高考物理考点——力的概念及常见的三种力

考点解读

一、力

1.概念

(1)力是物体间的相互作用,力总是成对出现的,这一对力的性质相同。不接触的物体间也可以有力的作用,如重力、电磁力等。

(2)力是矢量,其作用效果由大小、方向和作用点三个要素决定。力的作用效果是使物体产生形变或加速度。

2.力的分类

(1)按性质分类:重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力、安培力等。

(2)按作用效果分类:拉力、压力、支持力、动力、阻力、向心力、浮力、回复力等。

(3)按研究对象分类:内力和外力。

3.力的图示和示意图

(1)力的图示:力的图示中,线段的长短表示力的大小,箭头的指向表示力的方向,箭尾(或箭头)表示力的作用点,线段所在的直线叫做力的作用线。

(2)力的示意图:力的示意图只能粗略表示力的作用点和方向,不能表示力的大小。

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

3.g的特点 

(1)在地球上同一地点g值是一个不变的常数。

(2)g值随着纬度的增大而增大。

(3)g值随着高度的增大而减小。

4.方向:竖直向下。

5.重心

(1)相关因素:物体的几何形状;物体的质量分布。

(2)位置确定: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。

三、弹力

1.形变:物体形状或体积的变化叫形变。

2.弹力

(1)定义:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,会对与它接触的物体产生力的作用。

(2)产生条件:物体相互接触;物体发生弹性形变。

3.胡克定律

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

(2)表达式:F=kxk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。x是弹簧长度的变化量,不是弹簧形变以后的长度。

4.弹力的大小、有无及方向的判断

(1)弹力有无的判断方法

①条件法:根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力。此方法多用来判断形变较明显的情况。

②假设法:对形变不明显的情况,可假设两个物体间弹力不存在,看物体能否保持原有的状态,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。

④替换法:可以将硬的、形变不明显的施力物体用软的、易产生明显形变的物体来替换,看能否维持原来的运动状态。

(2)弹力方向的判断方法

①根据物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反判断。

②根据共点力的平衡条件或牛顿第二定律确定弹力的方向。

(3)弹力的分析与计算

首先分析物体的运动情况,然后根据物体的运动状态,利用共点力平衡的条件或牛顿第二定律求弹力。

 

5.几种典型接触弹力的方向确认:

6.含弹簧类弹力问题的分析与计算

中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”也是理想化模型,具有如下几个特性:

(1)弹力遵循胡克定律F=kx,其中x是弹簧的形变量。

(2)轻:即弹簧(或橡皮绳)的重力可视为零。

(3)弹簧既能受拉力,也能受压力(沿着弹簧的轴线),橡皮绳只能受拉力,不能受压力。

(4)由于弹簧和橡皮绳受力时,其形变较大,发生形变需要一段时间,所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能突变。但是,当弹簧和橡皮绳被剪断时,它们产生的弹力立即消失。

7.滑轮模型与死结模型问题的分析

(1)跨过滑轮、光滑杆、光滑钉子的细绳两端张力大小相等。

(2)死结模型:如几个绳端有“结点”,即几段绳子系在一起,谓之“死结”,那么这几段绳中的张力不一定相等。

(3)同样要注意轻质固定杆的弹力方向不一定沿杆的方向,作用力的方向需要结合平衡方程或牛顿第二定律求得,而轻质活动杆中的弹力方向一定沿杆的方向。

四、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趋势时,在接触面上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)接触处有挤压作用;

(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:F=μFN

(2)静摩擦力:0<FfFmax

5.静摩擦力方向的判断

(1)假设法:静摩擦力的方向一定与物体相对运动趋势的方向相反,利用“假设法”可以判断出物体相对运动趋势的方向。

(2)状态法:根据二力平衡条件、牛顿第二定律,可以判断静摩擦力的方向。

(3)利用牛顿第三定律(即作用力与反作用力的关系)来判断,此法关键是抓住“力是成对出现的”,先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“反向”确定另一物体受到的静摩擦力的方向。

6.应用“状态法”解题时应注意的问题

状态法是分析判断静摩擦力有无及方向、大小的常用方法,用该方法可以不必分析物体相对运动的趋势,使模糊不清的问题明朗化,复杂的问题简单化。在使用状态法处理问题时,需注意以下两点:

(1)明确物体的运动状态,分析物体的受力情况,根据平衡方程或牛顿第二定律求解静摩擦力的大小和方向。

(2)静摩擦力的方向与物体的运动方向没有必然关系,可能相同,也可能相反,还可能成一定的夹角。

 

7.摩擦力的突变问题

当物体的受力情况发生变化时,摩擦力的大小和方向往往会发生变化,有可能会导致静摩擦力和滑动摩擦力之间的相互转化。

该类问题常涉及摩擦力的突变问题,在分析中很容易发生失误。在解决此类问题时应注意以下两点:

(1)如题干中无特殊说明,一般认为最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。

(2)由于此类问题涉及的过程较为复杂,采用特殊位置法解题往往比采用过程分析法解题更为简单。

8.摩擦力大小的计算

计算摩擦力时首先要分清是静摩擦力还是滑动摩擦力。

(1)滑动摩擦力由公式F=μFN计算,应用此公式时要注意以下两点:

μ为动摩擦因数,其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关;FN为两接触面间的正压力,其大小不一定等于物体的重力。

②滑动摩擦力的大小与物体的运动速度无关,与接触面积的大小无关。

(2)静摩擦力的计算

①它的大小和方向都跟产生相对运动趋势的力密切相关,跟接触面相互挤压力FN无直接关系,因此它具有大小、方向的可变性,变化性强是它的特点。对具体问题,要具体分析研究对象的运动状态,根据物体所处的状态(平衡、加速等),由力的平衡条件或牛顿运动定律求解。

②最大静摩擦力Fmax:是物体将要发生相对运动这一临界状态时的摩擦力。它的数值与FN成正比,在FN不变的情况下,Fmax比滑动摩擦力稍大些,通常认为二者相等,而静摩擦力可在0~Fmax间变化。

9.摩擦力认识的三个误区

(1)认为滑动摩擦力的大小与接触面积大小、物体速度大小有关;

(2)不能认识到摩擦力性质、方向、大小会发生突变而产生错误;

(3)认为静止的物体只能受到静摩擦力,运动的物体只能受到滑动摩擦力。

10.对摩擦力的进一步理解

误区一:有弹力就有摩擦力,有摩擦力就有弹力。

从产生摩擦力的条件可知:有弹力存在仅仅是产生摩擦力的一个条件。虽有弹力存在,但两物体间若没有“相对运动或相对运动的趋势”,则不会产生摩擦力,反之,若两物体间有摩擦力,则一定有弹力。

误区二:摩擦力的大小一定与正压力成正比。

若摩擦力是滑动摩擦力,根据Ff=μFN可知,两物体间的滑动摩擦力确实与正压力成正比。但对静摩擦力而言,它是一个被动力,随着使物体产生“相对运动趋势”的外力的变化而变化,与正压力大小无关,正压力只可影响最大静摩擦力的大小。

误区三:摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反。

摩擦力的方向应与“相对运动”或“相对运动趋势”的方向相反,与物体的运动方向有可能相反也有可能相同。即摩擦力可以是阻力,也可以是动力。

误区四:摩擦力的方向与物体运动方向一定在同一直线上。

常见的多数摩擦力的方向与物体运动方向在同一直线上,但不是所有情境下的摩擦力均如此。如图所示,一人站在扶梯上,随扶梯斜向上加速上升;人沿扶梯斜向上运动,而人所受摩擦力却是水平方向,与运动方向并不共线。故两物体间摩擦力的方向应理解为“与两物体接触面相切,和物体间“相对运动”或“相对运动趋势”的方向相反,而与物体的运动方向无关。

 

考向一:重力

(2018·河南省中原名校)下列说法中正确的是

A.重力是地球对物体的吸引力

B.形状规则的物体重心在物体的几何中心

C.相互接触的物体间一定有弹力

D.静止的物体可能受到滑动摩擦力

【参考答案】D

【详细解析】重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力, 是地球对物体的吸引力的一个分力,故A错误:任何有规则形状、质量分别均匀物体,其重心一定与它的几何中心重合,而质量分布不均匀、形状不规则的物体则不一定,故B错误:相互接触的两物体若没有弹性形变,则不一定有弹力,故C错误:静止的物体可能受到滑动摩擦力,比如:在地面滑行的物体,地面受到是滑动摩擦力,故D正确。

1.有一个圆形的均质薄板,若以板中心为圆心挖掉一个小圆成一圆环,下列说法正确的是

A.板的重力不变,重心位置改变

B.板的重力减小,重心不存在了

C.板的重力不变,重心位置不变

D.板的重力减小,重心位置不变

【答案】D

【解析】重力与质量有关,故挖去一块,质量减小,重力减小;形状规则,质量分布均匀的物体,重心在其几何中心,圆形的匀质薄板,若以板中心为圆心挖掉一个小圆成一圆环,仍然还是形状规则,质量分布均匀的物体,故中心还在板的圆心位置,故重心位置不变;选项D正确,ABC错误。故选D。

 

考向二:弹力

(2018·新课标I卷)如图,轻弹簧的下端固定在水平桌面上,上端放有物块P,系统处于静止状态,现用一竖直向上的力F作用在P上,使其向上做匀加速直线运动,以x表示P离开静止位置的位移,在弹簧恢复原长前,下列表示Fx之间关系的图象可能正确的

【参考答案】A

1.在半球形光滑碗内斜搁一根筷子,如图所示,筷子与碗的接触点分别为AB,则碗对筷子AB两点处的作用力方向分别为

A.均竖直向上

B.均指向球心O

C.A点处指向球心OB点处竖直向上

D.A点处指向球心OB点处垂直于筷子斜向上

【答案】D

【解析】碗对筷子AB两点处的作用力属于弹力,而接触的弹力总是垂直于接触面,因而寻找接触面便成为确定弹力方向的关键。在A点处,当筷子滑动时,筷子与碗的接触点在碗的内表面(半球面)上滑动,所以在A点处的接触面是球面在该点的切面,此处的弹力与切面垂直,即指向球心O。在B点处,当筷子滑动时,筷子与碗的接触点在筷子的下表面上滑动,所以在B点处的接触面与筷子平行,此处的弹力垂直于筷子斜向上。故选项D正确。

 

考向三:摩擦力

(2018·北京西城区)一物块放在固定斜面上,物块处于静止状态,如图所示。下列说法正确的是

A.物块不受摩擦力

B.物块受到沿斜面向上的摩擦力

C.物块受到沿斜面向下的摩擦力

D.物块受到水平向右的摩擦力

【参考答案】B

【详细解析】若斜西光滑,物块会下滑,说明物块相对于斜面有向下滑动的趋势,故物块受到沿斜西向上的静摩擦力,故B正确,A、C、D错误。

1.如图所示,物体A置于倾斜的传送带上,它能随传送带一起向上或向下做匀速运动,下列关于物体A在上述两种情况下的受力描述,正确的是

A.物体A随传送带一起向上运动时,A所受的摩擦力沿斜面向下

B.物体A随传送带一起向下运动时,A所受的摩擦力沿斜面向下

C.物体A随传送带一起向下运动时,A不受摩擦力作用

D.无论A随传送带一起向上还是向下运动,传送带对物体A的作用力均相同

【答案】D

【解析】无论传送带向上还是向下运动,物体A随传送带匀速运动处于平衡状态,在重力作用下有相对于传送带沿斜面向下的运动趋势,传送带对物体有沿斜面向上的静摩擦力,根据平衡条件可得Ff=mgsin θ,所以D正确。

 

1.关于重心,下列说法正确的是

A.物体的重心一定在物体上

B.物体的质量全部集中在重心上

C.物体的重心位置跟物体的质量分布情况和物体的形状有关

D.物体的重心跟物体的质量分布没有关系

2.关于重力,下列说法正确的是

A.重力是由于地球对物体的吸引而产生的

B.重力的方向总是与支持面垂直

C.重力的大小与质量的大小相同

D.物体对支持面的压力一定等于物体的重力

3.手拿起玻璃瓶,使瓶在空中处于静止状态,关于瓶的受力,下列说法中正确的是

A.滑动摩擦力,方向竖直向上

B.静摩擦力,方向竖直向下

C.摩擦力和重力是一对平衡力

D.摩擦力和重力是作用力和反作用力

4.(2018·河南省中原名校)下面关于重力的说法不正确的是

A.物体对悬绳的拉力或对支持面的压力的大小可以不等于重力

B.质量一定的物体,其重心位置不仅与形状有关.还与质量分布情况有关

C.赤道上各处的重力加速度都相同

D.某地的重力加速度是9.79 m/s2,则此地做是由落体运动的物体速度毎秒增加9.79 m/s

5.(2018·山东实验中学)如图甲所示,轻弹簧竖直固定在水平面上,一质量为m=0.2 kg的小球从弹簧上端某高度处自由下落,从它接触弹簧到弹簧压缩至最短的过程中(弹簧始终在弹性限度内),其速度v和弹簧压缩量∆x的函数图象如图乙所示,其中A为曲线的最高点,小球和弹簧接触瞬间的机械能损失不计,取重力加速度g=10 m/s2,则下列说法中不正确的是

A.该弹簧的劲度系数为20 N/m

B.当∆x=0.3 m时,小球处于超重状态

C.小球刚接触弹簧时速度最大

D.从接触弹簧到压缩至最短的过程中,小球的加速度先减小后增大

 

6.(2018·百校联盟)如图,两个质量都是m的物体AB,通过劲度系数为k的轻弹簧相连,开始时AB均处于静止状态。现在A上施加一个竖直向上的恒力F,使A由静止开始向上做加速直线运动,当B刚要离开地面时,A的速度恰好达到最大,在此过程中,下列说法正确的是

A.A的最大加速度为2g

B.A的最大速度为

C.恒力F的大小为mg

D.恒力在此过程中做的功为

7.(2018·北京西城区)骑自行车有很多益处,可缓解交通压力,可节能减排,可锻炼身体。近来多个城市推出摩拜单车,车锁内主要集成了芯片、GPS定位模块和SIM卡等,便于掌控自行车的具体位置和状态,其工作原理如图所示。使用摩拜单车APP,用户可以查看并找到单车位置,扫描车身上的二维码,中心控制单元通过无线移动通信模块与后台管理系统进行连接,把从GPS定位模块获取的位置信息发送给后台管理系统,根据开锁指令控制机电锁车装置开锁。用户便可开始骑行。单车自身配置有太阳能发电以及蓄电装置。根据上述材料,对于共享单车下列说法正确的是

A.摩拜单车车锁工作过程中需要用电,车内有供电系统

B.摩拜单车车锁直接接收了手机的电磁辐射信号后自动开锁,无需用电

C.单车在骑行时,前后车轮所受地面的摩擦力均与自行车运动方向相反

D.单车在滑行时,前后车轮所受地面的摩擦力均与自行车运动方向相反

8.(2018·湖北五月冲刺)如图所示,质量均为M的物块AB叠放在光滑水平桌面上,质量为m的物块C用跨过轻质光滑定滑轮的轻绳与B连接,且轻绳与桌面平行,AB之间的动摩擦因数为μ,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度大小为g,下列说法正确的是

A.物块A运动的最大加速度为

B.要使物块AB发生相对滑动,应满足关系

C.若物块AB未发生相对滑动,物块A受到的摩擦力为

D.轻绳对定滑轮的作用力为

 

9.(2016·江苏卷)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

10.(2014·广东卷)如图所示,水平地面上堆放着原木,关于原木P在支撑点MN处受力的方向,下列说法正确的是

A.M处受到的支持力竖直向上

B.N处受到的支持力竖直向上

C.M处受到的静摩擦力沿MN方向

D.N处受到的静摩擦力沿水平方向

11.(2012·海南卷)下列关于摩擦力的说法,正确的是

A.作用在物体上的滑动摩擦力只能使物体减速,不可能使物体加速

B.作用在物体上的静摩擦力只能使物体加速,不可能使物体减速

C.作用在物体上的滑动摩擦力既可能使物体减速,也可能使物体加速

D.作用在物体上的静摩擦力既可能使物体加速,也可能使物体减速

 

1. C【解析】物体的重心由物体的质量分布与物体形状决定,质量分布均匀、形状规则的物体重心在其几
何重心,质量分布不均匀、有规则形状的物体重心不一定在它的几何中心,C正确。
2. A【解析】重力是由于地球对物体的吸引而产生的力,故A正确:重力的方向总是竖直向下,与水平西
垂直,故B错误:重力的大小为G=mg,与质量成正比,故C错误:物体对支持面的压力不一定等于
物体的重力,如放在斜面上的物体受到的重力大于其对斜面的压力,故D错误。

3.C【解析】手拿起玻璃瓶,使瓶在空中处于静止状态,则瓶子竖直方向受向下的重力和向上的静摩擦力作用,这两个力是平衡力,故选项C正确。

4.C【解析】物体处于平衡状态时,对竖直悬线或对水平支持面的压力的大小才等于重力,其余的状态下,可以不等于重力,故A正确;质量一定的物体,其重心位置不仅与形状有关,还与质量分布情况有关,故B正确;重力加速度的大小与纬度以及海拔的高度都有关,在赤道上,不同的海拔高度上的重力加速度不一定相等,故C错误;某地的重力加速度是,则此地做自由落体运动的加速度等于,所以物体速度毎秒增加,故D正确。

7.AD【解析】根据题意可知,车辆收到解锁指令后自动开锁,可知开锁过程需要用电,故A正确;解锁系统是车辆通过接收云端发送的解锁指令而实现的,并不是接收手机的电磁辐射信号,故B错误;单车骑行时,后轮为驱动轮有向后的运动趋势,所受摩擦力向前(驱动动力),前轮为从动轮,有向前的运动趋势受到向后的摩擦力(运动阻力),故C错误。单车滑行时,前后轮都是向前的运动趋势,均受到向后的滑动摩擦力,故D正确。

9.D【解析】由题意知,弹簧的弹力为4 N时,弹簧伸长2 cm,根据胡克定律F=kx,代入数据可得弹簧的劲度系数k=200 N/m,所以ABC错误,D正确。

10.A【解析】M处支持力方向与支持面(地面)垂直,即竖直向上,选项A正确;N处支持力与支持面(原木接触面)垂直,即垂直MN向上,故选项B错误;摩擦力与接触面平行,故选项CD错误。

11.CD【解析】作用在物体上的滑动摩擦力方向,若与物体的运动方向相同时,能使物体加速,比如物体轻轻放在水平匀速传动的传送带上时物体受到滑动摩擦力而加速,故A错误;当静摩擦力与物体的运动方向相反时,物体可能做减速运动,故B错误;当滑动摩擦力方向与物体的运动方向相同时,物体可能做加速运动:当滑动摩擦力方向与物体的运动方向相反时,物体可能做减速运动,故C正确:当摩擦力方向与物体的运动方向相同时,物体可能做加速运动:当静摩擦力方向与物体的运动方向相反时,物体可能做减速运动,故D正确。

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