高三物理力的平衡.ppt

力的平衡 1 对物体平衡状态的认识 专题思想 匀速转动 恒量 2 常见的平衡问题 涉及到绳 杆的平衡问题 注意弹力 平面 斜面上的物体平衡问题 注意摩擦力 带电粒子在电 磁场中的平衡 注意洛仑兹力 相关模型 速度选择器 电磁流量计 磁流体发电机 霍尔效应 F电 F洛 导体棒在磁场中的平衡 注意安培力 3 处理步骤与方法 选择研究对象 先整体后隔离 先简单后复杂 结合运动情况分析受力情况 先场力 重力 电场力 洛仑兹力 后接触力 弹力 摩擦力 处理方法 合成法 分解法 三力平衡 正交分解法 直角三角形的边角关系 正弦与余弦定理 相似三角形 矢量三角形等 2008年高考理综山东卷16 1 用轻弹簧竖直悬挂的质量为m物体 静止时弹簧伸长量为L 现用该弹簧沿斜面方向拉住质量为2m的物体 系统静止时弹簧伸长量也为L 斜面倾角为30 如图所示 则物体所受摩擦力 A 等于零B 大小为 方向沿斜面向下C 大于为 方向沿斜面向上D 大小为mg 方向沿斜面向上 A 2008年高考理综全国卷 16 A 2 如图 质量为M的楔形物块静置在水平地面上 其斜面的倾角为 斜面上有一质量为m的小物块 小物块与斜面之间存在摩擦 用恒力F沿斜面向上拉小物块 使之匀速上滑 在小物块运动的过程中 楔形物块始终保持静止 地面对楔形物块的支持力为 A M m gB M m g FC M m g Fsin D M m g Fsin 2008年高考物理海南卷2 D 解见下页 本题可用整体法的牛顿第二定律解题 N Fsin Mg mg N M m g Fsin 竖直方向由平衡条件 解析 动态与静态等效转化静态平衡 处于静止的物体动态平衡 处于匀速直线运动的物体解题基本思路 动态平衡 静态平衡 等效变形 M m 2008年高考理综宁夏卷20 3 一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动 小球通过细绳与车顶相连 小球某时刻正处于图示状态 设斜面对小球的支持力为N 细绳对小球的拉力为T 关于此时刻小球的受力情况 下列说法正确的是 A 若小车向左运动 N可能为零B 若小车向左运动 T可能为零C 若小车向右运动 N不可能为零D 若小车向右运动 T不可能为零 AB 解见下页 解析 本题考查牛顿运动定律 对小球受力分析 当N为零时 小球的合外力水平向右 加速度向右 故小车可能向右加速运动或向左减速运动 A对C错 当T为零时 小球的合外力水平向左 加速度向左 故小车可能向右减速运动或向左加速运动 B对D错 解题时抓住N T为零时受力分析的临界条件 小球与车相对静止 说明小球和小车只能有水平的加速度 作为突破口 2008年高考江苏卷7 4 如图所示 两光滑斜面的倾角分别为30 和45 质量分别为2m和m的两个滑块用不可伸长的轻绳通过滑轮连接 不计滑轮的质量和摩擦 分别置于两个斜面上并由静止释放 若交换两滑块位置 再由静止释放 则在上述两种情形中正确的有 A 质量为2m的滑块受到重力 绳的张力 沿斜面的下滑力和斜面的支持力的作用B 质量为m的滑块均沿斜面向上运动C 绳对质量为m滑块的拉力均大于该滑块对绳的拉力D 系统在运动中机械能均守恒 BD 解见下页 对系统除了重力之外 支持力对系统每个滑块不做功 绳子拉力对每个滑块的拉力等大反向 且对滑块的位移必定大小相等 故绳子拉力作为系统的内力对系统做功总和必定为零 故只有重力做功的系统 机械能守恒 D对 解析 考查受力分析 连接体整体法处理复杂问题的能力 每个滑块受到三个力 重力 绳子拉力 斜面的支持力 受力分析中应该是按性质分类的力 沿着斜面下滑力是分解出来的按照效果命名的力 A错 对B选项 物体是上滑还是下滑要看两个物体的重力沿着斜面向下的分量的大小关系 由于2m质量的滑块的重力沿着斜面的下滑分力较大 故质量为m的滑块必定沿着斜面向上运动 B对 任何一个滑块受到的绳子拉力与绳子对滑块的拉力等大反向 C错 2008年高考江苏卷3 5 一质量为M的探空气球在匀速下降 若气球所受浮力F始终保持不变 气球在运动过程中所受阻力仅与速率有关 重力加速度为g 现欲使该气球以同样速率匀速上升 则需从气球吊篮中减少的质量为 A B C D 0 A 匀速下降时 匀速上升时 解得 解析 考查牛顿运动定律 设减少的质量为 m 复合场平衡 1 分析思想 带电粒子在复合场 重力场 电场 磁场 中的运动问题 是力 电知识的综合应用问题 其分析方法和力学问题的分析方法类似 不同之处是多了电场力和磁场力 因此要注意这两个力的特性在改变运动状态中所起的作用 2 带电粒子在复合场中的运动情况 1 直线运动 常见的情况有 洛伦兹力为零 即V与B平行 重力与电场力平衡时 做匀速直线运动 合外力恒定时做匀变速直线运动 洛伦兹力与V垂直 且与重力和电场力的合力 或其中的一个力 平衡 做匀速直线运动 2 圆周运动 当带电粒子所受到合外力充当向心力时 带电粒子做匀速圆周运动 此时一般情况下是重力恰好与电场力平衡 洛伦兹力充当向心力 3 一般的曲线运动 当带电粒子所受的合力在大小 方向均不断变化时 则粒子将做非匀变速曲线运动 3 带电粒子在复合场中的运动 带电微粒在重力 电场力 磁场力共同作用下的运动 电场 磁场均为匀强场 带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动 必然是电场力和重力平衡 而洛伦兹力充当向心力 带电微粒在三个场共同作用下做直线运动 重力和电场力是恒力 它们的合力也是恒力 当带电微粒的速度平行于磁场时 不受洛伦兹力 因此可能做匀速运动也可能做匀变速运动 当带电微粒的速度垂直于磁场时 一定做匀速运动 与力学紧密结合的综合题 要认真分析受力情况和运动情况 包括速度和加速度 必要时加以讨论 例1 如图 上下不等宽的平行金属导轨的EF和GH两部分导轨间的距离为2L IJ和MN两部分导轨间的距离为L 导轨竖直放置 整个装置处于水平向里的匀强磁场中 金属杆ab和cd的质量均为m 都可在导轨上无摩擦地滑动 且与导轨接触良好 现对金属杆ab施加一个竖直向上的作用力F 使其匀速向上运动 此时cd处于静止状态 则F的大小为 A mgB 2mgC 3mgD 4mg 2 西安市重点中学如图所示 匀强磁场沿水平方向 垂直纸面向里 磁感强度B 1T 匀强电场方向水平向右 场强N C 一带正电的微粒质量m 2 10 6kg 电量q 2 10 6C 在此空间恰好作直线运动 问 1 带电微粒运动速度的大小和方向怎样 2 若微粒运动到P点的时刻 突然将磁场撤去 那么经多少时间微粒到达Q点 设PQ连线与电场方向平行 解 1 由于微粒恰好作直线运动 所以合力为0 微粒受重力 电场力和洛仑兹力如图示 方向与水平方向成60 角斜向右上方 2 撤去磁场后 微粒在电场力和重力作用下作类平抛运动 竖直方向作竖直上抛运动 水平方向作匀加速运动 经时间t微粒到达Q点 则y 0 例3 如图3 1所示 在某个空间内有水平方向相互垂直的匀强磁场和匀强电场 电场强度E 103V m 又有一个质量m 2 10 6kg 带电量q 2 10 6C的微粒 在这个空间做匀速直线运动 假如在这个微粒经过某条电场线时突然撤去磁场 那么 当它再次经过同一条电场线时 微粒在电场线方向上移动了多大距离 g取10m s2 图3 1 解析 微粒开始是在三种场叠加的空间做匀速直线运动 由平衡条件知重力 电场力和磁场力三力平衡 且三力方向应如图所示 撤去磁场后 微粒所受重力 电场力的合力为恒力 且与速度垂直 微粒做匀变速曲线运动 可分解为水平和坚直两方向的两个匀变速直线运动如图所示 微粒在电 磁场中做匀速直线运动时 三力应满足如图3 2所示关系 得tan qE mg f f qvB 解之得v 2m s 撤去磁场后 将微粒运动分解为水平 竖直两方向的匀变速直线运动 水平方向只受电场力qE 初速度vx 竖直方向只受重力mg 初速度vy 如图3 3所示 微粒回到同一条电场线的时间t 2vy g 2vsin 3 g 5s 则微粒在电场线方向移动距离 s 07年1月海淀区期末练习15 4 如图所示 两块带电金属板a b水平正对放置 在板间形成匀强电场 电场方向竖直向上 板间同时存在与电场正交的匀强磁场 假设电场 磁场只存在于两板间的空间区域 一束电子以一定的初速度vo从两板的左端中央 沿垂直于电场 磁场的方向射入场中 无偏转的通过场区 已知板长l 10 0cm 两板间距d 3 0cm 两板间电势差U 150V v0 2 0 10 7m s 电子所带电荷量与其质量之比e m 1 76 1011C kg 电子电荷量e 1 60 10 19C 不计电子所受重力和电子之间的相互作用力 1 电子进入正交的电 磁场不发生偏转 受力平衡 即 所以 1 求磁感应强度B的大小 2 若撤去磁场 求电子离开电场时偏离入射方向的距离y 3 若撤去磁场 求电子穿过电场的整个过程中动能的增加量 Ek 解 2 电子在电场中运动的加速度大小 运动时间 所以电子离开电场时偏转的距离 3 由于电子在电场中偏转的过程 电场力对电子做正功 根据动能定理可知 电子动能的增量 题目 5 如图所示 足够长的光滑平行金属导轨cd和ef 水平放置且相距L 在其左端各固定一个半径为r的四分之三金属光滑圆环 两圆环面平行且竖直 在水平导轨和圆环上各有一根与导轨垂直的金属杆 两金属杆与水平导轨 金属圆环形成闭合回路 两金属杆质量均为m 电阻均为R 其余电阻不计 整