吉林省长五中高一物理《力 物体的平衡》课件2.ppt

明确考点 1 滑动摩擦力 动摩擦因数 静摩擦力2 胡克定律3 力的合成和分解4 共点力的平衡 把握考情 1 高考对本专题知识的考查多以选择题的形式出现 难度适中 2 单个物体的平衡和连接体的平衡问题均是近几年的考查热点 其中涉及带电体 通电导体 在电场 复合场中的平衡问题仍是今后高考的重点和热点 并且综合性较强 能力要求较高 力与物体的平衡 五种常见力 重力 产生原因 由于地球的吸引而产生大小 g 方向 弹力 产生条件 直接接触 弹性形变大小 由形变程度决定方向 跟形变方向 摩擦力 方向 与接触面 与物体相对运动或相对运动趋势方向 产生条件 1 相互接触且发生形变 2 有或 3 接触面不光滑 大小 静摩擦力 大小0 f静 fm 滑动摩擦力 大小f mg 竖直向下 相反 相对运动 相对运动趋势 相切 相反 力与物体的平衡 五种常见力 电场力 大小 点电荷 f 任何场 f eq 方向 与的方向相同或相反 电场强度 大小 f 方向 由左手定则判定 磁场力 洛伦兹力 安培力 大小 f qvb方向 由判定 左手定则 bil 力与物体的平衡 受力分析 分析顺序 重力 接触力 场力 其他力 分析方法 隔离法 整体法力的图示法假设法 转换研究对象法 力的合成与分解 定则三角形定则 共点力的平衡 平衡状态 静止或匀速直线运动的状态平衡条件 或 平行四边形 f合 0 受力分析是整个物理学的基础 本专题内容常与其他知识综合命题 主要涉及弹簧弹力 摩擦力 共点力的合成与分解 复习时要加大对物体受力分析的训练 对摩擦力一定要搞清楚产生的条件从而牢固掌握好 力的合成与分解是力学的基础 应熟练掌握矢量合成法则 平行四边形定则和三角形定则 明确力的各种分解方法 能运用物体的平衡条件 分析单个物体或连接体 以及带电体和通电导体 在电场 磁场 复合场中的平衡问题 一 常见的几种力1 重力与万有引力的比较 1 方向 万有引力的方向指向地心 而重力的方向总是竖直向下 与当地的水平面垂直 但不一定指向地心 2 大小 g mg 其中g与地理位置和物体所在处离地面的高度有关 重力与万有引力的不同是由于地球自转引起的 如果不考虑地球自转的影响 就可以认为物体的重力等于地球对物体的万有引力 2 对弹力的理解 1 产生条件 直接接触 发生弹性形变 2 大小 弹簧的弹力可由胡克定律f kx计算 一般情况下可用平衡条件或牛顿定律求解 3 方向 垂直于接触面指向受力物体 1 对产生条件的理解 物体间要存在摩擦力 必须同时满足产生摩擦力的三个条件 缺一不可 2 两类摩擦力的判断 物体间存在静摩擦力还是滑动摩擦力 不是看物体是静止的还是运动的 而是看物体间是相对静止还是相对滑动 静止的物体可以受滑动摩擦力 运动的物体也可以受静摩擦力作用 3 摩擦力的分析与计算 3 摩擦力的大小计算 滑动摩擦力的大小 由f fn来计算 但要注意fn的分析 它跟研究物体在垂直于接触面方向的受力及该方向上的运动状态有关 静摩擦力的大小 跟产生相对运动趋势的外力密切相关 与物体的运动状态有关 但跟接触面间的fn无直接关系 一般通过分析受力情况 沿接触面方向根据平衡条件或牛顿第二定律列方程求解 4 电场力 1 安培力 大小 f安 bil l为垂直于匀强磁场的有效长度 方向 由左手定则判定 2 洛伦兹力 大小 f洛 qvb v是垂直磁场的有效速度 方向 由左手定则判断 5 磁场力 1 安培力是洛伦兹力的宏观表现 2 永远垂直于b与v所决定的平面 但b v未必垂直 3 垂直于b与i所决定的平面 但b与i未必垂直 二 力的合成与分解1 运算法则 平形四边形定则或三角形定则 2 常用方法 合成法 分解法 正交分解法 3 合力和分力的关系 等效替代关系 三 共点力作用下物体的平衡1 平衡状态 静止或匀速直线运动 2 平衡条件 f合 0或 1 受力分析时 物体不能同时受到合力和分力的作用 2 物体在一组非共点力作用下也可能处于平衡状态 3 使用分解法的关键是明确力的作用效果 确定分力的方向 然后画出平行四边形 一 物体间有无静摩擦力及静摩擦力方向的判断方法物体间是否具有相对运动趋势不是很直观 因此判断静摩擦力的存在及方向时比较困难 下面列举几种常用的判断方法 1 假设法 即先假设没有摩擦力 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 若不能 则没有静摩擦力 2 反推法 是从研究物体表现出的运动状态这个结果反推出它必须具有的条件 分析组成条件的相关因素中摩擦力所起的作用 就容易判断摩擦力的方向了 1 假设法 和 反推法 2 利用牛顿第二定律判断先假设物体受摩擦力作用 并假设出方向 利用牛顿第二定律或平衡条件列式计算 若f静 0 则有静摩擦力 f静 0 说明其方向与假设方向相同 f静 0 说明其方向与假设方向相反 3 利用牛顿第三定律 即相互作用力的关系 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 1 两物体相互接触是弹力和摩擦力存在的前提 2 物体间存在弹力又是存在摩擦力的前提 二 受力分析的基本思路1 受力分析的一般步骤 1 确定分析的对象 是系统还是隔离物体 2 先画重力 作用点画在物体的重心上 3 其次画接触力 弹力和摩擦力 绕研究对象逆时针或顺时针观察一周 看研究对象跟其他物体有几个接触点 面 对每个接触点 面 若有挤压 则画出弹力 若还有相对运动或相对运动趋势 则画出摩擦力 分析完一个接触点 面 后再依次分析其他的接触点 面 4 再画其他场力 看是否有电场力和磁场力作用 如有则画出场力 5 画完受力图后做一遍检查 检查一下画出的每一个力能否找出它的施力物体 若没有施力物体 则该力一定不存在 6 检查一下分析的结果 看能否使研究对象处于题目所给的运动状态 静止 匀速或加速 否则 必然发生了多力或漏力的情况 1 假设法 当某个力不易判断时 可假设该力不存在 看物体的运动状态会受到怎样的影响 从而得出结论 如分析弹力可用撤物法 分析静摩擦力可用假设光滑法等 2 利用牛顿第三定律分析 当某一力不易直接分析时 可以转换研究对象 分析该力的反作用力 根据其反作用力的大小和方向来确定该力的大小和方向 2 判定某力是否存在的方法 1 从运动角度判断当物体的速度大小和方向不变时 物体处于平衡状态 物体的速度为零时 不一定处于平衡状态 只有物体的加速度为零 物体才处于平衡状态 2 从受力角度判断共点力作用下物体的平衡条件是合外力为零 表达式 f合 0或写成分量形式fx合 0和fy合 0 物体处于平衡状态时的几个重要推论 三 关于物体的平衡问题1 判断物体是否处于平衡状态的方法 二力平衡时 二力等大 反向 共线 物体受三个非平行力的作用而平衡时 这三个力的作用线 或延长线 必交于一点 且三力必共面 这三个力构成顺向的闭合三角形 物体在几个共点力的作用下处于平衡状态时 其中任意一个力必与其他力的合力等大 反向 共线 2 分析平衡问题的基本步骤 1 选定研究对象 整体法和隔离法 2 确定物体是否处于平衡状态 a 0 3 进行受力分析 画出准确规范的受力示意图 4 建立平衡方程 灵活运用平行四边形定则 正交分解法 三角形定则及数学方法 1 解三角形法 该方法主要用来解决三力平衡问题 若力的三角形为直角三角形 则运用勾股定理及三角函数求解 若力的三角形为斜三角形 则运用正弦 余弦定理或相似三角形的知识求解 2 正交分解法 处理四力或四力以上的平衡问题用该方法较为方便 3 求解共点力平衡问题的常用方法 3 相似三角形法 通过力的三角形与几何三角形相似求未知力 对解斜三角形的图解法中 当物体所受的力变化时 通过对几个特殊状态画出力的图示 在同一图上 进行对比分析 使得动态的问题静态化 抽象的问题形象化 使问题将变得易于分析处理 1 带电粒子和通电导体在复合场中的运动问题是力学和电学知识的 大综合 其分析方法和力学综合问题的分析方法基本相同 只是在受力分析时多加了电场力和磁场力 2 带电粒子在复合场中处于静止或匀速直线运动时 解题的依据仍是平衡条件 即带电体所受的合力等于零 2008 全国卷 如图1 1所示 一固定斜面上有两个质量相同的小物块a和b紧挨着匀速下滑 a与b的接触面光滑 已知a与 高频点一 重力 弹力 摩擦力作用下的平衡问题 斜面之间的动摩擦因数是b与斜面之间的动摩擦因数的2倍 斜面倾角为 b与斜面之间的动摩擦因数是 a tan b cot c tan d cot 思路点拨 解答本题时应注意把握以下三点 1 两物体一起匀速下滑 处于平衡状态 2 两物体的质量相同 对斜面的压力大小相同 3 两物体与斜面间的动摩擦因数不同 答案 a 处理平衡类问题时 首先要选取研究对象 其次对物体进行受力分析 根据平衡条件列方程求解 同时注意整体法和隔离法的应用 1 2009 湖南师大附中模拟 如图1 2所示 a b两木块放在水平面上 它们之间用细线相连 两次连接情况中细线倾斜方向不同但倾角一样 两木块与水平面间的动摩擦因数相同 先后用水平力f1和f2拉着a b一起匀速运动 则 a f1 f2b f1 f2c ft1 ft2d ft1 ft2 解析 设a b的质量分别为ma mb 取a b为一个整体 可得 f1 f2 ma mb g 故a错误 b正确 设细线与水平方向的夹角为 单独隔离a木块 用平衡条件可得 ft1cos mag ft1sin ft2cos mag ft2sin 得出 故ft1 ft2 c d均错误 答案 b 高频点二 用图解法分析动态平衡问题 半圆柱体p放在粗糙的水平地面上 其右端有一竖直放置的光滑挡板mn 在半圆柱体p和mn之间放有一个光滑均匀的小圆柱体q 整个装置处于静止状态 如图1 3所示是这个装置的截面图 现使mn保持竖直并且缓慢地向右平移 在q滑落到地面之前 发现p始终保持静止 则在此过程中 下列说法正确的是 a mn对q的弹力逐渐减小b 地面对p的支持力逐渐增大c q所受的合力逐渐增大d 地面对p的摩擦力逐渐增大 思路点拨 在mn向右平移时 小圆柱体q处于动态平衡状态 对q受力分析 作出力的平行四边形 根据力的方向变化 分析边长的变化 从而得出力的大小变化结果 解析 圆柱体q受重力g p对q的弹力f1和mn对q的弹力f2 如图1 4所示 在mn向右缓慢平移时 g不变 则f不变 f1与水平方向的夹角 减小 而f2的方向不变 由图可知f1 f2均变大 但q所受的合力始终为零 故a c均错误 再以p q为一整体受力分析如图1 5所示 由平衡条件知 fnp gp gq不变 ffp f2 ffp随f2增大而增大 故b错误 d正确 答案 d 2 2009 华南师大附中模拟 如图1 6所示是给墙壁刷涂料用的涂料滚的示意图 使用时 用撑竿推着粘有涂料的涂料滚沿墙壁上下缓缓滚动 把涂料均匀地粉刷到墙上 撑竿的重力和墙壁的摩擦均不计 且撑竿足够长 粉刷工人站在离墙壁一定距离处缓缓上推涂料滚 设该过程中撑竿对涂料滚的推力为f1 涂料滚对墙壁的压力为f2 则 a f1增大 f2减小b f1增大 f2增大c f1减小 f2减小d f1减小 f2增大 解析 涂料滚缓慢沿墙上滚过程中 处于动态平衡状态 合力为零 分析涂料滚受力如图所示 涂料滚上滚过程中 变小 f1和f2均变小 故c正确 答案 c 高频点三 用三角形相似法解平衡问题 如图1 7所示 ac是上端带定滑轮的固定竖直杆 质量不计的轻杆bc一端通过铰链固定在c点 另一端b悬挂一重为g的物体 且b端系有一根轻绳并绕过定滑轮a 用力f拉绳 开始时bca 90 现使 bca缓慢变小 直到杆bc接近竖直杆ac 此过程中 杆bc所受的力 a 大小不变b 逐渐增大c 逐渐减小d 先减小后增大 思路点拨 在 bca缓慢减小时 物体及轻杆处于动态平衡 因此轻杆b端所受合力始终为零 解析 b点共受三个力作用而平衡 物体对作用点b的拉力与g大小相等 方向相同 杆bc的弹力fn 绳的拉力ft 由平衡条件及平行四边形定则可知b点的受力如图1 8所示 f g 由几何知识可知 几何三角形abc与力三角形相似 即 答案 a fn g在杆被拉起的过程中 bc ac g不变 所以fn大小不变 故选项a正确 图解法适用于物体受三个力作用处于平衡状态时 其中一个力大小 方向一定 另一个的方向一定 第三个力大小方向均改变的情形 而三角形 相似法适用于物体受三个力作用处于动态平衡时 其中一个力大小 方向一定 另处两个方向均发生变化的情况 这类问题不宜用图解法解决 3 如图1 9所示 光滑半球面上的小球被一通过定滑轮的力f由底端缓慢拉至顶端的过程中 关于绳的拉力f及半球面对小球的支持力fn的变化情况 以下说法正确的是 a f增大b f减小c fn减小d fn不变 解析 如图所示 作出小球受力示意图 注意弹力fn总与球面垂直 从图中可以得到相似三角形 设球半径为r 定滑轮到球面的距离为h 绳长为l 根据三角形相似得 可得绳中张力 球面弹力 由于拉动过程中h r不变 l变小 故f减小 fn不变 答案 bd 高频点四 与电场力 洛伦兹力有关的平衡问题 如图1 10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 带电荷量为q的粒子以速度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的大小和磁感应强度b的大小 思路点拨 解答本题时应把握以下几点 1 粒子做匀速直线运动 所受合力为零 2 粒子的重力必须考虑 3 粒子一定带正电 解析 由于带电粒子所受洛伦兹力与v垂直 电场力方向与电场线平行 可知粒子必须还受重力才能做匀速直线运动 假设粒子带负电 受电场力水平向左 则它所受洛伦兹力f就应斜向右下方与v垂直 这样粒子不能做匀速直线运动 所以粒子应带正电 画出受力分析图如图1 11所示 根据平衡条件可得mg qvbsin45 qe qvbcos45 由 式得b 由 得e 答案 4 2009 青岛一中模拟 水平放置的金属框架处于如图1 12所示的匀强磁场中 金属棒ab置于光滑的框架上且接触良好 从某时刻开始磁感应强度均匀增加 现施加一外力使金属棒ab保持静止 则金属棒ab受到的外力是 a 方向向右 且为恒力b 方向向右 且为变力c 方向向左 且为恒力d 方向向左 且为变力 解析 由于磁感应强度b均匀增加 感应电流方向在棒中由b到a 由左手定则知安培力方向向左 要保持棒ab静止 外力方向必定向右 由e s可知 回路中电动势恒定 电流恒定 再由f安 bil可知 f安随b的增加而增大 故选项b正确 答案 b 1 2009 潍坊质检 如图1 13所示 倾斜天花板平面与竖直方向夹角为 推力f垂直天花板平面作用在木块上 使其处于静止状态 则 a 木块一定受三个力作用b 天花板对木块的弹力fn fc 木块受的静摩擦力等于mgcos d 木块受的静摩擦力等于mg cos 解析 对木块进行受力分析 如图所示 它受到竖直向下的重力 垂直斜面向左上方的推力f 根据沿斜面方向的平衡条件可知 木块还要受到沿斜面向上大小为ff mgcos 的静摩擦力 所以c正确 d错误 由摩擦力和弹力的关系可知 木块一定受到斜面给其垂直斜面向右下方的弹力 它和重力垂直于斜面的分力之和与推力f平衡 故a b错误 答案 c 2 如图1 14所示 质量为m的通电导体棒ab置于倾角为 的导轨上 若已知导体棒与导轨间的动摩擦因数为 在图1 15所示的各种磁场中 导体棒均 处于静止状态 则导体棒与导轨间的摩擦力可能为零的是 解析 除摩擦力外 四种情况下导体棒的受力情况如图所示 其中a项中重力g 支持力fn和安培力f三力可以平衡 摩擦力可以为零 b项中导体棒如果受到的安培力f与重力平衡 则斜面支持力和摩擦力均为零 c d项中由于重力g 支持力fn和安培力f的合力不能为零 故必须受到摩擦力作用 答案 ab 3 如图1 16所示 竖直杆ab固定在斜面上 小球用细绳系住始终静止在倾角为 的光滑斜面上 当细绳方向由水平逐渐向上偏移时 绳的拉力f和斜面对小球的支持力fn将 a fn逐渐减小b fn逐渐增大c f逐渐减小d f先减小后增大 解析 画出状态变化过程中力的平行四边形如图所示 由图中平行四边形的边长变化可知 fn一直减小 f先减小后增大 答案 ad 4 2009 泰安模拟 如图1 17所示 作用于o点的三个力平衡 设其中一个力大小为f1沿 y方 大小未知的力f2与 x方向夹角为 下列说法正确的是 a 力f3只能在第二象限b 力f3可能在第三象限的任意方向上c 力f3与f2夹角越小 则f3与f2的合力越小d f3的最小值为f1cos 解析 力f3可以在f1 f2的反向延长线所围的区域内 所以a b选项均不正确 不管力f3与f2的夹角怎么变化 合力是一定的 一定与f1等大反向 所以c选项也不正确 从f1向f2的反向延长线作垂线 垂线段最短 最短线的大小f1cos 就是f3的最小值 所以答案d正确 答案 d 5 一物块在粗糙斜上 在平行斜面向上的外力f作用下 斜面和物块始终处于静止态 当f按图1 18所示规律变化时 物体与斜面间的摩擦力大小变化规律可能是图1 19中的 解析 在f的作用下 当物块有向上的运动趋势时 由平衡条件得f mgsin ff 当f减小时 ff也减小 当f 0时 ff mgsin 即静摩擦力先减小至零又反向变大 在f的作用下 物块有向下的运动趋势时 由平衡条件得f ff mgsin 当f减小时 ff变大 当f 0时 ff mgsin 故只有c图正确 答案 c 6 2008 海南高考 如图1 21所示 质量为m的楔形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 解析 把m m看成一个整体 在竖直方向上受力平衡 即fn fsin m m g fn m m g fsin d正确 答案 d 7 2009 浙江高考 如图1 22所示 在光滑绝缘水平面上放置3个电荷量均为q q 0 的相同小球 小球之间用劲度系数均为k0的轻质弹簧绝缘连接 当3个小球处在静止状态时 每根弹簧长度为l 已知静电力常量为k 若不考虑弹簧的静电感应 则每根弹簧的原长为 a l b l c l d l 解析 对最右边的小球受力分析可知 小球受到另外两个带电小球对它向右的库仑力 大小分别为f1 和f2 由力的平衡可知弹簧弹力的大小f f1 f2 故弹簧的伸长量为 l 所以选c 答案 c 8 如图1 22所示 位于竖直侧面的物体a的质量ma 0 2kg 放在水平面上的物体b的质量mb 1 0kg 绳的质量及绳和滑轮间的摩擦均不计 且绳的ob部分水平 oa部分竖直 a和b恰好一起做匀速运动 取g 10m s2 求 1 物体b与桌面间的动摩擦因数 2 如果用水平力f向左拉物体b 使物体a和b做匀速运动需多大的拉力 解析 1 因物体a和b恰好一起