高考物理 专题一各种性质的力和物体的平衡教案

1 专题一专题一 各种性质的力和物体的平衡各种性质的力和物体的平衡 第第1 1课时二轮专题复习教课时二轮专题复习教 考纲要求 内 容要求说 明 7 力的合成和分解 力的平行四边形定则 实验 探究 力的合成和分解的计算 只限 于用作图法或直角三角形知识 解决 8 重力 形变和弹力 胡克定律 弹簧组劲度系数问题的讨论不 作要求 9 静摩擦 滑动摩擦 摩擦力 动摩擦因数 不引入静摩擦因数 10 共点力作用下物体的平衡 解决复杂连接体的平衡问题不 作要求 31 库仑定律 33 电场强度 点电荷的场强 电场的叠加只限于两个电场 强度叠加的情形 50 安培力 安培力的方向 51 匀强磁场中的安培力 计算限于直导线跟 B 平行或 垂直的两种情况 通电线圈 磁力矩的计算不作要求 52 洛伦兹力 洛伦兹力的方向 53 洛伦兹力公式 重点知识梳理 一 各种性质的力 1 重力 重力与万有引力 重力的方向 重力的大小 G mg g 随高度 纬度 地质 结构而变化 重心 悬吊法 支持法 2 弹力 产生条件 假设法 反推法 方向 切向力 杆 绳 弹簧等弹力方向 大小 F Kx x 为伸长量或压缩量 K 为倔强系数 只与弹簧的原长 粗细和材料有 关 3 摩擦力 产生条件 假设法 反推法 方向 法向力 总是与相对运动或相对运动 趋势方向相反 大小 滑动摩擦力 f N 静摩擦力 由物体的平衡条件或牛 顿第二定律求解 4 万有引力 F G 注意适用条件 5 库仑力 F K 注意适用条件 6 电场力 F qE F 与电场强度的方向可以相同 也可以相反 7 安培力 磁场对电流的作用力 公式 F BIL B I 方向一左手定则 8 洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用力 公式 f BqV B V 方向一左手定则 9 核力 短程强引力 二 平衡状态 1 平衡思想 力学中的平衡 电磁学中的平衡 电桥平衡 静电平衡 电磁流量计 磁 流体发电机等 热平衡问题等 静态平衡 动态平衡 2 力的平衡 共点力作用下平衡状态 静止 V 0 a 0 或匀速直线运动 2 V 0 a 0 物体的平衡条件 所受合外力为零 F 0 或 Fx 0 Fy 0 推论 1 非平行的三个力作用于物体而平衡 则这三个力一定共点 2 几个共点力 作用于物体而平衡 其中任意几个力的合力与剩余几个力 一个力 的合力一定等值 反向 三 力学中物体平衡的分析方法 1 力的合成与分解法 正交分解法 2 图解法 3 相似三角形法 4 整体与隔离法 分类典型例题 一 重力场中的物体平衡 题型一 常规力平衡问题题型一 常规力平衡问题 解决这类问题需要注意 此类题型常用分解法也可以用合成法 关键是找清力及每个解决这类问题需要注意 此类题型常用分解法也可以用合成法 关键是找清力及每个 力的方向和大小表示 多为双方向各自平衡 建立各方向上的平衡方程后再联立求解力的方向和大小表示 多为双方向各自平衡 建立各方向上的平衡方程后再联立求解 例 例 1 1 一个质量m的物体放在水平地面上 物体与地面间 的摩擦因数为 轻弹簧的一端系在物体上 如图所示 当用力 F与水平方向成 角拉弹簧时 弹簧的长度伸长x 物体沿水 平面做匀速直线运动 求弹簧的劲度系数 变式训练 变式训练 1 1 如图 质量为 m 的物体置于倾角为 的斜面上 先用平行于斜面的 推力 F1作用于物体上 能使其能沿 斜面匀速上滑 若改用水平推力作 用于物体上 也能使物体沿斜面匀 速上滑 则两次力之比 F1 F2 题型二 动态平衡与极值问题题型二 动态平衡与极值问题 解决这类问题需要注意 1 三力平衡问题中判断变力大小的变化趋势时 可利用 平行四边形定则将其中大小和方向均不变的一个力 分别向两个已知方向分解 从而可从 图中或用解析法判断出变力大小变化趋势 作图时应使三力作用点O的位置保持不变 2 一个物体受到三个力而平衡 其中一个力的大小和方向是确定的 另一个力的 方向始终不改变 而第三个力的大小和方向都可改变 问第三个力取什么方向这个力有最 小值 当第三个力的方向与第二个力垂直时有最小值 这个规律掌握后 运用图解法或计 算法就比较容易了 例 例 2 2 如图 2 5 3 所示 用细线AO BO悬挂重力 BO是水平的 AO 与竖直方向成 角 如果改变BO长度使 角减小 而保持O点不动 角 900 求绳对小球的拉力和大球对小球的支持力的大 小 小球可视为质点 变式训练 变式训练 6 6 如图所示 一轻杆两端固结两个小球A B mA 4mB 跨 过定滑轮连接A B的轻绳 长为L 求平衡时OA OB分别为多长 图 2 5 1 解 图 2 5 1 图 2 5 2 5 变式训练 变式训练 7 7 如图所示 竖直绝缘墙壁上固定一个带电质点 A A 点正上方的 P 点用 绝缘丝线悬挂另一质点 B A B 两质点因为带电而相互排斥 致使悬线与竖直方向成 角 由 于漏电 A B 两质点的带电量缓慢减小 在电荷漏完之前 关于悬线对悬点 P 的拉力 F1大 小和 A B 间斥力 F2在大小的变化情况 下列说法正确的是 A F1保持不变B F1先变大后变 C F2保持不变D F2逐渐减小 二 复合场中的物体平衡 题型五 重力场与电场中的平衡问题题型五 重力场与电场中的平衡问题 解决这类问题需要注意 重力场与电场的共存性以及带电体受电场力的方向问题和带 电体之间的相互作用 例 例 5 5 在场强为 E 方向竖直向下的匀强电场中 有两个质量均为 m 的带电小球 电 荷量分别为 2q 和 q 两小球用长为 L 的绝缘细线相连 另用绝缘细线系住带正电的小球 悬挂于 O 点处于平衡状态 如图 14 所示 重力加速度为 g 则细绳对悬点 O 的作用力大小 为 两球间细线的张力为 变式训练 变式训练 8 8 已知如图所示 带电小球 A B 的电荷量分别为 QA QB OA OB 都用长为 L 的丝线悬挂于 O 点 静止时 A B 相距为 d 为使平衡时 A B 间距离减小为 d 2 可采用的 方法是 A 将小球 A B 的质量都增加到原来的两倍 B 将小球 B 的质量增加为原来的 8 倍 C 将小球 A B 的电荷都减少为原来的一半 D 将小球 A B 的电荷都减少为原来的一半 同时将小球 B 的质量增加为原来的 2 倍 图 14 6 第第3 3课时课时 题型六 重力场与磁场中的平衡问题题型六 重力场与磁场中的平衡问题 解决这类问题需要注意 此类题型需注意安培力的方向及大小问题 能画出正确的受 力分析平面图尤为重要 例 例 6 6 在倾角为 的光滑斜面上 放置一通有电流 I 长 L 质量为 m 的导体棒 如图所示 试求 1 使棒静止在斜面上 外加匀强磁场的磁感应强度 B 最小值和方向 2 使棒静止在斜面上且对斜面无压力 外加匀强磁场磁感应强度 B 的 最小值和方向 变式训练 变式训练 9 9 质量为 m 的通电细杆 ab 置于倾角为 的导轨上 导轨的宽度为 d 杆 ab 与导轨间的摩擦因数为 有电流时 ab 恰好在导轨上静止 如图所示 图 b 中的四个 侧视图中 标出了四种可能的匀强磁场方向 其中杆 ab 与导轨之间的摩擦力可能为零的图 是 变式训练 变式训练 1010 如图 a 圆形线圈P静止在水平桌面上 其正上方悬挂一相同的 线圈Q P和Q共轴 Q中通有变化电流 电流随时间变化的规律如图 b 所示 P所受的重 力为G 桌面对P的支持力为N 则 A t1时刻N G B t2时刻N G C t3时刻N G D t4时刻N G 变式训练 变式训练 1111 如图所示 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 I J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 2mg B 3mg C 4mg D mg 7 题型七 重力场 电场 磁场中的平衡问题题型七 重力场 电场 磁场中的平衡问题 解决这类问题需要注意 应区分重力 电场力 磁场力之间的区别及各自的影响因素 例 例 7 7 如图 1 5 所示 匀强电场方向向右 匀强磁场方向垂直于纸面向里 一质量 为m带电量为 q 的微粒以速度v与磁场垂直 与电场成 45 角射入复合场中 恰能做匀速 直线运动 求电场强度 E 的大小 磁感强度 B 的大小 变式训练 变式训练 1212 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E 103N 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 8 能力训练 1 如图所示 物体A靠在竖直墙面上 在力F作用下 A B保持静止 物 体A的受力个数为 A 2 B 3 C 4 D 5 2 如图所示 轻绳两端分别与A C两物体相连接 mA 1kg mB 2kg mC 3kg 物体A B C及C与地面间的动摩擦因数均为 0 1 轻绳与滑 轮间的摩擦可忽略不计 若要用力将C物体匀速拉动 则所需要加的拉力最小为 取 g 10m s2 A 6N B 8N C 10N D 12N 3 如图所示 质量为m的带电滑块 沿绝缘斜面匀速下滑 当带电滑块滑到有着理想边界 的方向竖直向下的匀强电场区域时 滑块的运动状态为 电场力 小于重力 A 将减速下滑 B 将加速下滑 C 将继续匀速下滑 D 上述三种情况都有可能发生 4 如图所示 A B为竖直墙面上等高的两点 AO BO为长度相等的两根轻绳 CO为一根 轻杆 转轴转轴C C在AB中点D的正下方 AOB在同一水平面内 AOB 120 COD 60 若在O点处悬挂一个质量为m的物体 则平衡后绳AO所受的拉力和杆OC所受的压力分 别为 A mg mg B mg mg 1 2 C mg mg D mg mg 1 2 5 如图所示的天平可用来测定磁感应强度 天平的右臂下面挂有一个矩形线圈 宽为 l 共 N 匝 线罔的下部悬在匀强磁场中 磁场方向垂直纸而 当线圈中通有电流 I 方向如图 时 在天平左 右两边加上质量各为 m1 m2的砝码 天平平衡 当电流反向 大小不变 时 右边再加上质量为 m 的砝码后 天平重新平衡 由此可知 A 磁感应强度的方向垂直纸面向里 大小为 m1 m2 g NIl B 磁感应强度的方向垂直纸面向里 大小为 mg 2NIl C 磁感应强度的方向垂直纸面向外 大小为 m1 m2 g NIl D 磁感应强度的方向垂直纸面向外 大小为 mg 2NIl B A C F A B F D B A O C m 9 6 如图所示 两个完全相同的小球 重力大小为G 两球与水平地面间的动摩擦因数都为 一根轻绳两端固结在两个球上 在绳的中点施加一个竖直向上的拉力 当绳被拉直 时 两段绳间的夹角为 问当F至少多大时 两球将会发生滑 动 7 长为L宽为d质量为m总电阻为R的矩形导线框上下两边保持水平 在竖直平面内自由 落下而穿越一个磁感应强度为B宽度也是d的匀强磁场区 已知线框下边刚进入磁场就 恰好开始做匀速运动 则整个线框穿越该磁场的全过程中线框中产生的电热是 8 直角劈形木块 截面如图 质量 M 2kg 用外力顶靠在竖直墙上 已知木块与墙之间 最大静摩擦力和木块对墙的压力成正比 即fm kFN 比例系数k 0 5 则垂直作用 于BC边的外力F应取何值木块保持静止 g 10m s2