高考物理一轮复习 考点考法 第2章 相互作用课件 新人教版.ppt

第2章相互作用 考点4力重力弹力摩擦力 考点4力重力弹力摩擦力 必备知识全面把握核心方法重点突破考法1弹力有无的判断考法2摩擦力有无及方向的判定考法例析成就能力题型1弹力题型2摩擦力 必备知识全面把握 1 力 1 定义 力是物体之间的相互作用 力的作用效果是使物体发生形变或使物体运动状态发生变化 力的物质性 力不能脱离物体而存在 有力发生 必存在施力物体和受力物体 力的相互性 力的作用是相互的 力的矢量性 力是矢量 既有大小 又有方向 2 力的分类 按性质分 重力 弹力 摩擦力 分子力 电磁力 核力等 在受力分析时 要找的就是性质力 按作用效果分 压力 支持力 拉力 动力 阻力 浮力 向心力 回复力等 效果力总与物体的运动状态相联系 按受力物体的角度来分 可分为内力和外力 用整体法分析系统的受力情况 在分析动量守恒定律 机械能守恒定律时需要涉及 3 力的图示用于表示力的三要素 大小 方向 作用点 也可用力的示意图简要表示 2 重力 1 定义 重力是由于地球吸引而产生的力 地球上的物体受到万有引力 而物体随地球自转 万有引力存在垂直指向地轴的分力 提供向心力 另一分力则是重力 所以在地球上 重力实际上是地球对物体万有引力的一个分力 重力的方向不一定指向地心 而是竖直向下或者说垂直水平面向下 由于从赤道到两极 物体随地球自转所需向心力减小 所以重力随纬度升高而增大 在赤道处 重力和万有引力方向相同 重力值最小 在两极处 重力和万有引力方向相同 重力最大 与万有引力相等 2 重心重心是重力在物体上的等效作用点 位置与物体的质量分布和形状有关 对于有规则几何形状且质量分布均匀的物体 重心在其几何中心上 对于不规则的物体或质量不是均匀分布的物体 其重心可用悬挂法或支撑法求出 重心不一定在物体上 例如金属圆环 直角尺等物体的重心在物体外 3 弹力 1 定义 弹力是发生形变的物体 由于要恢复原状而对与之接触的物体产生的力的作用 弹力是发生形变的物体对引起形变的物体的作用 作用点在引起形变的物体上 弹力产生的条件是接触和有形变 二者缺一不可 如磁铁引起铁制弹簧的形变 但磁铁与弹簧之间并无弹力 而是存在磁场力 弹簧的弹力存在于弹簧之间 2 弹力方向的一般判断方法 基本原则 如图甲所示 支持力和压力的方向垂直于接触面指向受力物体 拉力的方向沿绳收缩的方向 球受到的弹力方向一定指向球心 直杆或平面受到的弹力垂直于直杆或平面 根据物体的运动状态 利用牛顿运动定律来判断弹力方向 例如图乙中树枝对果实的弹力应竖直向上与重力平 3 弹力的大小 胡克定律 弹力的大小与弹簧形变量成正比 f kx 非弹簧类物体产生的弹力 利用平衡规律或牛顿运动定律解出 这一问题在高考中常与平衡等问题相结合综合出现 甲乙 4 摩擦力 1 定义 摩擦力是指当一个物体在另一个物体的表面上发生相对运动或存在相对运动趋势时 受到的阻碍作用 摩擦力产生条件是接触面粗糙 有压力 有相对运动或相对运动趋势 物体间存在摩擦力时 一定存在弹力 2 静摩擦力 物体受到的静摩擦力的大小与物体的运动状态有关系 处于静止状态时与物体受到的动力相等 此时增加正压力 摩擦力大小不变 但压力增大 会增大最大静摩擦力 静摩擦力的方向 与接触面相切 与物体的相对运动趋势的方向相反 3 滑动摩擦力 滑动摩擦力的方向总与相对运动的方向相反 与动力的方向无关 滑动摩擦力的大小ff fn 与接触面的压力成正比 压力不一定为重力 与物体运动状态 接触面积均无关 摩擦力与弹力的关系 1 产生摩擦力的条件是在产生弹力的条件基础上 增加了接触面不光滑和物体间有相对运动或相对运动趋势 因此 若两物体间有弹力产生 不一定产生摩擦力 但若两物体间有摩擦力产生 必有弹力产生 2 在同一接触面上产生的弹力和摩擦力的方向相互垂直 3 滑动摩擦力大小与同一接触面上的弹力 压力 大小成正比 而静摩擦力 除最大静摩擦力外 大小与压力无关 考点4 核心方法重点突破 考法1弹力有无的判断如图甲所示 一个钢球放于茶杯中 钢球与杯底部和左侧壁接触 处于静止状态 若钢球与杯子的内壁都是光滑的 则侧壁对钢球有无弹力作用 例1 甲 解析 根据弹力产生的条件 接触且有形变 可知 钢球和茶杯左侧相接触 但是否已发生了形变 不易观察 故假设钢球除受重力g和水平杯底支持力fn外 还受到杯左侧壁的弹力f 作出其受力分析图 图乙 由图可以看出弹力f的水平分力将使钢球产生水平向右的加速运动 这一结果与原题设条件 钢球静止 是相矛盾的 故假设不正确 所以球与杯左侧壁虽接触 但不存在弹力 答案 见解析 例1 考法2摩擦力有无及方向的判定如图所示 下列各种情况 放置在传送带上的物体a是否受到摩擦力 如有 说明其方向 1 将物体a轻轻放到运动的传送带上 2 放置一段时间后 物体a与传送带一起以速度v匀速运动 3 物体a与传送带相对静止 传送带以加速度a运动 方向向右 例2 解析 1 当物体a刚放上去时 以传送带为参考系 物体a相对传送带向左滑动 所以a受到滑动摩擦力 方向向右 不应以地面为参考系判断相对运动 2 方法一 假设a与传送带间接触面变得光滑 根据牛顿第一定律 a仍将以速度v做匀速直线运动 即物体a与传送带相对静止 以传送带为参考系a是静止的 无相对运动趋势 所以物体a没有受到摩擦力的作用 方法二 假设a受到一个水平向右的摩擦力 在水平方向没有别的物体再施加力 所以物体a将加速运动 这与物体实际状态不符 所以a不受水平向右的摩擦力 同理a不受水平向左的摩擦力 3 方法一 假设a与传送带间无摩擦力 a将做匀速直线运动 而传送带加速 所以a相对于传送带有向左运动的趋势 传送带对a施加水平向右的摩擦力 方法二 因为物体a在水平方向上没有受到其他力 a与传送带相对静止 具有与传送带相同向右的加速度 可知a必受到向右的摩擦力 答案 见解析 例2 考点4 考法例析成就能力 题型1弹力三个相同的支座上分别放着三个质量和直径都相等的光滑圆球a b c 支点p q在同一水平面上 a球的重心oa位于球心 b球和c球的重心ob oc分别位于球心的正上方和球心的正下方 如图所示 三球均处于平衡状态 支点p对a球的弹力为fna 对b球和c球的弹力分别为fnb和fnc 则 a fna fnb fncb fna fnb fncc fna fnb fncd fna fnb fnc 例1 解析 由于不论何种情况下的小球 支点p q对小球的弹力方向均指向球心 与小球的重心无关 而且重力的大小均相同 则根据三力的平衡条件知 三者的弹力大小相等 即fna fnb fnc 答案 a 例1 海南物理2015 8 5分 多选 如图所示 物块a b和c的质量相同 a和b b和c之间用完全相同的轻弹簧s1和s2相连 通过系在a上的细线悬挂于固定点o 整个系统处于静止状态 现将细线剪断 将物块a的加速度记为a1 s1和s2相对原长的伸长分别为 l1和 l2 重力加速度大小为g 在剪断瞬间 a a1 3gb a1 0c l1 2 l2d l1 l2 例2 解析 答案 ac 例2 题型2摩擦力1 求动摩擦因数 课标全国 2017 16 6分 如图 一物块在水平拉力f的作用下沿水平桌面做匀速直线运动 若保持f的大小不变 而方向与水平面成60 角 物块也恰好做匀速直线运动 物块与桌面间的动摩擦因数为 例3 解析 例3 甲 乙 答案 c 题型2摩擦力2 摩擦力的方向如图所示 一位于斜面上的物块m在沿斜面向上的力f作用下 处于静止状态 关于斜面作用于物块的静摩擦力 下列说法错误的是 a 方向一定沿斜面向上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f 例4 解析 除静摩擦力ff 物块受到重力mg 支持力fn 推力f 把重力正交分解 沿斜面向下的分力为mgsin 答案 a 例4 题型2摩擦力3 摩擦力的计算 多选 两重叠在一起的滑块 置于固定的倾角为 的斜面上 如图所示 滑块a b的质量分别为m1 m2 a与斜面间的动摩擦因数为 1 b与a间的动摩擦因数为 2 已知两滑块沿斜面由静止以相同的加速度滑下 滑块b受到的摩擦力为 a 等于零b 方向沿斜面向上c 大小等于 1m2gcos d 大小等于 2m2gcos 例5 解析 对a b整体 受力如图甲所示 在沿斜面方向由牛顿第二定律有 m1 m2 gsin f m1 m2 a 且滑动摩擦力f 1 m2 m1 gcos 假设b受到的摩擦力fb方向沿斜面向下 b的受力如图乙所示 在沿斜面方向上有m2gsin fb m2a 解得fb 1m2gcos 负号表示fb方向与假设的方向相反 即应沿斜面向上 故b c正确 答案 bc 例5 浙江选考物理2017年4月 7 3分 重型自卸车利用液压装置使车厢缓慢倾斜到一定角度 车厢上的石块就会自动滑下 以下说法正确的是 a 在石块下滑前后自卸车与石块整体的重心位置不变b 自卸车车厢倾角越大 石块与车厢间的动摩擦因数越小c 自卸车车厢倾角变大 车厢与石块间的正压力减小d 石块开始下滑时 受到的摩擦力大于重力沿车厢平面方向的分力 例6 解析 在石块下滑后自卸车与石块整体的重心位置下降 故a错误 动摩擦因数是材料间的固有属性 只与材料有关 和倾角无关 故b错误 车厢与石块间的正压力与石块所受重力在垂直车厢平面方向的分力大小相等 所以当车厢倾角变大时 正压力减小 故c正确 石块开始下滑时 受到的摩擦力小于重力沿车厢平面向下的分力 故d错误 答案 c 例6 第2章 考点5力的合成与分解 必备知识全面把握核心方法重点突破考法3多个共点力的合成考法4力的分解中各种情况的讨论考法例析成就能力题型3力的合成题型4力的分解 必备知识全面把握 1 基本概念 1 如果一个力产生的效果跟几个力共同产生的效果完全一样 这个力就叫那几个力的合力 那几个力就是这个力的分力 2 力的合成 求几个已知力的合力就是力的合成 力的合成是一种等效替代 合成的结果有唯一性 3 力的分解 把一个已知力分解成几个分力叫力的分解 2 力的运算法则力是矢量 其运算遵从矢量运算法则 即力的合成和分解要依据平行四边形定则或多边形定则进行 1 力的平行四边形定则 以力的图示中f1 f2的线段为邻边作平行四边形 它的对角线即表示合力的大小和方向 如图甲所示 2 力的多边形定则 把各个力依次首尾相接 则其合力就从第一个力的首指向最后一个力的尾高中阶段最常用的是此原则的简化 即三角形定则 如图乙所示 甲乙 3 力的合成 1 二力的合成 可以看出 合力f的大小和方向由f1 f2的大小及其夹角 决定 在f1 f2大小一定时 合力的大小随f1 f2的夹角 增大而减小 合力的范围是 f1 f2 f f1 f2 合力可能比分力大 也可能比分力小 也可能等于某一个分力 如两分力大小相等 二者夹角为120 则合力的大小与分力相等 这是因为包括力在内的矢量合成的运算所遵循的平行四边形定则不同于简单的代数运算 2 三个共点力的合成 一般采用的方法为先求其中两个力的合力 再将这个力与第三个力合成 对于三个共点力f1 f2 f3 如果满足任意两力之和大于或等于第三力 或任意两力之差小于或等于第三力 则表明第三个力在其余二力的合力范围之内 因而此三力合力的最小值为零 此时合力的范围为0 f f1 f2 f3 若两个较小分力之和 f1 f2 小于第三个分力f3 合力的最小值fmin f3 f1 f2 4 力的分解 1 力的效果分解力的效果分解的原则是根据力的作用效果来进行分解 根据力的实际作用效果确定两个实际分力的方向 再根据两个实际分力方向画出平行四边形 最后由几何知识求出两分力的大小和方向 要想准确地进行力的分解 必须清楚力的作用效果 如静止在斜面上的物体 其重力产生两个效果 一是使物体下滑 二是使物体压紧斜面 故其重力的分解如图甲所示 但不能就此认为 所有斜面上物体的重力都这样分解 如图乙所示的球体静止 此时其重力产生的效果 一是使球压紧竖直挡板 二是使球压紧斜面 2 力的正交分解将力沿着两个互相垂直的方向进行分解的方法 叫力的正交分解法 正交分解法的步骤 正确选择直角坐标系 通常选择共点力的作用点为坐标原点 x y轴的选择应使尽量多的力在坐标轴上 正交分解各力 即分别将各力投影在坐标轴上 求x轴和y轴上各力投影的合力fx和fy 其中fx f1x f2x f3x fy f1y f2y f3y 考点5 核心方法重点突破 考法3多个共点力的合成如图所示 f1 f2 f3 f4 f5为5个共点力 且相邻两力的夹角为30 作用点o与5个力的端点构成圆内接正六边形的六个顶点 已知f1 2n 求5个力的合力 例1 解析 根据圆内接正六边形的特点知f3 2f1 4n f1与f4垂直 f2与f5垂直 且f1与f4 f2与f5的合力大小都与f3相等 方向与f3相同 所以此5个力的合力大小为f合 3f3 12n 方向与f3相同 答案 12n 方向与f3相同 例1 考法4力的分解中各种情况的讨论 1 已知力f和两分力的方向 并且两分力不在同一条直线上 求两分力的大小 2 已知力f和一个分力f1的大小和方向 求另一个分力f2的大小和方向 3 已知力f及其一个分力f1的方向和另一个分力f2的大小 求f1的大小和f2的方向 例2 解析 1 如图甲所示 过力f的端点分别作两分力的平行线 作出平行四边形 便可求出f1 f2 有唯一解 2 如图乙所示 直接连接f1和f的端点 再作出平行四边形 便可求得f2 有唯一解 3 这种条件下 只需以f2的大小为半径 以力f的矢端为圆心 作圆弧 根据与已知f1的方向有无交点的情况 能判定三力是否可以组成相应的平行四边形和对角线 就能判断是否有解或有几个解 例2 甲乙 有两组解的情况 如图丙所示 已知力f的一个分力f1沿oa方向 另一个分力大小为f2 我们可以采取以力f的矢端为圆心 以分力f2的长度为半径作圆弧 设交oa直线有两点 作出力的平行四边形后 依次可得两组分力f1 f2和f1 f2 此时fsin f时 也只有一组解 如图戊所示 无解的情况 以f矢端为圆心 以f2为半径作圆 圆弧与oa线不相交也不相切时 答案 见解析 丙丁戊 考点5 考法例析成就能力 题型3力的合成 课标全国 2016 17 6分 如图 两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上 一细线穿过两轻环 其两端各系一质量为m的小球 在a和b之间的细线上悬挂一小物块 平衡时 a b间的距离恰好等于圆弧的半径 不计所有摩擦 小物块的质量为 例1 解析 答案 c 例1 题型4力的分解水平横梁的一端a插在墙壁内 另一端装有一小滑轮b 一轻绳的一端c固定于墙壁上 另一端跨过滑轮后悬挂一质量m 10kg的重物 cba 30 如图所示 则滑轮受到绳子的作用力为 g取10m s2 例2 解析 滑轮受到绳子的作用力应为图中两段绳中拉力ft1和ft2的合力 因同一根绳张力处处相等 都等于重物的重力 即ft1 ft2 g mg 100n 用平行四边形定则作图 可知合力f 100n 所以滑轮受绳的作用力为100n 方向与水平方向成30 角斜向下 答案 c 例2 例3 解析 答案 见解析 例3 一只四个人也难推动的大橱 仅你一个人居然也能移动它 信不信 你可按下面的办法试试 找两块木块 它们的总长度略大于橱与墙壁之间的距离 搭成一个人字形 图中a b 两个底角要小 这时你往中央一站 大橱被推动了 例4 解析 答案 见解析 例4 第2章 考点6共点力平衡 必备知识全面把握核心方法重点突破考法5动态平衡问题考法例析成就能力题型5力的合成与分解在平衡问题中的应用题型6巧用数学知识解共点力平衡问题 必备知识全面把握 1 基本概念 1 共点力 作用在同一个物体上 作用点重合 或作用线相交于一点的几个力 2 平衡状态 物体的平衡状态包括以下两种 静止 物体的速度和加速度都等于零的状态 匀速直线运动 物体的加速度为零 速度不为零且保持不变的状态 2 共点力的平衡条件共点力作用下的物体若处于平衡状态 则物体所受合外力为零 即 f 0或 fx 0 fy 0 3 共点力平衡条件的推论 1 二力平衡 物体受两个力作用而处于平衡状态 则此二力必大小相等 方向相反 且作用在一条直线上 为一对平衡力 2 物体受几个共点力的作用而处于平衡状态 则其中任意一个力与其他所有余下的力的合力构成一对平衡力 3 三力汇交原理 物体在作用线共面的三个力作用下而处于平衡状态 则此三力要么平行 要么共线 若即不平行又不共线 这三个力的作用线必交于一点 说明 这里的 三力 不一定就是三个力 也可能是只有三个作用点的多个力 利用三力汇交原理可判断线状物体的重心位置 4 处理共点力平衡问题的一般方法和步骤 1 处理平衡问题时 关键是构建已知力与未知力的关系 二力平衡 力的关系为等大 反向 三力平衡 一般用平行四边形定则来处理 通过平行四边形中三条 两条邻边 一条对角线 对应三个力来构建三力的关系 三个以上力平衡 一般利用正交分解法来处理 此时可转换为fx合 0 fy合 0 从而把矢量运算化为代数运算 2 求解共点力平衡问题的一般步骤 确定研究对象 有时可以间接地选取与所求问题有关的其他物体为研究对象 分析研究对象的受力情况 并画出受力示意图 选择适当的解题方法 利用平衡条件列方程求解 考点6 核心方法重点突破 考法5动态平衡问题 山东临沂2017三模 如图所示 斜面与水平面 斜面与挡板间的夹角均为30 一小球放置在斜面与挡板之间 挡板对小球的弹力为fn1 斜面对小球的弹力为fn2 以挡板与斜面连接点所形成的水平直线为轴 将挡板从图示位置开始缓慢地转到水平位置 不计摩擦 在此过程中 例1 a fn1始终减小 fn2始终增大b fn1始终增大 fn2始终减小c fn1始终减小 fn2先减小后增大d fn1先减小后增大 fn2始终减小 解析 对小球受力分析如图所示 将fn1与fn2合成 其合力与重力等大 反向 挡板转动时 fn2的方向不变 fn1的方向按图中a b c的规律变化 为满足平行四边形定则 其大小变化规律为先减小后增大 在挡板与斜面垂直时最小 与此对应 fn2的大小一直减小 故d正确 答案 d 例1 考点6 考法例析成就能力 题型5力的合成与分解在平衡问题中的应用 课标全国 2016 19 6分 多选 如图 一光滑的轻滑轮用细绳oo 悬挂于o点 另一细绳跨过滑轮 其一端悬挂物块a 另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b 外力f向右上方拉b 整个系统处于静止状态 若f方向不变 大小在一定范围内变化 物块b仍始终保持静止 则 例1 a 绳oo 的张力也在一定范围内变化b 物块b所受到的支持力也在一定范围内变化c 连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化d 物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化 解析 连接a b的是同一根绳 此绳上的张力大小始终等于a物块的重力 由于物块b始终保持静止 故整个装置的位置不变 绳oo 上的张力恒定不变 故a c错误 对b进行受力分析 设拉力f的方向与水平方向的夹角为 绳与水平方向的夹角为 根据平衡条件得 水平方向有fcos tcos f 竖直方向有mbg fn tsin fsin 可知b所受支持力fn与静摩擦力f会在一定范围内变化 b d正确 答案 bd 例1 如图所示 重为100n的物体保持静止不动 轻杆oa一端用铰链连接于a点 oa水平 轻绳ob与水平方向夹角为30 b端固定在墙上 试求轻绳ob和轻杆对o点的作用力 例2 解析 方法一 合成法 例2 解析 例2 解析 答案 例2 题型6巧用数学知识解共点力平衡问题光滑半球面上的小球被一通过定滑轮的力f由底端拉到顶端的过程中 试分析绳的拉力f及半球面对小球的支持力fn的变化情况 例3 解析 答案 见解析 例3 a mn上的张力逐渐增大b mn上的张力先增大后减小c om上的张力逐渐增大d om上的张力先增大后减小 例4 解析 对重物受力分析 画出甲 乙 丙三个特殊位置的受力图 其中tom和tmn的合力大小 方向均不变 大小等于g 在重物移动的过程中om与mn的夹角 不变 由图甲 乙 丙可知tom先增大后减小 tmn逐渐增大 选项a d正确 答案 ad 例4 天津理综2017 8 6分 多选 如图所示 轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆m n上的a b两点 悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的 挂于绳上处于静止状态 如果只人为改变一个条件 当衣架静止时 下列说法正确的是 a 绳的右端上移到b 绳子拉力不变b 将杆n向右移一些 绳子拉力变大c 绳的两端高度差越小 绳子拉力越小d 若换挂质量更大的衣服 则衣架悬挂点右移 例5 解析 答案 ab 例5 第2章 专题2物体的受力分析方法 必备知识全面把握核心方法重点突破考法6运用隔离法求解静力学问题考法7运用整体法求解静力学问题考法例析成就能力 必备知识全面把握 1 受力分析的基本步骤 1 选择研究对象 把它从周围的物体中隔离出来 2 首先分析非接触力 场力 重力 电场力 磁场力 3 接着分析弹力 找到与所研究对象相互接触的物体 根据弹力产生的条件 分析研究对象受到的弹力 4 然后根据摩擦力产生的条件 分析研究对象所受的摩擦力 5 再根据题意分析研究对象所受的其他力 6 最后画出研究对象的受力示意图 高中阶段 一般研究物体的平动规律时 可把研究对象看成质点 即可把所有力的作用点画在一点上 2 判断受力与否的三个依据 1 条件判据 受力分析中 若要判断研究对象是否受到某种性质的力 最基本的判断依据是看产生这种力的各项条件是否完全得到满足 牢记力不能脱离物体而存在 每一个力都要明确施力物体 如找不到施力物体 意味着这个力不存在 区分性质力和效果力 通常 受力分析是根据力的性质确定研究对象所受到的力 不能根据力的性质指出某个力后又从力的效果命名重复考虑这个力 例如摩擦力提供的向心力 不可再认为物体还受到一个独立的向心力 2 效果判据 某些情况下 某种力的某项产生条件到底是否被满足比较难判断 这时候可以采用 效果判据 来帮助判断是否受到某个力 因为无论什么力 只要作用在物体上 就必定产生某种作用效果 或使物体变形 或使物体变速 或使物体既变形也变速 3 相互作用判据 利用作用力与反作用力关系进行受力分析 专题2 核心方法重点突破 考法6运用隔离法求解静力学问题如图所示 物体a b和c叠放在水