高考物理二輪復(fù)習 專題一 力與場內(nèi)物體的平衡專題突破課件

專 題 一 力與場內(nèi)物體的平衡本專題解決的是受力分析和共點力平衡問題本專題解決的是受力分析和共點力平衡問題. .高考對本專題內(nèi)容的考查主要有：高考對本專題內(nèi)容的考查主要有：對各種性質(zhì)力特點的理解；對各種性質(zhì)力特點的理解；共點力作用下平衡條件的應(yīng)用共點力作用下平衡條件的應(yīng)用. .考查的主要物理方法和思想有：考查的主要物理方法和思想有：整體法和隔離法；假設(shè)法；合成法；正交分解法；整體法和隔離法；假設(shè)法；合成法；正交分解法；矢量三角形法；相似三角形法；等效思想；分解思想矢量三角形法；相似三角形法；等效思想；分解思想. .專題定位 深刻理解各種性質(zhì)力的特點深刻理解各種性質(zhì)力的特點. .熟練掌握分析共點力平衡問題的各種方法熟練掌握分析共點力平衡問題的各種方法. .應(yīng)考策略 知 識 方 法 聚 焦 熱 點 考 向 例 析 審題破題 真題演練欄目索引(1)平衡條件平衡條件(2)垂直垂直 形變恢復(fù)形變恢復(fù)(1)FN 面積面積(2)切線切線(1)恒力恒力(2)一致一致 相反相反(1)BIL 0(2)左手左手(1) qvB 0(2)左手左手(1)勻速直線運動勻速直線運動(2) 0 0 0(3)相等相等 相反相反 封閉封閉1.彈力彈力2.摩擦力摩擦力3.電場力電場力4.安培力安培力5.洛倫茲力洛倫茲力 6.共點力的平衡共點力的平衡知識方法聚焦 知識回扣 1.處理平衡問題的基本思路：確定平衡狀態(tài)處理平衡問題的基本思路：確定平衡狀態(tài)(加速度加速度為為 )巧選研究對象巧選研究對象(整體法或隔離法整體法或隔離法)受力分析受力分析建立平建立平衡方程衡方程求解或作討論求解或作討論.2.常用的方法常用的方法(1)在判斷彈力或摩擦力是否存在以及確定方向時常用在判斷彈力或摩擦力是否存在以及確定方向時常用 法法.(2)求解平衡問題時常用二力平衡法、矢量求解平衡問題時常用二力平衡法、矢量 法、正法、正交分解法、相似三角形法、交分解法、相似三角形法、 法等法等.零零假設(shè)假設(shè)三角形三角形圖解圖解知識方法聚焦規(guī)律方法3.帶電體的平衡問題仍然滿足帶電體的平衡問題仍然滿足 條件，只是要注條件，只是要注意準確分析場力意準確分析場力電場力、安培力或洛倫茲力電場力、安培力或洛倫茲力.4.如果帶電粒子在重力場、電場和磁場三者組成的如果帶電粒子在重力場、電場和磁場三者組成的復(fù)合場中做直線運動，則一定是復(fù)合場中做直線運動，則一定是 ，因，因為為F洛洛v.平衡平衡勻速直線運動勻速直線運動熱點考向例析考向1共點力作用下的靜態(tài)平衡問題例1 如圖如圖1所示，質(zhì)量為所示，質(zhì)量為m的木塊的木塊A放在水平面上放在水平面上的質(zhì)量為的質(zhì)量為M的斜面的斜面B上，現(xiàn)用大小相等、方向相反的兩個水上，現(xiàn)用大小相等、方向相反的兩個水平推力平推力F分別作用在分別作用在A、B上，上，A、B均保持靜止不動均保持靜止不動.則則()A.A與與B之間一定存在摩擦力之間一定存在摩擦力B.B與地面之間一定存在摩擦力與地面之間一定存在摩擦力C.B對對A的支持力一定等于的支持力一定等于mgD.地面對地面對B的支持力大小一定等于的支持力大小一定等于(mM)g圖圖1(單選單選)解析對對A，若重力、推力、支持力的合力為零時，若重力、推力、支持力的合力為零時，A、B間沒有摩擦力，間沒有摩擦力，A錯誤；錯誤；B對對A的支持力無法求出，所以的支持力無法求出，所以C錯誤；錯誤；把把A、B視為一個整體，水平方向兩推力恰好平衡，故視為一個整體，水平方向兩推力恰好平衡，故B與地面間沒有摩擦力，所以與地面間沒有摩擦力，所以B錯誤；錯誤；地面對地面對B的支持力等于的支持力等于(mM)g，故，故D正確正確.答案D審題突破審題突破 A、C選項考察物體選項考察物體A、B之間的受力應(yīng)選誰為研之間的受力應(yīng)選誰為研究對象？究對象？B、D選項考察地面對選項考察地面對B的作用力必須選的作用力必須選B為研究對象為研究對象嗎？怎樣選研究對象更簡單？嗎？怎樣選研究對象更簡單？1.在分析兩個或兩個以上物體間的相互作用時，一般采在分析兩個或兩個以上物體間的相互作用時，一般采用整體法與隔離法進行分析用整體法與隔離法進行分析.2.采用整體法進行受力分析時，要注意系統(tǒng)內(nèi)各個物體采用整體法進行受力分析時，要注意系統(tǒng)內(nèi)各個物體的狀態(tài)應(yīng)該相同的狀態(tài)應(yīng)該相同.3.當直接分析一個物體的受力不方便時，可轉(zhuǎn)移研究對當直接分析一個物體的受力不方便時，可轉(zhuǎn)移研究對象，先分析另一個物體的受力，再根據(jù)牛頓第三定律象，先分析另一個物體的受力，再根據(jù)牛頓第三定律分析該物體的受力，此法叫分析該物體的受力，此法叫“轉(zhuǎn)移研究對象法轉(zhuǎn)移研究對象法”.以題說法針對訓(xùn)練1 輕質(zhì)彈簧輕質(zhì)彈簧A的兩端的兩端分別連在質(zhì)量均為分別連在質(zhì)量均為m的小球上，兩球均的小球上，兩球均可視為質(zhì)點可視為質(zhì)點.另有兩根與另有兩根與A完全相同的輕完全相同的輕質(zhì)彈簧質(zhì)彈簧B、C，且，且B、C的一端分別與兩個小球相連，的一端分別與兩個小球相連，B的的另一端固定在天花板上，另一端固定在天花板上，C的另一端用手牽住，如圖的另一端用手牽住，如圖2所示所示.適當調(diào)節(jié)手的高度與用力的方向，保持適當調(diào)節(jié)手的高度與用力的方向，保持B彈簧軸線跟豎直方彈簧軸線跟豎直方向夾角為向夾角為37不變不變(已知已知sin 370.6，cos 370.8)，當，當彈簧彈簧C的拉力最小時，的拉力最小時，B、C兩彈簧的形變量之比為兩彈簧的形變量之比為()A.11B.35C.43D.54圖圖2(單選單選)答案C解析以兩球和彈簧以兩球和彈簧A組成的整體為研究對組成的整體為研究對象，受力分析如圖所示，由合成法知當象，受力分析如圖所示，由合成法知當C彈彈簧與簧與B彈簧垂直時，彈簧彈簧垂直時，彈簧C施加的拉力最小，施加的拉力最小，由幾何關(guān)系知由幾何關(guān)系知FTB FTC4 3.熱點考向例析考向2共點力作用下的動態(tài)平衡問題例例2 (2014山東山東14)如圖如圖3所示，用兩根等長輕繩所示，用兩根等長輕繩將木板懸掛在豎直木樁上等高的兩點，制成一簡易秋千，將木板懸掛在豎直木樁上等高的兩點，制成一簡易秋千，某次維修時將兩輕繩各剪去一小段，但仍保持等長且懸掛某次維修時將兩輕繩各剪去一小段，但仍保持等長且懸掛點不變點不變.木板靜止時，木板靜止時，F(xiàn)1表示木板所受合力的大小，表示木板所受合力的大小，F(xiàn)2表示表示單根輕繩對木板拉力的大小，則維修后單根輕繩對木板拉力的大小，則維修后()A.F1不變，不變，F(xiàn)2變大變大 B.F1不變，不變，F(xiàn)2變小變小C.F1變大，變大，F(xiàn)2變大變大 D.F1變小，變小，F(xiàn)2變小變小圖圖3(單選單選)審題突破審題突破兩輕繩各剪去一小段，兩繩之間的夾角如何變化？兩輕繩各剪去一小段，兩繩之間的夾角如何變化？木板所受合力根據(jù)什么判斷大小是否變化？木板所受合力根據(jù)什么判斷大小是否變化？解析木板靜止時，木板受重力木板靜止時，木板受重力G以及兩根輕繩的拉力以及兩根輕繩的拉力F2，根，根據(jù)平衡條件，木板受到的合力據(jù)平衡條件，木板受到的合力F10，保持不變，保持不變.兩根輕繩的拉兩根輕繩的拉力力F2的合力大小等于重力的合力大小等于重力G，保持不變，當兩輕繩剪去一段后，保持不變，當兩輕繩剪去一段后，兩根輕繩的拉力兩根輕繩的拉力F2與豎直方向的夾角變大，因其合力不變，與豎直方向的夾角變大，因其合力不變，故故F2變大變大.選項選項A正確，選項正確，選項B、C、D錯誤錯誤.答案A動態(tài)平衡問題分析的三個常用方法動態(tài)平衡問題分析的三個常用方法.1.解析法：一般把力進行正交分解，兩個方向上列平衡解析法：一般把力進行正交分解，兩個方向上列平衡方程，寫出所要分析的力與變化角度的關(guān)系，然后判方程，寫出所要分析的力與變化角度的關(guān)系，然后判斷各力的變化趨勢斷各力的變化趨勢.2.圖解法：能用圖解法分析動態(tài)變化的問題有三個顯著圖解法：能用圖解法分析動態(tài)變化的問題有三個顯著特征：一、物體一般受三個力作用；二、其中有一個特征：一、物體一般受三個力作用；二、其中有一個大小、方向都不變的力；三、還有一個方向不變的力大小、方向都不變的力；三、還有一個方向不變的力.以題說法3.相似三角形法：物體一般受三個力作用而平衡，系統(tǒng)相似三角形法：物體一般受三個力作用而平衡，系統(tǒng)內(nèi)一定總存在一個與矢量三角形相似的結(jié)構(gòu)三角形，內(nèi)一定總存在一個與矢量三角形相似的結(jié)構(gòu)三角形，這種情況下采用相似三角形法解決問題簡單快捷這種情況下采用相似三角形法解決問題簡單快捷.以題說法針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練2 如圖如圖4甲，手提電腦散熱底座一般設(shè)置有四甲，手提電腦散熱底座一般設(shè)置有四個卡位用來調(diào)節(jié)角度個卡位用來調(diào)節(jié)角度.某同學將電腦放在散熱底座上，為了獲某同學將電腦放在散熱底座上，為了獲得更好的舒適度，由原卡位得更好的舒適度，由原卡位4緩慢地調(diào)至卡位緩慢地調(diào)至卡位1(如圖乙如圖乙)，電腦，電腦始終靜止在底座上，則始終靜止在底座上，則()A.電腦受到的支持力變大電腦受到的支持力變大B.電腦受到的摩擦力變小電腦受到的摩擦力變小C.散熱底座對電腦的作用力變大散熱底座對電腦的作用力變大D.散熱底座對電腦的作用力不變散熱底座對電腦的作用力不變圖圖4(單選單選)答案D解析對筆記本電腦受力分析如圖所示，有：對筆記本電腦受力分析如圖所示，有：FNmgcos 、fmgsin .由原卡位由原卡位1調(diào)至卡位調(diào)至卡位4，減小，靜摩擦力減小，靜摩擦力f 減小、支持力減小、支持力FN增加；散熱增加；散熱底座對電腦的作用力的合力是支持力和靜摩擦底座對電腦的作用力的合力是支持力和靜摩擦力的合力，與重力平衡，始終是不變的，故力的合力，與重力平衡，始終是不變的，故D正確正確.熱點考向例析考向3帶電體在電場內(nèi)的平衡問題帶電體在電場內(nèi)的平衡問題例例3(2014浙江浙江19)如圖如圖5所示，水平地面上固定一個所示，水平地面上固定一個光滑絕緣斜面，斜面與水平面的夾角為光滑絕緣斜面，斜面與水平面的夾角為.一根輕質(zhì)絕緣細線一根輕質(zhì)絕緣細線的一端固定在斜面頂端，另一端系有一個帶電小球的一端固定在斜面頂端，另一端系有一個帶電小球A，細線，細線與斜面平行與斜面平行.小球小球A的質(zhì)量為的質(zhì)量為m、電量為、電量為q.小球小球A的右側(cè)固定放的右側(cè)固定放置帶等量同種電荷的小球置帶等量同種電荷的小球B，兩球心的高度相同、間距為，兩球心的高度相同、間距為d.靜靜電力常量為電力常量為k，重力加速度為，重力加速度為g，兩帶電小球可視為點電荷，兩帶電小球可視為點電荷.小小球球A靜止在斜面上，則靜止在斜面上，則()(雙選雙選)圖圖5審題突破審題突破小球小球A受哪幾個力的作用？若細線上的拉力為受哪幾個力的作用？若細線上的拉力為0呢？通過對小球受力分析，斜面對小球呢？通過對小球受力分析，斜面對小球A的支持力能為的支持力能為0嗎？嗎？解析根據(jù)庫侖定律，根據(jù)庫侖定律，A、B球間的庫侖力球間的庫侖力F庫庫 ，選項，選項A正確；正確；小球小球A受豎直向下的重力受豎直向下的重力mg，水平向左的庫侖力，水平向左的庫侖力F庫庫 ，由平衡條件知，當斜面對小球的支持，由平衡條件知，當斜面對小球的支持力力FN的大小等于重力與庫侖力的合力大小時，的大小等于重力與庫侖力的合力大小時，細線上的拉力等于零，細線上的拉力等于零， 如圖所示，則如圖所示，則 tan ，所以所以 選項選項C正確，選項正確，選項B錯誤；錯誤；斜面對小球的支持力斜面對小球的支持力FN始終不會等于零，選項始終不會等于零，選項D錯誤錯誤.答案AC1.電場和重力場內(nèi)的平衡問題，仍然是力學問題電場和重力場內(nèi)的平衡問題，仍然是力學問題.力學力學中用到的圖解法和正交分解法仍然可以用在電場和重中用到的圖解法和正交分解法仍然可以用在電場和重力場中力場中.2.當涉及多個研究對象時，一般采用整體法和隔離法結(jié)當涉及多個研究對象時，一般采用整體法和隔離法結(jié)合的方法求解合的方法求解.當物體受到的力多于三個時，往往采用當物體受到的力多于三個時，往往采用正交分解法列出分方向的平衡方程正交分解法列出分方向的平衡方程.以題說法針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練3 如圖如圖6所示，粗糙程度均勻的絕緣空心所示，粗糙程度均勻的絕緣空心斜面斜面ABC放置在水平面上，放置在水平面上，CAB30，斜面內(nèi)部，斜面內(nèi)部O點點(與斜面無任何連接與斜面無任何連接)固定一個正點電荷，一帶負電可視為固定一個正點電荷，一帶負電可視為質(zhì)點的小物體可以分別靜止在質(zhì)點的小物體可以分別靜止在M、P、N點，點，P為為MN的中點，的中點，OMON，OMAB，則下列判斷正確的是，則下列判斷正確的是()圖圖6(雙選雙選)A.小物體在小物體在M、P、N點靜止時一定都是受點靜止時一定都是受4個力個力B.小物體靜止在小物體靜止在P點時受到的摩擦力最大點時受到的摩擦力最大C.小物體靜止在小物體靜止在P點時受到的支持力最大點時受到的支持力最大D.小物體靜止在小物體靜止在M、N點時受到的支持力相等點時受到的支持力相等解析對小物體分別在三處靜止時進行受對小物體分別在三處靜止時進行受力分析，如圖：結(jié)合平衡條件小物體在力分析，如圖：結(jié)合平衡條件小物體在P、N兩點時一定受四個力的作用，而在兩點時一定受四個力的作用，而在M處處不一定，故不一定，故A錯誤；錯誤；小物體靜止在小物體靜止在P點時，摩擦力點時，摩擦力fmgsin 30，設(shè)小物體靜止，設(shè)小物體靜止在在M、N點時，庫侖力為點時，庫侖力為F，則小物體靜止在，則小物體靜止在N點時點時fmgsin 30Fcos 30，小物體靜止在，小物體靜止在M點時點時f mgsin 30Fcos 30，可見小物體靜止在，可見小物體靜止在N點時所受摩點時所受摩擦力最大，故擦力最大，故B錯誤；錯誤；答案CD小物體靜止在小物體靜止在P點時，設(shè)庫侖力為點時，設(shè)庫侖力為F，受到的支持力，受到的支持力FNmgcos 30F，小物體靜止在，小物體靜止在M、N點時：點時：FNmgcos 30Fsin 30，由庫侖定律知，由庫侖定律知FF，故，故FNFN，即小物體靜止在，即小物體靜止在P點時受到的支持力最大，靜點時受到的支持力最大，靜止在止在M、N點時受到的支持力相等，故點時受到的支持力相等，故C、D正確正確.例例4(18分分)如圖如圖7(BE左邊為側(cè)視圖，右邊為俯視圖左邊為側(cè)視圖，右邊為俯視圖)所示，所示，電阻不計的光滑導(dǎo)軌電阻不計的光滑導(dǎo)軌ABC、DEF平行放置，間距為平行放置，間距為L，BC、EF水平，水平，AB、DE與水平面成與水平面成角角.PQ、PQ是相同的兩金是相同的兩金屬桿，它們與導(dǎo)軌垂直，質(zhì)量均為屬桿，它們與導(dǎo)軌垂直，質(zhì)量均為m、電阻均為、電阻均為R.平行板電容平行板電容器的兩金屬板器的兩金屬板M、N的板面沿豎直放置，相距為的板面沿豎直放置，相距為d，并通過導(dǎo)，并通過導(dǎo)線與導(dǎo)軌線與導(dǎo)軌ABC、DEF連接連接.整個裝置處于磁感應(yīng)強度大小為整個裝置處于磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向下的勻強磁場中方向豎直向下的勻強磁場中.要使桿要使桿PQ靜止不動，求：靜止不動，求：審題破題 真題演練1.應(yīng)用平衡條件解決電學平衡問題圖圖7(1)桿桿PQ應(yīng)沿什么方向運動？速度多大？應(yīng)沿什么方向運動？速度多大？(2)從從O點入射的帶電粒子恰好沿圖中虛線通過平行板電容器，點入射的帶電粒子恰好沿圖中虛線通過平行板電容器，則入射粒子的速度則入射粒子的速度v0多大？多大？思維導(dǎo)圖答題模板解析(1)設(shè)桿設(shè)桿PQ運動速度為運動速度為v，桿，桿PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢：電動勢：EBLv (2分分)回路電流：回路電流：I(2分分)PQ桿靜止，對桿桿靜止，對桿PQ受力分析，有：受力分析，有：mgtan BIL (2分分)答題模板聯(lián)立解得：聯(lián)立解得：v(2分分)根據(jù)左手定則與右手定則可知，根據(jù)左手定則與右手定則可知，PQ應(yīng)向右運動應(yīng)向右運動.(2分分)(2)兩平行板間的電壓：兩平行板間的電壓：UIR(2分分)粒子在電場中運動，電場力：粒子在電場中運動，電場力：FqE(2分分)粒子沿直線通過平行板電容器，這時粒子所受的電場力和洛粒子沿直線通過平行板電容器，這時粒子所受的電場力和洛倫茲力相互平衡：倫茲力相互平衡：答題模板答案(1)向右運動向右運動點睛之筆此題為力電綜合問題，考查了力學知識的平衡問題和此題為力電綜合問題，考查了力學知識的平衡問題和電磁感應(yīng)知識電磁感應(yīng)知識.解答本題的思路是先通過解答本題的思路是先通過PQ靜止靜止不動、受力平衡分析不動、受力平衡分析PQ的運動方向的運動方向.PQ運動對運動對PQ和電容器供電，帶電粒子在電場、磁場中做勻速直線和電容器供電，帶電粒子在電場、磁場中做勻速直線運動受力平衡運動受力平衡.高 考 現(xiàn) 場 (限時：15分鐘，滿分14分)(2014江蘇江蘇13)如圖如圖8所示，在勻強磁場中有一傾斜的平行金屬所示，在勻強磁場中有一傾斜的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為導(dǎo)軌，導(dǎo)軌間距為L，長為，長為3d，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為，在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為在導(dǎo)軌的中部刷有一段長為d的薄絕緣涂層的薄絕緣涂層.勻強磁場的磁感應(yīng)勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為強度大小為B，方向與導(dǎo)軌平面垂直，方向與導(dǎo)軌平面垂直.質(zhì)量為質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的導(dǎo)體棒從導(dǎo)軌的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運動，并一的頂端由靜止釋放，在滑上涂層之前已經(jīng)做勻速運動，并一直勻速滑到導(dǎo)軌底端直勻速滑到導(dǎo)軌底端.導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直，且僅與涂層間導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直，且僅與涂層間有摩擦，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為有摩擦，接在兩導(dǎo)軌間的電阻為R，其他部分的電阻均不計，其他部分的電阻均不計，重力加速度為重力加速度為g.求：求：圖圖8(1)導(dǎo)體棒與涂層間的動摩導(dǎo)體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)擦因數(shù)；解析在絕緣涂層上導(dǎo)體棒受力在絕緣涂層上導(dǎo)體棒受力平衡平衡mgsin mgcos 解得導(dǎo)體棒與涂層間的動解得導(dǎo)體棒與涂層間的動摩擦因數(shù)摩擦因數(shù)tan 答案tan (2)導(dǎo)體棒勻速運動的速度大小導(dǎo)體棒勻速運動的速度大小v；解析在光滑導(dǎo)軌上感應(yīng)電動勢：在光滑導(dǎo)軌上感應(yīng)電動勢：EBLv安培力：安培力：F安安BIL受力平衡的條件是：受力平衡的條件是：F安安mgsin 解得導(dǎo)體棒勻速運動的速度解得導(dǎo)體棒勻速運動的速度v答案 (3)整個運動過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱整個運動過程中，電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q.答案