高考物理大二轮复习 专题一 力与物体的平衡课件.ppt

专题一力与物体的平衡,知识回扣规律方法,高考题型2电学中的平衡问题,高考题型3平衡中的临界与极值问题,高考题型1受力分析整体法与隔离法的应用,高考题精选精练,知识回扣规律方法,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fkx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.,答案,平衡条件,形变恢复,垂直,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.3.电场力(1)大小：fqe.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.(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.,答案,fn,面积,切线,恒力,一致,相反,4.安培力(1)大小：f，此式只适用于bi的情况，且l是导线的有效长度，当bi时f.(2)方向：用定则判断，安培力垂直于b、i决定的平面.5.洛伦兹力(1)大小：f，此式只适用于bv的情况.当bv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.,bil,0,左手,答案,qvb,左手,0,6.共点力的平衡(1)平衡状态：物体静止或做.(2)平衡条件：f合或fx，fy.,匀速直线运动,0,0,0,答案,(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(n1)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.,相等,相反,封闭,1.处理共点力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.,答案,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.,答案,平衡,匀速直线运动,例1(2017贵州凯里市模拟)如图1所示，形状相同的物块a、b，其截面为直角三角形，相对排放在粗糙水平地面上，光滑球体c架在两物块的斜面上，系统处于静止状态.已知物块a、b的质量都为m，60，光滑球c的质量为m，则下列说法正确的是,答案,解析,a.地面对物块a的摩擦力大小为零b.地面对物块a的摩擦力大小为mgc.物块a对物体c的弹力大小为mgd.物块a对地面的压力大小为mgmg,图1,解析以球体c为研究对象，其受到斜向上的两个弹力作用，把两个弹力合成，合力竖直向上，大小等于光滑球体的重力，受力分析如图所示.由三角函数可知，弹力大小为mg，故c错误.,再以a为研究对象，c对a的正压力大小为mg，其在水平方向上的分力等于地面对物块a的静摩擦力大小，由此可知静摩擦力大小为mg，故a、b错误.,以a、b、c整体为研究对象，所受重力为2mgmg，由对称性可知a所受地面支持力为mg，由牛顿第三定律知d正确.,1.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.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.3.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”.,1.(2017全国卷16)如图2，一物块在水平拉力f的作用下沿水平桌面做匀速直线运动.若保持f的大小不变，而方向与水平面成60角，物块也恰好做匀速直线运动.则物块与桌面间的动摩擦因数为,对点拓展练,图2,解析当f水平时，根据平衡条件得fmg；当保持f的大小不变，而方向与水平面成60角时，由平衡条件得fcos60(mgfsin60)，联立解得，故选项c正确.,答案,解析,2,3,1,2.(2017山东模拟)如图3所示，物体a、b用细绳与弹簧连接后跨过滑轮.已知质量ma2mb，现将斜面倾角缓慢由45减小到30，过程中a与斜面保持相对静止，不计滑轮摩擦，下列说法中正确的是a.弹簧的形变量将减小b.物体a对斜面的压力将减小c.物体a受到的静摩擦力将减小到零d.弹簧的弹力及a受到的静摩擦力都不变,答案,解析,图3,2,3,1,解析将斜面倾角由45减小到30，弹簧的弹力等于b的重力，不变，a项错误；倾角减小，物体a对斜面的压力将增大，b项错误；斜面倾角为45时，物体a重力沿斜面方向的分力为2mbgsin45，由平衡条件可知物体a受到的静摩擦力为2mbgsin45mbg；斜面倾角由45减小到30，物体a受到的静摩擦力为2mbgsin30mbg0；所以物体a受到的静摩擦力将减小到零，c项正确，d项错误.,2,3,1,3.(2017云南省一统)如图4所示，一轻质细绳一端固定于竖直墙壁上的o点，另一端跨过大小可忽略、不计摩擦的定滑轮p悬挂物块b，op段的绳子水平，长度为l.现将一带挂钩的物块a挂到op段的绳子上，a、b物块最终静止.已知a(包括挂钩)、b的质量比为，则此过程中物块b上升的高度为,答案,解析,图4,2,3,1,解析对挂钩处进行受力分析如图所示，对b进行受力分析可得绳子拉力ftmbg，对a有：2ftcosmag，为绳与竖直方向的夹角，解得：,所以d正确，a、b、c错误.,2,3,1,例2如图5所示，物体p、q可视为点电荷，电荷量相同.倾角为、质量为m的斜面体放在粗糙水平面上，将质量为m的物体p放在粗糙的斜面体上.当物体q放在与p等高(pq连线水平)且与物体p相距为r的右侧位置时，p静止且受斜面体的摩擦力为0，斜面体保持静止，静电力常量为k，则下列说法正确的是,答案,解析,a.p、q所带电荷量为b.p对斜面体的压力为0c.斜面体受到地面的摩擦力为0d.斜面体对地面的压力为(mm)g,图5,解析以p为研究对象，受到重力mg、斜面体的支持力fn和库仑力f，由平衡条件得：,fmgtan，fn,根据库仑定律得：fk,联立解得：qr,由牛顿第三定律得p对斜面体的压力大小为：fnfn，故a、b错误.,以斜面体和p整体为研究对象，由平衡条件得地面对斜面体的摩擦力为：fff地面对斜面体的支持力为：fn1(mm)g，根据牛顿第三定律得斜面体受到地面的摩擦力为f，斜面体对地面的压力大小为：fn1fn1(mm)g.故c错误，d正确.,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.,4.如图6所示，在倾角为的光滑斜面上，垂直纸面放置一根直导体棒，在导体棒中通有垂直纸面向里的电流，图中a点在导体棒正下方，b点与导体棒的连线与斜面垂直，c点在a点左侧，d点在b点右侧，现欲使导体棒静止在斜面上，下列措施可行的是a.在a处放置一电流方向垂直纸面向里的直导体棒b.在b处放置一电流方向垂直纸面向里的直导体棒c.在c处放置一电流方向垂直纸面向里的直导体棒d.在d处放置一电流方向垂直纸面向里的直导体,对点拓展练,答案,解析,5,4,图6,解析对直导体棒受力分析，除受到重力与支持力外，还要受到安培力才能平衡，再根据同向电流相互吸引，所以在四个选项中只有在d处放置一电流方向垂直纸面向里的直导体棒，才能保持导体棒静止在斜面上，故d正确，a、b、c错误.,5,4,5.(多选)(2017辽宁葫芦岛市模拟)如图7所示装置，两倾斜放置彼此平行的光滑金属导轨，与水平方向成角，置于方向竖直向上的匀强磁场中，现将电阻为r的金属杆横跨在导体杆上正好处于静止状态，为使金属杆能向下滑动，可行的办法是a.使可变电阻r3的滑动触头向右滑动b.使可变电阻r3的滑动触头向左滑动c.减小磁场的磁感应强度d.增大磁场的磁感应强度,答案,解析,图7,5,4,解析由金属杆开始处于平衡状态可知，金属杆受重力沿轨道方向的分力与安培力沿轨道方向的分力大小相等，方向相反，现在要使金属杆向下运动，可知在重力不变的情况下，金属杆所受安培力减小，根据fbil知，减小安培力可以通过电流不变的情况下减小磁感应强度，或者磁感应强度不变的情况下减小金属杆中的电流，故a、c正确.,5,4,例3如图8所示，物体在拉力f的作用下沿水平面做匀速直线运动，发现当外力f与水平方向夹角为30时，所需外力最小，由以上条件求外力f的最小值与重力的比值.,答案,解析,图8,解析物体受力分析如图，建立直角坐标系，对力进行正交分解得：y方向：支持力fngfygfsinx方向：摩擦力fffxfcos又：fffn联立得：,可知当90时，f有最小值.由题意，当30时有最小值，所以60,1.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”“刚能”“恰好”等语言叙述，解临界问题的基本方法是假设推理法.2.临界问题往往是和极值问题联系在一起的.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.,6.(多选)(2017黑龙江大庆模拟)如图9所示，一根轻绳上端固定在o点，下端拴一个重力为g的小球，开始时轻绳处于垂直状态，轻绳所能承受的最大拉力为2g，现对小球施加一个方向始终水平向右的力f，使球缓慢地移动，则在小球缓慢地移动过程中，下列说法正确的是a.力f逐渐增大b.力f的最大值为gc.力f的最大值为2gd.轻绳与竖直方向夹角最大值30,对点拓展练,答案,解析,图9,7,6,解析对小球受力分析，如图甲：由平衡条件得：fgtan，逐渐增大，则f逐渐增大，故a正确；,如图乙，小球缓慢地移动过程中，逐渐增大，ft的最大值为2g，则可得cos，60，此时f达到最大值为，故b正确，c、d错误；故选a、b.,7,6,7.(2015山东理综16)如图10所示，滑块a置于水平地面上，滑块b在一水平力作用下紧靠滑块a(a、b接触面竖直)，此时a恰好不滑动，b刚好不下滑.已知a与b间的动摩擦因数为1，a与地面间的动摩擦因数为2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力.a与b的质量之比为,答案,解析,图10,解析对滑块a、b整体在水平方向上有f2(mamb)g；对滑块b在竖直方向上有1fmbg；联立解得：，选项b正确.,7,6,高考题精选精练,题组1全国卷真题精选1.(多选)(2016全国卷19)如图11所示，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.外力f向右上方拉b，整个系统处于静止状态.若f方向不变，大小在一定范围内变化，物块b仍始终保持静止，则a.绳oo的张力也在一定范围内变化b.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化c.连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化d.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化,答案,解析,图11,1,2,3,4,5,6,解析由于物块a、b均保持静止，各绳角度保持不变，对a受力分析得，绳的拉力ftmag，所以物块a受到绳的拉力保持不变.由滑轮性质，滑轮两侧绳的拉力相等，所以b受到绳的拉力大小、方向均保持不变，c选项错误；a、b受到绳的拉力大小、方向均不变，所以绳oo的张力不变，a选项错误；对b进行受力分析，如图所示.由平衡条件得：ftcosfffcos，fsinfnftsinmbg.其中ft和mbg始终不变，、也不变；当f大小在一定范围内变化时，支持力在一定范围内变化，b选项正确；摩擦力也在一定范围内发生变化，d选项正确.,1,2,3,4,5,6,2.(2016全国卷17)如图12所示，两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为m的小球.在a和b之间的细线上悬挂一小物块.平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径.不计所有摩擦.小物块的质量为,答案,图12,1,2,3,4,5,6,3.(2013全国卷15)如图13，在固定斜面上的一物块受到一外力f的作用，f平行于斜面向上.若要物块在斜面上保持静止，f的取值应有一定范围，已知其最大值和最小值分别为f1和f2(f20).由此可求出a.物块的质量b.斜面的倾角c.物块与斜面间的最大静摩擦力d.物块对斜面的正压力,答案,解析,图13,1,2,3,4,5,6,解析对物块受力分析，受重力、拉力、支持力、静摩擦力，设物块受到的最大静摩擦力为f，斜面倾角为，物块质量为m，物块保持静止，受力平衡，合力为零；当静摩擦力平行于斜面向下时，拉力最大，有：f1mgsinf0当静摩擦力平行于斜面向上时，拉力最小，有：f2fmgsin0,物块对斜面的正压力为：nmgcos，未知，故d错误.,1,2,3,4,5,6,题组2各省市真题精选4.(2016海南卷2)如图14，在水平桌面上放置一斜面体p，两长方体物块a和b叠放在p的斜面上，整个系统处于静止状态.若将a和b、b与p、p与桌面之间摩擦力的大小分别用f1、f2和f3表示.则a.f10，f20，f30b.f10，f20，f30c.f10，f20，f30d.f10，f20，f30,答案,解析,图14,1,2,3,4,5,6,解析对整体受力分析可知，整体相对地面没有相对运动趋势，故f30；再将a和b看成一个整体，a、b整体有相对斜面向下运动的趋势，故b与p之间有摩擦力，即f20；再对a受力分析可知，a相对于b有向下运动的趋势，a和b之间存在摩擦力作用，即f10.选项c正确.,1,2,3,4,5,6,5.(多选)(2015浙江理综20)如图15所示，用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为0.1kg的小球a悬挂到水平板的m、n两点，a上带有q3.0106c的正电荷.两线夹角为120，两线上的拉力大小分别为f1和f2.a的正下方0.3m处放有一带等量异种电荷的小球b，b与绝缘支架的总质量为0.2kg(重力加速度g取10m/s2；静电力常量k9.0109nm2/c2，a、b球可视为点电荷)，则()a.支架对地面的压力大小为2.0nb.两线上的拉力大小f1f21.9nc.将b水平右移，使m、a、b在同一直线上，此时两线上的拉力大小