高考物理 专题精解 1 力和物体的平衡课件.ppt

2016年高考物理专题精解 1 力和物体的平衡 一 物体的受力分析1 受力分析方法 1 确定研究对象有几个接触处 每个接触处最多有两个力 弹力和摩擦力 2 假设法是判断弹力 摩擦力是否存在及其方向的基本方法 3 注意对场力的分析 2 善于变换研究对象 在分析物体受力情况时 往往不易直接判断它与接触的物体间是否有相互作用的弹力和摩擦力 这时可以采用变换研究对象 用整体法 或隔离法 先分析其他物体的受力情况 再分析被研究物体的受力情况 3 结合运动状态及时修正 由于弹力和摩擦力都是被动力 它们的方向和大小与物体的运动状态有关 分析物体的受力情况时 除根据力产生的条件判断外 还必须根据物体的运动状态 结合牛顿第二定律及时修正 二 共点力平衡的几个结论1 若物体受n个作用力而处于平衡状态 则其中任意一个力与其余 n 1 个力的合力大小相等 方向相反 2 若物体在某一方向上做匀速直线运动或者静止 则这个物体在此方向的合力为0 3 若建立坐标系 将物体受到的力正交分解 则fx 0 fy 0 三 共点力平衡问题的解答1 求解方法 1 力的合成法 一般用于仅受三个共点力作用而平衡时 2 正交分解法 当物体受三个及三个以上共点力作用而平衡时 常用正交分解法 3 图解法 先对研究对象进行受力分析 再根据平行四边形定则或三角形定则画出不同状态下力的矢量图 将四边形或三角形画在同一个图中 然后根据有向线段 表示力 的长度变化情况判断各个力的变化情况 2 求解思路 受共点力平衡 巧选研究对象 整体法或隔离法 受力分析 求解或讨论 3 解题技巧 1 连接体问题求解方法 分析外力对系统的作用时用整体法 分析系统内各物体 各部分 间相互作用时用隔离法 2 正确区分内力和外力 对几个物体组成的整体进行受力分析时 这几个物体间的作用力为内力 不能在受力图中出现 当隔离某一物体分析时 原来的内力变成了外力 要画在受力图上 受力分析及共点力平衡 例题如图所示 斜面体b静置于水平桌面上 一质量为m的木块a从斜面底端开始以初速度v0沿斜面上滑 然后又返回出发点 此时速度为v 且v v0 在上述过程中斜面体一直没有移动 由此可以得出 a 桌面对b的静摩擦力的大小保持不变b 桌面对b始终有水平向左的静摩擦力c 桌面对b的支持力的大小保持不变d a上滑时比a下滑时桌面对b的支持力大 1 a与b之间有滑动摩擦力 在得出a受到滑动摩擦力的大小和方向后 由什么规律得出a对b的滑动摩擦力的大小和方向 答案 应运用牛顿第三定律 由作用力与反作用力的特点来得出a对b的滑动摩擦力的大小和方向 2 b受到的作用力较多 而且受力情况又有两种 应运用什么方法和规律来处理b受到的各个力及合力的关系 答案 应对两种情况分别画出受力图 然后应用正交分解法来处理各力 并运用平衡方程列出各分力之间的关系 解析 a所受的支持力和摩擦力的合力向左 由牛顿第三定律 a对b的反作用力向右 所以桌面对b始终有水平向左的静摩擦力 故选项b正确 由于vfn1 f f 故选项a c d错误 答案 b 1 支持力 摩擦力方向判定如图所示 水平地面上堆放着原木 关于原木p在支撑点m n处受力的方向 下列说法正确的是 a m处受到的支持力竖直向上b n处受到的支持力竖直向上c m处受到的静摩擦力沿mn方向d n处受到的静摩擦力沿水平方向 a 解析 支持力的方向垂直于支持面 因此m处受到的支持力垂直于地面竖直向上 n处支持力过n垂直于切面 故选项a正确 b错误 静摩擦力方向平行于接触面与相对运动趋势的方向相反 因此m处的静摩擦力沿水平方向 n处的静摩擦力沿mn方向 故选项c d都错误 2 受力分析 多选 如图所示 一物块与弹簧连接叠放在粗糙斜面体上 两者始终相对静止 关于下列不同情况下对物块受力的判断正确的是 a 若斜面体保持静止 则物块一定受到3个力b 若斜面体向右匀速运动 则物块一定受到4个力c 若斜面体向右加速运动 则物块可能受到4个力d 若斜面体向左加速运动 则物块可能受到2个力 cd 解析 斜面体静止 若弹簧处于自由状态 或弹簧对物块的拉力恰好等于重力的下滑分力 则物块受到3个力 若弹簧处于压缩状态 则物块受到4个力 故选项a b错误 斜面体向右加速 弹簧弹力和静摩擦力至少有一个存在 故选项c正确 斜面体向左加速 弹簧弹力和静摩擦力可能都为0 加速度由重力和支持力的合力产生 故选项d正确 b 方法总结受力分析及处理平衡问题的思路 1 研究对象的选取方法 整体法 隔离法 2 受力分析的顺序一般按照 一重 二弹 三摩擦 四其他 的顺序 结合整体法与隔离法分析物体的受力情况 3 处理平衡问题的基本思路 动态平衡 典例如图所示 一小球在斜面上处于静止状态 不考虑一切摩擦 如果把竖直挡板由竖直位置缓慢绕o点转至水平位置 则此过程中球对挡板的压力f1和球对斜面的压力f2的变化情况是 a f1先增大后减小 f2一直减小b f1先减小后增大 f2一直减小c f1和f2都一直减小d f1和f2都一直增大 挡板缓慢转动过程中 挡板对球的压力 斜面对球的支持力有什么特点 答案 挡板对球的压力与挡板垂直 方向逐渐变化 斜面对球的支持力方向不变 解析 小球受力如图 甲 所示 因挡板是缓慢移动 所以小球处于动态平衡状态 在移动过程中 此三力 重力g 斜面的支持力f2 挡板的弹力f1 组合成一矢量三角形的变化情况如图 乙 所示 重力大小方向均不变 斜面对其支持力方向始终不变 由图可知此过程中斜面对小球的支持力不断减小 挡板对小球弹力先减小后增大 再由牛顿第三定律知选项b正确 答案 b 动态平衡问题的分析方法 1 解析法 将力进行正交分解 在垂直的两个方向上列平衡方程 由方程分析力与夹角的关系 然后判断各力大小 方向的变化趋势 3 相似三角形法 如果其中一个力大小 方向均不变 另外两个力的方向都发生变化 可以用力的三角形与几何三角形相似的方法求解 1 运用相似三角形法解答动态平衡如图所示 固定在竖直平面内的光滑圆环的最高点有一个光滑的小孔 质量为m的小球套在圆环上 一根细线的下端系着小球 上端穿过小孔用手拉住 现拉动细线 使小球沿圆环缓慢上移 在移动过程中手对线的拉力f和环对小球的弹力fn的大小变化情况是 a f减小 fn不变b f不变 fn减小c f不变 fn增大d f增大 fn减小 a 2 运用解析法解答动态平衡粗细均匀的电线架在a b两根电线杆之间 由于热胀冷缩 电线在夏 冬两季呈现如图所示的两种形状 若电线杆始终处于竖直状态 下列说法中正确的是 a 冬季 电线对电线杆的拉力较大b 夏季 电线对电线杆的拉力较大c 夏季与冬季 电线对电线杆的拉力一样大d 夏季 杆对地面的压力沿竖直方向的分量比冬季大 a 3 运用图解法解答动态平衡如图所示 一定质量的物体通过三段轻绳悬挂 结点为o 人沿水平方向拉着ob绳 物体和人均处于静止状态 若人的拉力方向不变 缓慢向左移动一小段距离 下列说法正确的是 a oa绳中的拉力先减小后增大b ob绳中的拉力不变c 人对地面的压力逐渐减小d 地面给人的摩擦力逐渐增大 d 解析 o点受三个力作用 如图所示 其中竖直向下的力大小 方向都不变 水平向左的力方向不变 oa绳的力大小 方向都变化 若人缓慢向左移动一小段距离 则 将增大 oa ob绳中的拉力都增大 故选项a b错误 ob绳水平方向对人的拉力增大 人对地面的压力不变化 地面给人的摩擦力逐渐增大 故选项c错误 d正确 电磁场中的平衡 典例多选 如图所示 用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为0 1kg的小球a悬挂到水平板的m n两点 a上带有q 3 0 10 6c的正电荷 两线夹角为120 两线上的拉力大小分别为f1和f2 a的正下方0 3m处放有一带等量异种电荷的小球b b与绝缘支架的总质量为0 2kg 重力加速度取g 10m s2 静电力常量k 9 0 109n m2 c2 a b球可视为点电荷 则 a 支架对地面的压力大小为2 0nb 两线上的拉力大小f1 f2 1 9nc 将b水平右移 使m a b在同一直线上 此时两线上的拉力大小为f1 1 225n f2 1 0nd 将b移到无穷远处 两线上的拉力大小f1 f2 0 866n 1 小球b在a的正下方时 小球a受到几个方向的力的作用 这几个方向的力的夹角为多大 答案 因为小球a受到的重力和库仑力都是竖直向下 所以小球a受到三个方向的作用力 这三个方向互成120 的夹角 2 小球a受到互成120 的三个方向的力作用而处于平衡状态 则三个方向的力大小有什么关系 答案 这三个方向的力是等大的 3 当小球b在m a的直线上 小球b移到无穷远处时 小球a又受到几个方向上的作用力 答案 小球a依然受到三个方向的作用力 且互成120 的夹角 答案 bc 电磁场中平衡问题的分析方法 1 电磁场中的平衡问题无非是多考虑带电体所受的电场力 洛伦兹力或导体棒所受的安培力 分析方法与力学中平衡问题完全相同 2 几点提醒 电荷在电场中一定受电场力作用 电流或电荷在磁场中不一定受磁场力作用 分析电场力或洛伦兹力时 一定要注意带电体是正电荷还是负电荷 b 2 电磁场中的平衡多选 磁流体发电是一项新兴技术 如图所示 平行金属板之间有一个很强的匀强磁场 将一束含有大量正 负带电离子的等离子体 沿图中所示方向以一定速度喷入磁场 图中虚线框部分相当于发电机 把两个极板与用电器相连 则 a 用电器中的电流方向从a到bb 用电器中的电流方向从b到ac 若只增强磁场 发电机的电动势增大d 若只增大喷入离子的速度 发电机的电动势增大 acd 3 安培力作用下的平衡水平面上有u形导轨nmpq 它们之间的宽度为l m和p之间接入电源 现垂直于导轨搁一根质量为m的金属棒ab 棒与导轨的动摩擦因数为 滑动摩擦力略小于最大静摩擦力 通过棒的电流强度为i 现加一个范围较大的匀强磁场 磁感应强度大小为b 方向垂直于金属棒ab 与垂直导轨平面的方向夹角为 如图所示 金属棒处于静止状态 重力加速度为g 则金属棒所受的摩擦力大小为 a bilsin b bilcos c mg bilsin d mg bilcos b 临界 极值问题 典例如图所示 一个底面粗糙 质量为m的斜面体静止在水平地面上 斜面体斜面是光滑的 倾角为30 现用一端固定的轻绳系一质量为m的小球 小球静止时轻绳与斜面的夹角是30 1 求当斜面体静止时绳的拉力大小 1 对小球进行受力分析 小球受到三个力作用 采用合成法可得到一个什么样的特殊几何图形 答案 对小球进行受力分析 采用合成法可得到一个夹角为60 的菱形 2 若地面对斜面体的最大静摩擦力等于地面对斜面体支持力的k倍 为了使整个系统始终处于静止状态 k值必须满足什么条件 2 斜面体受到四个或四个以上力的作用 一般采用哪种求解方法 答案 斜面体受到四个或四个以上力的作用 一般采