩擦力大小的计算。求静摩擦力的大小时，该公式不成立。

【最新高考题精练】

1.（2021年6月浙江选考） 2021年5月15日，天问一号着陆器在成功着陆火星表面的过程中，经大气层的减速，速度从减为；打开降落伞后，经过速度进一步减为；与降落伞分离，打开发动机减速后处于悬停状态；经过对着陆点的探测后平稳着陆。若打开降落伞至分离前的运动可视为竖直向下运动，则着陆器（　　）

A. 打开降落伞前，只受到气体阻力的作用

B. 打开降落伞至分离前，受到的合力方向竖直向上

C. 打开降落伞至分离前，只受到浮力和气体阻力的作用

D. 悬停状态中，发动机喷火的反作用力与气体阻力是平衡力

【参考答案】B

【名师解析】

打开降落伞前，在大气层中做减速运动，则着陆器受大气的阻力作用以及火星的引力作用，选项A错误；打开降落伞至分离前做减速运动，则其加速度方向与运动方向相反，加速度方向向上，则合力方向竖直向上，B正确；打开降落伞至分离前，受到浮力和气体的阻力以及火星的吸引力作用，选项C错误；悬停状态中，发动机喷火的反作用力是气体对发动机的作用力，由于还受到火星的吸引力，则与气体的阻力不是平衡力，选项D错误。

【名师点评】本题以天问一号着陆器成功着陆火星为情景考查受力分析及其相关知识点。

  2. （2021年1月浙江选考）如图所示，电动遥控小车放在水平长木板上面，当它在长木板上水平向左加速运动时，长木板保持静止，此时

A.小车只受重力、支持力作用               

B.木板对小车的作用力方向水平向左

C.木板对小车的作用力大于小车对木板的作用力

D.木板对小车的作用力与小车对木板的作用力大小一定相等

【参考答案】D

【解题思路】电动遥控车在水平长木板上加速运动，小车受到竖直向下的重力、长木板对电动遥控车竖直向上的支持力、长木板对电动遥控车水平向左的静摩擦力，木板对小车的作用力是水平向左的静摩擦力和竖直向上支持力的合力，选项AB错误；木板对小车的作用力与小车对木板的作用力，是一对作用力和反作用力，由牛顿第三定律可知，木板对小车的作用力与小车对木板的作用力大小一定相等，方向相反，选项D正确C错误。

3.（2020高考北京卷）某同学利用图甲所示装置研究摩擦力的变化情况。实验台上固定一个力传感器,传感器用棉线拉住物块,物块放置在粗糙的长木板上。水平向左拉木板,传感器记录的图像如图乙所示。下列说法正确的是

A.实验中必须让木板保持匀速运动

B.图乙中曲线就是摩擦力随时间的变化曲线

C.最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10:7

D.只用图乙中数据可得出物块与木板间的动摩擦因数

【参考答案】C

【命题意图】本题考查对棉线中拉力随时间变化的曲线的理解、最大静摩擦力、滑动摩擦力及其相关知识点。

【解题思路】实验中，木板可以做变速运动，图乙中曲线就是棉线中拉力随时间变化的曲线，由于物块处于静止状态，摩擦力随时间变化曲线与棉线中拉力随时间变化的曲线相同，选项AB错误；由图乙中曲线就是棉线中拉力随时间变化的曲线可知，棉线中最大拉力约为10N，说明最大静摩擦力为10N，木板与木块相对滑动时棉线中拉力约为7N，说明滑动摩擦力为7N，所以最大静摩擦力与滑动摩擦力之比约为10∶7，选项C正确；只用图乙中数据不可以得出物块与木板之间的动摩擦因数，选项D错误。

4．（2020年7月浙江选考）矢量发动机是喷口可向不同方向偏转以产生不同方向推力的一种发动机。当歼20隐形战斗机以速度v斜向上飞行时，其矢量发动机的喷口如图所示。已知飞机受到重力G、发动机推力、与速度方向垂直的升力和与速度方向相反的空气阻力。下列受力分析示意图可能正确的是（    ）

A．       B． 

C．        D．

【参考答案】A

【名师解析】根据题述战斗机受到与速度方向垂直的升力和与速度方向相反的空气阻力。所以受力分析示意图可能正确的是A。

5．(2016·10月浙江学考)中国女排在2016年奥运会比赛中再度夺冠。图为比赛中精彩瞬间的照片，此时排球受到的力有(　　)

A．推力

B．重力、推力

C．重力、空气对球的作用力

D．重力、推力、空气对球的作用力

【参考答案】C

【名师解析】　排球受重力、空气阻力，但排球与手不接触，排球不受推力，故C正确。

6．(2016·江苏卷，1)一轻质弹簧原长为8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度，则该弹簧的劲度系数为(　　)

A．40 m/N  B．40 N/m

C．200 m/N  D．200 N/m

【参考答案】D

【名师解析】　由胡克定律得劲度系数k＝＝  N/m＝200 N/m，D项正确．

7．(2015·山东卷，16)如图，滑块A置于水平地面上，滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直)，此时A恰好不滑动，B刚好不下滑．已知A与B间的动摩擦因数为μ1，A与地面间的动摩擦因数为μ2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．A与B的质量之比为(　　 )

A.  B．

C.  D．

【参考答案】B

【名师解析】　对滑块A、B整体在水平方向上有F＝μ2(mA＋mB)g；对滑块B在竖直方向上有μ1F＝mBg；联立解得：＝，选项B正确．

8．(2017·课标卷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．

【参考答案】C

【名师解析】　设物块的质量为m.据平衡条件及摩擦力公式有

拉力F水平时，F＝μmg①

拉力F与水平面成60°角时，Fcos 60°＝μ(mg－Fsin 60°)②

联立①②式解得μ＝. 故选C.

9 (2015·江苏3月学考)如图所示，小强用水平方向成θ角的轻绳拉木箱，未拉动，此时绳中拉力为F，则木箱所受摩擦力的大小为(　　)

A．Fcos θ   B．Fsin θ

C．0   D．F

【参考答案】A

【名师解析】　将拉力F正交分解，并根据二力平衡得到木箱所受摩擦力的大小为Fcos θ，A项正确。

10．(2016·4月浙江选考)如图所示是某人在投飞镖，飞镖在飞行途中受到的力有(　　)

A．推力 

B．重力、空气阻力

C．重力、推力 

D．重力、推力、空气阻力

【参考答案】B

【名师解析】　飞镖飞出后，不再受推力，只受重力，以及空气阻力，所以答案为B。

11．(2012·浙江6月学考)如图所示，手沿水平方向将书压在竖直墙壁上，使其保持静止。现增大手对书的压力，则书(　　)

A．将沿墙壁滑动

B．受到的合外力增大

C．对墙壁的压力不变

D．受到的静摩擦力不变

【参考答案】D

【名师解析】现增大手对书的水平方向的压力，对墙壁的压力增大，书仍静止，受到的合外力为零，受到的静摩擦力不变，D正确ABC错误。

12．(2015·浙江1月学考)如图所示，用弹簧测力计拉着滑块在水平桌面上做匀速直线运动，此时弹簧测力计读数为0.90 N，已知滑块重为3 N，则滑块与桌面间的动摩擦因数为(　　)

A．0.1  B．0.3  C．2.0  D．3.0

【参考答案】B

【名师解析】　滑块匀速运动，滑块受力如图，

Ff＝F＝0.90 N，FN＝G＝3 N，故μ＝＝0.3，B项正确。

【最新模拟题精练】

1. （2023四川成都蓉城名校联盟联考）如图，天花板与水平面间的夹角为θ=37°，一质量为 m的物块在 一垂直于天花板向上的力F作用下静止于天花板上、已知物块与天花板之间的动摩擦因数为μ=0.5，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速大小为g，sin37°=0.6，cos37°=0.8，则（　　）

A. 物块可能只受三个力作用 

B. 物块给天花板的摩擦力沿天花板向上

C. 力F的大小不得小于2mg 

D. 力F的大小可能为1.25mg

【参考答案】C

【名师解析】

物块在重力作用下，有沿天花板下滑的趋势，一定受到静摩擦力，则天花板对物块一定有弹力，所以物块受重力、F、天花板弹力和摩擦力四个力的作用，故A错误；天花板给物块的摩擦力沿天花板向上，根据牛顿第三定律可知，物块给天花板的摩擦力沿天花板向下，故B错误；

物块受力及正交分解如图所示，物块静止，则y方向

x方向

联立解得，故C正确，D错误。

2．(2022广东佛山重点高中质检)如图所示，某同学用手握住竖直方向悬空的水杯保持静止来研究水杯受的摩擦力，为防止水杯脱落，往往会用力握紧它。以下说法正确的是（　　）

A．若往杯中加水，则必须增大手对杯子的压力

B．若往杯中加水，则杯子所受的摩擦力增大

C．若往杯中加水，则杯子所受的摩擦力不变

D．若增大手握杯子的力，则杯子所受的摩擦力增大

【参考答案】．B【名师解析】若往杯中加水，则杯子受到摩擦力会增大，但不一定会超过最大静摩擦力，则不是必须要增大手对杯子的压力，故A错误；杯子在竖直方向受力平衡，杯子受到的重力与摩擦力是一对平衡力，若往杯中加水，则杯子所受的摩擦力增大，故B正确， C错误；杯子受力平衡，杯子受到的重力与摩擦力是一对平衡力，手给杯子的压力越大，杯子受到的最大静摩擦力越大，但摩擦力不变，故D错误。

3.(2022辽宁沈阳二模)如图所示，粗糙水平面上放置一倾角为斜面体，工人在斜面体上向上匀速推动木箱。已知木箱质量和工人质量相等，工人对木箱的作用力一直平行于斜面向上，工人的脚与斜面间始终没有打滑，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是（　　）

A. 工人和重物受到斜面的摩擦力大小相等，方向相反

B. 木箱受到的摩擦力对木箱做负功

C. 工人受到摩擦力对工人做正功

D. 斜面体受到地面的摩擦力，方向水平向左

【参考答案】B

【名师解析】

因人和箱子质量相等，设为m，对人有

对箱有，

则有，，A错误；

由于木箱受到的摩擦力沿斜面向下，木箱的位移沿斜面向上，可知摩擦力对木箱做负功，B正确；

由于人在斜面上没有位移，根据功的定义可知，工人受到的摩擦力对工人不做功，C错误；

把人、箱、斜面看成整体，三者都处于平衡态，水平方向无加速度，所以地面给斜面的摩擦力为0，D错误。

4. （2021安徽安庆市重点高中期中）如图所示，物块正在沿粗糙的斜面匀速下滑，斜面保持静止状态。在下列几种情况中，物块仍沿斜面下滑，则关于地面对斜面体的摩擦力正确说法是

A.若对物块施加竖直向下的外力，地面对斜面体的摩擦力水平向左

B.若对物块施加垂直于斜面向下的外力，地面对斜面体的摩擦力水平向左

C.若对物块施加沿斜面向下的外力，地面对斜面体的摩擦力水平向右

D.若对物块施加沿斜面向下的外力，地面对斜面体没有摩擦力

【参考答案】.D

【名师解析】物块沿粗糙的斜面匀速下滑，物块处于平衡状态，斜面体对物块的力竖直向上与重力平衡，物块对斜面体的力竖直向下，地面对斜面体没有摩擦力。若对物块施加竖直向下的外力，相当于物块的重力增加了，物块仍做匀速运动，地面对斜面体的摩擦力仍为零，A错误；若对物块施加沿斜面向下的外力，此时，物块对斜面体的摩擦力与匀速下滑时相等，物块对斜面体的压力与匀速时相等，因此斜面受力没变，地面对斜面体的摩擦力仍为零，C错误，D正确；若对物块施加垂直于斜面向下的外力，把该外力分解为竖直向下的和沿斜面向上的两个分力（两个分力不再相互垂直），两个分力单独作用时，竖直向下的外力不会造成地面对斜面体有摩擦，沿斜面向上的分力只能使物块减速运动，物块对斜面体的压力和摩擦力不变，也不会造成地面对斜面体产生摩擦力，两个分力同时作用时，地面对斜面体的摩擦力仍为零，即若对物块施加垂直于斜面向下的外力，地面对斜面体的摩擦力仍为零，B错误。故选D。

5．(2022·昆明模拟)图甲是某同学写字时的握笔姿势，图乙是他在握笔时把拇指和食指松开时的状态，笔尖仍然斜向下且笔保持静止状态。关于两幅图中笔的受力，下列说法正确的是(　　)

A．图甲中笔可能不受摩擦力

B．图乙中笔可能不受摩擦力

C．图甲和图乙中手对笔的作用力方向都为竖直向上

D．图甲中手的握力越大，笔所受的摩擦力越大

【参考答案】.C

【名师解析】对图甲受力分析，笔受到手指的压力、摩擦力和重力，如果没有受到摩擦力，笔就会顺着手指滑下来，故A错误；对图乙受力分析，笔受到重力、支持力、摩擦力，如果没有受到摩擦力，笔就会顺着手指滑下来，故B错误；因为图甲和图乙中的笔都是静止状态，所以手对笔的作用力应与重力大小相等，方向相反，故C正确；图甲中的笔受到的是静摩擦力，和握力无关，故D错误。

6. （2022广州培正中学三模）如图所示，为一种倾斜放置的装取台球的装置，圆筒底部有一轻质弹簧，每个台球的质量为，半径为，圆筒直径略大于台球的直径。当将筒口处台球缓慢取走后，又会冒出一个台球，刚好到达被取走台球的位置。若圆筒与水平面之间的夹角为，重力加速度为，忽略球与筒间的摩擦力。则弹簧的劲度系数的值为（　　）

A.  B.  C.  D.

【参考答案】A

【名师解析】

对小球整体处于平衡状态，受力分析得，沿筒方向受力平衡有

解得，故选A。

7. (2022年高考广东梅州二模) 2022年春晚舞蹈《只此青绿》表演中，需要舞者两脚前后分开，以胯部为轴，上半身后躺，与地面近乎平行，在舞者缓慢后躺的过程中，下列说法不正确的是（　　）

A. 人对地面的压力和地面对人的支持力是一对平衡力

B. 舞者所受的支持力始终等于舞者的重力

C. 舞者越向下躺，重心越低

D. 舞者两脚间距越大，下弯时越稳定

【参考答案】A

【名师解析】

人对地面的压力和地面对人的支持力是一对作用力与反作用力，选项A错误，符合题意；舞者缓慢后躺，可认为都是平衡状态，则舞者所受的支持力始终等于舞者的重力，选项B正确，不符合题意；

舞者越向下躺，整个身体的重心越低，选项C正确，不符合题意；舞者两脚间距越大，重心越向下，下弯时越稳定，选项D正确，不符合题意。

8.长直木板的上表面的一端放有一铁块，木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与水平面的夹角α变大)，另一端不动，如图所示。则铁块受到的摩擦力Ff随角度α的变化图象可能正确的是下图中的(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)(　　)

【参考答案】C

【名师解析】

　设木板与水平面间的夹角增大到θ时，铁块开始滑动，显然当α<θ时，铁块与木板相对静止。由力的平衡条件可知，铁块受到的静摩擦力的大小为Ff＝mgsin α；当α≥θ时铁块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力，设动摩擦因数为μ，由滑动摩擦力公式得，铁块受到的滑动摩擦力为Ff＝μmgcos α。通过上述分析知道：当α<θ时，静摩擦力随α角增大按正弦规律增大；当α≥θ时，滑动摩擦力随α角增大按余弦规律减小，所以正确选项为C。

5．关于摩擦力，有人总结了“四条不一定”，其中说法错误的是(　　)

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

解析　摩擦力的方向与跟它相接触的物体的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反，与它的运动方向可能相同，也可能相反，也可能不在一条直线上，故A、B正确；运动的物体可受静摩擦力作用，如随传送带一起加速的物体，静止的物体可受滑动摩擦力作用，如滑块滑过固定的木板时木板受的力，故C正确；静摩擦力也可以充当动力，故D错误。

答案　D