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高考物理二轮复习专题突破 专题一 力与物体的平衡 受力分析课件 新人教版

时间:2013-10-08


专题一

知识方法聚焦

专题一

【专题定位】

本专题解决的是受力分析和共点力平衡

问题.高考对本专题内容的考查主要有:①重力、弹力、摩擦 力作用下的受力分析;②重力、弹力、摩擦力、电场力和磁 场力作用下的受力分析;③共点力作用下平衡条件的应用.考 查的主要物理思想和方法有:①整体法和隔离法;②假设法; ③合成法;④正交分解法;⑤矢量三角形法;⑥相似三角形 法;⑦等效思想;⑧分解思想等. 【应考策略】 深刻理解各种性质力的方向特点,紧紧把握 平衡这一特殊状态,通过受力分析,运用平衡条件,选用适当的 方法解决问题.

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专题一

1.弹力 (1)产生条件:①两物体 直接接触 ;②发生弹性形变. (2)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平衡条件 或牛顿 运动定律来求解. (3)方向 ①压力和支持力:垂直于接触面指向被压 或 被支持 的物体. ②绳的拉力:沿着绳子并指向绳收缩的方向. ③杆的弹力:可能沿杆也可能不沿杆,需要根据受力情况或物 体的 运动状态 而定.

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专题一

2.摩擦力 (1)产生条件:①相互接触且挤压;②接触面粗糙;③有 相对

运动 或 相对运动的趋势 .
(2)大小:滑动摩擦力 f=μN,与接触面的 面积 无关;静摩擦力 根据牛顿运动定律或平衡条件来求. (3)方向:沿接触面的 切线 方向,并且跟物体的相对运动或相对 运动趋势的方向相反.

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思考 摩擦力与弹力间具有什么关系?

专题一

答案 ①都是接触力,都要求两物体相互接触并挤压.
②接触面间有摩擦力存在时,一定会有弹力存在,反之不一定.

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③接触面间的动摩擦因数 μ 一定时,静摩擦力的大小与弹力没有 关系,但滑动摩擦力和最大静摩擦力一定跟弹力成正比.

④同一接触面间的弹力与摩擦力方向相互垂直.

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3.电场力

专题一

(1)静电力的方向:正电荷受静电力方向与场强方向 一致 ,负电 荷受静电力方向与场强方向 相反 . (2)静电力的大小: F=qE.若为匀强电场,静电力则为 恒 力; 若

为非匀强电场,静电力将与电荷在电场中所处的 位置 有关. 本 课 时 4.安培力 栏 (1)方向:用左手定则判定.F 一定垂直于 I、B,I、B 可以互相垂 目 开 直,也可以互相不垂直,I、B 任一量反向,F 也反向. 关 (2)大小:F=BIL. ①此式只适用于 B 和 I 互相垂直的情况,且 L 是导线的有效 长度. ②当导线电流 I 与磁场 B 平行时,F 最小=0.

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5.洛伦兹力 (1)洛伦兹力的方向

专题一

①洛伦兹力的方向既与电荷的运动方向垂直,又与磁场方向 垂直,所以洛伦兹力的方向总是垂直于运动电荷的速度方向 和磁场方向所确定的 平面 . ②洛伦兹力的方向总垂直于电荷运动方向,当电荷运动方向 发生变化时,洛伦兹力的方向也随之变化 . ③由于洛伦兹力方向总与电荷运动方向垂直,所以洛伦兹力 对电荷永不 做功 . (2)洛伦兹力的大小 f=qvB.当 v=0 时,f=0,说明磁场只对 运动 的电荷产生力的 作用.

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专题一

6.力的合成与分解 由于力是矢量,因此可以应用平行四边形定则进行合成与分 解,常用正交分解法和 力的合成 法来分析平衡问题. 7.共点力的平衡 (1)状态:静止或 匀速直线运动 (2)条件:F 合=0

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专题一

1.处理平衡问题的基本思路:确定平衡状态(加速度为 零 )→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.

本 课 2.常用的方法 时 栏 (1)在判断弹力或摩擦力是否存在以及确定方向时常用 假设 法. 目 开 (2)求解平衡问题常用二力平衡法、 矢量三角形 法、 正交分解法、 关

相似三角形法、 图解 法等. 场一般为匀强电场.

3.带电粒子在电场和重力场中的平衡问题仍然满足平衡 条件,且电

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专题一

4.如果带电粒子在重力场、 电场和磁场内做直线运动,则一定是

匀速直线运动 ,因为洛伦兹力 f⊥v.
5.带电粒子在混合场内运动的动力学问题,一般要首先结合粒 子的运动状态进行 受力分析 ,采用矢量三角形法或正交分解 法结合平衡条件或牛顿运动定律列式求解.

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热点题型例析

专题一

题型 1

整体法和隔离法在受力分析中的应用

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【例 1】 如图 1 所示,倾角为 θ 的斜面体 C 置于水平面上,B 置 于斜面上,通过细绳跨过光滑的定滑轮与 A 相连接,连接 B 的 一段细绳与斜面平行,A、B、C 都处于静止状态.则 ( )

图1

热点题型例析
A.B 受到 C 的摩擦力一定不为零 B.C 受到水平面的摩擦力一定为零 C.水平面对 C 的摩擦力方向一定向左

专题一

D.水平面对 C 的支持力与 B、C 的总重力大小相等 本 【审题突破】 B物体处于静止状态,所受合力一定为零,可以 课 时 确定B受重力、绳拉力和斜面对物体的支持力,是否受摩擦力

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应如何判断呢? 解析 隔离 B 可知当 mAg=mBgsin θ 时,B 与 C 之间无摩擦,A 错
误;将 B、C 作为一个整体时,由 A 对 B 的拉力在水平与竖直两 方向上的分力知 C 正确、B 错误;而水平面对 C 的支持力应比 B、C 的总重力小,D 错误. 答案 C

热点题型例析

专题一

【一题多变】

若此题加一条件:mA>mB,请对原题重新分析,

正确的选项是什么呢?

本 答案 若 mA>mB,则 mAg>mBgsin θ,B 一定受沿斜面向下的摩擦力, 课 时 对于 C 的分析与例题相同,答案选 A、C. 栏 目 开 关

热点题型例析

专题一

【以题说法】

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”.本例题若求 C 对水平面的 摩擦力时,我们应该转移研究对象,取 B、 整体进行受力分析. C

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热点题型例析

专题一

如图 2 所示,轻质弹簧两端拴接质量均为 m 的小球 A 和 B,置于成直角的 L 型木板 PMN 上,木板的上表面光滑.木板沿倾角 为 θ 的固定斜面下滑,在木板沿斜面下滑的过程中,小球、弹簧与 木板始终保持相对静止,不计空气阻力,下列说法正确的是 ( )

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图2 A.若斜面光滑,MN 板对 A 的作用力大小为 mgsin θ B.若斜面光滑,弹簧对 A 没有弹力 C.若木板沿斜面匀速运动,MN 板对 A 的作用力大小为 mgsin θ D.若木板沿斜面匀速运动,弹簧对 A 的弹力大小为 2mgsin θ

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专题一

解析

若斜面光滑,取木板 PMN、A、B 两球及弹簧作为整体,受

力分析知,运动的共同加速度为 gsin θ.先隔离 B 分析,得知弹簧弹 力为 0.再隔离 A 分析,得知 MN 板对 A 的作用力为 0,故 A 项错

本 B 课 误,B 项正确.若木板 PMN 沿斜面匀速运动时,分析方法同上,A、 时 栏 均做匀速运动,加速度为 0,弹簧对 A 的弹力为 mgsin θ,MN 板对 A 目 开 的弹力为 2mgsin θ,故 C、D 项错误. 关

答案

B

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题型 2 共点力作用下的静态平衡问题

专题一

【例 2】 如图 3 所示,吊床用绳子拴在两棵树上等高位置.某人 先坐在吊床上,后躺在吊床上,均处于静止状态,并且人的重心 与吊床的中点在同一竖直线上.设吊床两端系绳中的拉力为 F1、吊床对该人的作用力为 F2,则 ( )

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图3

热点题型例析
A.躺着比坐着时 F1 大 B.坐着和躺着时 F1 一样大 C.躺着比坐着时 F2 大 D.坐着和躺着时 F2 一样大

专题一

本 课 【审题突破】 人躺在吊床上和坐在吊床上时,对两绳间的夹 时 角有何影响? 栏 目 解析 F2 是两端绳子拉力 F1 的合力,与人的重力 开 关 等大反向,C 错,D 对;由于躺着时两绳间的夹角

较大,F1 的合力不变,F1 将增大(如图所示),A 对,B 错.

答案

AD

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专题一

【以题说法】 本题实际上是平衡条件与力的合成法的应用,解 题关键是利用平行四边形定则找到变力与不变力之间的关系.

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专题一

(2012· 山东· 17)如图 4 所示,两相同轻质硬杆 OO1、 2 OO 可绕其两端垂直纸面的水平轴 O、O1、O2 转动,在 O 点悬挂一 重物 M,将两相同木块 m 分别紧压在竖直挡板上,此时整个系统 保持静止.Ff 表示木块与挡板间摩擦力的大小,FN 表示木块与挡

本 课 板间正压力的大小.若挡板间的距离稍许增大后,系统仍静止且 时 ( ) 栏 O1、O2 始终等高,则 目 开 关

图4

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A.Ff 变小 C.FN 变小
解析

专题一
B.Ff 不变 D.FN 变大

选重物 M 及两个木块 m 组成的系统为研究对象,系统受

力情况如图甲所示,根据平衡条件有 2Ff =(M+2m)g,即 Ff = 本 ?M+2m?g 课 ,与两挡板间距离无关,故挡板间距离稍许增大后,Ff 不 2 时

栏 目 变,所以选项 A 错误,选项 B 正确; 开 关



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专题一

如图乙所示,将绳的张力 F 沿 OO1、OO2 两个方向分解为 F1、 F F2,则 F1 =F2 = ,当挡板间距离稍许增大后,F 不变,θ 变 2cos θ 大,cos θ 变小,故 F1 变大;选左边木块 m 为研究对象,其受力情 况如图丙所示,根据平衡条件得 FN=F1sin θ,当两挡板间距离稍 许增大后,F1 变大,θ 变大,sin θ 变大,因此 FN 变大,故选项 C 错误, 选项 D 正确.

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答案

BD





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题型 3 共点力作用下的动态平衡问题 【例 3】 (2012· 新课标全国· 16)如图 5 所 示,一小球放置在木板与竖直墙面之间. 设墙面对球的压力大小为 N1,球对木板 的压力大小为 N2.以木板与墙连接点所 形成的水平直线为轴,将木板从图示位 置开始缓慢地转到水平位置.不计摩擦, 在此过程中 A.N1 始终减小,N2 始终增大 B.N1 始终减小,N2 始终减小 C.N1 先增大后减小,N2 始终减小 D.N1 先增大后减小,N2 先减小后增大 ( )

专题一

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图5

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专题一

解析

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如图所示, mg 因为 N1= , tan θ mg N2= , sin θ 随着 θ 逐渐增大到 90° , tan θ、sin θ 都增大, N1、N2 都随之逐渐减小, 所以选项 B 正确.
答案 B

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专题一

在吊环比赛中,运动员有一个高难度的动作就是先双 手撑住吊环(设开始时两绳与肩同宽),然后身体下移,双臂缓慢张 开到如图 6 所示位置.吊环悬绳的拉力大小均为 T.它们的合力大 小为 F,则在两手之间的距离增大过程中 ( )

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图6 A.T 增大,F 增大 C.T 增大,F 不变 B.T 减小,F 增大 D.T 减小,F 不变

热点题型例析

专题一

解析 由于两悬绳拉力的合力 F 与运动员的重力是一对平衡力, 故 F 始终不变; 在合力 F 不变的情况下,两分力之间的夹角增大, 分力 T 将增大,C 选项正确.

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C

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专题一

题型 4 带电体在电场内的平衡问题 【例 4】 如图 7 所示,在一绝缘斜面 C 上有一带正电的小物体 A 处于静 止状态.现将一带正电的小球 B 沿以 A 为圆心的圆弧缓慢地从 P 点转至 A 正上方的 Q 点处,已知 P、A 在同一水 平线上,且在此过程中物体 A 和 C 始终 保持静止不动,A、B 可视为质点.关于 此过程,下列说法正确的是 ( )

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图7

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A.物体 A 受到斜面的支持力先增大后减小 B.物体 A 受到斜面的支持力一直增大 C.地面对斜面 C 的摩擦力先增大后减小 D.地面对斜面 C 的摩擦力先减小后增大
解析 对 A 受力分析如图,重力大小、方 向不变,支持力 N 方向不变,小球 B 顺时 针移动时,库仑力 F 也顺时针转,由图可 知 A 对,B 错;对 A、C 取整体为研究 对象,库仑斥力大小恒定,沿水平方向分 力减小,地面对 C 的摩擦力一直减小至 0,C、D 错.

专题一

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答案

A

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专题一

【以题说法】 1.电场和重力场内的平衡问题,仍然是力学问题. 力学中用到的图解法和正交分解法仍然可以用在电场和重力 场中. 2.当涉及多个研究对象时,一般采用整体法和隔离法结合的方 法.如本题分析地面对 C 的摩擦力时应用整体法可以非常方便 地得出结论.

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专题一

如图 8 所示,水平地面上放一绝缘斜面,带正电的滑块 静止于绝缘斜面上,某时刻在斜面所在空间加一方向竖直向下 的匀强电场,下列说法正确的是 ( )

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图8 A.滑块将加速下滑 B.滑块仍将静止 C.斜面对滑块的摩擦力将增大 D.斜面将有向左运动的趋势

热点题型例析

专题一

解析 对滑块受力分析,原来滑块处于静止,所受静摩擦力为 f



=mgsin θ,且最大静摩擦力 f 静 max≥mgsin θ.当加上一个竖直向 下的匀强电场时,滑块又增加了一个竖直向下的电场力,这等效

本 于增大了滑块的重力,故滑块仍满足于 f 静 max≥m′gsin θ 而静止, 课 时 由力平衡条件得 f 静′=m′gsin θ,故 B、C 项正确. 栏 目 开 答案 BC 关

读题 审题 解题

专题一

1.应用平衡条件解决电学平衡问题

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读题 审题 解题
解析 此题根据选项可分为两类问题: 一是 R2 引起电路的变化问题;二是 R1 引起电路的变化问题.在直流电路 中,含电容器的电路相当于断路,R2 的 变化不会引起电路中电流和电压的变 化,也不会引起板间场强的变化,A 对, B 错; 强光照射时,R1 阻值减小,总电阻 R


专题一

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减小,I



增大,路端电压减

小,R3 两端电压增大,则板间电压和场强减小,对小球受力分析如 图所示,可知 F 减小,θ 变小,C 对,D 错.

答案

AC

读题 审题 解题

专题一

【点睛之笔】 此题为力电综合问题,考查了力学知识的平衡问 题和电学中电路问题的动态分析,两问题的连接点是极板间场 强,场强建立了受力与电路中电压的关系.因此,在解决力电综合

本 课 问题时,找准问题的连接点是解题的关键. 时 栏 目 开 关

读题 审题 解题

专题一

质量为 m、长为 L 的直导 体棒放置于四分之一光滑圆弧轨道 上,整个装置处于竖直向上磁感应强 度为 B 的匀强磁场中,直导体棒中通 有恒定电流,平衡时导体棒与圆弧圆 心的连线与竖直方向成 60° 角,其截面 图如图 10 所示.则下列关于导体棒 中的电流的分析正确的是 ( )

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图10

读题 审题 解题

专题一

3mg A.导体棒中电流垂直纸面向外,大小为 I= BL 3mg B.导体棒中电流垂直纸面向外,大小为 I= 3BL 3mg C.导体棒中电流垂直纸面向里,大小为 I= BL 本 3mg 课 时 D.导体棒中电流垂直纸面向里,大小为 I= 3BL

栏 目 解析 取棒受力分析如图所示: 开 关 由左手定则得电流方向垂直纸面向里.

3mg 由 F 安=BIL=mgtan 60° I= BL , ,得 C 项正确.

答案

C


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