2011届高考物理(二轮)专题复习学案：第1讲-力与物体的平衡(新课标)

你的首选资源互助社区 专题一 相互作用与牛顿运动定律 备考策略备考策略 根据近三年高考命题特点和规律 复习本专题时 要注意以下几个方面 1 共点力的平衡问题是课改区高考的热点 期中力的动态变化分析 力的合成与分解 仍是今后高考的 热点 建议复习是要注意加强受力分析的训练 使学生掌握受力分析的常用方法 如三角形法 正交 分解法等 2 牛顿运动定律及其应用一直是各省各区高考的重点 特别是牛顿运动定律与运动学定律 能量 电磁 场等内容相结合更是高考的热点 甚至有可能会出现在高考压轴题中 考纲点击考纲点击 重要考纲要求 力的合成与分解 共点力的平衡 牛顿运动定律 牛顿定律的应用 网络互联网络互联 你的首选资源互助社区 第 1 讲 力与物体的平衡 核心要点突破核心要点突破 知识链接知识链接 一 常见的几种力一 常见的几种力 1 重力 产生 重力是由于地面上的物体受到地球的万有引力而产生的 但两者不等价 因为万有引力的一个 分力要提供物体随地球自转所需的向心力 而另一个分力即重力 如右图所示 大小 随地理位置的变化而变化 wwww 在两极 G F万 在赤道 G F万 F向 一般情况下 在地表附近 G mg 方向 竖直向下 并不指向地心 wwww 2 弹力 产生条件 接触 挤压 形变 大小 弹簧弹力 F kx 其它的弹力利用牛顿定律和平衡条件求解 wwww 方向 压力和支持力的方向垂直于接触面指向被压或被支持的物体 若接触面是球面 则弹力的作用 线一定过球心 绳的作用力一定沿绳 杆的作用力不一定沿杆 3 摩擦力wwww 产生条件 接触且挤压 接触面粗糙 有相对运动或者相对运动趋势 大小 滑动摩擦力Nf 与接触面的面积无关 静摩擦力根据牛顿运动定律或平衡条件wwww求解 wwww 方向 沿接触面的切线方向 并且与相对运动或相对运动趋势方向相反 4 电场力 电场力的方向 正电荷受电场力的方向与场强方向一致 负电荷受电场力的方向与场强方向相反 电场力的大小 qEF 若为匀强电场 电场力则为恒力 若为非匀强电场 电场力将与位置有关 5 安培力 方向 用左手定则判定 F 一定垂直于 I B 但 I B 不一定垂直 I B 有任一量反向 F wwww 也反向 大小 BILF 安 wwww 你的首选资源互助社区 此公式只适用于 B 和 I 互相垂直的情况 且 L 是导线的有效长度 当导线电流 I 与 B 平行时 0 min F 6 洛伦兹力 洛伦兹力的方向 洛伦兹力的方向既与电荷的运动方向垂直 又与磁场方向垂直 所以洛伦兹力方向总是垂wwww直于运动电 荷的速度方向和磁场方向所确定的平面 洛伦兹力方向总垂直于电荷运动方向 当电荷运动方向改变时 洛伦兹力的方向也发生改变 由于洛伦兹力的方向始终与电荷运动方向垂直 所以洛伦兹力对电荷永不做功 wwww 洛伦兹力的大小 sinBqVF 洛 当时 0 90 BqVF 洛 此时电荷受到的洛伦兹力最大 当时或 00 1800 0 洛 F 即电荷的运动方向与磁场方向平行时 不受洛伦兹力的作用 当时0 v 0 洛 F 说明磁场只对运动电荷产生力的作用 深化整合深化整合 一 摩擦力与弹力的分析与判断一 摩擦力与弹力的分析与判断 1 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 f N 而静摩擦力 除最大静摩 擦力外 大小与压力无关 你的首选资源互助社区 2 摩擦力方向的判断 1 假设法 即先假定没有摩擦力 即光滑 时 看相对静止的物体间能否发生相对运动 若能 则有静摩擦力 方向与相对运动方向相 反 若没有 则没有静摩擦力 换句话说 静摩擦力的存在是为 了使两物体相对静止 若没有它 两物体也相对静止 就没有静摩擦力 2 根据物体的运动状态 用牛顿第二定律来判断 此法关键是先判明物体的运动状态 即加速度 方向 再利用牛顿第二定律 F ma 确定合力的方向 然 后受力分析决定静摩擦力的方向 3 利用牛顿第三定律 即作用力与反作用力反向 来判断 此法关键是抓住 摩擦力是成对出现 的 先确定受力较少的物体受到的摩擦力方向 再确定另一物 体受到的摩擦力方向 典题训练典题训练 1 2009 天津高考 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 解析 选 D 因四种情况下物块均静止 因此物块均受静摩擦力 由平衡条件可得 FfA FfB mgsin 物块受的静摩擦力不变 故 A B 错误 分析 C 图可得 FfC mgsin Fsin 则物块所受静摩擦力减小 故 C 错误 FfD mgsin Fsin 故 D 图中物块所受的静摩擦力一定增大 故选 D 二 物体受力分析的常用方法及注意的问题 1 常用方法 1 整体法 当只涉及系统外力而不涉及系统内部物体之间的内力时 则可以选整个系统为研究对象 而不必对系统内部物体一一隔离分析 2 隔离法 为了弄清系统内某个物体的受力和运动情况 一般采用隔离法 2 注意问题 1 分析的是物体受到哪些 性质力 按性质分类的力 不要把 效果力 与 性质力 混淆重复分 析 2 要区分外力和内力 对几个物体组成的系统进行受力分析时 这几个物体的内力不能在受力图中出 现 当隔离某一物体分析时 原来的内力变为外力 要画在受力图上 你的首选资源互助社区 典例训练典例训练 2 2009 山东高考 如图 1 1 6 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 的作用下静止于 P 点 设滑块所受支持力为 FN OP 与水平方向的夹角为 下 列关系式正确的是 解析 选 A 对滑块受力分析如图所示 由平衡条件得 FN sin mg FNcos F 可得出 FN F 故 B C D 均错误 A 正确 三 求解平衡问题常用的方法 1 有不少三力平衡问题 既可从平衡的观点 根据平衡条件建立方程 求解 平衡法 也可从力的 分解的观点 将某力按其 作用效果分解 求解 分解法 两种方法可视具体问题灵活选用 但平衡法 是求解平衡问题的基本方法 特别对三个以上力的平衡问题 分解法失效 平衡法照样 适用 2 相似三角形法 通过力三角形与几何三角形相似求未知力 对解斜三角形的情况更显优越性 3 力三角形图解法 当物体所受的力变化时 通过对几个特殊 状态画出力图 在同一图上 对比分析 使动态问题静态化 抽象问题形象化 问题将变得易于分析处理 典例训练典例训练 3 3 我国国家大剧院外部呈椭球型 假设国家大剧院的屋顶为半球型 一警卫员为执行特殊任 务 必须冒险在半球型屋顶上向上缓慢爬行 如图 1 所示 他在向上爬的过程中 你的首选资源互助社区 A 屋顶对他的支持力变大 B 屋顶对他的支持力变小 C 屋顶对他的摩擦力变大 D 屋顶对他的摩擦力变小 解析 选 A D 分析警卫员的受力情况 由平衡条件得 支持力 FN mgcos 摩擦力 Ff mgsin 随着 的减小 FN增大 Ff变小 故 B C 错误 A D 正确 高考真题探究高考真题探究 1 2010 浙江理综浙江理综 T14 如图所示 A B 两物体叠放在一起 以相同的初速度上抛 不计空气阻力 下列说法正确的是 A 在上升和下降过程中 A 对 B 的压力一定为零 B 上升过程中 A 对 B 的压力大于 A 物体受到的重力 C 下降过程中 A 对 B 的压力大于 A 物体受到的重力 D 在上升和下降过程中 A 对 B 的压力等于 A 物体受到的重力 命题立意命题立意 本题以竖直上抛运动为背景 主要考查受力分析 牛顿运动定律 规范解答规范解答 选A 因为A B一起运动 可以A B整体为研究对象 在上升和下降过程中 A B的加速 度都为重力加速度ga 隔离B 假设A对B的压力为F 则由牛顿第二定律amgmF BB 得 0 F 故A正确 B C D错误 你的首选资源互助社区 2 2010 安徽理综安徽理综 T19 L 型木板 P 上表面光滑 放在固定斜面上 轻质弹簧一端固定在木板上 另一 端与置于木板上表面的滑块 Q 相连 如图所示 若 P Q 一起沿斜面匀速下滑 不计空气阻力 则木板 P 的受力个数为 A 3 B 4 C 5 D 6 命题立意命题立意 本题以斜面体为背景 结合连接体的匀速运动情景 主要考查整体法与隔离法的应用 受力 分析 共点力的平衡条件 牛顿第三定律等知识点 思路点拨思路点拨 解答本题时可按以下思路分析 学学 科科 网网 规范解答规范解答 选 C 先把 P Q 看成一个整体进行分析 受重力 斜面的支持力 斜面的摩擦力三个力作 用下处于平衡状态 隔离 Q 进行分析 受重力 斜面的支持力 弹簧的弹力 沿斜面向上 三个力作用 下处于平衡状态 由牛顿第三定律可知 Q 对 P 有一个压力 弹簧对 P 有一个弹力 沿斜面向下 所以 P 共受到 5 个力的作用 C 正确 3 2010 广东理综广东理综 T13 图为节日里悬挂灯笼的一种方式 A B 点等高 O 为结点 轻绳 AO BO 长度 相等 拉力分别为 FA FB灯笼受到的重力为 G 下列表述正确的是 A FA一定小于 G B FA与 FB大小相等 C FA与 FB是一对平衡力 D FA与 FB大小之和等于 G 命题立意命题立意 本题主要考查力的平衡条件及推论 力的平行四边形法则 正交分解法 规范解答规范解答 选 B 由 A B 两点等高 AO BO 等长可知 AO 绳与 BO 绳两力对称 B 选项正确 若 两绳间的夹角 1200时 GFF BA 当 1200时 GFF BA 故 A 选项错误 这两个力的矢量和与重力是平衡力 C 选项错误 这两个力不是大小之和而是矢量之和 选取研究对象受力分析用共点力的平衡条件和牛三律解题 你的首选资源互助社区 D 选项错误 4 2010 江苏物理卷江苏物理卷 T3 如图所示 置于水平地面的三脚架上固定着一质量为 m 的照相机 三脚架的三 根轻质支架等长 与竖直方向均成30 角 则每根支架中承受的压力大小为 A 1 3 mg B 2 3 mg C 3 6 mg D 2 3 9 mg 命题立意命题立意 本题借助生活实例照相机放在三角架上问题 来考查共点力的平衡或力的合成的问题 题 目设置方式较新颖 难度中等 思路点拨思路点拨 应用共点力的平衡条件 物体所受的合外力为零 即本题照相机所受的合力在竖直方向为 零 规范解答规范解答 选 D 对照相机进行受力分析可知 在竖直方向有 mgF 0 30cos3 解得 mgF 9 32 选项 D 正确 其它选项是错误的 5 2010 山东理综山东理综 T17 如图所示 质量分别为 1 m 2 m的两个物体通过轻弹簧连接 在力F的作用下 一起沿水平方向做匀速直线运动 1 m在地面 2 m在空中 力F与水平方向成 角 则 1 m所受支持力 N 和摩擦力f正确的是 A 12 sinNm gm gF B 12 cosNm gm gF C cosfF 你的首选资源互助社区 D sinfF 命题立意命题立意 本题以连接体的匀变速直线运动为情景 主要考查整体法 共点力的平衡条件等知识点 规范解答规范解答 选 AC 把 1 m 2 m的两个物体看成一个整体进行研究 进行受力分析 水平方向上 cosFf C 正确 竖直方向上 gmgmFN 21 sin 所以 sin 21 FgmgmN 所 以 A 正确 6 2010 新课标全国卷新课标全国卷 T18 如图所示 一物块置于水平地面上 当用与水平方向成 60 角的力 F1 拉物 块时 物块做匀速直线运动 当改用与水平方向成 30 角的力 F2 推物块时 物块仍做匀速直线运动 若 F1 和 F2 的大小相等 则物块与地面之间的动摩擦因数为 A 31 B 23 C 31 22 D 2 3 1 命题立意命题立意 本题以推 拉物体在粗糙水平面上匀速运动命题 考查力的分解和物体的平衡条件 思路点拨思路点拨 解答本题时可按以下思路分析 规范解答规范解答 选 B 物体受重力 mg 支持力 FN 摩擦力 Ff 已知力 F 处于平衡 根据平衡条件 有 60sin 60cos 0 1 0 1 FmgF 30sin 30cos 0 2 0 2 FmgF 联立解得 23 专题模拟演练专题模拟演练 一 选择题 1 2011 浙江省一级重点中学期中考试 浙江省一级重点中学期中考试 一端装有定滑轮的粗糙斜面体放在地面上 A B 两物体通过 细绳连接 并处于静止状态 不计绳的质量和绳与滑轮间的摩擦 如图所示 现用水平力 F 作用于物体 B 上 缓慢拉开一小角度 此过程中斜面体与物体 A 仍然静止 则下列说法正确的是 对物体进行受力分析正交分解列平衡方程解方程得结果 你的首选资源互助社区 A 水平力 F 一定变大 B 绳子对物体 A的拉力一定变大 C 斜面对物体 A 的摩擦力一定变大 D 斜面体所受地面的支持力一定不变 2 2010 扬州四模 扬州四模 在上海世博会最佳实践区 江苏城市案例馆中穹形门窗充满了浓郁的地域风 情和人文特色 如图所示 在竖直放置的穹形光滑支架上 一根不可伸长的轻绳通过轻质滑轮悬挂一重 物 G 现将轻绳的一端固定于支架上的 A 点 另一端从 B 点沿支架缓慢地向 C 点靠近 C 点与 A 点等高 则绳中拉力大小变化的情况是 A 先变小后变大 B 先变小后不变 C 先变大后不变 D 先变大后变小 3 2010 徐州市三模 徐州市三模 如图所示 置于固定斜面上的物体 A 受到平行于斜面向下的力 作用保持静止 若力 F 大小不变 将力 F 在竖直平面内由沿斜面向下缓慢的转到沿斜面向上 转动范围如图中虚线所示 在 F 转动过程中 物体始终保持静止 在此过程中物体与斜面间的 A 弹力可能先增大后减小 B 弹力一定先减小后增大 C 摩擦力可能先减小后增大 D 摩擦力一定一直减小 你的首选资源互助社区 4 2010 2010 济宁市二模 济宁市二模 如图所示 将半径为R的半球体放在地面上 一质量为m的小 朋友 可视为 质点 坐在球面上 他与球心的连线与水平地面之间的夹角为 与半球体同的动摩擦因数为 小朋友 和半球体均处于静止状态 则下列说法正确的是 A 地面对半球体的摩擦力方向水平向左 B 小朋友对半球体的压力大小为cosmg C 小朋友所受摩擦力的大小为sinmg D 小朋友所受摩擦力的大小为cosmg 5 2010 2010 朝阳区二模 朝阳区二模 如图所示 A B为竖直墙壁上等高的两点AO BO为长度相等的两根轻绳 CO 为一根轻杆 转轴C在AB中点D的正下方 AOB在同一水平面上 AOB 90 COD 60 若在O点 处用轻绳悬挂一个质量为m的物体 则平衡后绳AO所受拉力的大小为 A mg 3 1 B mg 3 3 C mg 6 1 D mg 6 6 6 2010 2010 红桥区二模 红桥区二模 半圆柱体 P 放在粗糙的水平地面上 其右端有固定放置的竖直挡板 MN 在 P 和 MN 之间放有一个光滑均匀的小圆柱体 Q 整个装置处于静止 如图所示是这个装置的纵截面图 若 用外力使 MN 保持竖直 缓慢地向右移动 在 Q 落到地面以前 发现 P 始终保持静止 在此过程中 下 列说法中正确的是 你的首选资源互助社区 A MN对Q 的弹力逐渐减小 B 地面对 P 的摩擦力逐渐增大 C P Q 间的弹力先减小后增大 D Q 所受的合力逐渐增大 7 2010 泰安市二模 泰安市二模 如图所示 质量分别为 mA mB的两物块 A B 叠放在一起 若它们共同沿固 定在水平地面倾角为 的斜面匀速下滑 则 A A B 间无摩擦力 B A B 间有摩擦力 且 A 对 B 的摩擦力对 B 做正功 C B 与斜面间的动摩擦因数 tan D B 对斜面的摩擦力方向沿斜面向上 二 计算题 8 如图 6 所示 倾角为 且用绝缘材料做成的斜面上有一个质量为 m 电荷量为 q 的小滑块 小滑块与 斜面的动摩擦因数为 tan 整个装置处于匀强磁场中 磁感应强度为 B 方向垂直斜面向上 求小 滑块在斜面上运动达到稳定时的速度大小 9 如图 7 所示 倾角为 30 的粗糙绝缘斜面固定在水平地面上 整个装置处在垂直斜面向上的匀强电场 之中 一质量为 m 电荷量为 q 的小滑块恰能沿斜面匀速下滑 已知滑块与斜面之间的动摩擦因数为 你的首选资源互助社区 求该匀强电场场强 E 的大小 10 跳伞运动员是靠降落伞安全着地的 假设降落伞全部打开时所受的阻力跟速度平方成正比 比例系数 k 20 N s2 m2 某跳伞运动员和伞的总质量为 72 kg 若他从很高处全部打开降落伞后落地时的速度跟他 不用降落伞从高度 h 处自由下落落地时的速度大小相等 试求 h 不用降落伞下落时空气阻力不计 答案 一 选择题 1 ABD 2 C 3 BC 4 D 5 D 6 B 7 BC 二 计算题 8 解析 滑块在斜面上的受力情况如图所示 滑块达到稳定速度 v 时 合外力为零 由共点力的平衡条 件得 9 解析解析 受力分析如图所示受力分析如图所示 由题意得由题意得 10 解析 跳伞运动员落地时的速度 v 就是伞全部张开下落过程中的最大速度 这时他所受的合力为 零 mg Ff 0 你的首选资源互助社区 由题意 Ff kv2 即 mg kv2 0 所以 v2 运动员不用降落伞 从 h 高处自由下落 v2 2gh 由 式和 式得 h m 1 8 m 答案 1 8 m 备课资源备课资源 1 2010 新课标全国卷新课标全国卷 T15 一根轻质弹簧一端固定 用大小为 1 F的力压弹簧的另一端 平衡时长度为 1 l 改用大小为 2 F的力拉弹簧 平衡时长度为 2 l 弹簧的拉伸或压缩均在弹性限度内 该弹簧的劲度系数为 A 21 21 FF ll B 21 21 FF ll C 21 21 FF ll D 21 21 FF ll 解析解析 选 C 根据胡克定律有 101 llkF 022 llkF 由两式把 l0表达出来即可解得 12 12 ll FF k 2 2010 海南理综海南理综 T 5 如右图 水平地面上有一楔形物块a 其斜面上有一小物块 b b 与平行于斜面 的细绳的一端相连 细绳的另一端固定在斜面上 a 与 b 之间光滑 a 和 b 以共同速度在地面轨道的光滑 段向左运动 当它们刚运行至轨道的粗糙段时 A 绳的张力减小 b 对 a 的正压力减小 B 绳的张力增加 斜面对 b 的支持力增加 C 绳的张力减小 地面对 a 的支持力增加 D 绳的张力增加 地面对 a 的支持力减小 你的首选资源互助社区 解析解析 选选 C 在光滑段运动时 系统及物块 b 处于平衡状态 因此有 N cossin0FF N sincos0FFmg 当它们刚运行至轨道的粗糙段时 系统有水平向右的加速度 此时有两种 可能 一是物块 b 仍相对静止 竖直方向加速度为零 则 N sincos0FFmg 仍成立 但 N cossin0FFma 因此 要保证两式同时成立 只有绳的张力F将减小 支持力 FN增大 因为直方向加速度为零 根据整体法 地面对 a 的支持力不变 二是物块 b 相对于 a 向上滑动 具有向上 的加速度 竖直方向不再是平衡状态 是超重 因此绳的张力减小 地面对 a 的支持力增大 C 正确 3 2010 浙江理综浙江理综 T22 16分 在一次国际城市运动会中 要求运动员从高为H的平台上A点由静止出 发 沿着动摩擦因数为 的滑道向下运动到B点后水平滑出 最后落在水池中 设滑道的水平距离为 L B点的高度h可由运动员自由调节 取 g 10m s2 求 1 运动员到达B点的速度与高度h的关系 2 运动员要达到最大水平运动距离 B点的高度h应调为多大 对应的最大水平距离Smax为多少 3 若图中H 4m L 5m 动摩擦因数 0 2 则水平运动距离要达到7m h值应为多少 规范解答规范解答 1 设斜面长为 1 L 斜面倾角为 根据动能定理得 2 01 2 1 cos mvmgLhHmg 即 2 0 2 1 mvmgLhHmg 2 0 LhHgv 2 根据平抛运动公式tvx 0 2 2 1 gth 解得 hLhHx 2 你的首选资源互助社区 由 式可得 当 2 1 LHh LHs max 3 令 2 0 5 4 2 mlmHmx 则可得到 013 2 hh 求出 mmhmmh38 0 2 53 62 2 2 53 21 答案答案 1 2 0 LhHgv 2 2 1 LHh LHs max 3 m62 2 或 m38 0 4 2009 2009 浙江高考 浙江高考 如图 1 1 5 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