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第7讲 重力 弹力 摩擦力


第二单元 相互作用

人教物理

目 录
第7讲
第8讲 第9讲 第10讲 第11讲

重力

弹力

摩擦力

力的合成与分解 受力分析

共点力平衡

实验:探究弹力与弹簧伸长的关系 实验:验证力

的平行四边形定则 第12讲 单 元 小 结

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导学建议
本单元知识是即将学习的动力学的预备知识,因此基础性和预
备性是本单元知识的突出特点.通过本单元的学习,要真正达到理 解力的产生原因和力的矢量性及有关性质,为以后的学习奠定良好

的基础.对本单元内容的学习,要熟练掌握基本概念和规律,把握
知识间的内在联系,形成知识体系,做到融会贯通,最终达到灵活 应用的目的.

本单元中的弹力、摩擦力是高考中的常考内容,尤其是摩擦力
的考查几率更高,是历年高考命题的重点和热点,特别是有关摩擦 力大小和方向的考查,由于考生在这上面常存在认识上的误区,所

以更能考查出考生理解、分析问题的能力.另外,
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共点力的平衡是本单元的另一个考查重点,命题点很多,以上内容在 高考试题中常以选择题的形式出现,主要涉及摩擦力、弹簧类问题、 共点力的合成和分解、物体的平衡等,有时也与牛顿运动定律、电磁 学等相联系,还可以与实际相结合进行考查.

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第7讲

重力

弹力

摩擦力

自 主· 基础构建
导学建议
本讲讲述了力的基本知识,力是贯穿高中物理学的一根纽带,

是整个物理学的基础.同学们要知道力是物体间的相互作用,并且要
在理解“作用”上下工夫,要消除在常识和经验中形成的有关力的思 维定势的影响.对于重力,复习时可以联系万有引力,并通过分析物

体受地球自转的影响,明白

Mm mg≈G 2 R

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对于弹力和摩擦力,复习时要知道二者产生的条件,并学会判断两个 物体间有无弹力和摩擦力的方法,学会计算弹力和摩擦力的大小.

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自主导学
一、力

1.力的定义:力是①物体对物体的相互作用,力不能离开②
物体单独而存在. 2.力的基本特征

(1)力的物质性:力不能脱离物体而独立存在.不论是直接接
触还是不直接接触,不论是微观还是宏观,有力就一定存在施力物 体和受力物体.

(2)力的相互性:力的作用是相互的,施力物体同时也一定是
③受力物体.
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(3)力的矢量性:力是矢量,既有大小又有方向,其合成与分 解遵从平行四边形法则. (4)力的独立性:一个力作用于某一物体上产生的效果,与这 个物体是否同时受到其他力的作用无关. 3.力的作用效果:④使物体产生形变或使物体的运动状态发 生改变. 二、重力

1.重力是由于⑤地球的吸引而使物体受到的力,它的施力物
体是⑥地球. 2.重力的大小G与物体的质量m用公式表示为⑦G=mg,重力的

大小可用⑧弹簧秤测量.
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(1)大小随高度而变化:物体距地面越高,重力越小. (2)大小随纬度而变化:随纬度增大而增大. 3.重力的方向总是⑨竖直向下. 4.物体的重心位置与物体的形状和质量分布有关,与物体怎

样放置无关.质量分布均匀的、有规则几何形状的物体,其重心在
几何中心. 5.薄板的重心位置可以用⑩悬挂法求出,该方法的依据是?

二力平衡.

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名师点拨
重心并不是物体上最重的一点,重心是重力的等效作用点.引 入重心的概念,就把实际作用于整个物体各部分的重力,用作用于

重心的一个力等效替代了,从而使问题简化.

达标自测 1 下列说法正确的是(
A.重心总在物体上

)

B.任何形状规则的物体,它们的重心都在几何中心处 C.物体静止在水平地面上,由于受重力作用,使得物体和地 面发生弹性形变,物体产生了对地面的压力,压力大小等于重力, 方向竖直向下,所以压力就是重力 D.把物体由赤道移到北极,若用天平称量,则示数在两地相 同;若用弹簧秤称量,则示数在北极略微增大
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【解析】重心可以不在物体上,如均匀圆环的重心,在环中心, A错误.物体的重心除与形状有关外,还与质量分布有关,只有形状 规则且质量分布均匀的物体,重心才在其几何中心处,B错误.压力 和重力是两种不同性质的力,它们的施力物体和受力物体不同,压力 的大小、方向与重力相同是有条件的,故C错误.天平所称量的是物 体的质量,所以示数不变化,而弹簧秤所测的是物体的重量,它随物 体的地理位置不同而变化,在北极最大,D正确. 【答案】D 三、弹力 1.定义:发生弹性形变的物体,由于要恢复原状,会对跟它接 触的、使其发生形变的物体产生力的作用,这种力叫弹力.
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名师点拨 物体因发生弹性形变而产生的弹力,是作用在使它发生形变的 物体上,而不是对自身产生了弹力. 2.弹力的产生条件:?接触,?发生形变.

达标自测 2 杂技演员有高超的技术,如图所示,该演员能轻
松地顶接从高处落下的坛子.关于他顶坛时头顶受到的压力,产生 的直接原因是( )

A.坛的形变
C.物体受到的重力

B.头的形变
D.人受到的重力

【解析】发生形变的物体,为了恢复原状,会对

与它接触的物体产生弹力的作用,发生形变的物体
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是施力物体.头顶受到的压力是由坛子发生形变造成的,本题应选A. 【答案】A

3.弹力方向
(1)弹力方向与施力物体的形变方向?相反,与受力物体的形 变方向?相同.如果是点面接触,则弹力?垂直于面;如果是点与

曲面接触,则弹力方向垂直于过该点的曲线的?切线;如果是曲面
与曲面接触,则弹力方向垂直于?公切线. (2)三种理想化模型上的弹力特点

①轻绳:绳对物体的拉力是沿绳收缩的方向,同一根绳上各点所
受的拉力大小都相等.

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②轻杆:杆对物体的弹力不一定沿杆方向,如果轻直杆只有两 端受力而处于平衡状态,则轻杆两端对物体的弹力方向一定沿杆方 向. 4.弹力的大小计算

(1)对于弹簧,在弹性限度内,弹力的大小与形变量成正比,
即F=kx,k是由弹簧本身特性决定的物理量,叫劲度系数. (2)除弹簧外,其他物体所受弹力的大小,通常利用平衡条件

或动力学规律建立方程求解.

达标自测 3 如图所示,一倾角为45°的斜面固定于墙
角,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(
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)

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A.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
【解析】当F的大小合适时,球可以静止在无墙的斜面上,当F 增大时墙才会对球有弹力,所以A错,B对;斜面必须有斜向上的弹

力才能使球不下落,所以D错,C对.
【答案】BC 四、摩擦力 1.滑动摩擦力

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(1)概念:两个相互接触的物体发生?相对运动时产生的摩擦力. (2)作用效果:总是起着阻碍物体间?相对运动的作用. (3)产生条件:相互接触且 (4)大小:滑动摩擦力大小与 挤压,有 相对运动, 接触面粗糙. f=μ FN.

正压力成正比,即

(5)方向:跟接触面相切,并跟物体
名师点拨

相对运动方向相反.

滑动摩擦力的方向不是与物体的运动方向相反,而是与物体的相对

运动的方向相反,滑动摩擦力的公式f=μ FN中的FN是指物体对接触面
的正压力,而物体对接触面的正压力和接触面对物体的支持力的大小是 相等的,故FN的大小可理解为物体所受的支持力.

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达标自测 4 [2010年银川一中模拟]如图所示,皮带是水平的,
当皮带不动时,为使物体向右匀速运动而作用在物体上的水平拉力
为F1;当皮带向左运动时,为使物体向右匀速运动而作用在物体上 的水平力为F2,则( A.F1=F2 C.F1<F2 ) B.F1>F2 D.以上三种情况都可能

【解析】两次物体都处于平衡状态,拉力始终都等于滑动摩擦

力,而滑动摩擦力在两次情况中都相等.
【答案】A 2.静摩擦力

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(1)概念:两个相互接触的物体有 擦力. (2)作用效果:总是起着阻碍物体间 (3)产生条件:相互接触且 相对运动趋势的作用. 相对运动趋势; 接 相对运动趋势时产生的摩

挤压;有

触面粗糙.
(4)大小:随引起相对运动趋势的外力的变化而变化,即只与 外力有关,而与正压力无关.

(5)方向:总是与物体的 相对运动趋势方向相反.
(6)最大静摩擦力:静摩擦力的最大值与接触面的压力成 比,还与接触面有关. 正

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名师点拨
正压力是静摩擦力产生的条件之一,但静摩擦力的大小与正压力 无关(最大静摩擦力除外).当物体处于平衡状态时,静摩擦力的大小

由平衡条件来求;而物体处于非平衡态的某些静摩擦力的大小应由牛
顿第二定律求解.

达标自测 5 如图所示,皮带运输机可以把物体匀速送往高处,
也可以把物体从高处匀速运往地面.则这两种情况下物体受到的摩擦
力的方向是( )

A.运往高处时物体受到的摩擦力沿皮带向上

B.运往高处时物体受到的摩擦力沿皮带向下
C.从高处运往地面时物体受到的摩擦力沿皮带向上 D.从高处运往地面时物体受到的摩擦力沿皮带向下
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【解析】不管物体向上还是向下匀速运动,如接触面光滑的话, 物体都会在重力沿斜面向下的分力作用下,向下滑动,即物体有向下 运动的趋势,所以摩擦力的方向一定沿斜面向上.

【答案】AC

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互动·方法探究
题型方法
题型一:弹力有无及方向的判定

例题1 [2010年万州中学模拟]在图中,a、b间一定有弹力
的是(a、b均处于静止状态,接触面均光滑)( )

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[思维点拨]可用假设法求解. [规范解析]A选项中,a、b间如果存在弹力,则b给a的弹力水 平向左,则a将向左侧加速运动,显然与题设要求不符,故A选项中 的a、b间无弹力作用.对于C选项,也可假设a、b间存在弹力,则b 不可能处于静止状态,而判断出a、b间没有弹力.对于D,也可以 假设a、b间有弹力,则a(斜面)对b的弹力,将垂直于斜面向上,因 此,b的合外力不为零,即b不可能处于静止状态.对于B选项,假 设b对a没有弹力,则a所受的合外力不为零,将不可能静止,故a、 b间必须存在弹力.综上所述,选B. 【答案】B

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本题通过假设的方法来判断弹力的存在,可以假设有弹力、也

可以假设无弹力,然后根据假设情况,分析物体的受力情况后,作
出相应的判断. 分析弹力方向时要注意如下两点:一是物体的点与面、面与面

接触处的弹力总是垂直于面(若是曲面则垂直于切面),且指向受力
物体.二是要区分轻绳、轻杆、轻弹簧三个模型弹力的特点.

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题型二:弹力大小的确定

例题2 有两根相同的轻弹簧a和b,a、b的劲度系数均为k.现
将它们按如图甲所示连接,下挂质量均为m的两个小物体A、B,此 时两根弹簧总长为l.若将A、B两个物体按图乙所示方法挂在两弹簧 上,则两根弹簧总长为多少?

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[思维点拨]先根据平衡条件求出弹簧弹力的大小,再根据胡 克定律求出伸长量. [规范解析]设弹簧的原长为 l0,根据胡克定律在图甲所示连 2mg 接时,两弹簧的伸长量为:Δ la1=Δ lb1= ,所以有: k 4mg l=2l0+ k 2mg 在图乙所示连接时, 两弹簧的伸长量分别为: Δ la2= , Δ lb2 k mg 3mg mg = ,两根弹簧总长为:l′=2l0+ =l - . k k k mg 【答案】l- k
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求解本题时关键是要正确求出弹簧弹力,从而根据胡克定律求出

弹簧的伸长量.求解弹簧的弹力时要注意作出示意图进行分析.①有
明显形变的弹性体(如弹簧),弹力的大小由胡克定律计算:F=kx或 Δ F=kΔ x;②没有明显形变的物体(如轻绳、轻杆等),弹力的大小由

物体的平衡条件或牛顿运动定律求解.
题型三:摩擦力的有无及方向的判定

例题3 水平传输装置如图所示,皮带的速度保持不变,物体
被轻轻地放在A端皮带上,开始时物体在皮带上滑动,当它到达位置C
后滑动停止,之后就随皮带一起匀速运动,直至传送到目的地B端.在 传送过程中,关于物体受到的摩擦力,下列说法正确的是(
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)

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①在AC段为水平向左的滑动摩擦力 ②在AC段为水平向右的滑动摩擦力 ③在CB段不受摩擦力 ④在CB段受水平向右的静摩擦力

A.①③

B.①④

C.②③

D.③④

[思维点拨]从有无相对运动(或相对运动的趋势)以及相对运动方 向(或相对运动趋势方向)出发,对摩擦力的存在及方向作出判断.

[规范解析]在AC段,物体相对于传送带向左运动,所以受到的摩
擦力向右;在CB段与传送带一起匀速运动,水平方向不受力. 【答案】C

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受力分析中对摩擦力的分析是个难点,分析摩擦力可采用多种 方法.①相对法:以与研究对象相接触的其他物体为参考系,判断研 究对象相对于该参考系的运动方向或运动趋势的方向,则研究对象所 受摩擦力与该相对运动方向或相对运动趋势方向相反.②毛刷法:设

想研究对象在与其他物体的接触面处长有垂直于接触面的“毛刷”,
根据毛刷的偏转方向即可判断研究对象所受摩擦力的方向.③动力阻 力法:分析摩擦力是物体运动的动力还是阻力.若为动力,则摩擦力

与物体运动方向相同;若为阻力,则摩擦力与物体运动方向相反.在
同一运动过程中,摩擦力既可充当阻力又可充当动力.

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题型四:摩擦力大小的计算

例题4 如图所示,物体A、B的质量mA=mB=6 kg,A和B
、B和水平面间的动摩擦因数都等于0.3,且最大静摩擦力等于滑动 摩擦力,水平力F=30 N.那么,B对A的摩擦力和水平桌面对B的摩 擦力各为多大?(滑轮的质量和摩擦忽略不计)

[思维点拨]本题中A、B的运动状态不明确,需先加以讨论,首 先判断A和B是否发生相对运动,A和B之间的摩擦力为滑动摩擦力还

是静摩擦力.
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[规范解析]假设A相对于B、B相对于桌面均不发生滑动,则绳

对A、B的拉力均为:

F 30 FT= = N=15 N 2 2
A、B间的最大静摩擦力FAm=μ FNA=μ mAg=0.3×6×9.8 N=
17.64 N>FT

B与桌面间的最大静摩擦力FBm=μ FNB=μ (mA+mB)g=0.3×(6
+6)×9.8 N=35.28 N>F
可见以上假设成立. 对A应用二力平衡条件,可得B对A的摩擦力FBA=FT=15 N 对A、B和滑轮整体应用二力平衡条件,可得桌面对B的摩擦力

F桌B=F=30 N.
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【答案】15 N 30 N

首先判断出两物体间的摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力是计 算摩擦力大小的关键.如果是滑动摩擦力则由公式F=μ FN计算,

计算中关键是对压力FN的分析,它跟研究物体在垂直于接触面方向
的受力密切相关,也 跟研究物体在该方向的运动状态有关;如果是静摩擦力,则要

注意区分最大值与非最大值.最大静摩擦力Fm与正压力成正比;非
最大静摩擦力与正压力无关,其大小可以在0<F≤Fm范围内变化, 常通过平衡关系或牛顿运动定律来求其大小.

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变式拓展 如图所示,质量m1=20 kg和m2=50 kg的两物体A、
B,叠放在动摩擦因数为0.40的粗糙水平地面上,一处于水平位置的 轻弹簧,劲度系数为200 N/m,一端固定于墙壁,另一端与A物体相

连,弹簧处于自然状态.现用一水平推力F作用于B物体上,使它缓
慢地向墙壁一侧移动,取g=10 m/s2,当移动0.50 m时,两物体间 开始相对滑动,这时水平推力F的大小为( )

A.80 N

B.280 N

C.380 N

D.100 N

[规范解析]两物体开始相对滑动,则A受到向左的滑动摩擦力, 大小为μ 1m1g,但A、B间的动摩擦因数μ 1未知,故不能求出.采用

整体法,当两物体间开始相对滑动,它们之间的摩擦力可视为内力
.以A、B为一整体,分析受力有:F=μ (m1+m2)g+kx=0.4×(20 +50)×10 N+200×0.5 N=380 N.
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高考排雷 例题5 木块A、B的重量G均为40 N,它们与水平地面间的动摩
擦因数均为0.25,夹在A、B之间的轻弹簧被压缩了Δ x=2.0 cm, 弹簧的劲度系数k=400 N/m,系统置于水平地面上静止不动.现

用F=10 N的水平力推木块B,如图甲所示,力F作用后(
A.木块A所受静摩擦力大小为10 N B.弹簧的压缩量变为2.5 cm C.木块B所受静摩擦力为0 D.木块B所受静摩擦力大小为2.0 N 【答案】C

)

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【错解】AC 【剖析】错选A的原因是,不区分滑动摩擦力和静摩擦力,见 到试题给出动摩擦因数,就用Ff=μ FN计算摩擦力,因此得到木块 A所受静摩擦力为10 N的结论;错选C的原因与A相同,认为木块B原 来受到10 N向右的静摩擦力,现用10 N的推力向左推B,则B所受静 摩擦力恰好为零. 【正解】A、B与地面间的最大静摩擦力fm=μ FN=10 N,而弹 簧压缩2.0 cm时产生的弹力F弹=kΔ x=8 N<fm,因此加推力F前, A、B所受静摩擦力均为8 N;对B加推力F后,B在水平方向受三个力 作用,如图乙所示,推力F与弹簧弹力的合力为2 N,小于B的最大 静摩擦力且方向向左,因此木块B仍处于平衡状态,则此时B所受

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摩擦力为静摩擦力,大小为2 N,D项正确.由于木块B没有移动, 故弹簧的压缩量不变,A的受力情况不变,选项A、B、C均错. 【答案】D

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五年高考
1.[2010年高考·宁夏理综卷]一根轻质弹簧一端固定,用大小 为F1的力压弹簧的另一端,平衡时长度为l1;改用大小为F2的力拉 弹簧,平衡时长度为l2.弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内,该弹 簧的劲度系数为( )

F2-F1 A. l2-l1 F2+F1 C. l2-l1

F2+F1 B. l2+l1 F2-F1 D. l2+l1

[命题分析]本题考查弹力与弹簧形变大小的关系, 意在考查 考生对胡克定律的理解.
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[规范全解]设弹簧的原长为 l0,劲度系数为 k,根据胡 F2+F1 克定律有: F1=k(l0-l1), F2=k(l2-l0), 联立解得 k= , l2-l1 故选项 C 正确. 【答案】C
2.[2010年高考· 宁夏理综卷]如图所示,一物块置于水平地面上. 当用与水平方向成60°角的力F1拉物块时,物块做匀速直线运动;当改

用与水平方向成30°角的力F2推物块时,物块仍做匀速直线运动.若F1
和F2的大小相等,则物块与地面之间的动摩擦因数为( )

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A. 3-1 B.2- 3

3 1 3 C. - D.1- 2 2 2 [命题分析]本题考查的是滑动摩擦力的计算方法,意在 考查学生对 F=μFN 中的 FN 的理解. [规范全解]由于物块做匀速直线运动, 根据平衡条件有: F1cos 60° -μ(mg-F1sin 60° )=0,F2cos 30° -μ(mg+F2sin 30° )=0,联立可解得 μ=2- 3,故选项 B 正确. 【答案】B

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3.[2009年高考·浙江理综卷]如图甲所示,在光滑绝缘水平 面上放置3个电荷量均为q(q>0)的相同小球,小球之间用劲度系数 均为k0的绝缘轻质弹簧连接.当3个小球处于静止状态时,每根弹 簧的长度均为l.已知静电力常量为k,若不考虑弹簧的静电感应, 则每根弹簧的原长为( )

5kq2 kq2 A.l+ B.l- 2 2k0l2 k0l 5kq2 5kq2 C.l- D.l- 2 4k0l 2k0l2

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[命题分析]“弹簧模型”在不同物理情境下的综合 应用在高考中出现的频率较高,要重视这一知识的复习. [规范全解]第三个小球受三个力的作用,如图乙所示.它

q2 q2 5kq2 们的关系是 k0 x=k 2+k 2,得 x= 2 , l0 =l -x l ?2l? 4k0l
5kq =l- ,即 C 选项正确. 4k0l 2
2

【答案】C
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4.[2009年高考·天津理综卷]物块静止在固定的斜面上,分 别按图甲所示的方向对物块施加大小相等的力F,A中F垂直于斜面 向上,B中F垂直于斜面向下,C中F竖直向上,D中F竖直向下,施力 后物块仍然静止,则物块所受的静摩擦力增大的是( )

[命题分析]本题不同于一般的受力平衡问题,考查了受力变化 情况下,物体的平衡问题.要求学生对摩擦力的知识、受力平衡的 知识有较好的掌握.解题的关键在于对静摩擦力进行正确的分析.

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[规范全解]如图乙所示,四个图中所受摩擦力都是静摩擦力, A图中fA=Gsin θ ;B图中fB=Gsin θ ;C图中fC=(G-F)sin θ ;D图中fD=(G+F)sin θ ,比较可知选项D正确.

【答案】D

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重力弹力摩擦力练习题... 6页 免费如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 ...
重力_弹力_摩擦力知识点总结
弹力 重力 摩擦力 1、弹力(1)物体在力的作用下发生形变,当外力撤去后,又能恢复原状, 如弹簧、橡皮筋等,物体的这种特性叫做弹性。 (2)定义:物体由于发生弹性...
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