高考物理 易错点点睛与高考突破 专题01 物体的平衡.doc

2013年高考物理 易错点点睛与高考突破 专题01 物体的平衡【2013高考预测】本专题解决的是受力分析和共点力平衡问题.高考对本专题内容的考查主要有：重力、弹力、摩擦力作用下的受力分析；重力、弹力、摩擦力、电场力和磁场力作用下的受力分析；共点力作用下平衡条件的应用.考查的主要物理思想和方法有:整体法和隔离法；假设法；合成法；正交分解法；矢量三角形法；相似三角形法；等效思想；分解思想等。 1本专题的高考热点有三个：一是有关摩擦力的问题。二是物体平衡问题，三是共点力的合成问题预计摩擦力、受力分析、简单连接体的处理方法、共点力的合成、力在相互垂直方向上的分解等热点随着高考难度、区分度的稳定，将不会改变 2本专题知识还经常与牛顿定律、功和能、气体的性质、电磁学等内容综合考查。可联系社会、生活和科技，以创新题型出现，主要以实际的物体为模型，结合平衡条件考查 3高考涉及本章试题题型全面，选择、填空、计算均可能出现，但单纯考查本章内容的题型多以填空、选择为主，难度适中在能力立意命题的原则下，出题人会考虑创设新的情境以考核这部分内容鉴于本章是整个物理学的基石，所以仍然是高考命题的重点、热点，其中静摩擦力和力的合成与分解是重点中的重点【难点突破】难点一、在共点力作用下物体平衡的条件及其推论在共点力作用下的物体平衡的条件是作用在物体上的合外力f合0，它有如下推论：1沿任意方向的合外力为0.2若将物体的受力正交分解，则在任意相互垂直的两个方向的合外力均为 0。即：难点二、系统的平衡当系统内的每一个物体的加速度为0(静止或匀速直线运动)时，系统处于平衡状态，此时作用在系统上的外力之和为0 ，若将系统所受外力进行正交分解，则满足在求解系统平衡问题时，需要结合整体法与隔离法解答，通常是先用整体法求出相关的外力，再用隔离法求相关的内力1整体法：以分析系统所受外力为前提的解题方法这种方法因无须考虑系统的内力而使解答过程简捷，其不足之处是不能直接求解系统的内力2隔离法：以分析系统内的物体的受力为前提的解题方法这种方法通常要列方程组求解，因而比较繁琐，当涉及系统的内力时，一般要使用隔离法难点三、物体的动态平衡与极值问题在物体处于平衡状态前提下，让其中的某个力缓慢变化，使物体经历的过程中的每一个状态近似为平衡状态，这种平衡就是动态平衡这类问题也能利用平衡条件来处理求其中力的极值有两类方法1解析法：通常是利用正交分解法沿x、y方向列出力的平衡的方程组后，得出所求力与变量间的表达式，再利用数学方法进行分析，求出力的极值2图解法：通常用来解答三力动态平衡问题它是利用三力平衡关系构成封闭式三角形，根据三角形的边角变化趋势来分析力的大小或方向变化的方法在力的三角形的构成中，若某个力与另一个力垂直时，该力取极值难点四、弹力和摩擦力弹力的方向总是沿着恢复原状最快的方向绳子的拉力方向总是沿着绳子并指向绳子收缩的方向，且轻绳内张力处处相等，杆产生的弹力不一定沿杆方向，因为杆不仅可以产生沿杆方向的拉、压形变，也可以产生微小的弯曲形变；压力、支持力的方向总是垂直于接触面，指向被压或被支持的物体；对点面接触间的弹力，弹力的方向垂直于面；对点线接触间的弹力，弹力的方向垂直于线；对点与球面接触间的弹力，弹力的方向一定沿半径方向分析摩擦力时，先应分清其类型是静摩擦力还是滑动摩擦力，它们的方向都是与接触面相切，与物体相对运动或相对运动趋势方向相反滑动摩擦力由公式fffn计算，fn为物体间相互挤压的弹力；静摩擦力与使物体产生相对运动趋势的外力有关，它可由平衡条件或动力学方程进行计算在弹力或摩擦力方向不明时，一般用假设法进行分析先假设该力沿某一个方向，再按假设的方向进行列式计算，若计算结果为正值，说明假设的方向正确；若计算结果为零，说明该力不存在；若计算结果为负值，说明与假设方向相反同时，有些弹力的方向是不存在的，如绳子的拉力方向沿绳伸长的方向、支持力方向沿指向支持面的方向，若计算结果出现了力的方向上的矛盾，这也说明该力或该状态是不可能出现的【难点探究】探究点一 三力平衡问题物体受三力平衡，可以将其中任意两个力合成，这两个力的合力与第三个力是一对平衡力的关系，这样就可以把三力平衡问题转化为二力平衡来处理如果不便于采用此法，可以将物体受到的三个力平移构建一个力的三角形来求解(如果是直角三角形或正三角形，则用三角形知识求解；若不是直角三角形或正三角形，可以考虑进一步挖掘题目中隐含的几何关系，利用相似三角形知识求解；此外还可以考虑用正弦定理、余弦定理、拉密定律等)当然，对于三力平衡问题，必要时也可以采用正交分解法例1.如图111所示，清洗楼房玻璃的工人常用一根绳索将自己悬在空中，工人及其装备的总重量为g，悬绳与竖直墙壁的夹角为，悬绳对工人的拉力大小为f1 ，墙壁对工人的弹力大小为f2 , 则()【答案】b【解析】工人受力如图所示探究点二多力平衡问题当物体受四个以上作用力时，通常采用正交分解法进行分析应用正交分解法时要注意：(1)准确选取正方向，一般以能使更多的力落在坐标轴上为原则；(2)正交分解法是将多个矢量运算转化为两个互相垂直方向上代数运算的方法理解好其实质，有助于对该方法的准确应用例2.如图113所示，质量为m的斜面体静止在粗糙的水平面上，斜面体的两个斜面均是光滑的，顶角为90，两个斜面的倾角分别为、，且.两个质量均为m的物体p、q分别在沿斜面向上的力f1、f2的作用下处于静止状态，则以下说法中正确的是()a水平地面对斜面体的静摩擦力方向水平向左b水平地面对斜面体没有摩擦力c地面对斜面体的支持力等于(mm)gd地面对斜面体的支持力等于(m2m)g 探究点三物体组的平衡问题当涉及多个研究对象(或物体组)平衡时，适时采取整体法或隔离法是迅速解题的关键1整体法与隔离法的选用原则：当研究物体组内部物体间相互作用时，要采取隔离法；当研究物体组与外界的相互作用时，要采取整体法；2只有构成“物体组”的每一个物体都处于平衡状态(静止或匀速直线运动状态)，才能说“物体组”处于平衡状态，才能把“物体组”作为一个整体应用平衡条件来求解整体与外界的作用力如一个物体在斜面上匀速下滑，我们就可以说物体与斜面构成的“物体组”处于平衡状态；如果物体加速或减速下滑，则“物体组”不是处于平衡状态所以对物体组平衡状态的确定是准确应用整体法的前提例3.如图115所示，将两个质量均为m，带电荷量分别为q、q的小球a、b用细线悬挂于o点，置于水平的匀强电场中，用力f拉小球a，使整个装置处于平衡状态，且悬线与竖直方向夹角为30，则f的大小可能为()【易错点点睛】易错点一、力的概念及受力分析1. 如图11所示，一木块放在水平桌面上，在水平方向上共受三个力：f1、f2和摩擦力，处于静止状态其中f1=10n、f2=2 n若撤去力f。则木块在水平方向受到的合外力为 ( )a 10 n向左 b 6 n向右 c2 n向左 d.0 【正确解析】d由于木块原来处于静止状态，所以所受摩擦力为静摩擦力，依据牛顿第二定律有f1-f2-f=o，此时静摩擦力为8 n，方向向左撤去f1后，木块水平方向受到向左2 n的力，有向左的运动趋势，由于 f2小于最大静摩擦力，所以所受摩擦力仍为静摩擦力，此时f2-f=o即合力为零，故d选项正确2. 如图12所示，位于斜面上的物块m在沿斜面向上的力f作用下处于静止状态，则斜面作用于物体的静摩擦力 ( ) a方向可能沿斜面向上 b方向可能沿斜面向下 c大小可能等于零 d大小可能等于f3. 质量为m的通电细杆置于倾角为的导轨上，导轨的宽度为d，杆与导轨间的动摩擦因数为，有电流通过杆，杆恰好静止于导轨上在如图1-3所示的a、b、c、d四个图中，杆与导轨间的摩擦力一定不为零的是 ( ) 易错点2 力的合成与分解平衡条件的应用1. 如图14所示，用a0、b0绳吊一重物p静止，其中a0绳水平，现用水平向右的 力f缓慢拉起重物p的过程中，绳ob所受的拉力变化为 ( ) a变大 b变小 c先变小再变大 d不变 2. 如图16，用绳ac和bc吊起一物体，绳与竖直方向夹角分别为30 o和60 o，ac绳能承受的最大拉力为150 n，而bc绳能承受的最大拉力为100 n，求物体最大重力不能超过多少? 3. 如图1-8所示，轻质光滑滑轮两侧用细绳连着两个物体a与b，物体b放在水平地面上，a、b均静止，已知a与b的质量分别为ma、mb，绳与水平方向的夹角为，则下列说法正确的是 ( )a物体b受到的摩擦力可能为零 b物体b受到的摩擦力：magcosc物体b对地面的压力可能为零 d物体b对地面的压力为mbg=magsin【重要提醒】物体的受力分析是贯穿整个力学乃至整个中学物理的重要内容，而物体受力分析的最基本也是最重要的方法隔离法更加重要在物体受力分析中常犯的两个错误：漏力和添力为了避免这两个错误，应注意：(1)受力分析时应将与研究对象接触的每一个物体所产生的接触力及所有场力无一遗漏地考虑进去；(2)对分析出的每个力，都必须找出其来源施力物体易错点 3 平衡条件的综合应用1. 在同时存在匀强电场和匀强磁场的空间中取正交坐标系oxyz(z轴正方向竖直向上)，如图110所示已知电场方向沿z轴正方向，场强大小为e磁场方向沿y轴正方向，磁感应强度的大小为b重力加速度为g问：一质量为m、带电量为+q的从原点出发的质点能否在坐标轴(x、y z)上以速度v做匀速运动?若能，m、 q、e、b、 v及g应满足怎样的关系?若不能，说明理由3. 如图111所示，粗糙的水平面上放着一个斜面体，斜面体上一个物体正在匀速下滑时，斜面体仍处于静止状态，则下列关于斜面体的说法中正确的是a斜面体所受合力为零 b斜面体对地面的压力等于斜面体的重力 c斜面体没有相对地面滑动的趋势 d斜面体有相对地面向右滑动的趋势4、如图所示，一质量为m的直角劈放在水平面上，在劈的斜面上放一质量为m的物体a，用一沿斜面的力f作用于a上，使其沿斜面匀速下滑，在a下滑的过程中，地面对劈的摩擦力f及支持q满足( )af=0 q=mg+mgbf向左 qmg+mgcf向右 qmb,滑轮的质量和一切摩擦不计.使绳的悬点由p点向右移动一小段距离到q点，系统再次达到静止状态.则悬点移动前后图中绳与水平方向的夹角将()图1-3a.变大b.变小c.不变d.可能变大，也可能变小6.如图1-4所示，质量为m的物体a在沿斜面向上的拉力f作用下沿斜面匀速下滑，此过程斜面体b仍静止，斜面体的质量为m，则水平地面对斜面体()图1-4a.无摩擦力b.有水平向左的摩擦力c.支持力为(m+m)gd.支持力小于(m+m)g解析:由于a匀速下滑、b静止不动，可将a、b视为整体，根据平衡条件可知，斜面体b应该受到地面对它施加的水平向左的静摩擦力ff，满足ff=fcos，选项b对；竖直方向有f下标n+fsin=(m+m)g，选项d对.答案:bd7.如图1-5所示，用三根轻绳将质量均为m的a、b两小球以及水平天花板上的固定点o之间两两连接.然后用一水平方向的力f作用于a球上，此时三根轻绳均处于直线状态，且ob绳恰好处于竖直方向，两球均处于静止状态.三根轻绳的长度之比为oaabob=345.则下列说法正确的是()图1-5a.ob绳中的拉力小于mgb.oa绳中的拉力大小为c.拉力f大小为d.拉力f大小为8.两滑杆上分别套a、b两圆环，两环上分别用细线悬吊着两物体c、d，如图1-6所示，当它们都沿滑杆向下滑动时，a的悬线始终与杆垂直，b的悬线始终竖直向下.则()图1-6a.a环做的是匀速运动b.b环做的是匀速运动c.a环与杆之间一定有摩擦力d.b环与杆之间一定无摩擦力9.如图1-7所示，固定在水平地面上的斜面体顶端安装一定滑轮，两物块p、q用轻绳连接并跨过定滑轮，p 悬于空中，q 放在斜面上，均处于静止状态.不计滑轮的质量和绳子与滑轮间的摩擦，当用水平向右的恒力推q时，p、q仍静止不动，则()图1-7a.q受到的摩擦力一定变小b.q受到的摩擦力一定变大c.轻绳上的拉力一定变小d.轻绳上的拉力一定不变10.如图1-8所示，一根轻弹簧上端固定在o点，下端拴一个钢球p，球处于静止状态.现对球施加一个方向向右的外力f，使球缓慢偏移，在移动中弹簧与竖直方向的夹角90，且弹簧的伸长量不超过弹性限度，并始终保持外力f的方向水平，则图1-9给出的弹簧伸长量x与cos的函数关系图象中，最接近的是()图1-8图1-911.小汽车正在走进我们的家庭，一辆汽车性能的优劣，其油耗标准非常重要.而影响汽车油耗标准最主要的因素是其在行进中所受到的空气阻力.人们发现汽车在高速行驶中所受到的空气阻力f(也称风阻)主要与两个因素有关:(1)汽车正面投影面积s； (2)汽车行驶速度v.某研究人员在汽车风洞实验室中通过模拟实验得到下表所列数据:图1-11(1)由上述数据可得汽车风阻f 与汽车正面投影面积s 及汽车行驶速度v 的关系式为f=_(要求用k表示比例系数).(2)由上述数据得出k的大小和单位是_.(3)据推理或猜测，k的大小主要与、_、_等因素有关.12.现有一弹簧组，大弹簧内套小弹簧，大的比小的长0.2 m，底端一起固定在地面上，另一端自由.当压缩此弹簧组时，测得弹力与压缩距离的关系如图1-12所示.求大、小弹簧的劲度系数k1和k2.图1-12解析:由图象可知，弹力f1=2 n时，只有大弹簧被压缩，且压缩量x1=0.2 m，由胡克定律得f1=k1x1所以弹力f2=5 n时，大弹簧的压缩量x1=0.3 m，小弹簧的压缩量x2=0.3 m0.2 m=0.1 m，则f2=k1x1+k2x2所以答案:10 n/m20 n/m13.如图1-13所示，贴着竖直侧面的物体a的质量ma=0.2 kg，放在水平面上的物体b的质量mb=1.0 kg，绳和滑轮间的摩擦均不计，且绳的ob部分水平，oa部分竖直，a和b恰好一起匀速运动.取g=10 m/s2，求:图1-13(1)物体b与桌面间的动摩擦因数.(2)如果用水平力f向左拉b，使物体a和b做匀速运动，需多大的拉力？(3)若在原来静止的物体b上放一个与b物体质量相等的物体后，物体b受到的摩擦力为多大？答案:(1)0.2(2)4 n(3)2 n14.如图1-14所示,用绳ac和bc吊起一重物,绳与竖直方向夹角分别为30和60,ac绳能承受的最大拉力为150 n,而bc绳能承受的最大拉力为100 n,求物体最大重力不能超过多少?图1-1415.如图1-15所示，半径为r、圆心为o的大圆环固定在竖直平面内，两个轻质小圆环套在大圆环上.一根轻质长绳穿过两个小圆环，它的两端都系上质量为m的重物，小圆环可以在大圆环上自由移动，且绳子与大、小圆环间及大、小圆环之间的摩擦均可以忽略，小圆环的大小也忽略.问两个小圆环分别在哪些位置时，系统可处于平衡状态?图1-1516图2329如图2329所示，半径为r的半球支撑面顶部有一小孔质量分别为m1和m2的两只小球(视为质点)，通过一根穿过半球顶部小孔的细线相连，不计所有摩擦请你分析：(1)m2小球静止在球面上时，其平衡位置与半球面的球心连线跟水平方向的夹角为，则m1、m2、和r