2017年高考物理复习考前大串讲基础知识+查漏补缺专题02相互作用含解析.docx

专题02 相互作用【知识网络】【知识清单】一、力的概念1. 定义力是物体对物体的作用特性物质性力不能脱离物体独立存在相互性力的作用是相互的，施力物体同时也是受力物体矢量性既有大小，又有方向，运算遵循平行四边形定则独立性一个力作用于某一物体上产生的效果，与这个物体是否同时受到其他力的作用无关同时性物体间的相互作用总是同时产生，同时变化，同时消失三要素大小、方向、作用点作用效果使物体发生形变或使物体产生加速度测量测力计描述力的图示。力的示意图单位牛顿，简称牛，符合N2力的图示和力的示意图力的图示用一根带箭头的线段来表示力，按一定比例(或标度)画出线段，其长短表示力的大小；在线段的末端标上箭头表明力的作用方向；箭头或箭尾表示力的作用点；线段所在的直线表示力的作用线。这种表示力的方法，叫做力的图示。力的示意图只画出力的作用点和方向，表示物体在这个方向上受到了力。力的图示与力的示意图的比较步骤力的图示力的示意图1选定标度(用某一长度表示多少牛的力)无需选标度2从作用点开始沿力的方向画一线段，根据选定的标度和力的大小按比例确定线段长度从作用点开始沿力的方向画一适当长度线段即可3在线段的末端标出箭头，表示力的方向在线段末端标出箭头，表示力的方向3.力的分类力的分类按性质分：重力（万有引力）、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力 等按效果分：压力、支持力、拉力、动力、阻力、向心力、回复力等按研究对象分：内力和外力 按作用方式分：场力（如万有引力、电磁力等）和接触力（如弹力、摩擦力等）4. 四种基本相互作用万有引力 电磁相互作用 强相互作用 弱相互作用二、重力1.重力产生重力是由于地球的吸引而产生的重力是万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，在两极处重力等于万有引力一般情况下在地球表面附近近似认为重力等于万有引力大小Gmg g为重力加速度重力的大小可用弹簧秤测量（1）物体的质量不会变；（2）同一物体的G变化是由在地球上不同位置处g的变化引起的；（3）g的取值与地理位置有关。方向总是竖直向下注意：竖直向下是和水平面垂直，不一定和接触面垂直，也不一定指向地心。作用点物体的每一部分都受重力作用，可认为重力集中作用于一点，即物体的重心。重心的位置与物体的形状和质量的分布有关重心不一定在物体上质量分布均匀、形状规则的物体的重心在几何中心上薄板类物体的重心可用悬挂法确定2.重心：重力的等效作用点重心的位置与物体的形状和质量的分布有关重心不一定在物体上质量分布均匀、形状规则的物体的重心在几何中心上薄板类物体的重心可用悬挂法确定3重力与质量的区别与联系物理量比较内容重力质量区别决定因素由质量和地理位置共同决定决定于物体所含物质多少，与位置无关表示方法既有大小，又有方向只有大小，没有方向测量仪器弹簧测力计天平联系在同一地点，物体重力的大小G跟物体质量成正比，即Gmg三、弹力1形变物体在外力的作用下，自身的几何形状或体积发生改变，称作形变。形变2形变的分类(1)弹性形变：撤去外力作用后物体能恢复原状的形变。(2)范性形变：撤去外力作用后物体的形变或多或少仍有保留而不能复原的形变。3弹性限度如果作用在物体上的外力过大，超出了一定的限度，撤去外力后物体就不能恢复原状，这个限度叫做弹性限度。4弹力（1）定义：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力 两物体相互接触；（2）产生条件： 接触面之间发生弹性形变。（3）方向：弹力的方向与施力物体的形变方向相反压力、支持力的方向总是垂直于接触面或接触面的切面，总指向被压、被支持的物体绳的拉力总是沿绳指向绳收缩的方向杆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轻弹簧的拉力或压力沿弹簧的轴线方向 （4）弹力的大小对弹簧，在弹性限度内弹力的大小可以由胡克定律F = kx 计算，其中k 表示弹簧的劲度系数，单位：牛顿每米，符号：N/m。它取决于弹簧本身的结构(材料、匝数、直径等)。x 表示弹簧的形变量（即伸长或缩小的长度）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，一般由力学规律（如平衡条件、牛顿运动定律、动能定理、动量定理等）求出一根张紧的轻绳上的拉力大小处处相等5.胡克定律内容：在弹性限度范围内，弹性体的弹力和弹性体伸长（或缩短）的长度成正比。公式：F = kx四、摩擦力 当一个物体在另一个物体的表面上相对运动或有相对运动趋势时，受到的阻碍相对运动或相对运动趋势的力，叫做摩擦力摩擦力可分为滑动摩擦力和静摩擦力静摩擦力滑动摩擦力产生条件1.相互接触2.相互挤压3.接触面不光滑4.接触面间有相对运动趋势1.相互接触2.相互挤压3.接触面不光滑4.接触面间有相对运动三要素大小1.静摩擦力F为被动力，与正压力无关，满足02(mM)g时，木板便会开始运动D.无论怎样改变F的大小，木板都不可能运动【答案】AD【解析】由于木块在木板上运动，所以木块受到木板的滑动摩擦力的作用，其大小为1mg，根据牛顿第三定律可得木块对木板的滑动摩擦力也为1mg。又由于木板处于静止状态，木板在水平方向上受到木块的摩擦力1mg和地面的静摩擦力的作用，二力平衡，选项A正确，B错误；若增大F的大小，只能使木块的加速度大小变化，但木块对木板的滑动摩擦力大小不变，因而也就不可能使木板运动起来，选项C错误，D正确。计算摩擦力时的三点注意(1)首先分清摩擦力的性质，因为只有滑动摩擦力才有公式，静摩擦力通常只能用平衡条件或牛顿定律来求解。(2)公式FFN中FN为两接触面间的正压力，与物体的重力没有必然联系，不一定等于物体的重力。(3)滑动摩擦力的大小与物体速度的大小无关，与接触面积的大小也无关。四、摩擦力的突变问题物体受到的外力发生变化时，物体受到的摩擦力的种类就有可能发生突变。解决这类问题的关键是：正确对物体受力分析和运动状态分析，从而找到物体摩擦力的突变“临界点”。(1)题目中出现“最大”“最小”和“刚好”等关键词时，一般隐藏着临界问题。有时，有些临界问题中并不含上述常见的“临界术语”，但审题时发现某个物理量在变化过程中会发生突变，则该物理量突变时物体所处的状态即为临界状态。(2)静摩擦力是被动力，其存在及大小、方向取决于物体间的相对运动的趋势，而且静摩擦力存在最大值。存在静摩擦的连接系统，相对滑动与相对静止的临界条件是静摩擦力达到最大值。(3)研究传送带问题时，物体和传送带的速度相等的时刻往往是摩擦力的大小、方向和运动性质的分界点。【典例3】长直木板的上表面的一端放有一个木块，如图所示，木板由水平位置缓慢向上转动(即木板与地面的夹角变大)，另一端不动，则木块受到的摩擦力Ff随角度的变化图象是选项图中的()【答案】C【解析】解法一(过程分析法)：(1)木板由水平位置刚开始运动时：0，f静0。 (3)木块相对于木板刚好要滑动而没滑动时，木块此时所受的静摩擦力为最大静摩擦力fm。继续增大，木块将开始滑动，静摩擦力变为滑动摩擦力，且满足：fmff滑。(4)木块相对于木板开始滑动后，Ff滑mgcos，此时，滑动摩擦力随的增大而减小，按余弦规律变化。(5)最后，Ff滑0综上分析可知选项C正确。解法二(特殊位置法)：本题选两个特殊位置也可方便地求解，具体分析见下表：特殊位置分析过程0时此时木块与木板无摩擦，即Ff静0，故A选项错误木块相对于木板刚好要滑动而没滑动时木块此时所受的静摩擦力为最大静摩擦力，且大于刚开始运动时所受的滑动摩擦力，即FfmFf滑，故B、D选项错误受力分析求平衡的方法一、正交分解法1. 力分解为两个相互垂直的分力的方法称为正交分解法。例如将力F沿x和y两个方向分解，如图所示，则FxFcos FyFsin 2. 正分解的优点：其一，借助数学中的直角坐标系对力进行描述；其二，几何图形关系简单，是直角三角形，计算简便，因此很多问题中，常把一个力分解为互相垂直的两个力特别是物体受多个力作用，求多个力的合力时，把物体受的各力都分解到相互垂直的两个方向上去，然后分别求每个方向上的分力的代数和，这样就把复杂的矢量运算转化为简单的代数运算，再求两个互成90角的力的合力就简便得多。3. 交分解法使用步骤第一步：建立坐标系，以共点力的作用点为坐标原点，直角坐标x轴和y轴的选择应使尽量多的力在坐标轴上。第二步：正交分解各力，即将每一个不在坐标轴上的力分解到x和y坐标轴上，并求出各分力的大小，如右上图所示。第三步：分别求x轴和y轴上各力的分力的合力，即FxF1xF2xFyF1yF2y第四步：求Fx与Fy的合力即为共点力合力合力大小：F，合力的方向由F与x轴间夹角确定，即arctan .4. 正交分解法求解时，应注意的几个问题(1)正交分解法在求三个以上的力的合力时较为方便。两个力合成时，一般直接进行力的合成，不采用正交分解法(2)正交分解法的基本思路是：把矢量运算转化为代数运算，把解斜三角形转化为解直角三角形，正交分解法是在分力与合力等效的原则下进行的。(3)坐标系的选取要合理。正交分解时坐标系的选取具有任意性，但为了运算简单，一般要使坐标轴上有尽可能多的力，也就是说需要向两坐标轴上投影分解的力少一些。这样一来，计算也就方便一些，可以使问题简单化。二、合成、分解法利用力的合成与分解解决三力平衡的问题具体求解时有两种思路：一是将某力沿另两个力的反方向进行分解，将三力转化为四力，构成两对平衡力；二是某二力进行合成，将三力转化为二力，构成一对平衡力【典例1】如图所示,重物的质量为m,轻细绳AO和BO的A端、B端是固定 的,平衡时AO水平,BO与水平面的夹角为,AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小是 ( ) A.F1=mgcos B.F1=mgcot C.F2=mgsin D.F2=mg/sin【答案】 BD 【典例2】如图所示，一条不可伸长的轻质细绳一端跨过光滑钉子b悬挂一质量为m1的重物，另一端与另一轻质细绳相连于c点，ac，c点悬挂质量为m2的重物，平衡时ac正好水平，此时质量为m1的重物上表面正好与ac在同一水平线上且到b点的距离为l，到a点的距离为l，则两重物的质量的比值为()A.B.2 C. D.【答案】C 解法二分解法：因c点处于平衡状态，所以可在F、m1g方向上分解m2g，如图乙所示，则同样有sin ，所以，选项C正确。解法三正交分解法：将倾斜绳拉力F1m1g沿竖直方向和水平方向分解，如图丙所示，则m1gsin m2g，同样可得，选项C正确。反思总结1.平衡中的研究对象选取(1)单个物体；(2)能看成一个物体的系统；(3)一个结点。三、整体法和隔离法选择研究对象是解决物理问题的首要环节若一个系统中涉及两个或者两个以上物体的平衡问题，在选取研究对象时，要灵活运用整体法和隔离法对于多物体问题，如果不求物体间的相互作用力，我们优先采用整体法，这样涉及的研究对象少，未知量少，方程少，求解简便；很多情况下，通常采用整体法和隔离法相结合的方法【典例3】有一直角支架AOB,AO水平放置,表面粗糙;OB竖直向下,表面 光滑.AO上套有小环P,OB上套有小环Q,两环质量均为m.两环间由一根质量可忽略且不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡,如图3所示.现将P环向左移一小段距离,两环再次达到平衡,将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO杆对P环的支持力FN和细绳上的拉力FT的变化情况是 ( ) A.FN不变,FT变大 B.FN不变,FT变小 C.FN变大,FT变大 D.FN变大,FT变小 【答案】 B Q环所受重力G、OB给Q的弹力F1,绳的拉力FT处于平衡;P 环向左移动一小段距离的同时FT移至FT位置,仍能平衡,即FT竖直分量与G大小相等,FT应变小,所以正确答案为B选项.【典例4】如图所示，质量为m的木块A放在水平面上的质量为M的斜面体B上，现用大小相等方向相反的两个水平推力F分别作用在A、B上，A、B均保持静止不动则()AA与B之间一定存在摩擦力BB与地面之间一定存在摩擦力CB对A的支持力一定等于mgD地面对B的支持力大小一定等于(mM)g【答案】D【解析】A在斜面上处于静止状态，对A受力分析如图甲所示，若FxGx，则f0；若FxGx，则f0且方向斜向下，则A错误；由图甲知NFyGy，则N与G的大小关系不确定，C错误；对A、B整体受力分析如图乙，水平方向上与地面间无摩擦力，竖直方向上N地GAGB(mM)g，则B错误，D正确四、图解法在共点力的平衡中，有些题目中常有“缓慢”一词，则物体处于动态平衡状态解决动态平衡类问题常用图解法，图解法就是在对物体进行受力分析(一般受三个力)的基础上，若满足有一个力大小、方向均不变，另有一个力方向不变时，可画出这三个力的封闭矢量三角形来分析力的变化情况的方法，图解法也常用于求极值问题【典例5】如图，运动员的双手握紧竖直放置的圆形器械，在手臂OA沿由水平方向缓慢移到A位置过程中，若手臂OA、OB的拉力分别为FA和FB，下列表述正确的是()AFA一定小于运动员的重力GBFA与FB的合力始终大小不变CFA的大小保持不变DFB的大小保持不变【答案】B【解析】将人受到的重力分解为沿两手臂方向的FA和FB(FAFA、FBFB)，如图，五、 三角形法 对受三力作用而平衡的物体,将力矢量图平移使三力组成一个首尾依次相接的封闭力三角形,进而处理物体平衡问题的方法叫三角形法;力三角形法在处理动态平衡问题时方便、直观,容易判断.【典例6】如图,细绳AO、BO等长且共同悬一物,A点固定不动,在手持B点沿圆弧向C点缓慢移动过程中,绳BO的张力将 ( )A.不断变大 B.不断变小C.先变大再变小 D.先变小再变大【答案】 D【解析】 选O点为研究对象,受F、FA、FB三力作用而平衡.此三力构成一封闭的动态三角形如图.容易看出,当FB与FA垂直即+=90时,FB取最小值,所以D选项正确.五、相似三角形法物体受到三个共点力的作用而处于平衡状态，其中任意两个力的合力与第三个力等值反向画出的平行四边形中，可能有力三角形与题设图中的几何三角形相似，进而得到力三角形与几何三角形对应成比例，根据比值便可计算出未知力的大小与方向【典例7】如图所示，一个重为G的小球套在竖直放置的半径为R的光滑圆环上，一个劲度系数为k，自然长度为L(12R)的轻质弹簧，一端与小球相连，另一端固定在大环的最高点，求小球处于静止状态时，弹簧与竖直方向的夹角.【答案】arccos在AOB中，cos .则arccos.【典例8】如图所示，质量为M、半径为R的半球形物体A放在水平地面上，通过最高点处的钉子用水平细线拉住一质量为m、半径为r的光滑球B，以下说法正确的有()AA对地面的压力等于(Mm)gBA对地面的摩擦力方向向左CB对A的压力大小为mgD细线对小球的拉力大小为mg【答案】AC【解析】对整体受力分析，可以确定A与地面间不存在摩擦力，地面对A的支持力等于A、B的总重力；再对B受力分析，如图所示，借助两球心及钉子位置组成的三角形，根据几何关系和力的合成分解知识求得A、B间的弹力大小为mg，细线的拉力大小为mg. 高考预测补缺训练题1. 如图，一不可伸长的光滑轻绳，其左端固定于O点，右端跨过位于O点的固定光滑轴悬挂一质量为M的物体；OO段水平，长度为L；绳上套一可沿绳滑动的轻环现在轻环上悬挂一钩码，平衡后，物体上升L，则钩码的质量为()A.M B. MC.M D.M【答案】D【解析】如图所示，轻环上挂钩码后，物体上升L，则根据几何关系可知，三角形OOA为等边三角形，根据物体的平衡条件可知，2Mgcos30mg，求得mM，D项正确2.如图所示，两个弹簧的质量不计，劲度系数分别为k1、k2，它们一端固定在质量为m的物体上，另一端分别固定在Q、P上，当物体平衡时上面的弹簧处于原长，若把固定的物体换为质量为2m的物体(弹簧的长度不变，且弹簧均在弹性限度内)，当物体再次平衡时，物体比第一次平衡时的位置下降了x，则x为()A. B. C. D.【答案】A 3.（15广东卷）（多选题）如图7所示，三条绳子的一端都系在细直杆顶端，另一端都固定在水平面上，将杆竖直紧压在地面上，若三条绳长度不同，下列说法正确的有A三条绳中的张力都相等 B杆对地面的压力大于自身重力C绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零 D绳子拉力的合力与杆的重力是一对平衡力.【答案】 ：BC 4.在粗糙水平面上有一个三角形木块a，在它的两个粗糙斜面上分