高考物理大二輪總復習 增分策略 專題一 力與場內物體的平衡課件.ppt

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專題一力與場內物體的平衡 本專題解決的是受力分析和共點力平衡問題 高考對本專題內容的考查主要有 對各種性質力特點的理解 共點力作用下平衡條件的應用 考查的主要物理方法和思想有 整體法和隔離法 假設法 合成法 正交分解法 矢量三角形法 相似三角形法 等效思想 分解思想 專題定位 深刻理解各種性質力的特點 熟練掌握分析共點力平衡問題的各種方法 應考策略 高考題型1整體法與隔離法的應用 高考題型2平衡條件的應用 高考題型3電學中的平衡問題 高考題型4平衡中的臨界與極值問題 欄目索引 1 在分析兩個或兩個以上物體間的相互作用時 一般采用整體法與隔離法進行分析 2 采用整體法進行受力分析時 要注意系統(tǒng)內各個物體的狀態(tài)應該相同 3 當直接分析一個物體的受力不方便時 可轉移研究對象 先分析另一個物體的受力 再根據牛頓第三定律分析該物體的受力 此法叫 轉移研究對象法 考向一 高考題型1整體法與隔離法的應用 解題方略 例1如圖1所示 A是傾角為 的質量為M的斜面體 B是質量為m的截面為直角三角形的物塊 物塊B上表面水平 物塊B在一水平推力F的作用下沿斜面勻速上升 斜面體靜止不動 設重力加速度為g 則下列說法中正確的是 A 地面對斜面體A無摩擦力B B對A的壓力大小為mgcos C A對地面的壓力大小為Mg 圖1 解析先對A B整體受力分析 受重力 支持力 推力和向左的靜摩擦力 根據平衡條件 有 水平方向 F Ff 豎直方向 FN1 M m g 根據牛頓第三定律 壓力與支持力等值 故壓力為 M m g 故A C錯誤 對物塊B受力分析 受推力 重力 支持力和滑動摩擦力 根據平衡條件 有 平行斜面方向 Fcos mgsin Ff 0 垂直斜面方向 FN2 Fsin mgcos 其中 Ff FN2 根據牛頓第三定律 壓力與支持力等值 故壓力為Fsin mgcos 故B錯誤 答案D 預測1如圖2所示 質量均為M的A B兩滑塊在粗糙水平面上 兩輕桿等長 桿與滑塊 桿與桿間均用光滑鉸鏈連接 在兩桿鉸合處懸掛一質量為m的重物C 整個裝置處于靜止狀態(tài) 設桿與水平面間的夾角為 下列說法正確的是 圖2 A 當m一定時 越大 輕桿受力越小B 當m一定時 越小 滑塊對地面的壓力越大C 當 一定時 M越大 滑塊與地面間的摩擦力越大D 當 一定時 M越小 可懸掛重物C的質量m越大 解析將C的重力按照作用效果分解 如圖所示 故m一定時 越大 輕桿受力越小 A正確 對A B C整體分析可知 滑塊對地面的壓力為FN 2M m g 與 無關 B錯誤 預測2如圖3所示 質量為M的木塊A套在粗糙水平桿上 并用輕繩將木塊A與質量為m的小球B相連 現(xiàn)用水平力F將小球B緩慢拉起 在此過程中木塊A始終靜止不動 假設桿對A的支持力為FN 桿對A的摩擦力為Ff 繩中拉力為FT 則此過程中 A F增大B Ff不變C FT減小D FN減小 圖3 解析以B為研究對象 小球受到重力 水平力F和輕繩的拉力FT 如圖甲所示 由平衡條件得 F mgtan 增大 則F增大 再以整體為研究對象 受力分析圖如圖乙所示 根據平衡條件得 Ff F 則Ff逐漸增大 FN M m g 即FN保持不變 答案A 預測3 2015 山東 16 如圖4所示 滑塊A置于水平地面上 滑塊B在一水平力作用下緊靠滑塊A A B接觸面豎直 此時A恰好不滑動 B剛好不下滑 已知A與B間的動摩擦因數(shù)為 1 A與地面間的動摩擦因數(shù)為 2 最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 A與B的質量之比為 圖4 解析對物體A B整體在水平方向上有F 2 mA mB g 對物體B在豎直方向上有 1F mBg 答案B 1 平衡狀態(tài) 物體靜止或做勻速直線運動 2 平衡條件 F合 0或Fx 0 Fy 0 3 常用推論 1 若物體受n個作用力而處于平衡狀態(tài) 則其中任意一個力與其余 n 1 個力的合力大小相等 方向相反 2 若三個共點力的合力為零 則表示這三個力的有向線段首尾相接組成一個封閉三角形 考向一 高考題型2平衡條件的應用 解題方略 4 動態(tài)平衡問題分析的常用方法 1 解析法 一般把力進行正交分解 兩個方向上列平衡方程 寫出所要分析的力與變化角度的關系 然后判斷各力的變化趨勢 2 圖解法 能用圖解法分析動態(tài)變化的問題有三個顯著特征 物體一般受三個力作用 其中有一個大小 方向都不變的力 還有一個方向不變的力 圖5 解析對m1 m2受力分析如圖所示 對m1有 答案B 預測4如圖6甲所示為超市中的自動坡道式電梯 無臺階 某人蹲在電梯上隨電梯勻速下行 若電梯傾角為30 人的質量為m 人和電梯表面之間的動摩擦因數(shù)為 如圖乙所示 電梯對人的支持力和摩擦力分別記為FN Ff 則 圖6 解析人隨電梯勻速下行 受力平衡 對人進行受力分析 如圖所示 答案B 預測5目前 我市每個社區(qū)均已配備了公共體育健身器材 圖示器材為一秋千 用兩根等長輕繩將一座椅懸掛在豎直支架上等高的兩點 由于長期使用 導致兩根支架向內發(fā)生了稍小傾斜 如圖7中虛線所示 但兩懸掛點仍等高 座椅靜止時用F表示所受合力的大小 F1表示單根輕繩對座椅拉力的大小 與傾斜前相比 圖7 A F不變 F1變小B F不變 F1變大C F變小 F1變小D F變大 F1變大 解析木板靜止時 受重力和兩個拉力而平衡 故三個力的合力為零 即 F 0 答案A 1 帶電體的平衡問題仍然滿足平衡條件 只是要注意準確分析場力 電場力 安培力或洛倫茲力 力學中用到的圖解法和正交分解法等仍然可以用在電場的平衡中 2 如果帶電粒子在重力場 電場和磁場三者組成的復合場中做直線運動 則一定是勻速直線運動 因為F洛 v 考向一 高考題型3電學中的平衡問題 解題方略 3 當涉及多個研究對象時 一般采用整體法和隔離法相結合的方法求解 當物體受到的力多于三個時 往往采用正交分解法列出分方向的平衡方程 例3 多選 2015 浙江理綜 20 如圖8所示 用兩根長度相同的絕緣細線把一個質量為0 1kg的小球A懸掛到水平板的M N兩點 A上帶有Q 3 0 10 6C的正電荷 兩線夾角為120 兩線上的拉力大小分別為F1和F2 A的正下方0 3m處放有一帶等量異種電荷的小球B B與絕緣支架的總質量為0 2kg 重力加速度取g 10m s2 靜電力常量k 9 0 109N m2 C2 A B球可視為點電荷 則 圖8 A 支架對地面的壓力大小為2 0NB 兩線上的拉力大小F1 F2 1 9NC 將B水平右移 使M A B在同一直線上 此時兩線上的拉力大小F1 1 225N F2 1 0ND 將B移到無窮遠處 兩線上的拉力大小F1 F2 0 866N 解析小球A B間的庫侖力為 以B和絕緣支架整體為研究對象受力分析圖如圖甲所示 地面對支架支持力為FN mg F庫 1 1N A錯誤 以A球為研究對象 受力分析圖如圖乙所示 F1 F2 mAg F庫 1 9N B正確 B水平向右移 當M A B在同一直線上時 A B間距為r 0 6m 正交分解可得 F1 cos30 F2 cos30 F庫 cos30 F1 sin30 F2 sin30 mAg F庫 sin30 解得F2 1 0N F1 1 225N 所以C正確 將B移到無窮遠 則F庫 0 可求得F1 F2 1N D錯誤 答案BC 預測6 2015 全國 24 如圖9 一長為10cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強磁場中 磁場的磁感應強度大小為0 1T 方向垂直于紙面向里 彈簧上端固定 下端與金屬棒絕緣 金屬棒通過開關與一電動勢為12V的電池相連 電路總電阻為2 已知開關斷開時兩彈簧的伸長量均為0 5cm 閉合開關 系統(tǒng)重新平衡后 兩彈簧的伸長量與開關斷開時相比均改變了0 3cm 重力加速度大小取10m s2 判斷開關閉合后金屬棒所受安培力的方向 并求出金屬棒的質量 圖9 導體棒受到的安培力大小為F BIL 0 06N由左手定則可判斷知金屬棒受到的安培力方向豎直向下由平衡條件知 開關閉合前 2kx mg開關閉合后 2k x x mg F代入數(shù)值解得m 0 01kg答案豎直向下0 01kg 預測7如圖10所示 在一個傾角為 的斜面上 有一個質量為m 帶負電的小球P 可視為點電荷 空間存在著方向垂直斜面向下的勻強磁場 帶電物體與斜面間的摩擦力不能忽略 它在斜面上沿圖中所示的哪個方向運動 有可能保持勻速直線運動狀態(tài) A v1方向B v2方向C v3方向D v4方向 圖10 解析若小球的速度沿v1方向 滑動摩擦力與v1的方向相反 即沿圖中v3方向 由左手定則知 小球受到的洛倫茲力方向在斜面平面內與v1垂直向下 重力的分力mgsin 沿斜面向下 則知斜面平面內的合外力不為零 小球不可能做勻速直線運動 故A錯誤 若小球的速度沿v2方向 滑動摩擦力與v2的方向相反 即沿圖中v4方向 由左手定則知 小球受到的洛倫茲力方向在斜面平面與v2垂直向上 重力的分力mgsin 沿斜面向下 則知斜面平面內的合外力不為零 小球不可能做勻速直線運動 故B錯誤 若小球的速度沿v3方向 滑動摩擦力與v3的方向相反 即沿圖中v1方向 由左手定則知 小球受到的洛倫茲力方向在斜面平面內與v3垂直向上 即沿v2方向 重力的分力mgsin 沿斜面向下 則知斜面平面內的合外力可能為零 小球有可能做勻速直線運動 故C正確 若小球的速度沿v4方向 滑動摩擦力與v4的方向相反 即沿圖中v2方向 由左手定則知 小球受到的洛倫茲力方向在斜面平面內與v4垂直向下 即沿v3方向 重力的分力mgsin 沿斜面向下 則知斜面平面內的合外力不可能為零 小球不可能做勻速直線運動 故D錯誤 答案C 高考題型4平衡中的臨界與極值問題 1 平衡問題的臨界狀態(tài)是指物體所處的平衡狀態(tài)將要被破壞而尚未被破壞的狀態(tài) 可理解成 恰好出現(xiàn) 或 恰好不出現(xiàn) 在問題的描述中常用 剛好 剛能 恰好 等語言敘述 解臨界問題的基本方法是假設推理法 解題方略 2 臨界問題往往是和極值問題聯(lián)系在一起的 解決此類問題重在形成清晰的物理圖景 分析清楚物理過程 從而找出臨界條件或達到極值的條件 要特別注意可能出現(xiàn)的多種情況 例4如圖11所示 質量為m的物體 放在一固定斜面上 當斜面傾角為30 時恰能沿斜面勻速下滑 對物體施加一大小為F的水平向右的恒力 物體可沿斜面勻速向上滑行 設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 當斜面傾角增大并超過某一臨界角 0時 不論水平恒力F多大 都不能使物體沿斜面向上滑行 試求 圖11 2 臨界角 0的大小 解析設斜面傾角為 對物體受力分析如圖所示 Fcos mgsin FfFN mgcos Fsin Ff FN當物體無法向上滑行時 Fcos mgsin Ff聯(lián)立解得 F cos sin mgsin mgcos 若 不論水平恒力F多大 上式都成立 則有cos sin 0 故 0 60 答案60 圖12 解析 1 若物塊B的質量較小 物塊A將有沿斜面下滑的趨勢 則有 Mg mgcos mgsin 解得 M 1kg 2 若物塊B的質量較大 物塊A將有沿斜面上滑的趨勢 則有 Mg mgcos mgsin 解得 M 3kg 綜上所述 可知D正確 答案D 預測9質量為M的木楔傾角為 在水平面上保持靜止 質量為m的木塊剛好可以在木楔上表面上勻速下滑 現(xiàn)在用與木楔上表面成 角的力F拉著木塊勻速上滑 如圖13所示 求 圖13 1 當 時 拉力F有最小值 求此最小值 解析木塊剛好可以沿木楔上表面勻速下滑 mgsin mgcos 則 tan 用力F拉著木塊勻速上滑 受力分析如圖甲所示 Fcos mgsin Ff FN Fsin mgcos Ff FN 當 時 F有最小值 Fmin mgsin2 答案mgsin2