2011届高三物理专题复习 第一专题 力 物体的平衡

1 2010 届届 高三物理专题复习高三物理专题复习 第一专题第一专题 力力 物体的平衡物体的平衡 一 常见力 安培力 洛伦兹力 磁场力 电场力 万有引力重力 场力 被动力 弹力 微小形变 明显形变 更被动力 最大静摩擦力静摩擦力 滑动摩擦力 弹力弹力 1 弹力的产生条件 弹力的产生条件是两个物体直接接触 并发生弹性形变 2 弹力的方向 压力 支持力的方向总是垂直于接触面 绳对物体的拉力总是沿着绳收缩的方向 杆对物体的弹力不一定沿杆的方向 如果轻直杆只有两个端点受力而处于平衡状态 则轻 杆两端对物体的弹力的方向一定沿杆的方向 3 弹力的大小 对有明显形变的弹簧 橡皮条等物体 弹力的大小可以由胡克定律计算 对没有明显形 变的物体 如桌面 绳子等物体 弹力大小由物体的受力情况和运动情况共同决定 胡克定律可表示为 在弹性限度内 F kx 还可以表示成 F k x 即弹簧弹力的改变 量和弹簧形变量的改变量成正比 硬 弹簧 是指弹簧的 k 值大 同样的力 F 作用下形变量 x 小 一根弹簧剪断成两根后 每根的劲度 k 都比原来的劲度大 两根弹簧串联后总劲度变小 两根弹簧并联后 总劲度变大 摩擦力摩擦力 1 摩擦力产生条件 摩擦力的产生条件为 两物体直接接触 相互挤压 接触面粗糙 有相对运动或相对运 动的趋势 这四个条件缺一不可 两物体间有弹力是这两物体间有摩擦力的必要条件 没有弹力不可能有摩擦力 2 滑动摩擦力大小 在接触力中 必须先分析弹力 再分析摩擦力 只有滑动摩擦力才能用公式 F FN 其中的 FN表示正压力 不一定等于重力 G 3 静摩擦力大小 必须明确 静摩擦力大小不能用滑动摩擦定律 F FN计算 只有当静摩擦力达到最大值时 其最大值一般可认为等于滑动摩擦力 既 Fm FN 静摩擦力的大小要根据物体的受力情况和运动情况共同确定 其可能的取值范围是 0 Ff Fm 4 摩擦力方向 摩擦力方向和物体间相对运动 或相对运动趋势 的方向相反 2 F1 F2 F1 F2 摩擦力的方向和物体的运动方向可能成任意角度 通常情况下摩擦力方向可能和物体运动 方向相同 作为动力 可能和物体运动方向相反 作为阻力 可能和物体速度方向垂直 作为匀速圆周运动的向心力 在特殊情况下 可能成任意角度 力的合成与分解力的合成与分解 1 矢量的合成与分解都遵从平行四边形定则 可简化成三角形定则 平行四边形定则实质上是一种等效替换的方法 一个矢量 合矢量 的作用效果和另外 几个矢量 分矢量 共同作用的效果相同 就可以 用这一个矢量代替那几个矢量 也可以用那几个矢 量代替这一个矢量 而不改变原来的作用效果 由三角形定则还可以得到一个有用的推论 如 果 n 个力首尾相接组成一个封闭多边形 则这 n 个 力的合力为零 在分析同一个问题时 合矢量和分矢量不能同时使用 也就是说 在分析问题时 考虑 了合矢量就不能再考虑分矢量 考虑了分矢量就不能再考虑合矢量 矢量的合成分解 一定要认真作图 在用平行四边形定则时 分矢量和合矢量要画成带 箭头的实线 平行四边形的另外两个边必须画成虚线 各个矢量的大小和方向一定要画得合理 在应用正交分解时 两个分矢量和合矢量的夹角一定要分清哪个是大锐角 哪个是小锐 角 不可随意画成 45 当题目规定为 45 时除外 二 受力分析 1 受力分析循序 一场 力 二弹 力 三摩 擦 严格按照力的性质分析 切记不能按力的效果分析 即不能额外加一个 向心力 回复力 冲力 下滑力 动力 阻力 等 2 思维方法 整体法 隔离法 3 方法优化选取 1 内力与外力 2 方法判断 对两个物体或两个以上物体组成的物体系 要有内力与外力的意识 求外力优先考虑 整体法 当整体法解决不了时 再考虑隔离法 求内力必须选择隔离法 往往整体法与隔离 法交替使用 一般先整体后隔离 三 物体的平衡 1 平衡状态 指物体处于静止状态或匀速直线运动状态 注意瞬间速度为零 往往不是 静止状态 静止状态指加速度为零 速度为零的状态 2 平衡条件 0F 0 0 y x F F 或 0 合 F分量式 0 0 y x F F 合 合 高考考纲只要求掌握共点力作用力作用下的物体的平衡 多力平衡的推论 一个力必与其余力的合力等大 共线 反向 3 三力平衡 1 拉密定理法 F F2 3 2 1 3 1 F 3 如果物体受到如图所示的共面的三个力作用而处于平衡状态 则平衡条件所给出的各 个力间的关系可以表示为 1 1 sin F 2 2 sin F 3 3 sin F 这就是所谓的拉密定理 2 多边形 三角形 法 如果物体受到 n 个共面的力而处于平衡状态 则表示这 n 个力的 n 条有向线段可以依次 首尾相接而构成一个封闭的 力的 n 边形 特别是当 n 3 时 则将构成一个封闭的 力的 三角形 3 相似形法 如果物体受到共面的力的作用而处于平衡状态 一方面表示这些力的有向线段将构成封 闭的 力的多边形 另一方面若存在着与之相似的 几何多边形 则可以利用相似多边形 的 对应边成比例 的特性来表现平衡条件中的各个力之间的关系 4 共点法 物体受到共面的力的作用而处地平衡状态 若表示这些力的有向线段彼此间不平行 则 它们必将共点 四 2009 年高考题 1 2009 年高考北京理综卷 年高考北京理综卷 18 如图所示 将质量为 m 的滑块放在倾角为 的固定斜面上 滑块与斜面之间的动摩擦因数为 若滑块与斜面之间的 最大静摩擦力合滑动摩擦力大小相等 重力加速度为 g 则 A 将滑块由静止释放 如果 tan 滑块将下滑 B 给滑块沿斜面向下的初速度 如果 tan 滑块将减速下滑 C 用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动 如果 tan 拉力大小应是 2mgsin D 用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动 如果 tan 拉力大小应是 mgsin 2 2009 年高考天津理综卷 年高考天津理综卷 1 物块静止在固定的斜面上 分别按图示的方向对物块施加大小相等的力 F A 中 F 垂直于 斜面向上 B 中 F 垂直于斜面向下 C 中 F 竖直向上 D 中 F 竖直向下 施力后物块仍然 静止 则物块所受的静摩擦力增大的是 3 2009 年高考山东理综卷 年高考山东理综卷 16 如图所示 光滑半球形容器固定在水平面上 O 为球心 一 质量为 m 的小滑块 在水平力 F 的作用下静止 P 点 设滑块所受支持力为 FN OF 与水平方 向的夹角为 0 下列关系正确的是 4 A tan mg F B F mgtan0 C tan N mg F D FN mgtan0 4 2009 年高考浙江理综卷 年高考浙江理综卷 14 如图所示 质量为 m 的等边三棱柱静止在水平放置的斜 面上 已知三棱柱与斜面之间的动摩擦因数为 斜面的倾角为 o 30 则斜面对三棱柱的支 持力与摩擦力的大小分别为 A 2 3 mg 和 2 1 mg B 2 1 mg 和 2 3 mg C 2 1 mg 和 2 1 mg D 2 3 mg 和 2 3 mg 5 2009 年高考宁夏理综卷 年高考宁夏理综卷 21 水平地面上有一木箱 木箱与地面之间的 动摩擦因数为 01 现对木箱施加一拉力 F 使木箱做匀速直线运 动 设 F 的方向与水平面夹角为 如图 在 从 0 逐渐增大到 90 的过 程中 木箱的速度保持不变 则 A F 先减小后增大 B F 一直增大 C F 的功率减小 D F 的功率不变 6 2009 年高考江苏物理卷 年高考江苏物理卷 2 用一根长 1m 的轻质细绳将一副质量为 1kg 的画框对称悬 挂在墙壁 上 已知绳能承受的最大张力为10N 为使绳不断裂 画框上两个 挂钉的间距最大为 g取 2 10m s A 3 m 2 B 2 m 2 C 1 m 2 D 3 m 4 7 2009 年高考广东物理卷 年高考广东物理卷 11 如图 8 所示 表面粗糙的斜面固定于地 面上 并处于方向垂直纸面向外 磁感应强度为 B 的匀强磁场中 质 量为 m 带电量为 Q 的小滑块从斜面顶端由静止下滑 在滑块下滑的 5 过程中 下列判断正确的是 A 滑块受到的摩擦力不变 B 滑块到地面时的动能与 B 的大小无关 C 滑块受到的洛伦兹力方向垂直斜面向下 D B 很大时 滑块可能静止于斜面上 8 2009 年高考广东理科基础卷 年高考广东理科基础卷 8 游乐场中的一种滑梯如图 3 所示 小朋友从轨道顶端由静 止开始下滑 沿水平轨道滑动了一段距离后停下来 则金太阳新课标资源网 A 下滑过程中支持力对小朋友做功金太阳新课标资源网 B 下滑过程中小朋友的重力势能增加金太阳新课标资源网 C 整个运动过程中小朋友的机械能守恒2 D 在水平面滑动过程中摩擦力对小朋友做负功金太阳新课标资源网 考资源网高 9 2009 年高考海南物理卷 年高考海南物理卷 3 两刚性球 a 和 b 的质量分别为 a m和 b m 直径分 别为 a d个 b d a d b d 将 a b 球依次放入一竖直放置 内径为的平底圆筒内 如图所示 设 a b 两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为 1 f和 2 f 筒底所受的 压力大小为F 已知重力加速度大小为 g 若所以接触都是光滑的 则 A ab12 Fmmgff B a12 b Fmmgff C a12 ab m gFmmgff D aa12 b m gFmmgff 10 2009 年高考上海物理卷 年高考上海物理卷 22 12 分 如图 a 质量 m 1kg 的物体沿倾角 37 的 固定粗糙斜面由静止开始向下运动 风对物体的作用力沿水平方向向右 其大小与风 速 v 成正比 比例系数用 k 表示 物体加速度 a 与风速 v 的关系如图 b 所示 求 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 比例系数 k sin370 0 6 cos370 0 8 g 10m s2 a ms 2 b m 4 a 0 5 v ms 1 6 11 2009 年高考广东物理卷 年高考广东物理卷 17 20 分 1 为了清理堵塞河道的冰凌 空军实施了投弹爆破 飞机在河道上空高 H 处以速度 v0水 平匀速飞行 投掷下炸弹并击中目标 求炸弹刚脱离飞机到击中 目标所飞行的水平距离及击中目标时的速度大小 不计空气阻 力 2 如图 17 所示 一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心 OO 转动 筒内壁粗糙 筒口半径和筒高分别为 R 和 H 筒内壁 A 点的高度 为筒高的一半 内壁上有一质量为 m 的小物块 求 当筒不转动时 物块静止在筒壁 A 点受到的摩擦力和支持力的大小 当物块在 A 点随筒做匀速转动 且其受到的摩擦力为零时 筒转动的角速度 答案与解析 答案与解析 1 2009 年高考北京理综卷 年高考北京理综卷 18 解析 对处于斜面上的物块受力分析 要使物块沿斜面下滑则 mgsin mgcos 故 tan 故 AB 错误 若要使物块在平行于斜面向上的拉力 F 的作 用下沿斜面匀速上滑 由平衡条件有 F mgsin mgcos 0 故 F mgsin mgcos 若 tan 则 mgsin mgcos 即 F 2mgsin 故 C 项正确 若要使物块在平行于斜面 向下的拉力 F 作用下沿斜面向下匀速滑动 由平衡条件有 F mgsin mgcos 0 则 F mgcos mgsin 若 tan 则 mgsin mgcos 即 F 0 故 D 项错误 答案 C 2 2009 年高考天津理综卷 年高考天津理综卷 1 D 解析 四个图中都是静摩擦 A 图中fA Gsin B 图中 fB Gsin C 图中fC G F sin D 图中fC G F sin 3 2009 年高考山东理综卷 年高考山东理综卷 16 答案 A 考点 受力分析 正交分解或三角形定则 解析 对小滑块受力分析如图所示 根据三角形定则可得 tan mg F sin N mg F 所以 A 正确 提示 支持力的方向垂直于接触面 即指向圆心 正交分解列式求解也可 4 2009 年高考浙江理综卷 年高考浙江理综卷 14 答案 A 解析 受力分析知 mg0mgF o N 2 3 3cos mgmgf o 2 1 30sin G f FN G f FN G f FN G f FN 7 5 2009 年高考宁夏理综卷 年高考宁夏理综卷 21 答案 AC 解析 由于木箱的速度保持不变 因此木箱始终处于平衡状态 受力分析如图所示 则由 平衡条件得 sinmgNF cosfNF 两式联立解得 2 cossin 1sin mgmg F 可见 F 有最小值 所以 F 先减小后增大 A 正确 B 错误 F 的功率 cos cos cossin1tan mgvmgv PFv 可见在 从 0 逐 渐增大到 90 的过程中 tan 逐渐增大 则功率 P 逐渐减小 C 正确 D 错误 6 2009 年高考江苏物理卷 年高考江苏物理卷 2 答案 答案 A 解析 熟练应用力的合成和分解以及合成与分解中的一些规律 是解决本题的根本 一个 大小方向确定的力分解为两个等大的力时 合力在分力的角平分线上 且两分力的夹角 越大 分力越大 题中当绳子拉力达到 F 10N 的时候 绳子间的张角最大 即两个挂钉 间的距离最大 画框受到重力和绳子的拉力 三个力为共点力 受力如图 绳子与竖直 方向的夹角为 绳子长为 L0 1m 则有 cos2Fmg 两个挂钉的间距离 sin 2 2 0 L L 解得 2 3 Lm A 项正确 7 2009 年高考广东物理卷 年高考广东物理卷 11 答案 CD 解析 取物块为研究对象 小滑块沿斜面下滑由于受到洛伦兹力作用 如图所示 C 正确 N mgcos qvB 由于 v 不断增大 则 N 不断增大 滑 动摩擦力 f N 摩擦力增大 A 错误 滑块的摩擦力与 B 有关 摩擦力 做功与 B 有关 依据动能定理 在滑块下滑到地面的过程中 满足 fsmghmv 0 2 1 2 所以滑块到地面时的动能与 B 有关 B 错误 当 B 很大 则摩擦力有可能很大 所以滑块可能静止在斜面上 D 正确 8 2009 年高考广东理科基础卷 年高考广东理科基础卷 8 答案 D 解析 在滑动的过程中 人受三个力重力做正功 势能降低 B 错 支持力不做功 摩擦力做负功 所以机械能不守恒 AC 皆错 D 正确 9 2009 年高考海南物理卷 年高考海南物理卷 3 答案答案 A 解析解析 对两刚性