二轮复习力与平衡专题PPT课件.ppt

专题一力与物体的平衡 内容索引 相关知识链接规律方法提炼 高考题型1受力分析整体法与隔离法的应用 高考题型2静态平衡问题 高考题型3动态平衡问题 高考题型4平衡中的临界与极值问题 高考题型5电学中的平衡问题 相关知识链接规律方法提炼 1 弹力 1 大小 弹簧在弹性限度内 弹力的大小可由胡克定律F kx计算 一般情况下物体间相互作用的弹力可由或牛顿运动定律来求解 2 方向 一般于接触面 或切面 指向的方向 绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向 2 摩擦力 1 大小 滑动摩擦力Ff 与接触面的无关 静摩擦力的增大有一个限度 具体值根据牛顿运动定律或平衡条件来求 2 方向 沿接触面的方向 并且跟物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反 相关知识链接 平衡条件 形变恢复 垂直 FN 切线 面积 3 电场力 1 大小 F qE 若为匀强电场 电场力则为 若为非匀强电场 电场力则与电荷所处的位置有关 点电荷间的库仑力F k 2 方向 正电荷所受电场力方向与场强方向 负电荷所受电场力方向与场强方向 4 安培力 1 大小 F 此式只适用于B I的情况 且L是导线的有效长度 当B I时F 2 方向 用定则判断 安培力垂直于B I决定的平面 恒力 一致 相反 BIL 0 左手 5 洛伦兹力 1 大小 F 此式只适用于B v的情况 当B v时F 2 方向 用定则判断 洛伦兹力垂直于B v决定的平面 洛伦兹力不做功 6 共点力的平衡 1 平衡状态 物体静止或做运动 2 平衡条件 F合 或Fx Fy 3 常用推论 若物体受n个作用力而处于平衡状态 则其中任意一个力与其余 n 1 个力的合力大小 方向 若三个共点力的合力为零 则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一个三角形 qvB 0 左手 匀速直线 0 0 0 相等 相反 封闭 1 处理平衡问题的基本思路确定平衡状态 加速度为 巧选研究对象 整体法或隔离法 受力分析 建立平衡方程 求解或作讨论 2 常用的方法 1 在判断弹力或摩擦力是否存在以及确定它们的方向时常用法 2 求解平衡问题时常用二力平衡法 矢量法 正交分解法 相似三角形法 法等 规律方法提炼 零 假设 三角形 图解 3 带电体的平衡问题仍然满足条件 只是要注意准确分析场力 电场力 安培力或洛伦兹力 4 如果带电粒子在重力场 电场和磁场三者组成的复合场中做直线运动 则一定是 因为F洛 v 平衡 匀速直线运动 受力分析整体法与隔离法的应用 高考题型1 1 基本思路在分析两个或两个以上物体间的相互作用时 一般采用整体法与隔离法进行分析 2 两点注意 1 采用整体法进行受力分析时 要注意系统内各个物体的状态应该相同 2 当直接分析一个物体的受力不方便时 可转移研究对象 先分析另一个物体的受力 再根据牛顿第三定律分析该物体的受力 此法叫 转移研究对象法 例1 2018 湖北省黄冈市检测 用两段等长的轻质细线将a b两个小球连接并悬挂于O点 如图1甲所示 球a受到水平向右的力3F的作用 球b受到水平向左的力F的作用 平衡时细线都被拉紧 系统平衡时两球的位置情况如图乙所示 则a b两球质量之比为A 1 1B 1 2C 2 1D 2 3 图1 答案 解析 解析以整体为研究对象 分析受力如图甲 设Oa线与竖直方向的夹角为 则由平衡条件得 以b球为研究对象 受力如图乙 设ab线与竖直方向的夹角为 则由平衡条件得 由几何关系得到 联立 解得 ma mb 故A正确 B C D错误 拓展训练1 多选 2018 河南省濮阳市第三次模拟 如图2所示 质量分别为m1 m2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 m1在地面 m2在空中 此时 力F与水平方向成 角 弹簧中弹力大小为F1 弹簧轴线与水平方向的夹角为 m1受地面的摩擦力大小为Ff 则下列说法正确的是A 一定大于 B 可能等于 C F一定大于F1D F一定大于Ff 答案 图2 解析 拓展训练2 2018 四川省攀枝花市第二次统考 如图3所示 A B两个质量分别为m和M的物块叠放在水平地面和竖直墙壁之间 处于静止状态 已知A B交界面与竖直墙壁间的夹角为 水平地面粗糙 其他各接触面光滑 重力加速度为g 则水平地面对物块B的摩擦力大小为 答案 图3 解析 解析先隔离A受力分析 A受重力mg B对A的支持力FN1和左侧墙壁对A的支持力FN2 如图甲所示 根据平衡条件得 FN1cos FN2 FN1sin mg 再对A B整体受力分析 整体受重力 左侧墙壁对整体的支持力和地面对整体的支持力及摩擦力 如图乙所示 静态平衡问题 高考题型2 1 基本思路 根据物体所处的静止或者匀速直线运动状态 受力分析 结合平衡条件列式 2 主要方法 力的合成法和正交分解法 例2 2018 四川省乐山市第二次调研 如图4所示 质量均为M的A B两滑块放在粗糙水平面上 两轻杆等长 杆与滑块 杆与杆间均用光滑铰链连接 在两杆铰合处悬挂一质量为m的重物C 整个装置处于静止状态 设杆与水平面间的夹角为 下列说法正确的是A 当m一定时 越大 轻杆受力越小B 当m一定时 越小 滑块对地面的压力越大C 当 一定时 M越大 滑块与地面间的摩擦力越大D 当 一定时 M越小 可悬挂重物C的质量m越大 答案 解析 图4 解析将C的重力按照作用效果分解 如图所示 故m一定时 越大 轻杆受力越小 故A正确 对A B C整体受力分析可知 对地压力为 FN 2M m g 与 无关 故B错误 对A受力分析 受重力 杆的推力 支持力和向右的静摩擦力 根据平衡条件 有 Ff F1cos 与M无关 故C错误 一定时 只要动摩擦因数足够大 即可满足F1cos F1sin 不管M m多大 M都不会滑动 故D错误 拓展训练3 2018 四川省第二次 联测促改 如图5所示 斜面固定 平行于斜面处于压缩状态的轻弹簧一端连接物块A 另一端固定 最初A静止 在A上施加与斜面成30 角的恒力F A仍静止 下列说法正确的是A A对斜面的压力一定变小B A对斜面的压力可能不变C A对斜面的摩擦力一定变大D A对斜面的摩擦力可能变为零 答案 图5 拓展训练4 2018 山西省太原市三模 如图6 一光滑的轻滑轮用细绳OO 悬挂于O点 另一细绳跨过滑轮 其一端悬挂物块a 另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b 整个系统处于静止状态 现将物块c轻轻放在a上 整个系统依然处于静止状态 则A 绳OO 与竖直方向的夹角变小B 绳OO 的张力一定变大C 连接a和b的绳的张力可能不变D b与桌面间的摩擦力保持不变 答案 解析 图6 解析以滑轮为研究对象 受a b OO 绳子的拉力而平衡 a b绳子拉力大小等于a的重力 其合力与OO 绳子的拉力等大反向 将物块c轻轻放在a上 a b绳子拉力增大 其合力增大 合力方向不变 绳OO 与竖直方向的夹角不变 绳OO 的张力一定变大 A C错误 B正确 以b为研究对象 b绳拉力沿水平方向的分力等于b与桌面间的摩擦力 变大 D错误 动态平衡问题 高考题型3 1 解析法常用于可以较简捷列出平衡条件方程的情况或者正交分解的情况 1 先受力分析 得出物体受哪几个力而处于平衡状态 2 建立直角坐标系 正交分解力 列平衡条件方程 或在力的三角形中结合三角形知识列平衡条件方程 3 分析方程中的变量有哪些 分析题目信息得到这些物理量是如何变化的 4 把分析得到的变化的物理量代入方程 得到平衡条件下的受力动态变化情况 2 图解法 1 先受力分析 得出物体受几个力而处于平衡状态 2 分析题目给出的信息 判断物体受力的变化方式 3 把受力对应到几何图形中结合几何知识分析 例3 2018 河北省衡水中学第一次调研 如图7所示 a b c三根轻细绳悬挂两个质量相同的小球A B保持静止 细绳a是水平的 现对B球施加一个水平向右的力F 将B缓缓拉到图中虚线位置 A球保持不动 这时三根细绳张力Fa Fb Fc的变化情况是A 都变大B 都不变C Fb不变 Fa Fc变大D Fa Fb不变 Fc变大 答案 解析 图7 解析以B为研究对象受力分析 将重力分解 如图甲所示 由图可以看出 当将B缓缓拉到图中虚线位置过程 绳与竖直方向夹角变大 即Fc逐渐变大 F逐渐变大 再以A B整体为研究对象受力分析 如图乙所示 设b绳与水平方向夹角为 则竖直方向有 Fbsin 2mg得 Fb 不变 水平方向 Fa Fbcos F Fbcos 不变 而F逐渐变大 故Fa逐渐变大 拓展训练5 2018 宁夏银川一中一模 把一光滑圆环固定在竖直平面内 在光滑圆环的最高点有一个光滑的小孔 如图8所示 质量为m的小球套在圆环上 一根细线的下端系着小球 上端穿过小孔用手拉住 现拉动细线 使小球沿圆环缓慢上移 在小球移动过程中手对细线的拉力F和圆环对小球的弹力FN的大小变化情况是A F不变 FN增大B F不变 FN减小C F减小 FN不变D F增大 FN不变 图8 答案 解析 解析小球沿圆环缓慢上移可看做受力平衡 对小球进行受力分析 小球受重力G F FN三个力 满足受力平衡 作出受力分析图如右 当A点上移时 半径不变 AB长度减小 故F减小 FN不变 故A B D错误 C正确 拓展训练6 2018 湖北省黄冈市调研 如图9所示 物体A的质量大于B的质量 绳子的质量 滑轮的质量 绳与滑轮间的摩擦可不计 A B恰好处于平衡状态 如果将悬点P靠近Q少许使系统重新平衡 则A 物体A的重力势能增大B 物体B的重力势能增大C 绳的张力减小D P处绳与竖直方向的夹角减小 答案 解析 图9 解析B物体对绳子的拉力不变 等于物体B的重力 动滑轮和物体A整体受重力和两个拉力 拉力大小恒定 重力恒定 故两个拉力的夹角不变 如图所示 所以物体A上升 物体B下降 物体A的重力势能增大 物体B的重力势能减小 故A正确 B C D错误 平衡中的临界与极值问题 高考题型4 1 临界状态平衡问题的临界状态是指物体所处的平衡状态将要被破坏而尚未被破坏的状态 可理解成 恰好出现 或 恰好不出现 在问题的描述中常用 刚好 恰能 恰好 等语言叙述 解临界问题的基本方法是假设推理法 2 解题思路解决此类问题重在形成清晰的物理图景 分析清楚物理过程 从而找出临界条件或达到极值的条件 要特别注意可能出现的多种情况 例4 2018 山西省重点中学协作体期末 一个底面粗糙 质量为M的斜劈放在粗糙的水平面上 斜劈的斜面光滑且与水平面成30 角 现用一端固定的轻绳系一质量为m的小球 小球放在斜面上 小球静止时轻绳与竖直方向的夹角也为30 如图10所示 试求 1 当斜劈静止时绳子的拉力大小 图10 答案 解析 解析对小球进行受力分析如图甲 FTcos30 FN1cos30 mgFTsin30 FN1sin30 2 若地面对斜劈的最大静摩擦力等于地面对斜劈支持力的k倍 为使整个系统静止 k值必须满足什么条件 答案 解析 解析对斜劈进行受力分析如图乙FN2 Mg FN1 cos30 Ff FN1 sin30 FN1 FN1要使整体不滑动 则有 Ff kFN2 拓展训练7 2018 湖北省黄冈市质检 如图11所示 质量为M的物块被质量为m的夹子夹住刚好能不下滑 夹子由长度相等的轻绳悬挂在A B两轻环上 轻环套在水平直杆上 整个装置处于静止状态 已知物块与夹子间的动摩擦因数为 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 重力加速度为g 求 1 直杆对A环的支持力的大小 图11 答案 解析 解析由题意得 直杆对A B环的支持力FN大小相等 方向竖直向上 选取物块和夹子整体为研究对象 由受力平衡的条件可得 2FN M m g 2 夹子右侧部分对物块的压力的大小 解析由于物块刚好能不下滑 故物块受到两侧夹子的摩擦力为最大静摩擦力Ffm Ffm等于滑动摩擦力 设此时夹子右侧部分对物块的压力为F 以物块为研究对象 由平衡条件可得 2Ffm MgFfm F 答案 解析 电学中的平衡问题 高考题型5 1 基本思路要坚持 电学问题力学方法 的基本思路 要结合电学的基本规律和力学中受力分析及平衡条件解决问题 2 几点技巧 1 点电荷间的作用力大小要用库仑定律 2 安培力方向的判断要先判断磁场方向 电流方向 再用左手定则 同时注意立体图转化为平面图 3 电场力或安培力的出现 可能会对压力或摩擦力产生影响 4 涉及电路问题时 要注意闭合电路欧姆定律的使用 例5 2018 山西省三区八校二模 如图12所示 间距为L 电阻不计的足够长双斜面型平行导轨 左导轨光滑 右导轨粗糙 左 右导轨分别与水平面成 角 分别有垂直于导轨斜面向上的磁感应强度为B1 B2的匀强磁场 两处的磁场互不影响 质量为m 电阻均为r的导体棒ab cd与两平行导轨垂直放置且接触良好 ab棒由静止释放 cd棒始终静止不动 重力加速度为g 求 1 ab棒速度大小为v时通过cd棒的电流大小和cd棒受到的摩擦力大小 答案 解析 图12 答案见解析 解析当导体棒ab的速度为v时 其切割磁感线产生的感应电动势大小为 E B1Lv 导体棒cd所受安培力为 F2 B2IL 若mgsin F2 则摩擦力大小为 若mgsin F2 则摩擦力大小为 2 ab棒匀速运动时速度大小及此时cd棒消耗的电功率 答案 解析 答案见解析 解析设导体棒ab匀速运动时速度为v0 此时导体棒ab产生的感应电动势为 E0 B1Lv0 导体棒ab所受安培力为 F1 B1I0L 导体棒ab匀速运动 满足 mgsin F1 0 拓展训练8 多选 2018 广东省汕头市质检 A C是两个带电小球 质量分别是mA mC 电荷量大小分别是QA QC 用两条等长绝缘细线悬挂在同一点O 两球静