第二单元　相互作用
力、重力、弹力
第二单元 │ 知识框架
第二单元 │ 高考要求
受力分析是整个物理学的基础，是解决力学问题的关键．对弹力、摩擦力的分析计算在近几年的高考试题中频繁出现，是高考命题的重点和热点，本单元内容在高考命题中的体现有如下特点：
1．考查重点集中在摩擦力、受力分析、力的合成和分解、共点力作用下物体的平衡、整体法和隔离法的综合应用等知识点上，每年必考．
第二单元 │ 复习策略
2．考查题型多为选择题和计算题，选择题一般考查重力、弹力、摩擦力三力平衡问题，或与电场力、磁场力综合考查，难度中等；计算题易结合曲线运动、电磁感应、能量问题命题，难度中等或较难．
3．命题情景易联系生活实际，常结合交通运输、体育竞技实例分析合力与分力的等效替代特征．
本单元概念集中，与生活生产实际联系密切，复习时应加强基本概念与规律的理解与掌握，注重物理过程状态的分析和思维方法的总结．强化学生对物体进行受力分析的意识，养成规范画图的习惯，提高受力分析的熟练性和准确性．建议复习时重点突破以下几点：
第二单元 │ 复习策略
1．受力分析是关键：解决力学问题的关键是对物体进行正确的受力分析，正确而深刻地理解力的概念，明确各种力的产生条件，掌握力的方向的判定方法．
2.静摩擦力是难点：静摩擦力是受力分析中的难点，要掌握静摩擦力大小和方向的分析判断方法．
3．物体的平衡是重点：要掌握合成法、分解法、正交分解法等多种解答共点力的平衡问题的方法，会结合整体法与隔离法处理系统平衡问题，会用图解法分析三力动态平衡问题，会求平衡中的极值问题.
第二单元 │ 复习策略
第6讲　力、重力、弹力
一、力
1．概念：力是___________的作用．
2．作用：使物体发生________或改变物体的________状态(即产生________)．
3．相互性：物体间力的作用总是相互的，相互作用力总是大小________、方向________、作用在________上．
物体间的相互作用总是________产生，_______变化，________消失．
第6讲 │ 考点整合
相等
运动
加速度
相反
物体对物体
形变
同一直线
同时
同时
同时
第6讲 │ 考点整合
4．矢量性：力是________量，既有大小又有________，力的运算遵循____________定则．
5．力的分类
(1)按力的性质分：重力、弹力、摩擦力、电磁力、分子力、核力等．
(2)按力的效果分：压力、支持力、拉力、浮力、向心力、回复力、动力、阻力等．
(3)按研究对象分：内力和外力．
6．力的表示：力可用力的图示或力的示意图表示．
其中力的图示指用与力的大小成一定比例的有向线段表示力的________、________、________.
大小
方向
作用点
矢
方向
平行四边形
第6讲 │ 考点整合
二、重力
1．产生原因：由于地球对物体的________而使物体受到的力．
地球周围的物体，无论与地球接触与否，运动状态如何，都受到地球的吸引力作用，因此任何物体都受到________的作用．
2．大小：与物体的质量成________比，G＝mg.
3．方向：________.
4．重心：重力的等效作用点．
重心的位置与物体的________及________分布情况有关，物体的重心不一定在物体上．质量分布________的规则物体的重心在其________，薄板类物体的重心可用________法确定．
几何中心
悬挂
均匀
吸引力
重力
正
竖直向下
形状
质量
第6讲 │ 考点整合
三、弹力
1．产生条件：两物体相互________且发生了________．
弹力和形变同时________，同时________．
2．方向：沿绳的方向或垂直接触面，与________力物体形变的方向相反．
弹力的受力物体是引起形变的物体，施力物体是发生形变的物体．
3．大小：在弹簧的________限度内，弹簧类的弹力大小与形变量成________比，即F＝________.
其中k表示弹簧的__________，反映弹簧的性质．其他弹力的大小随着形变量增大而________．
弹性形变
接触
产生
消失
施
弹性
正
kx
进度系数
增大
第6讲 │ 考点整合
四、基本相互作用
1．四种基本相互作用：________相互作用、________相互作用、强相互作用和弱相互作用．
2．重力属于________相互作用，弹力、摩擦力、电场力、磁场力等本质上是电磁相互作用的不同表现．
引力
电磁
引力
►　探究点一　对力、重力、重心概念的理解
1．力的基本特性
(1)物质性：由于力是物体对物体的作用，所以力是不能脱离物体而独立存在的，一个力必然与两个物体密切相关，一个是其施力物体，另一个是其受力物体．
(2)矢量性：力不仅有大小，而且有方向，在相关的运算中所遵从的是平行四边形定则．
(3)瞬时性：所谓的力的瞬时性特征，指的是力与其作用效果是在同一瞬间产生的．
第6讲 │ 要点探究
(4)独立性：某个力的作用效果与其他力是否存在毫无关系，只由该力的三要素决定．
(5)相互性：力的作用总是相互的(牛顿第三定律)．
2．重力与万有引力的区别与联系
(1)重力是由于地球对物体的吸引而使物体受到的力，但不能认为重力就是地球对物体的吸引力．因地球对物体的万有引力的一个分力是重力，另一个分力是物体随地球自转的向心力，如图6－1所示．
第6讲 │ 要点探究
图6－1
(2)物体在地球上不同的纬度处随地球自转所需的向心力大小不同，方向垂直地轴，此原因导致同一物体在地球上不同纬度的重力的大小略有变化．由于地面与地心的距离不同，同一物体在不同高度受到的万有引力不同，这是导致同一物体在不同高度的重力的大小略有变化的又一原因．一般情况下，可不考虑地球的自转效果和所在高度差别，近似地认为重力等于万有引力．
(3)重力的方向竖直向下，垂直于水平面，不受其他作用力的影响，与物体的运动状态也没有关系．除赤道平面和两极点外，重力的方向也不指向地心，而万有引力的方向永远指向地心．
第6讲 │ 要点探究
第6讲 │ 要点探究
例1　下列关于重力说法中正确的是(　　)
A．物体的重力总等于它对竖直测力计的拉力
B．物体的重心一定在其几何中心
C．重力的方向一定竖直向下，但可能是指向地心的
D．把地球上的物体移动到月球上，物体的质量和所受重力变小
第6讲 │ 要点探究
例1　C　[解析] 用测力计竖直悬挂重物，只有物体处于平衡状态时，物体对测力计的拉力才等于物体的重力，故选项A错误．物体的重心与物体的形状及质量分布有关，质量分布均匀的规则物体的重心位于其几何中心，如果物体的质量分布不均匀，其重心可能不在几何中心，选项B错误．重力的方向总是竖直向下，不一定指向地心，选项C正确．质量是物体的属性，物体的质量m是恒定的，但同一物体的重力大小与地理位置有关．在地球上，物体重力随着物体所处的地理位置纬度、高度的变化而变化，在月球上，由于月球引力很小，物体的重力随之变小，故选项D错误．
第6讲 │ 要点探究
[点评] 理解重力的概念是解答本题的关键：(1)重力的方向总是竖直向下，地球上物体受到的重力是万有引力的一个分力，其方向与另一个分力(向心力)的方向有联系，只有物体位于两极点和赤道平面时重力的方向才指向地心．(2)物体的重心与质量分布及形状有关，重心可能不在物体上，如圆环等．(3)重力的大小与物体的运动状态无关，但地球上物体的重力随物体所在高度和纬度的变化而略有不同，物体从地球移动到其他星球时，其重力随万有引力的变化而变化．
第6讲 │ 要点探究
变式题
关于力的概念，下列说法正确的是(　　)
A．力是使物体产生形变和速度的原因
B．一个力必定联系着两个物体，其中每个物体既是受力物体又是施力物体
C．只要两个力的大小相同，它们产生的效果一定相同
D．两个物体相互作用，其相互作用力可以是不同性质的力
第6讲 │ 要点探究
B　[解析] 力不是使物体产生速度的原因，而是使物体发生形变或产生加速度的原因；力的效果是由力的大小、方向及作用点共同决定的；物体之间的力是相互的，一对作用力和反作用力的性质一定相同．只有选项B正确．
第6讲 │ 要点探究
[点评] 本题假设弹力存在，并假设弹力的方向，然后根据物块的运动状态，分别用整体法和隔离法计算弹力的大小，从而判断弹力是否存在．变式题则是考查杆对与其接触的物体产生的弹力方向的理解．
►　探究点二　一般弹力的判定
1．弹力是否存在的判断方法
(1)根据弹力产生的条件直接判断
明显形变产生的弹力可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．
[特别提醒]　判断是否存在弹力的依据是施力物体发生形变与否．
第6讲 │ 要点探究
(2)利用假设法判断
微小形变产生的弹力，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，则此处一定存在弹力．
(3)根据物体的运动状态判断
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．弹力方向的判断方法
第6讲 │ 要点探究
(1)根据物体产生形变的方向判断
物体所受弹力方向与施力物体形变的方向相反，与自身(受力物体)形变方向相同．注意接触面间的弹力与接触面垂直．
(2)根据物体的运动状态判断
由状态分析弹力，即物体的受力必须与物体的运动状态符合，依据物体的运动状态，由共点力的平衡条件或牛顿第二定律列方程，确定弹力方向．
(3)常见的几种弹力的方向特点
第6讲 │ 要点探究
①弹簧的弹力：与弹簧测力计中心轴线重合，指向弹簧恢复原状方向．
②轻绳的弹力：轻绳对物体的弹力沿绳指向绳收缩的方向．
③接触面间的弹力：垂直于接触面指向受力的物体．两个球面之间的弹力沿两球心的连线指向受力物体；球面与平面间的弹力在接触点与球心连线上，指向受力物体；点与面间的弹力过接触点垂直于接触面(或接触面的切面)而指向受力的物体．
④杆对物体的弹力：可能沿着杆，也可能不沿着杆．
第6讲 │ 要点探究
(4)理想模型中的弹力比较：
①轻绳：质量不计、松软、不可伸长的绳，绳中各处的张力大小相等；轻绳对物体只能产生拉力，不能产生压力；物体的运动状态改变的瞬间，拉力可以发生突变．
②轻杆：质量不计、不可伸长和压缩的杆；轻杆既能对物体产生压力，又能产生拉力，弹力方向不一定沿杆的方向；物体的运动状态改变的瞬间，拉力可以发生突变．
第6讲 │ 要点探究
③轻弹簧：质量不计，既可被拉伸，也可被压缩，弹簧中各处弹力均相等；轻弹簧对物体既能产生压力，又能产生拉力，力的方向沿弹簧轴线，力的大小可应用胡克定律F＝kx求解；物体的运动状态改变时，弹力只能逐渐改变，在状态改变的瞬间，弹力大小不变．
第6讲 │ 要点探究
第6讲 │ 要点探究
例2　如图6－2所示，用轻质细杆连接的质量均为m的相同物块A、B沿倾角为θ的斜面匀速下滑，已知A、B与斜面之间的动摩擦因数相等．则(　　)
 
A．杆与A之间没有弹力存在
B．杆与B之间的弹力大于杆与A之间的弹力
C．物块与斜面之间的动摩擦因数为cotθ
D．以上说法均不正确
图－2
第6讲 │ 要点探究
A　[解析] 以A、B两物体及轻杆整体为研究对象，当它们沿斜面匀速下滑时，有(mA＋mB)gsinθ－μ(mA＋mB)gcosθ＝0，解得μ＝tanθ.以B为研究对象，设轻杆对B的弹力为F，则mBgsinθ＋N－μmgcosθ＝0，解得N＝0，即细杆上没有弹力．
第6讲 │ 要点探究
[点评] 本题假设弹力存在，并假设弹力的方向，然后根据物块的运动状态，分别用整体法和隔离法计算弹力的大小，从而判断弹力是否存在．变式题则是考查杆对与其接触的物体产生的弹力方向的理解．
第6讲 │ 要点探究
变式题
如图6－3所示，小车沿水平地面向右做匀加速直线运动，固定在小车上的直杆与水平地面的夹角为θ，杆顶端固定有质量为m的小球．当小车的加速度逐渐增大时，图6－4中杆对小球的作用力变化的受力图正确的是(OO′为沿杆方向)(　　)
第6讲 │ 要点探究
C
►　探究点三　弹簧弹力的求解
1．弹力大小的计算方法
(1)在弹性限度内，弹簧(橡皮筋)的弹力可根据胡克定律计算．
(2)弹力是被动力，其大小与物体所受的其他力的作用以及物体的运动状态有关，微小形变产生的弹力和明显形变产生的弹力均可通过分析物体的受力情况和运动状态，利用平衡条件或牛顿运动定律求解．
第6讲 │ 要点探究
2．弹力大小的变化
受弹力作用的物体运动状态发生变化的瞬间，明显形变(弹簧、橡皮筋)引起的弹力瞬间不变，微小形变产生的弹力可发生突变．
3．双解性——弹簧弹力可能由于拉伸或压缩产生，因此此类问题可能存在双解．
4．轻质弹簧两端拉力一定相等．
第6讲 │ 要点探究
第6讲 │ 要点探究
例3 如图6－5所示，质量为2m的物体A经一轻质弹簧与地面上的质量为3m的物体B相连，弹簧的劲度系数为k，一条不可伸长的轻绳绕过定滑轮，一端连物体A，另一端连一质量为m的物体C，物体A、B、C都处于静止状态．已知重力加速度为g，忽略一切摩擦．
(1)求物体B对地面的压力；
(2)把物体C的质量改为5m，这时C
缓慢下降，经过一段时间系统达到新的
平衡状态，这时B仍没离开地面，且C
只受重力和绳的拉力作用，求此过程中
物体A上升的高度．
第6讲 │ 要点探究
第6讲 │ 要点探究
[点评] 分析解答弹簧动态变化问题时，要注意对弹簧初状态和末状态的分析，通过对动态变化过程的分析，根据胡克定律准确判断弹簧的形变量．分别选取整体和部分为研究对象并结合共点力的平衡条件进行综合分析．
第6讲 │ 要点探究
变式题
如图6－6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的拉力作用，而左端的情况各不相同：①中弹簧的左端固定在墙上，②中弹簧的左端受大小也为F的拉力作用，③中弹簧的左端拴一小物块，物块在光滑的桌面上滑动，④中弹簧的左端拴一小物块，物块在有摩擦的桌面上滑动．若认为弹簧的质量都为零，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
第6讲 │ 要点探究
D