1、第2章相互作用力课程标准内容及要求核心素养及关键能力核心素养关键能力1.认识重力、弹力与摩擦力。从力的相互性及相对运动的角度理解弹力和摩擦力理解能力2.实验二：通过实验，了解胡克定律。科学探究实验操作及数据处理能力3.知道滑动摩擦和静摩擦现象，能用动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小。科学推理分析推理和抽象思维能力4.实验三：通过实验，了解力的合成与分解，知道矢量和标量。科学探究及物理观念实验设计及结论分析；数学知识应用5.能用共点力的平衡条件分析生产生活中的问题。科学推理分析推理能力第1讲 重力 弹力一、力1.定义：力是一个物体对另一个物体的作用。2.作用效果：使物体发生形变或改变物体的运动状态(
2、即产生加速度)。3.性质：力具有物质性、相互性、矢量性、独立性等特征。二、重力1.产生：由于地球的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。2.大小：Gmg，可用弹簧测力计测量。注意：(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向下，不一定和接触面垂直，也不一定指向地心。4.重心：一个物体的各部分都受到重力的作用，从效果上看，可认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫作物体的重心。(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
3、法：悬挂法。注意：重心的位置不一定在物体上。【自测1】 下列关于重力的说法中正确的是()A.物体只有静止时才受重力作用B.重力的方向总是指向地心C.地面上的物体在赤道上所受重力最小D.物体挂在弹簧测力计下，弹簧测力计的示数一定等于物体的重力答案C解析物体受到重力的作用，与物体的运动状态无关，A错误；重力的方向总是竖直向下，不一定指向地心，B错误；赤道上重力加速度最小，因此地面上的物体在赤道上所受重力最小，C正确；物体挂在弹簧测力计下处于平衡状态时，弹簧测力计的示数才等于物体的重力，D错误。三、弹力1.弹力(1)定义：发生形变的物体，要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用。(2)产生条件物体
4、间直接接触；接触处发生弹性形变。(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，弹簧发生弹性形变时，弹力F的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比。(2)表达式：Fkxk叫作弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，符号是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。【自测2】 下列图中各物体均处于静止状态。图中画出了小球A所受弹力的情况，其中正确的是()答案C【自测3】 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
5、.200 N/m答案D解析由胡克定律得劲度系数k200 N/m，选项D正确。命题点一弹力有无及方向的判断1.“三法”判断弹力有无2.弹力方向的判断【例1】 画出图1所示情景中物体A受力的示意图。图1答案如图所示【变式1】 如图2所示，小车内沿竖直方向的一根轻质弹簧和一条与竖直方向成角的细绳拴接一小球。当小车与小球相对静止，一起在水平面上运动时，下列说法正确的是()图2A.细绳一定对小球有拉力的作用B.轻弹簧一定对小球有弹力的作用C.细绳不一定对小球有拉力的作用，但是轻弹簧对小球一定有弹力D.细绳不一定对小球有拉力的作用，轻弹簧对小球也不一定有弹力答案D解析当小车匀速运动时，弹簧弹力大小等于小球
6、重力大小，细绳的拉力FT0；当小车和小球向右做匀加速直线运动时绳的拉力不能为零，弹簧弹力有可能为零，故D正确。命题点二弹力分析的“四类模型”问题1.轻绳、轻杆、弹性绳和轻弹簧的比较轻绳轻杆弹性绳轻弹簧质量大小0000受外力作用时形变的种类拉伸形变拉伸形变、压缩形变、弯曲形变拉伸形变拉伸形变、压缩形变受外力作用时形变量大小微小，可忽略微小，可忽略较大，不可忽略较大，不可忽略弹力方向沿着绳，指向绳收缩的方向既能沿着杆，也可以跟杆成任意角度沿着绳，指向绳收缩的方向沿着弹簧，指向弹簧恢复原长的方向弹力大小变化情况可以突变可以突变不能突变不能突变2.计算弹力大小的三种方法(1)根据胡克定律进行求解。(2
7、)根据力的平衡条件进行求解。(3)根据牛顿第二定律进行求解。模型1物体与物体间的弹力【例2】 (2020山东济南市期末学习质量评估)如图3所示，水平地面上有一个由四块完全相同石块所组成拱形建筑，其截面为半圆环，石块的质量均为m。若石块接触面之间的摩擦忽略不计，则P、Q两部分石块之间的弹力为()图3A.mg B.2mg C.mg D.答案A解析对石块P受力分析如图所示。由几何关系知：45根据平衡条件得，Q对P作用力为FN2mg，A正确，B、C、D错误。模型2绳的弹力【例3】 (2020重庆市部分区县第一次诊断)如图4所示，水平直杆OP右端固定于竖直墙上的O点，长为L2 m的轻绳一端固定于直杆P点
8、，另一端固定于墙上O点正下方的Q点，OP长为d1.2 m，重为8 N的钩码用质量不计的光滑挂钩挂在轻绳上且处于静止状态，则轻绳的弹力大小为()图4A.10 N B.8 N C.6 N D.5 N答案D解析设挂钩所在处为N点，延长PN交墙于M点，如图所示，同一条绳子拉力相等，根据对称性可知两边的绳子与竖直方向的夹角相等，设为，则根据几何关系可知NQMNMQ，故NQMN，即PM等于绳长；根据几何关系可得sin 0.6，则cos 0.8，根据平衡条件可得：2FTcos G，解得FT5 N，故D正确。模型3弹簧的弹力【例4】 (多选)如图5所示是锻炼身体用的拉力器，并列装有四根相同的弹簧，每根弹簧的自
9、然长度都是40 cm，某人用600 N的力把它们拉长至1.6 m，则()图5A.人的每只手受到拉力器的拉力为300 NB.每根弹簧产生的弹力为150 NC.每根弹簧的劲度系数为125 N/mD.每根弹簧的劲度系数为500 N/m答案BC 解析每只手的拉力均为600 N，故选项A错误；每根弹簧的弹力为F N150 N，故选项B正确；每根弹簧的劲度系数k N/m125 N/m，故选项C正确，D错误。模型4杆的弹力【例5】 (多选)张鹏同学在家帮妈妈洗完衣服后，挂在如图6所示的晾衣架上晾晒，A、B为竖直墙壁上等高的两点，AO、BO为长度相等的两根轻绳，CO为一根轻杆。转轴C在AB中点D的正下方，A、
10、O、B在同一水平面上。AOB60，DOC30，衣服质量为m，重力加速度为g。则()图6A.CO杆所受的压力大小为2mgB.CO杆所受的压力大小为mgC.AO绳所受的拉力大小为mgD.BO绳所受的拉力大小为mg答案AD解析设绳AO和绳BO拉力的合力为F，以O点为研究对象，O点受到衣服的拉力(大小等于衣服的重力mg)、CO杆的支持力F1和两绳的合力F，受力分析如图甲所示，根据平衡条件得：F12mg，由牛顿第三定律可知CO杆所受的压力大小为2mg，故A正确，B错误；甲乙Fmgtan 60mg，将F分解，如图乙所示，绳AO和绳BO所受拉力的大小均为F2，由F2F2cos 30，解得F2mg，故C错误，
11、D正确。命题点三“活结”和“死结”与“动杆”和“定杆”问题类型1“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。2.死结：若结点不是滑轮或挂钩，而是固定点时，称为“死结”结点，此时两侧绳上的弹力不一定相等。【例6】 (2020全国卷，17)如图7所示，悬挂甲物体的细线拴牢在一不可伸长的轻质细绳上O点处；绳的一端固定在墙上，另一端通过光滑定滑轮与物体乙相连。甲、乙两物体质量相等。系统平衡时，O点两侧绳与竖直方向的夹角分别为和。若70，则等于()图7A.45 B.55 C.60 D.70答案B解析对O点
12、进行受力分析，如图所示。因为甲、乙物体质量相等，所以F1与F2大小相等，合成的平行四边形为菱形，70，则1255，F1和F2的合力与F3等大反向，2，故B正确。【变式2】 (2020山东泰安市适应性考试)如图8所示，一不可伸长的轻绳左端固定于O点，右端跨过位于O点的光滑定滑轮悬挂一质量为1 kg的物体，OO段水平，O、O间的距离为1.6 m，绳上套一可沿绳自由滑动的轻环，现在轻环上悬挂一钩码(图中未画出)，平衡后，物体上升0.4 m，物体未碰到定滑轮。则钩码的质量为(sin 530.8)()图8A.1.2 kg B.1.6 kg C. kg D. kg答案A解析重新平衡后，绳子形状如图所示，设
13、钩码的质量为M，由几何关系知，绳子与竖直方向夹角为53，根据平衡条件可得2FTcos 53Mg，FTmg，解得M1.2 kg，故A正确，B、C、D错误。类型2“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9甲所示，C为转轴，B为两绳的结点，轻杆在缓慢转动过程中，弹力方向始终沿杆的方向。图92.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。【例7】 (2020天津市南开中学月考)如图10为两种形式的吊车的示意图，OA为可绕O点转动的轻杆，轻杆的重力不计，AB为缆绳，当它们吊起相
14、同重物时，杆OA在图10(a)、(b)中的受力分别为Fa、 Fb，则下列关系正确的是()图10A.FaFb B.FaFbC.FaFb D.大小不确定答案A解析对题图中的A点受力分析，则由图甲可得FaFa2mgcos 30mg由图乙可得tan 30则FbFbmg故FaFb。【变式3】 水平横梁一端A插在墙壁内，另一端装有一小滑轮B，轻绳的一端C固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量为m10 kg 的重物，CBA30，如图11所示，则滑轮受到轻绳的作用力的大小为(g取10 N/kg)()图11A.50 N B.20 NC.100 N D.50 N答案C解析由题意可得，对滑轮B受力分析，滑轮受到绳
15、子的作用力应为图中两段绳中拉力F1和F2的合力，因同一根绳张力处处相等，都等于物体的重力，即F1F2Gmg100 N，用平行四边形定则作图，由于拉力F1和F2的夹角为120，则有合力F100 N，所以滑轮受绳的作用力为100 N，方向与水平方向成30角斜向下。课时限时练(限时：25分钟)对点练1弹力有无及方向的判断1.(多选)关于弹力，下列说法正确的是()A.弹力的方向总是与施力物体形变的方向相反B.轻绳中的弹力方向一定沿着绳并指向绳收缩的方向C.轻杆中的弹力方向一定沿着轻杆D.在弹性限度内，弹簧的弹力大小与弹簧的形变量成正比答案ABD2.图中光滑小球都与下表面接触，则小球一定受支持力的是()
16、答案C3.在日常生活及各项体育运动中，有弹力出现的情况比较普遍，如图1所示的情况就是一个实例。当运动员踩压跳板使跳板弯曲到最低点时，下列说法正确的是()图1A.跳板发生形变，运动员的脚没有发生形变B.运动员受到的支持力是运动员的脚发生形变而产生的C.此时跳板对运动员的支持力和运动员的重力等大D.此时跳板对运动员的支持力大于运动员的重力答案D解析发生相互作用的物体均要发生形变，故A错误；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，运动员受到的支持力是跳板发生形变产生的，B错误；在最低点，运动员虽然处于瞬时静止状态，但接着运动员要加速上升，故此时跳板对运动员的支持力大于运动员的
17、重力，C错误，D正确。对点练2弹力的分析和计算4.如图2所示，质量均为m的木块A和B，用一个劲度系数为k的轻质弹簧连接，最初系统静止，现在用力缓慢拉A直到B刚好离开地面，则这一过程A上升的高度为()图2A. B.C. D.答案B解析最初弹簧处于压缩状态，根据平衡条件对A有kl1mg，B刚好离开地面时弹簧处于拉伸状态，根据平衡条件对B有kl2mg，这一过程A上升的高度为l1l2，故选项B正确。5.如图3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()图3A.mg B.mg
18、C.mg D.mg答案D解析小球处于静止状态，其合力为零，对小球受力分析，如图所示，由图中几何关系可得Fmg，选项D正确。对点练3“活结”和“死结”与“动杆”和“静杆”问题6.(2020河北唐山二调)如图4所示，一光滑小球与一过球心的轻杆连接，置于一斜面上静止，轻杆通过光滑铰链与竖直墙壁连接，已知小球所受重力为G，斜面与水平地面间的夹角为60，轻杆与竖直墙壁间的夹角也为60，则轻杆和斜面受到球的作用力大小分别为()图4A.G和G B.G和GC.G和G D.G和2G答案A解析对小球受力分析，杆对小球的弹力F方向沿杆斜向上与水平方向成30角，斜面对球的弹力FN方向垂直于斜面斜向上与水平方向成30角
19、，重力方向竖直向下，如图所示，由几何关系可知三力互成120角，根据平衡条件知，三力可以构成一首尾相连的等边三角形，则小球对斜面和轻杆的力有FNFG，根据牛顿第三定律可知，斜面和轻杆受到小球的作用力大小有FNFG，选项A正确。7.(2020辽宁葫芦岛第一次模拟)如图5所示，细绳一端固定在A点，另一端跨过与A等高的光滑定滑轮B后悬挂一个砂桶Q(含砂子)。现有另一个砂桶P(含砂子)通过光滑挂钩挂在A、B之间的细绳上，稳定后挂钩下降至C点，ACB120，下列说法正确的是()图5A.若只增加Q桶中的砂子，再次平衡后P桶位置不变B.若只增加P桶中的砂子，再次平衡后P桶位置不变C.若在两桶内增加相同质量的砂
20、子，再次平衡后P桶位置不变D.若在两桶内增加相同质量的砂子，再次平衡后Q桶位置上升答案C解析对砂桶Q受力分析，Q受到细绳的拉力大小FTGQ，设AC、BC之间的夹角为，对C点受力分析可知C点受三个力而平衡，由题意知，C点两侧的绳张力相等，故有2FTcosGP，联立可得2GQcosGP，故只增加Q桶中的砂子，即只增加GQ，夹角变大，P桶上升，选项A错误；若只增加P桶中的砂子，即只增加GP，夹角变小，P桶下降，选项B错误；由2GQcosGP可知，当120时，GQGP，此时，若在两砂桶内增加相同质量的砂子，上式依然成立，则PQ桶的位置均不变，选项C正确，D错误。8.(多选)(2020福建漳州市第一次教
21、学质检)橡皮筋具有与弹簧类似的性质，如图6所示，一条质量不计的橡皮筋竖直悬挂，劲度系数k100 N/m，橡皮筋上端安装有拉力传感器测量橡皮筋的弹力。当下端悬挂一个钩码，静止时拉力传感器读数为10 N，现将一个完全相同的钩码轻轻挂在第一个钩码的下方，取g10 m/s2，则()图6A.悬挂第二个钩码的瞬间，拉力传感器的读数仍为10 NB.悬挂第二个钩码的瞬间，钩码间的弹力大小是20 NC.悬挂第二个钩码后，拉力传感器的读数恒为20 ND.悬挂第二个钩码后，钩码运动速度最大时下降的高度为10 cm答案AD解析悬挂第二个钩码的瞬间，橡皮筋长度还没发生变化，根据胡克定律，橡皮筋拉力大小仍为10 N，钩码间的弹力大小仍是10 N，A正确，B错误；悬挂第二个钩码后，橡皮筋继续伸长，拉力传感器的读数从10 N继续增大，直到弹力等于两个钩码的重力时，拉力传感器的读数才为20 N，C错误；设悬挂第一个钩码稳定时橡皮筋的伸长量为x1，kx1G，悬挂第二个钩码后，钩码运动速度最大时，钩码受力平衡，设此时又伸长x2，则k(x1x2)2G，代入数据，可得x210 cm，D正确。