陕西省西安市高三物理二轮复习 专题1 第2讲 受力分析.docVIP

二、受力分析要点归纳(一)常见的五种性质的力产生原因或条件方向大小重力由于地球的吸引而产生总是竖直向下(铅直向下或垂直水平面向下)，注意不一定指向地心，不一定垂直地面向下g重mgg地球表面附近一切物体都受重力作用，与物体是否处于超重或失重状态无关弹力接触弹性形变支持力的方向总是垂直于接触面而指向被支持的物体压力的方向总是垂直于接触面而指向被压的物体绳的拉力总是沿着绳而指向绳收缩的方向fkx弹力的大小往往利用平衡条件和牛顿第二定律求解摩擦力滑动摩擦力接触，接触面粗糙存在正压力与接触面有相对运动与接触面的相对运动方向相反ffn只与、fn有关，与接触面积、相对速度、加速度均无关静摩擦力接触，接触面粗糙存在正压力与接触面存在相对运动的趋势与接触面相对运动的趋势相反与产生相对运动趋势的动力的大小相等存在最大静摩擦力，最大静摩擦力的大小由粗糙程度、正压力决定续表产生原因或条件方向大小电场力点电荷间的库仑力：真空中两个点电荷之间的相互作用作用力的方向沿两点电荷的连线，同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引fk电场对处于其中的电荷的作用正电荷的受力方向与该处场强的方向一致，负电荷的受力方向与该处场强的方向相反fqe磁场力安培力：磁场对通电导线的作用力fb，fi，即安培力f垂直于电流i和磁感应强度b所确定的平面安培力的方向可用左手定则来判断fbil安培力的实质是运动电荷受洛伦兹力作用的宏观表现洛伦兹力：运动电荷在磁场中所受到的力用左手定则判断洛伦兹力的方向特别要注意四指应指向正电荷的运动方向；若为负电荷，则四指指向运动的反方向带电粒子平行于磁场方向运动时，不受洛伦兹力的作用；带电粒子垂直于磁场方向运动时，所受洛伦兹力最大，即f洛qvb(二)力的运算、物体的平衡1力的合成与分解遵循力的平行四边形定则(或力的三角形定则)2平衡状态是指物体处于匀速直线运动或静止状态，物体处于平衡状态的动力学条件是：f合0或fx0、fy0、fz0注意：静止状态是指速度和加速度都为零的状态，如做竖直上抛运动的物体到达最高点时速度为零，但加速度等于重力加速度，不为零，因此不是平衡状态3平衡条件的推论(1)物体处于平衡状态时，它所受的任何一个力与它所受的其余力的合力等大、反向(2)物体在同一平面上的三个不平行的力的作用下处于平衡状态时，这三个力必为共点力物体在三个共点力的作用下而处于平衡状态时，表示这三个力的有向线段组成一封闭的矢量三角形，如图18所示图184共点力作用下物体的平衡分析热点、重点、难点(一)正交分解法、平行四边形法则的应用1正交分解法是分析平衡状态物体受力时最常用、最主要的方法即当f合0时有：fx合0，fy合0，fz合02平行四边形法有时可巧妙用于定性分析物体受力的变化或确定相关几个力之比例3举重运动员在抓举比赛中为了减小杠铃上升的高度和发力，抓杠铃的两手间要有较大的距离某运动员成功抓举杠铃时，测得两手臂间的夹角为120，运动员的质量为75 kg，举起的杠铃的质量为125 kg，如图19甲所示求该运动员每只手臂对杠铃的作用力的大小(取g10 m/s2)图19甲【分析】由手臂的肌肉、骨骼构造以及平时的用力习惯可知，伸直的手臂主要沿手臂方向发力取手腕、手掌为研究对象，握杠的手掌对杠有竖直向上的弹力和沿杠向外的静摩擦力，其合力沿手臂方向，如图19乙所示图19乙【解析】手臂对杠铃的作用力的方向沿手臂的方向，设该作用力的大小为f，则杠铃的受力情况如图19丙所示图19丙由平衡条件得：2fcos 60mg解得：f1250 n答案1250 n例4两个可视为质点的小球a和b，用质量可忽略的刚性细杆相连放置在一个光滑的半球面内，如图110甲所示已知小球a和b的质量之比为 ，细杆长度是球面半径的 倍两球处于平衡状态时，细杆与水平面的夹角是2008年高考四川延考区理综卷()图110甲a45b30c22.5d15【解析】解法一设细杆对两球的弹力大小为t，小球a、b的受力情况如图110乙所示图110乙其中球面对两球的弹力方向指向圆心，即有：cos 解得：45故fna的方向为向上偏右，即14545fnb的方向为向上偏左，即2(45)45两球都受到重力、细杆的弹力和球面的弹力的作用，过o作竖直线交ab于c点，设球面的半径为r，由几何关系可得：解得：fnafnb取a、b及细杆组成的整体为研究对象，由平衡条件得：fnasin 1fnbsin 2即 fnbsin(45)fnbsin(45)解得：15解法二由几何关系及细杆的长度知，平衡时有：sinoab故oaboba45再设两小球及细杆组成的整体重心位于c点，由悬挂法的原理知c点位于o点的正下方，且即rsin(45)rsin(45)1解得：15答案d【点评】利用平行四边形(三角形)定则分析物体的受力情况在各类教辅中较常见掌握好这种方法的关键在于深刻地理解好“在力的图示中，有向线段替代了力的矢量”在理论上，本题也可用隔离法分析小球a、b的受力情况，根据正交分解法分别列平衡方程进行求解，但是求解三角函数方程组时难度很大解法二较简便，但确定重心的公式超纲(二)带电粒子在复合场中的平衡问题在高考试题中，也常出现带电粒子在复合场中受力平衡的物理情境，出现概率较大的是在正交的电场和磁场中的平衡问题及在电场和重力场中的平衡问题在如图111所示的速度选择器中，选择的速度v；在如图112所示的电磁流量计中，流速v，流量q 图111 图112例5在地面附近的空间中有水平方向的匀强电场和匀强磁场，已知磁场的方向垂直纸面向里，一个带电油滴沿着一条与竖直方向成角的直线mn运动，如图113所示由此可判断下列说法正确的是()图113a如果油滴带正电，则油滴从m点运动到n点b如果油滴带正电，则油滴从n点运动到m点c如果电场方向水平向右，则油滴从n点运动到m点d如果电场方向水平向左，则油滴从n点运动到m点【解析】油滴在运动过程中受到重力、电场力及洛伦兹力的作用，因洛伦兹力的方向始终与速度方向垂直，大小随速度的改变而改变，而电场力与重力的合力是恒力，所以物体做匀速直线运动；又因电场力一定在水平方向上，故洛伦兹力的方向是斜向上方的，因而当油滴带正电时，应该由m点向n点运动，故选项a正确、b错误若电场方向水平向右，则油滴需带负电，此时斜向右上方与mn垂直的洛伦兹力对应粒子从n点运动到m点，即选项c正确同理，电场方向水平向左时，油滴需带正电，油滴是从m点运动到n点的，故选项d错误答案ac【点评】对于带电粒子在复合场中做直线运动的问题要注意受力分析因为洛伦兹力的方向与速度的方向垂直，而且与磁场的方向、带电粒子的电性都有关，分析时更要注意本题中重力和电场力均为恒力，要保证油滴做直线运动，两力的合力必须与洛伦兹力平衡，粒子的运动就只能是匀速直线运动同类拓展2如图114甲所示，悬挂在o点的一根不可伸长的绝缘细线下端挂有一个带电荷量不变的小球a在两次实验中，均缓慢移动另一带同种电荷的小球b当b到达悬点o的正下方并与a在同一水平线上，a处于受力平衡时，悬线偏离竖直方向的角度为若两次实验中b的电荷量分别为q1和q2，分别为30和45，则为 2007年高考重庆理综卷()图114甲a2b3c2d3【解析】对a球进行受力分析，如图114 乙所示，图114乙由于绳子的拉力和点电荷间的斥力的合力与a球的重力平衡，故有：f电mgtan ，又f电k设绳子的长度为l，则a、b两球之间的距离rl