2019高考物理大二輪復習 專題一 力與運動 1 力與物體的平衡課件.ppt

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專題一力與運動 考情分析 備考定向 第1講力與物體的平衡 知識脈絡梳理 規(guī)律方法導引 知識脈絡梳理 規(guī)律方法導引 1 知識規(guī)律 1 受力分析四關鍵 選對象 首先要選定研究對象 將其從系統(tǒng)中隔離出來 定順序 先分析場力 后分析接觸力 明規(guī)律 只分析性質(zhì)力 不分析效果力 找關系 兩物體之間存在摩擦力 一定存在相互作用的彈力 2 物體受力平衡三要點 平衡狀態(tài) 物體靜止或勻速直線運動 平衡條件 F合 0或Fx 0 Fy 0 平衡關系 物體受到的任一個力都和其余力的合力等大反向 知識脈絡梳理 規(guī)律方法導引 2 思想方法 1 物理思想 等效思想 分解思想 2 物理方法 假設法 矢量三角形法 整體與隔離法 正交分解法 合成法 轉換研究對象法 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 物體的受力分析及靜態(tài)平衡常以選擇題的形式考查整體與隔離法的應用 ?？疾樯婕澳Σ亮Φ氖芰Ψ治?例1如圖所示 放在桌面上的A B C三個物塊重均為100N 小球P重20N 作用于B的水平力F 20N 整個系統(tǒng)靜止 則 A A和B之間的摩擦力是20NB B和C之間的摩擦力是20NC 物塊C受六個力作用D C與桌面間摩擦力為20N B 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 解析結點受P的拉力及兩繩子的拉力 如圖所示 由幾何關系可知 繩子對C的拉力F1 GP 20N 對A B C整體受力分析 整體受重力和支持力以及兩大小相等 方向相反的拉力 兩拉力的合力為0 整體在水平方向沒有運動的趨勢 故C與桌面間的摩擦力為0 D項錯誤 對A用隔離法受力分析 根據(jù)平衡條件知水平方向不受外力 即A B之間沒有摩擦力 所以A項錯誤 對B用隔離法進行受力分析 根據(jù)平衡條件 B受C對它的摩擦力Ff F 20N 根據(jù)牛頓第三定律知B對C的摩擦力也等于20N 所以B項正確 對C用隔離法受力分析 受重力 桌面的支持力 B對它的壓力 B對它的摩擦力 繩子拉力共五個力的作用 所以C項錯誤 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 規(guī)律方法1 兩物體間有摩擦力 一定有彈力 靜摩擦力總與接觸面平行 且與相對運動趨勢方向相反 2 解題的關鍵是把研究對象從系統(tǒng)中隔離出來 注意整體與隔離法的運用 受力分析時要先分析場力后分析接觸力 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 拓展訓練1如圖所示 重物A被繞過小滑輪P的細線所懸掛 小滑輪P被一根細線系于天花板上的O點 B放在粗糙的水平桌面上 O 是三根線的結點 bO 水平拉著B物體 aO bO 與cO 夾角如圖所示 細線 小滑輪的重力和細線與滑輪間的摩擦力均可忽略 整個裝置處于靜止狀態(tài) 若懸掛小滑輪的細線OP的張力是20N 則下列說法錯誤的是 g取10m s2 A 重物A的質(zhì)量為2kgB 桌面對B物體的摩擦力為10NC 重物C的質(zhì)量為1kgD OP與豎直方向的夾角為60 D 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 解析 設懸掛小滑輪的斜線中的拉力與O a繩的拉力分別為FT1和FT 則有2FTcos30 FT1得FT 20N 重物A的質(zhì)量 的拉力大小相等 根據(jù)對稱性可知 細線OP與豎直方向的夾角為30 故D錯誤 題目要求選錯誤的 故選D 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 共點力作用下物體的動態(tài)平衡常以選擇題的形式考查物體所受某幾個力的大小變化情況 例2如圖所示 一小球放置在木板與豎直墻面之間 設墻面對球的壓力大小為FN1 球?qū)δ景宓膲毫Υ笮镕N2 以木板與墻連接點所形成的水平直線為軸 將木板從圖示位置開始緩慢地轉到水平位置 不計摩擦 在此過程中 A FN1始終減小 FN2始終增大B FN1始終減小 FN2始終減小C FN1先增大后減小 FN2始終減小D FN1先增大后減小 FN2先減小后增大 B 命題熱點一 命題熱點二 解析對小球進行受力分析 圖甲 重力大小方向始終不變 FN1方向不變 始終垂直墻面過小球球心向外 FN2 則垂直木板過小球球心斜向上 此FN2 指木板對小球的支持力 與題中的FN2為一對相互作用力 大小相等 方向相反 由于在任意時刻 小球都可以看作受力平衡 則滿足矢量三角形原則 圖乙 mg大小 方向不變 FN1方向不變 角A在逐漸變小 則FN1逐漸變小直至為0 FN2 也在變小 直至木板水平時 FN2 減小為mg 本題也可以利用力的合成求出FN1 mgtan 其中 為FN2 與豎直方向的夾角 木板緩慢下放的過程中 逐漸減小 可知FN1 FN2 都減小 命題熱點三 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 規(guī)律方法分析動態(tài)平衡問題的三個常用方法1 解析法 一般把力進行正交分解 兩個方向上列平衡方程 寫出所要分析的力與變化角度的關系 然后判斷各力的變化趨勢 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 3 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三角形 這種情況下采用相似三角形法解決問題簡單快捷 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 拓展訓練2 多選 2017 全國卷 如圖所示 柔軟輕繩ON的一端O固定 其中間某點M拴一重物 用手拉住繩的另一端N 初始時 OM豎直且MN被拉直 OM與MN之間的夾角為 現(xiàn)將重物向右上方緩慢拉起 并保持夾角 不變 在OM由豎直被拉到水平的過程中 A MN上的張力逐漸增大B MN上的張力先增大后減小C OM上的張力逐漸增大D OM上的張力先增大后減小 AD 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 解析 方法一 受力分析如圖 設OM與豎直方向夾角為 M點繞O點做圓周運動 沿切線方向 FMNcos 90 mgsin 沿半徑方向 FOM FMNsin 90 mgcos 當 90 時存在極大值 故FOM先增大再減小 D項正確 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 方法二 利用矢量圓 如圖重力保持不變 是矢量圓的一條弦 FOM與FMN夾角即圓心角保持不變 由圖知FMN一直增大到最大 FOM先增大再減小 當OM與豎直夾角為 90 時FOM最大 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 在電場力 磁場力作用下的平衡常以選擇題的形式考查導體棒受到的安培力 帶電體受到的電場力 洛倫茲力 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 例3 多選 如圖所示 用兩根長度相同的絕緣細線把一個質(zhì)量為0 1kg的小球A懸掛到水平板的M N兩點 A上帶有Q 3 0 10 6C的正電荷 兩線夾角為120 兩線上的拉力大小分別為F1和F2 A的正下方0 3m處放有一帶等量異種電荷的小球B B與絕緣支架的總質(zhì)量為0 2kg 重力加速度g取10m s2 靜電力常量k 9 0 109N m2 C2 A B球可視為點電荷 則 A 支架對地面的壓力大小為2 0NB 兩線上的拉力大小F1 F2 1 9NC 將B水平右移 使M A B在同一直線上 此時兩線上的拉力大小F1 1 225N F2 1 0ND 將B移到無窮遠處 兩線上的拉力大小F1 F2 0 866N BC 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 例4 多選 如圖所示 在傾角為 的斜面上固定兩根足夠長的光滑平行金屬導軌PQ MN 相距為l 導軌處于磁感應強度為B的勻強磁場中 磁場方向垂直導軌平面向下 有兩根質(zhì)量均為m的金屬棒a b 先將a棒垂直導軌放置 用跨過光滑定滑輪的細線與物塊c連接 連接a棒的細線平行于導軌 由靜止釋放c 此后某時刻 將b也垂直導軌放置 a c此刻起做勻速運動 b棒剛好能靜止在導軌上 a棒在運動過程中始終與導軌垂直 兩棒與導軌接觸良好 導軌電阻不計 則 A 物塊c的質(zhì)量是2msin B 回路中電流方向俯視為順時針C b棒放上后 a棒受到的安培力為2mgsin D b棒放上后 a棒中電流大小是 AD 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 解析由右手定則可知回路中電流方向俯視為逆時針 B錯誤 因為a b c都處于平衡狀態(tài) 分別列三個平衡方程FT mgsin F安a F安b mgsin FT mcg 而且a b中電流相等 所以F安a F安b BIl 聯(lián)立解以上四個方程 可得F安a F安b mgsin mc 2msin 電流大小為 所以A D正確 C錯誤 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 思維導引 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 規(guī)律方法 1 電荷在電場中一定受到電場力作用 電流或電荷在磁場中不一定受磁場力作用 2 分析電場力和洛倫茲力時 注意帶電體的電性 3 分析帶電粒子受力時 要注意判斷重力是否考慮 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 拓展訓練3如圖所示 一長為10cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強磁場中 磁場的磁感應強度大小為0 1T 方向垂直于紙面向里 彈簧上端固定 下端與金屬棒絕緣 金屬棒通過開關與一電動勢為12V的電池相連 電路總電阻為2 已知開關斷開時兩彈簧的伸長量均為0 5cm 閉合開關 系統(tǒng)重新平衡后 兩彈簧的伸長量與開關斷開時相比均改變了0 3cm 重力加速度大小取10m s2 判斷開關閉合后金屬棒所受安培力的方向 并求出金屬棒的質(zhì)量 答案開關閉合后金屬棒所受安培力方向豎直向下金屬棒質(zhì)量為0 01kg 命題熱點一 命題熱點二 命題熱點三 解析依題意 開關閉合后 電流方向從b到a 由左手定則可知 金屬棒所受的安培力方向豎直向下 開關斷開時 兩彈簧各自相對于其原長伸長為 l1 0 5cm 由胡克定律和力的平衡條件得2k l1 mg 式中 m為金屬棒的質(zhì)量 k是彈簧的勁度系數(shù) g是重力加速度的大小 開關閉合后 金屬棒所受安培力的大小為F IBl 式中 I是回路電流 l是金屬棒的長度 兩彈簧各自再伸長了 l2 0 3cm 由胡克定律和力的平衡條件得2k l1 l2 mg F 由歐姆定律有E IR 式中 E是電池的電動勢 R是電路總電阻 聯(lián)立 式 并代入題給數(shù)據(jù)得m 0 01kg 1 2 3 4 5 6 1 多選 2018 天津卷 明朝謝肇氵制的 五雜組 中記載 姑蘇虎丘寺塔傾側 議欲正之 非萬緡不可 一游僧見之曰 無煩也 我能正之 游僧每天將木楔從塔身傾斜一側的磚縫間敲進去 經(jīng)月余扶正了塔身 假設所用的木楔為等腰三角形 木楔的頂角為 現(xiàn)在木楔背上加一力F 方向如圖所示 木楔兩側產(chǎn)生推力FN 則 A 若F一定 大時FN大B 若F一定 小時FN大C 若 一定 F大時FN大D 若 一定 F小時FN大 BC 1 2 3 4 5 6 解析 作用在木楔背上的力F可以分解為垂直于兩個側面的分力FN 如圖所示 由平行四邊形定則可知 FN 則當F一定時 木楔頂角 越小 FN越大 選項A錯誤 B正確 當木楔頂角 一定時 F越大 FN越大 選項C正確 D錯誤 1 2 3 4 5 6 2 2018 廣東惠州模擬 如圖所示 A盒質(zhì)量為m B盒質(zhì)量為 A B用細繩相連 跨過光滑的定滑輪 A置于傾角 30 的粗糙斜面上 B懸于斜面之外而處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)在向A中緩慢加入沙子 整個系統(tǒng)始終保持靜止 則在加入沙子的過程中 以下說法正確的是 A A所受的合力增大B A對斜面的壓力逐漸減小C A所受的摩擦力先逐漸增大后逐漸減小D 未加沙子前 A與斜面間沒有摩擦力的作用 D 1 2 3 4 5 6 解析 整個系統(tǒng)始終保持靜止 A所受的合力為零 選項A錯誤 A對斜面的壓力等于A及沙子的總重力垂直于斜面的分力 隨著沙子質(zhì)量的增加 A對斜面的壓力逐漸增大 選項B錯誤 未加沙子前 A所受的重力沿斜面向下的分力為 等于繩子的拉力 A沒有運動趨勢 不受靜摩擦力 選項D正確 當向A中緩慢加入沙子時 A有向下運動的趨勢 由平衡條件分析可知 A所受的摩擦力等于沙子的重力沿斜面向下的分力 隨著沙子質(zhì)量的增加 A所受的摩擦力逐漸增大 選項C錯誤 1 2 3 4 5 6 3 如圖所示 用大小不變的力F將物體壓在粗糙豎直面上 當F從實線位置繞O點沿順時針方向轉至虛線位置時 物體始終處于靜止狀態(tài) 則在這個過程中 物體所受摩擦力Ff和墻壁對物體彈力FN的變化情況是 A Ff方向可能一直豎直向上B Ff先變小后變大C FN先變小后變大D FN先變小后變大再變小 A 1 2 3 4 5 6 解析 物體始終處于靜止狀態(tài) 也就是受力平衡 將F分解為水平向左的力和豎直方向的分力 若F斜向下 設與水平方向的夾角為 根據(jù)平衡條件得Ff mg Fsin 方向向上 FN Fcos 在F從實線位置繞O點沿順時針方向轉至水平位置的過程中 減小 則sin 減小 cos 增大 所以Ff減小 FN增大 若F斜向上 設與水平方向的夾角為 根據(jù)平衡條件得Ff mg Fsin 若Fsin mg 則摩擦力方向向上 FN Fcos 當F從水平位置轉至虛線位置時 增大 則sin 增大 cos 減小 所以Ff減小 FN減小 綜上可知 Ff的方向可能一直向上 大小逐漸減小 FN先增大后減小 故A正確 B C D錯誤 1 2 3 4 5 6 4 2017 全國卷 一根輕質(zhì)彈性繩的兩端分別固定在水平天花板上相距80cm的兩點上 彈性繩的原長也為80cm 將一鉤碼掛在彈性繩的中點 平衡時彈性繩的總長度為100cm 再將彈性繩的兩端緩慢移至天花板上的同一點 則彈性繩的總長度變?yōu)?彈性繩的伸長始終處于彈性限度內(nèi) A 86cmB 92cmC 98cmD 104cm B 解析 設開始時兩段彈性繩的夾角為 彈性繩的拉力為FT 根據(jù)平 1 2 3 4 5 6 5 如圖所示 固定在豎直平面內(nèi)的光滑圓環(huán)的最高點有一個光滑的小孔 質(zhì)量為m的小球套在圓環(huán)上 一根細線的下端系著小球 上端穿過小孔用手拉住 現(xiàn)拉動細線 使小球沿圓環(huán)緩慢上移 在移動過程中手對線的拉力F和環(huán)對小球的彈力FN的大小變化情況是 A F減小 FN不變B F不變 FN減小C F不變 FN增大D F增大 FN減小 A 1 2 3 4 5 6 解析 對小球受力分析 其所受的三個力組成一個閉合三角形 如圖所 球上移時mg不變 R不變 l減小 F減小 FN不變 A正確 1 2 3 4 5 6 6 如圖所示 豎直墻面與水平地面均光滑且絕緣 兩個帶有同種電荷的小球A B分別處于豎直墻面和水平地面 且處于同一豎直平面內(nèi) 若用圖示方向的水平推力F作用于小球B 則兩球靜止于圖示位置 如果將小球B向左推動少許 兩個小球?qū)⒅匦逻_到平衡 電荷量不變 則兩個小球的受力情況與原來相比 A 推力F將增大B 豎直墻面對小球A的彈力變大C 地面對小球B的彈力一定增大D 兩個小球之間的距離增大 D 1 2 3 4 5 6 解析 A所受B的庫侖力FAB與豎直方向的夾角為 則FABcos mg 將小球B向左推動少許 則FAB與豎直方向的夾角將減小 則FAB將減小 由庫侖定律知 兩球間的距離增大 D正確 FAB水平方向分力FABsin 將減小 則豎直墻面對小球A的彈力變小 B錯誤 以AB整體為研究對象受力分析 推力F將減小 地面對小球B的彈力一定不變 等于AB的重力之和 A C錯誤 共點力作用下的動態(tài)平衡問題 典例示范 如圖所示 一光滑小球靜止放置在光滑半球面的底端 利用豎直放置的光滑擋板水平向右緩慢地推動小球 則在小球運動的過程中 該過程小球未脫離球面 擋板對小球的推力F1 半球面對小球的支持力F2的變化情況正確的是 A F1增大 F2減小B F1增大 F2增大C F1減小 F2減小D F1減小 F2增大 分析推理 2 小球處于 動態(tài) 平衡狀態(tài) 3 受力示意圖如圖所示 小球重力大小 方向均不變 擋板對小球水平向右的推力F1方向不變 半球面對小球的支持力F2大小 方向均變化 選擇圖解法最簡單 思維流程 以題說法本題以 小球 緩慢移動的擋板 為背景 考查共點力作用下的動態(tài)平衡 分析動態(tài)平衡問題常用的方法 1 圖解法 確定物體動態(tài)受力情況 畫出矢量圖 明確不變的力 明確變化力的特點 畫出動態(tài)矢量三角形圖 例如典例示范的思維流程解法 2 解析法 對研究對象的任一狀態(tài)進行受力分析 根據(jù)力的平衡條件 建立平衡方程 進行求解 例如典例示范解法如下 對小球受力分析 受重力 擋板向右的推力和半球面的支持力 如圖所示 根據(jù)平衡條件解得F1 mgtan F2 由于 不斷增加 故F1增大 F2增大 故選B 針對訓練質(zhì)量為m的物體用輕繩AB懸掛于天花板上 用水平向左的力F緩慢拉動繩的中點O 如圖所示 用FT表示繩OA段拉力的大小 在O點向左移動的過程中 A F逐漸變大 FT逐漸變大B F逐漸變大 FT逐漸變小C F逐漸變小 FT逐漸變大D F逐漸變小 FT逐漸變小 A 解析由于是緩慢移動 O點處于動態(tài)平衡 設任意時刻繩子與豎直方向的夾角為 移動過程中 增大 如圖所示 將拉力F與重力合成后 合力與繩子拉力等大反向 根據(jù)幾何關系 可知F Gtan FT F合 隨 增大 F和FT都增大