浙江省2021高考物理一轮复习第5课时重力弹力讲义+提能作业含解析

浙江省2021高考物理一轮复习第5课时重力弹力讲义+提能作业含解析
一、力　重力
1.力是物体与物体之间的①　相互作用　,力的作用效果是改变物体的运动状态和使物体发生形变。?
2.力的三要素:大小、方向、作用点。
3.重力
(1)产生:由于地球对物体的吸引而使物体受到的力。
(2)大小:②　mg　。?
(3)g的变化:重力加速度g随纬度的增大而③　增大　,随高度的增大而④　减小　;?
(4)方向:⑤　竖直向下　。?
(5)重心:其位置与物体的⑥　质量分布　和形状有关。?
二、弹力
1.定义:直接接触的物体间由于发生①　弹性形变　而产生的力。?
2.产生条件:②　直接接触　和③　弹性形变　。?
3.方向:与施力物体形变的方向④　相反　。如绳子拉力方向总是沿着绳且指向⑤　绳收缩　的方向;压力或支持力的方向总是垂直于支持面且指向⑥　被压或被支持　的物体。?
4.大小
(1)一般情况下根据物体运动状态,利用平衡条件或牛顿运动定律来求解。
(2)弹簧弹力可由胡克定律来求解,公式为F=⑦　kx　,其中k是指由弹簧本身特性决定的物理量,叫劲度系数,其大小与弹簧的粗细、长度、材料、匝数等因素有关。?
1.判断下列说法对错。
(1)自由下落的物体所受重力为零。(　　)
(2)重力的方向不一定指向地心。(　　)
(3)弹力一定产生在相互接触的物体之间。(　　)
(4)相互接触的物体间一定有弹力。(　　)
(5)F=kx中“x”表示弹簧形变后的长度。(　　)
(6)弹簧的形变量越大,劲度系数越大。(　　)
(7)弹簧的劲度系数由弹簧自身性质决定。(　　)
答案　(1)?　(2)√　(3)√　(4)?　(5)?　(6)?　(7)√
2.下列关于重力和重心的说法正确的是(　　)
A.物体所受的重力就是地球对物体产生的吸引力
B.重力的方向总是指向地心
C.用细线将物体悬挂起来,静止时物体的重心一定在悬线所在的直线上
D.重心就是物体所受重力的等效作用点,故重心一定在物体上
答案　C
3.(多选)下列说法正确的是(　　)
A.木块放在桌面上受到一个向上的弹力,这是由于木块发生微小形变而产生的
B.拿一根竹竿拨动水中的木头,木头受到竹竿的弹力,这是由于竹竿发生形变产生的
C.绳对物体的拉力的方向总是沿着绳且指向绳收缩的方向
D.挂在电线下面的电灯受到向上的拉力,是由于电线发生微小形变而产生的
答案　BCD
4.一轻质弹簧原长为8cm,在4N的拉力作用下伸长了2cm,弹簧未超出弹性限度,则该弹簧的劲度系数为(　　)
A.40m/N　　B.40N/m　　C.200m/N　　D.200N/m
答案　D
考点一　重力、弹力的分析与判断
　　一、重力的理解
　　1.重力大小G=mg。重力的大小与运动状态无关,与所处的纬度和高度有关。因重力加速度随纬度的减小而减小,随高度的增加而减小,故同一物体的重力在赤道处最小,并随高度增加而减小。
2.重力的方向总是“竖直向下”,但并不一定“垂直地面”,也不一定指向地心。
3.重力是由于地球的吸引而产生的,但重力并不等于地球的引力,它实际上是万有引力的一个分力。
4.重心的位置与物体的形状和质量分布有关,不一定在物体上。
　　二、弹力的判断和计算
　　1.弹力有无的判断
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
假设法
对于形变不明显的情况,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,若物体的运动状态不变,则此处不存在弹力,若物体的运动状态改变,则此处一定有弹力
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
　　2.弹力方向的判断
(1)五种常见模型中弹力的方向
(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。
　　例1　病人在医院里输液时,液体一滴一滴从玻璃瓶中滴下,在液体不断滴下的过程中,玻璃瓶连同瓶中液体共同的重心将　(　　)
A.一直下降
B.一直上升
C.先降后升
D.先升后降
答案　C　当瓶中盛满液体时,重心大致在瓶的中部,随着液体的滴出,重心先下降;当液体滴完时,重心大致在瓶的中部,故C正确。
　　例2　(多选)玩具汽车停在模型桥面上,如图所示,下列说法正确的是(　　)
A.桥面受向下的弹力,是因为汽车发生了弹性形变
B.汽车没有发生形变,所以汽车不受弹力
C.汽车受向上的弹力,是因为桥梁发生了弹性形变
D.汽车受向上的弹力,是因为汽车发生了弹性形变
答案　AC　弹性形变指物体形变之后撤去外力能完全恢复原来形状的形变,模型桥面受到向下的弹力,是因为汽车发生了弹性形变,选项A正确,B错误;汽车受到向上的弹力,是因为桥梁发生了弹性形变,选项C正确,D错误。
　　1.关于重力,下列说法正确的是(　　)
A.重力就是地球对物体的吸引力
B.只有静止的物体才受到重力
C.物体在地球上无论运动状态如何,都受到重力的作用
D.竖直悬挂的物体受到的重力就是它拉紧竖直悬绳的力
答案　C　重力是地球对物体吸引力的一个分力,其另一分力提供物体随地球自转而绕地轴做匀速圆周运动的向心力,所以A错;地球上一切物体都要受到地球的吸引,都受到重力的作用,与运动状态无关,故B错、C对;物体受到的重力与它拉紧竖直悬绳的力是性质完全不同的两个力,前者是重力,后者是弹力,两力的施力物体和受力物体都不同,故D错。
2.如图所示的情景中,两个物体a、b(a、b均处于静止状态,接触面光滑)间一定有弹力的是(　　)
答案　B　用假设法,即假设存在法或假想分离法判断弹力的有无,A选项中a、b间如果存在弹力,则b给a的弹力水平向左,a将向左侧加速运动,显然与题设条件不符;或者假设拿掉任意一个物体,另一个没有变化,则判断两者之间没有弹力,故A选项中a、b间无弹力作用;同理,对于C选项可以判断出a、b间没有弹力;对于D选项,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不可能处于静止状态,故a、b间无弹力作用;B选项,假设拿掉任意一个物体,则另一个物体的状态将要发生变化,故a、b间一定存在弹力。
3.匀速前进的车厢顶部用细线竖直悬挂一小球,如图所示,小球下方与一光滑斜面接触。关于小球的受力,下列说法正确的是(　　)
A.受重力和细线对它的拉力
B.受重力、细线对它的拉力和斜面对它的弹力
C.受重力和斜面对它的支持力
D.受细线对它的拉力和斜面对它的支持力
答案　A　小球必定受到重力和细线的拉力。小球和光滑斜面接触,假设斜面对小球有弹力,小球将受到三个力作用,重力和细线的拉力在竖直方向上,弹力垂直于斜面向上,三个力的合力不可能为零,与题设条件矛盾,故斜面对小球没有弹力,故A正确。
考点二　胡克定律、弹力的计算
　　1.胡克定律
(1)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。
(2)表达式:F=kx。k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。
2.弹力大小计算的三种方法
(1)根据胡克定律进行求解。
(2)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。
　　例3　(多选)(2019浙江瑞安中学段考)如图所示为一轻质弹簧的弹力大小和长度的关系图像,根据图像判断下列说法正确的是(　　)
A.弹簧的劲度系数为1N/m
B.弹簧的劲度系数为100N/m
C.弹簧的原长为6cm
D.弹簧伸长2cm时,弹力的大小为4N
答案　BC　弹簧弹力与弹簧长度的关系图像中,图线的斜率的绝对值表示劲度系数,图像的横轴截距表示弹簧的原长,由题图可知,k==N/m=100N/m,选项A错误,B正确;弹簧原长为6cm,选项C正确;弹簧伸长2cm,即L=8cm时,弹力大小为2N,选项D错误。
　　1.(2019山东威海月考)如图所示,四个完全相同的弹簧都处于水平位置,它们的右端受到大小皆为F的水平拉力作用,而左端的情况各不相同:
①弹簧的左端固定在墙上;②弹簧的左端受大小也为F的水平拉力作用;③弹簧的左端拴一小物块,物块在光滑的桌面上滑动;④弹簧的左端拴一小物块,物块在有摩擦的桌面上滑动。若认为弹簧质量都为零,以L1、L2、L3、L4依次表示四个弹簧的伸长量,则有(　　)
A.L2>L1
B.L4>L3
C.L1>L3
D.L2=L4
答案　D　由于弹簧质量不计,这四种情况下,F弹都等于弹簧右端拉力大小F,因而弹簧伸长量均相同,故选D。
2.一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80cm的两点上,弹性绳的原长也为80cm。将一钩码挂在弹性绳的中点,平衡时弹性绳的总长度为100cm;再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点,则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)(　　)
A.86cm
B.92cm
C.98cm
D.104cm
答案　B　设弹性绳总长度为100cm时与水平方向的夹角为θ,则
cosθ=,故sinθ=。弹性绳总长度为100cm时,其弹力F=kx1,设弹性绳的两端移至天花板同一点时的弹力为kx2,则kx1sinθ=kx2,得x2=12cm,则弹性绳的总长度为92cm。故B项正确。
3.如图所示,某一弹簧测力计外壳的质量为m,弹簧及与弹簧相连的挂钩质量忽略不计。将其放在光滑水平面上,现用两水平拉力F1、F2分别作用在与弹簧相连的挂钩和与外壳相连的提环上,关于弹簧测力计的示数,下列说法正确的是(　　)
A.只有F1>F2时,示数才为F1
B.只有F1C.不论F1、F2大小关系如何,示数均为F1
D.不论F1、F2大小关系如何,示数均为F2
答案　C　弹簧测力计的示数一定等于弹簧挂钩上的拉力F1,与F1、F2的大小关系无关,C正确。
考点三　弹力常见模型分析
轻绳
弹性绳
轻弹簧
轻杆
质量大小
0
0
0
0
受外力作
用时形变
的种类
拉伸形变
拉伸形变
拉伸形变、
压缩形变
拉伸形变、
压缩形变、
弯曲形变
受外力作
用时形变
量大小
微小,可
忽略
较大,不可
忽略
较大,不可
忽略
微小,
可忽略
弹力方向
沿着绳,指
向绳收缩的
方向
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
既可沿着
杆,也可
跟杆成任
意角度
弹力大小
变化情况
可以突变
不能突变
不能突变
可以突变
　　1.(多选)如图所示,用滑轮将质量为m1、m2的两物体悬挂起来,忽略滑轮和绳的重力及一切摩擦,使得0<θ<180°,整个系统处于平衡状态,关于m1、m2的大小关系应为(　　)
A.m1必大于m2
B.m1必大于
C.m1可能等于m2
D.m1可能大于m2
答案　BCD　结点O受三个力的作用,如图所示,系统平衡时F1=F2=m1g,F3=m2g,所以2m1gcos=m2g,m1=,所以m1必大于。当θ=120°时,m1=m2;当θ>120°时,m1>m2;
当θ<120°时,m12.四个质量均为m的小球,分别用三根轻绳和一根轻弹簧相连,处于平衡状态,如图所示。现突然迅速剪断A1、B1,让小球下落。在剪断轻绳的瞬间,设小球1、2、3、4的加速度分别用a1、a2、a3、a4表示,则(重力加速度为g)(　　)
A.a1=0,a2=2g,a3=0,a4=2g
B.a1=g,a2=g,a3=2g,a4=0
C.a1=0,a2=2g,a3=g,a4=g
D.a1=g,a2=g,a3=g,a4=g
答案　B　剪断A1后系统处于完全失重状态,A2中弹力立即消失,1、2两球都只受到重力作用,加速度都等于g。剪断B1前弹簧弹力等于球4的重力,而剪断B1后的瞬间B2中弹力不变,故球4加速度仍为零,而球3加速度易求得为2g,故B正确。
3.在如图所示的四幅图中,AB、BC均为轻质杆,各图中杆的A、C端都通过铰链与墙连接,两杆都在B处由铰链连接,下列关于受力的说法正确的是(　　)
A.甲图中的AB杆表现为拉力,BC杆表现为拉力
B.乙图中的AB杆表现为拉力,BC杆表现为支持力
C.丙图中的AB、BC杆均表现为拉力
D.丁图中的AB、BC杆均表现为支持力
答案　C　在题甲图中,对B点进行受力分析,B点受到AB杆的拉力、BC杆的支持力和绳子的拉力,三力平衡,A项错误;在题乙图中,对B点进行受力分析,B点受到绳子竖直向下的拉力,由平衡条件可知AB、BC杆都表现为支持力,B项错误;在题丙图中,对B点进行受力分析可知,B点受到绳子向下的拉力,AB杆提供斜向上的拉力,BC杆应提供向右的拉力,C项正确;在题丁图中,对B点进行受力分析可知,B点受到绳子向下的拉力,AB杆提供拉力,BC杆提供支持力,D项错误。
A组　基础过关
1.下列说法正确的是(　　)
A.自由下落的石块速度越来越大,说明石块所受重力越来越大
B.在空中飞行的物体不受重力作用
C.一抛出的石块轨迹是曲线,说明石块所受的重力方向始终在改变
D.将一石块竖直向上抛出,在先上升后下降的整个过程中,石块所受重力的大小与方向都不变
答案　D　物体所受重力的大小与物体的运动状态无关,故A错;在空中飞行的物体所受重力不为零,故B错;重力的方向始终竖直向下,与物体运动状态无关,故C错。
2.(多选)足球运动是目前全球体育界最具影响力的项目之一,深受青少年喜爱。如图所示为四种与足球有关的情景,下列说法正确的是(　　)
A.甲图中,静止在草地上的足球受到的弹力就是它的重力
B.乙图中,静止在光滑水平地面上的两个足球由于接触而受到相互作用的弹力
C.丙图中,竖直踩在脚下且静止在水平草地上的足球受到3个力的作用
D.丁图中,落在球网中的足球受到弹力是由于球网发生了形变
答案　CD　题甲图中,足球受到的弹力是地球给它的支持力,所以A错误;题乙图中,以其中一个足球为研究对象分析受力可知,它受到竖直方向的重力和地面的支持力,水平方向上不受力,不然的话就无法保持静止状态,所以B错误;题丙图中,竖直踩在脚下且静止的足球受重力、地面的支持力和脚对足球的压力,所以C正确;题丁图中,进球时,足球撞到球网上,球网被撑开,球网发生形变后要恢复原状而产生一个对足球的弹力作用,所以D正确。
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于图示位置,需加一水平力F,且F通过球心,下列说法正确的是(　　)
A.球一定受墙水平向左的弹力
B.球可能受墙水平向左的弹力
C.球一定受斜面水平向左的弹力
D.球可能受垂直于斜面向上的弹力
答案　B　F的大小合适时,球可以静止在无墙的斜面上,F增大时墙才会对球有弹力,所以选项A错误,B正确;斜面对球必须有斜向上的弹力才能使球不下落,该弹力方向垂直于斜面向上,所以选项C、D错误。
4.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　选项A中小球只受重力和杆的弹力且处于静止状态,由二力平衡可得小球受到的弹力应竖直向上,所以A错误;选项B中,如果左边的绳有拉力的话,竖直向上的那根绳就会发生倾斜,所以左边的绳没有拉力,所以B错误;对于球与球面接触的弹力方向,过接触点垂直于接触面(即在接触点与球心的连线上),即D中大半圆对小球的支持力FN2应是沿着过小球与圆弧接触点的半径且指向圆心的弹力,所以D错误;球与球相接触的弹力方向,垂直于过接触点的公切面(即在两球心的连线上),而指向受力物体,所以C正确。
5.如图所示,小车受到水平向右的弹力作用,与该弹力的有关说法中正确的是(　　)
A.弹簧发生拉伸形变
B.弹簧发生压缩形变
C.该弹力是小车形变引起的
D.该弹力的施力物体是小车
答案　A　小车受到水平向右的弹力作用,是弹簧发生拉伸形变引起的,该弹力的施力物体是弹簧,故A项正确。
6.如图所示的复合弹簧是在金属弹簧周围包裹一层橡胶材料复合硫化而成。这种弹簧已广泛应用于工程技术上以代替金属弹簧,其物理性能与金属弹簧相同。由此可知,复合弹簧(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.不再遵守胡克定律
B.弹力与形变量成正比
C.劲度系数与粗细无关
D.劲度系数与材料无关
答案　B　由题可知,该复合弹簧的物理性能与金属弹簧相同,由此可知,复合弹簧遵循胡克定律,即弹力与形变量成正比,故A错误,B正确;弹簧的劲度系数与其材料、粗细、长短都有关,该复合弹簧的物理性能与金属弹簧相同,由此可知,复合弹簧的劲度系数与其材料、粗细、长短有关,故C、D错误。
7.(多选)如图所示,A、B两个物块所受的重力分别是GA=3N和GB=4N,弹簧所受的重力不计,整个装置沿竖直方向处于静止状态,这时弹簧的弹力F=2N,则天花板受到的拉力和地板受到的压力可能分别是(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.3N和4N
B.5N和6N
C.1N和6N
D.5N和2N
答案　CD　当弹簧由于被压缩而产生F=2N的弹力时,由受力平衡及牛顿第三定律可得,天花板受到的拉力T=GA-F=1N,地板受到的压力FN=GB+F=6N;当弹簧由于被拉伸而产生F=2N的弹力时,天花板受到的拉力T=GA+F=5N,地板受到的压力FN=GB-F=2N,故C、D正确。
8.如图所示,重为G的光滑半圆球对称地放置在两个等高的固定台阶上,A、B为半圆球上与台阶接触的点,半圆球的球心在O点,半圆球的重心C位于O点正下方,θ=120°,NA为半圆球上A点所受的弹力。下列说法中正确的是(　　)
A.NA的方向由A指向O,NA>G
B.NA的方向由A指向O,NAC.NA的方向由A指向C,NAD.NA的方向由A指向C,NA=G
答案　B　NA的方向为垂直于球的切面指向球心,即沿半径由A指向O,故C、D项错误;球受重力G、弹力NA、弹力NB,且NA、NB的夹角小于120°,G、NA、NB的合力为零,由对称性和平行四边形定则可知NA=NB9.弹簧拉力器是一种适合大众健身的器械,如图所示,它由几根规格相同的弹簧并联而成,弹簧根数可以调整。甲同学使用挂有3根弹簧的拉力器训练,乙同学使用挂有2根弹簧的拉力器训练,乙同学将弹簧拉开的最大伸长量是甲同学的2倍,则乙同学对拉力器施加的最大拉力是甲同学的　(　　)
A.
B.倍
C.倍
D.2倍
答案　B　设一根弹簧的劲度系数为k,甲拉开的最大长度为x,乙拉开的最大长度为2x。甲的力F=3kx,乙的力F'=2k×2x=4kx,则乙同学对拉力器施加的最大拉力是甲同学的n倍,n===,故B正确。
B组　能力提升
10.如图所示,A、B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,重力加速度为g。现缓慢地向上提上面的木块,直到它刚离开上面的弹簧,求这个过程中下面的木块移动的距离为(　　)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.
B.
C.
D.
答案　C　由于是缓慢上提木块A,所以木块B在上升过程中始终处于平衡状态,根据物体的平衡条件可得:在初始状态时,下面弹簧的压缩量为x2=,A恰好离开上面弹簧时上面弹簧的弹力为零,此时下面弹簧的压缩量为x2'=,所以在此过程中木块B移动的距离Δx=x2-x2',解得Δx=,所以C正确。
11.两个劲度系数分别为k1和k2的轻质弹簧a、b串接在一起,a弹簧的一端固定在墙上,如图所示。开始时弹簧均处于原长,现用水平力在b弹簧的P端向右拉动弹簧,已知a弹簧的伸长量为L,则(　　)
A.b弹簧的伸长量也为L
B.b弹簧的伸长量为
C.P端向右移动的距离为2L
D.P端向右移动的距离为L
答案　B　根据两根弹簧中弹力相等可得b弹簧的伸长量为,P端向右移动的距离为L+L,选项B正确。
12.(多选)如图所示,在竖直方向上,两根完全相同的轻质弹簧a、b,一端与质量为m的物体相连接,另一端分别固定,当物体平衡时,若(　　)
A.a被拉长,则b一定被拉长
B.a被压缩,则b一定被压缩
C.b被拉长,则a一定被拉长
D.b被压缩,则a一定被拉长
答案　BC　对物体受力分析并结合平衡条件,可知当a被拉长对物体有拉力Fa时,若Fa>mg,则b被拉长;若Fa13.某装置如图所示,两根轻杆OA、OB与小球及一小滑块通过铰链连接,轻杆OA的A端与固定在竖直光滑杆上的铰链相连。小球与小滑块的质量均为m,轻杆OA、OB长均为l,原长为l的轻质弹簧与滑块都套在竖直杆上,弹簧连接在A点与小滑块之间。装置静止时,弹簧长为1.6l,重力加速度为g,sin53°=0.8,cos53°=0.6,以下说法正确的是(　　)
A.轻杆OA对小球的作用力方向与竖直方向的夹角为53°
B.轻杆OB对小滑块的作用力方向沿轻杆OB向下,大小为
C.轻杆OA与轻杆OB对小球的作用力大小的比值为
D.弹簧的劲度系数为
答案　D　由弹簧的长度为1.6l,