2023届高中物理一轮复习课件 第二章 相互作用 素养提升（19 张PPT）

1、研专项素养提升第二章2023一、情境化主题突破:生活中的物体平衡问题【背景资料】风筝是中国古代劳动人民的发明,相传墨翟以木头制成木鸟,研制三年而成,是人类最早的风筝起源。后来鲁班用竹子,改进墨翟的风筝材质,直至东汉期间,蔡伦改进造纸术后,坊间才开始以纸做风筝,称为“纸鸢”。风力的方向基本是水平方向,而风筝受风的角度和上扬力的大小,可以由提线方便地控制。放风筝的时候,一般是一抽一放。抽的时候,因为风筝提线一般放在风筝面靠上的位置,加大牵引力可以控制风筝角度变小,上扬力增加,风筝稳步上升;放的时候,即平衡的风筝牵引力变小,在风力和上扬力的合力作用下,风筝会飞高飞远,但是必须很快又抽,以再次保持风筝

2、的角度稳定。风筝借助均匀的风力和牵线对其作用力,才得以在空中处于平衡状态。【考向分析】像风筝这样的问题情境,在生活生产中有很多,通过生活中的平衡问题,考查力学平衡问题历来是高考的热点,近年来更突出强调用共点力的平衡条件分析解决生活中的实际问题。这就要求同学们深刻领会平衡的知识和方法,以便灵活运用到具体事例中,以所学知识为基础,从丰富翔实的背景材料中抽象出物理模型,选好研究对象,利用平衡知识解决实际问题。【案例探究】如图所示,风筝借助均匀的风力和牵线的作用,在空中处于平衡状态。图中所示风筝质量为400 g,某时刻风筝平面与水平面的夹角为30,主线对风筝的拉力与风筝平面成53角。已知风对风筝的作用

3、力与风筝平面相垂直,sin 53=0.8,g取10 m/s2。(1)求此时风对风筝的作用力的大小和线对风筝的拉力大小。(2)若拉着风筝匀速运动时,主线与水平面成53角保持不变,这时拉主线的力为10 N,则风对风筝的作用力为多大?风筝平面与水平面的夹角为多大?思维点拨 选风筝为研究对象,构建平衡模型,受力分析,根据平衡条件列方程。注意风力对风筝的作用力垂直于风筝平面。答案 (1)6.13 N3.33 N(2)13.4 Narctan解析 (1)风筝平衡时共受到三个力的作用,即重力mg、风对它的作用力F和主线对它的拉力FT,如图所示,以风筝平面方向为x轴,F方向为y轴,建立坐标系,将重力和拉力FT

4、正交分解在x轴方向,mgsin 30-FTcos 53=0在y轴方向,F=FTsin 53+mgcos 30联立两式,解得FT=3.33 N,F=6.13 N。(2)同理以水平方向为x轴,竖直方向为y轴建立坐标系。设风对风筝的作用力水平分力为Fx,竖直分力为Fy,由平衡条件,知Fx=FTcos 53=100.6 N=6 NFy=FTsin 53+mg=100.8 N+4 N=12 N【创新训练】拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具(如图)。设拖把头的质量为m,拖杆质量可忽略,拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数,重力加速度为g。某同学用该拖把在水平地板上拖地时,沿拖杆方向推拖把,拖杆与竖直方向的夹

5、角为。(1)若拖把头在地板上匀速移动,求推拖把的力的大小。(2)设能使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力与此时地板对拖把的支持力的比值为。已知存在一临界角0,若0,则不管沿拖杆方向的推力多大,都不可能使拖把从静止开始运动。求这一临界角的正切tan 0。解析 (1)设该同学沿拖杆方向用大小为F的力推拖把,将推拖把的力沿竖直和水平方向分解,按平衡条件有Fcos +mg=FNFsin =Ff式中FN和Ff分别为地板对拖把的支持力和摩擦力。由摩擦定律有Ff=FN(2)若不管沿拖杆方向用多大的力都不能使拖把从静止开始运动,应有Fsin FN这时,仍满足Fcos +mg=FN联立解得sin -co

6、s 上式右边总是大于零,且当F无限大时极限为零,有sin -cos 0由题意知,使上式成立的角满足0,即当=0时,等号成立,有sin 0-cos 0=0。则临界角的正切为tan 0=。二、重要科学思维方法指导:整体法和隔离法在平衡问题中的应用【方法概述】1.整体法(1)选取原则:只涉及系统外力不涉及系统内部物体之间的相互作用力。(2)适用条件:系统内各个物体的运动状态必须相同。(3)优、缺点:整体法解题一般比较简单,但不能求内力。2.隔离法(1)选取原则:分析系统内某个物体的受力情况,一般先从受力简单的物体入手。(2)优、缺点:系统内物体受到的内力、外力均能求解,但比较麻烦,易出错。【考向分析

7、】受力分析与物体平衡几乎是每年必考的内容,近年来着重考查连接体的平衡,而连接体平衡问题涉及整体法、隔离法的应用,选题不避常规模型,没有偏难怪题。选择题中物理情景较简单,难度在中等偏易到中等难度之间。【案例探究】在粗糙水平面上放着一个三角形木块,在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为m1和m2的两个物体,且m1m2,如图所示,若三角形木块和两物体都是静止的,则粗糙水平面对三角形木块()A.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向右B.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向左C.有摩擦力的作用,但摩擦力的方向不能确定,因m1、m2、1、2的数值均未给出D.没有摩擦力作用答案 D解析 方法一(隔离法)把三角形木块

8、隔离出来,它的两个斜面分别受到两物体对它的压力FN1、FN2,摩擦力F1、F2。由两物体的平衡条件和牛顿第三定律知,这四个力的大小分别为FN1=m1gcos 1,FN2=m2gcos 2F1=m1gsin 1,F2=m2gsin 2它们的水平分力的大小(如图所示)分别为FN1x=FN1sin 1=m1gcos 1sin 1FN2x=FN2sin 2=m2gcos 2sin 2 =F1cos 1=m1gcos 1sin 1 =F2cos 2=m2gcos 2sin 2其中FN1x= ,FN2x= ,即它们的水平分力互相平衡,木块在水平方向上无滑动趋势,因此不受水平面的摩擦力作用。方法二(整体法)

9、由于三角形木块和斜面上的两物体都静止,可以把它们看成一个整体,受力如图所示。设三角形木块质量为m,则竖直方向受到重力(m1+m2+m)g和支持力FN作用处于平衡状态,水平方向无任何滑动趋势,因此不受水平面的摩擦力作用。【创新训练】1.(2021浙江高三三模)如图所示,物体A左侧为粗糙的竖直墙面,在竖直轻弹簧作用下,A、B保持静止。若在A的上方施加一竖直向下的作用力F,使A缓慢下移一小段距离,则在此过程中()A.A可能相对B向下滑动B.墙对A的弹力会慢慢变大C.墙壁对A的摩擦力变小D.B对A的作用力不断变大,方向始终为竖直向上答案 D解析 开始时整体受力平衡,竖直方向受到重力和弹簧的弹力,水平方

10、向不受力,所以A与墙之间没有弹力,也没有摩擦力。以A为研究对象,A受到重力、支持力和摩擦力,设B斜面的倾角为,则有mAgsin mAgcos ,若在A的上方施加一竖直向下的作用力F,一定有(F+mAg)sin (F+mAg)cos ,所以A相对于B不会向下运动,故A错误;水平方向系统不受外力作用,墙壁对A的弹力仍为零,所以摩擦力仍为零,保持不变,故B、C错误;若在A的上方施加一竖直向下的作用力F,A、B一起向下运动,当A、B再次达到静止时,弹簧的压缩量增大,所以弹簧对B的弹力变大,因mBg+FAB=F弹,则A对B的作用力逐渐变大,所以B对A的作用力也不断变大,方向始终为竖直向上,故D正确。2.

11、(2021湖南高三月考)小明同学学习了相互作用力知识后,设计了一个简易装置来研究悬挂物的平衡问题。他在一根粗糙的固定水平横杆上套上A、B两个轻环,用一根不可伸长的轻绳穿过书本上的硬质光滑小孔后系在A、B环上。调整位置使书处于静止状态,如图所示,现将两环距离变小后书本仍处于静止状态,则()A.细绳对A的拉力变小、杆对A环的支持力变大B.细绳对B的拉力变小、B环对杆的摩擦力变小C.细绳对A的拉力变大、杆对A环的力不变D.细绳对B的拉力变大、与B环相连的细绳对书本的拉力变大答案 B解析 两绳子拉力F大小相等,设F与竖直方向的夹角为,根据平衡条件,两绳子的合力和重力大小相等,即有F= ,两环距离变小,因变小,所以F变小,故C、D错