1_1.讲解部分PPT(1).65660.pptx

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1、高考物理专题二相互作用考点一常见的三种力、力的合成与分解考点一常见的三种力、力的合成与分解一、常见的三种力1.重力2.弹力3.摩擦力二、力的合成与分解1.遵循平行四边形定则或三角形定则。2.分解考点二共点力平衡考点二共点力平衡一、平衡状态及平衡条件1.平衡状态:静止或匀速直线运动状态。2.平衡条件:F合=0二、平衡条件重要推论及平衡问题处理方法1.二力平衡:两力等大、反向、共线。2.三力平衡:任意两个力的合力与第三个力等大、反向、共线。3.多力平衡:建立坐标系,正交分解,列式Fx合=0、Fy合=0。拓展一有关弹力的分析与计算拓展一有关弹力的分析与计算1.判断弹力有无的方法1)条件法:根据物体是

2、否直接接触并发生弹性形变来判断。2)假设法:先假设两个物体之间有弹力,看物体能否保持原来的状态来判断。3)状态法:根据物体的状态,利用牛顿运动定律或共点力平衡条件来判断。2.弹力大小的计算1)根据胡克定律计算。2)根据力的平衡条件计算。3)根据牛顿第二定律计算。4)根据动能定理计算。3.弹力方向的确定【例1】如图所示,小车内一根沿竖直方向的轻质弹簧和一条与竖直方向成角的细绳拴接一小球。当小车和小球相对静止,一起在水平面上运动时,下列说法正确的是()A.细绳一定对小球有拉力的作用B.轻弹簧一定对小球有弹力的作用C.细绳不一定对小球有拉力的作用,但是轻弹簧对小球一定有弹力的作用D.细绳不一定对小球

3、有拉力的作用,轻弹簧对小球也不一定有弹力的作用解析若小球与小车一起做匀速直线运动,则细绳对小球无拉力的作用;若小球与小车有向右的加速度,且大小为a=gtan,则轻弹簧对小球无弹力的作用,D正确。拓展二有关摩擦力的分析与计算拓展二有关摩擦力的分析与计算1.摩擦力的有无及方向的判断1)假设法2)状态法:根据物体的运动状态(加速度),利用牛顿第二定律,确定摩擦力的大小和方向。3)牛顿第三定律法:利用作用力与反作用力的关系判断。2.静摩擦力大小的计算1)平衡时:根据力的平衡条件来计算;2)非平衡时:若只有静摩擦力,则F静=ma;若还有其他力,则F合=ma,先求合力再求静摩擦力。3.滑动摩擦力大小的计算

4、计算公式:Ff=FN。为动摩擦因数,其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关。FN为两接触面间的正压力,其大小不一定等于物体的重力。【例2】如图所示为武警战士用头将四块砖顶在墙上苦练头功的照片。假设每块砖的质量均为m,砖与砖、砖与墙面、砖与头间的动摩擦因数均为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g。要使砖恰好静止不动,则武警战士的头对砖施加的水平力大小为()A.B.C.D.解析以四块砖为研究对象,进行受力分析。砖恰好静止不动,则砖所受到的摩擦力(砖与墙面、头之间的摩擦力之和)刚好与其重力相等,即f1+f2=4mg,又f1=f2=F,联立两式可得F=,即武警战士施加的水平力大小为F=,选项

5、B正确。拓展三平衡问题中的拓展三平衡问题中的“隔离法隔离法”与与“整体法整体法”1.隔离法为了弄清系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况,一般可采用隔离法。1)明确研究对象、过程、状态;2)将某个研究对象、某段运动过程、某个状态从全过程中隔离出来;3)画出某状态下的受力图或运动过程示意图;4)选用适当的物理规律列方程求解。2.整体法当只涉及研究系统整体而不涉及系统内部物体间的受力或运动时,一般可采用整体法。1)明确研究的系统或运动的全过程;2)画出系统整体的受力图或运动全过程的示意图;3)选用适当的物理规律列方程求解。【注意】隔离法和整体法常常需交叉运用,从而优化解题思路和方法。【例3】如图

6、所示,一根粗糙的水平横杆上套有A、B两个轻环,系在两环上的等长细绳拴住的书本处于静止状态,现将两环距离变小后书本仍处于静止状态,则()A.杆对A环的支持力变大B.B环对杆的摩擦力变小C.杆对A环的力不变D.与B环相连的细绳对书本的拉力变大解析对两轻环、细绳和书本组成的系统进行受力分析,竖直方向:2N=mg,可知将两环距离变小后杆对A环的支持力不变,选项A错误。设细绳与杆之间夹角为,细绳上的弹力大小为T,对环B受力分析可知,f=Tcos;对书本:2Tsin=mg,解得f=,则当两环距离变小后,变大,则f减小,与B环相连的细绳对书本的拉力变小,选项B正确,D错误。同理,杆对A环的摩擦力减小,杆对A

7、环的支持力不变,这两个力互相垂直,则杆对A环的力减小,选项C错误。拓展四平衡中的临界与极值问题拓展四平衡中的临界与极值问题1.临界问题当某个物理量变化时,使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”,常用“刚好”“恰能”“恰好”等表述。常见的临界问题种类如下:1)由静止到刚要运动,摩擦力达到最大静摩擦力。2)绳子恰好绷紧,拉力F=0。3)刚好离开接触面,支持力FN=0。2.极值问题平衡中的极值问题,一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题。3.解题方法1)极限法:找出平衡的临界点和极值点。通常要把某个物理量推向极端,即极大和极小。2)数学分析法:根据物体的平衡条件,写出物理量之间的函数关

8、系(或画出函数图像),用数学方法求极值(如求二次函数极值、公式极值、三角函数极值)。3)物理分析法:根据物体的平衡条件,作出力的矢量图,利用平行四边形定则或三角形定则进行动态分析,确定最大值与最小值。【例4】如图所示,质量为m的物体放在一固定斜面上,当斜面倾角为30时恰能沿斜面匀速下滑。对物体施加一大小为F、方向水平向右的恒力,物体可沿斜面匀速向上滑行。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,当斜面倾角增大并超过某一临界角0时,不论水平恒力F多大,都不能使物体沿斜面向上滑行,求:(1)物体与斜面间的动摩擦因数;(2)这一临界角0的大小。解析(1)如图甲所示,未施加力F时,对物体受力分析,由平衡条件得mg

9、sin30=mgcos30,解得=tan30=。(2)设斜面倾角为,物体沿斜面向上滑行时受力情况如图乙所示,由平衡条件得:Fcos=mgsin+FfFN=mgcos+FsinFf=FN解得F=当cos-sin=0,即tan=时,F,即“不论水平恒力F多大,都不能使物体沿斜面向上滑行”,此时,临界角0=60。应用一探究悬挂物体时绳上张力的变化应用一探究悬挂物体时绳上张力的变化动态平衡系列问题动态平衡系列问题1.动态平衡:物体的受力状态缓慢发生变化,但在变化过程中,每一个状态均可视为平衡状态。2.常用解题方法1)图解法三力平衡问题中,已知一个力是恒力、另一个力方向不变的情况下,一般按照以下流程分析

10、:【例1】如图所示,用OA、OB两根轻绳将物体悬于两竖直墙之间,开始时OB绳水平。现保持O点位置不变,改变OB绳长使绳末端由B点缓慢上移至B点,此时OB与OA之间的夹角)。现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中()A.MN上的张力逐渐增大B.MN上的张力先增大后减小C.OM上的张力逐渐增大D.OM上的张力先增大后减小解析解法1:对M点受力分析如图,设OM偏离竖直方向的角度为,有=是定值,故上式比值不变。根据题意,从0增加到90,故TMN一直增大。当-=90时,sin(-)最大,即sin(-)先增大后减小,故TOM先增大后减小,故选A、D。解法2:对M点受力分析

11、,其受到重物的拉力T=mg、OM绳的拉力FOM、MN绳的拉力FMN共三个力的作用。缓慢拉起过程中任一时刻可认为是平衡状态,三力的合力恒为0。如图所示,由三角形定则得一首尾相接的闭合三角形,由于且不变,则三角形中FMN与FOM的交点在一个优弧上移动,由图可以看出,在OM被拉到水平的过程中,绳MN中拉力一直增大且恰好达到最大值,绳OM中拉力先增大后减小,故A、D正确,B、C错误。应用二探究生活中悬挂物体的常见方式应用二探究生活中悬挂物体的常见方式轻绳、轻杆、轻弹簧模型轻绳、轻杆、轻弹簧模型轻绳模型“活结”:跨过光滑滑轮(或杆、钉子)的轻绳,其两端张力大小相等“死结”:如果几段轻绳系在一个结点上,那

12、么这几段轻绳的张力大小不一定相等轻杆模型“动杆”:一端由铰链相连的轻质活动杆,它的弹力方向一定沿杆的方向“定杆”:轻质固定杆,它的弹力方向不一定沿杆的方向,需要结合平衡条件或牛顿第二定律求得轻弹簧模型轻弹簧既可伸长提供拉力,也可压缩提供推力,形变量确定后各处弹力大小相等轻弹簧的弹力不能发生突变(突然消失除外),而轻绳、轻杆的弹力可以发生突变【例6】如图甲所示,轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的光滑定滑轮挂住一个质量为m1的物体,ACB=30;图乙所示的轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上,另一端G通过细绳EG拉住,EG与水平方向夹角为30,轻杆的G点用细绳GF拉住一个质量为m2的物体,重力加速度

13、为g,则下列说法正确的是()A.图甲中BC对滑轮的作用力为B.图乙中HG杆受到绳的作用力为m2gC.细绳AC段的拉力FAC与细绳EG段的拉力FEG之比为11D.细绳AC段的拉力FAC与细绳EG段的拉力FEG之比为m12m2解析图甲中是一根绳跨过光滑定滑轮,绳中的弹力大小相等,都是m1g,两段绳互成120角,则这两段绳合力的大小是m1g,方向与竖直方向成60角斜向左下方,故BC对滑轮的作用力大小也是m1g,方向与竖直方向成60角斜向右上方,故A错误;图乙中HG杆受到的绳的作用力沿HG杆的方向,解得作用力大小为m2g,故B错误;图乙中FEGsin30=m2g,得FEG=2m2g,则=,故C错误,D

14、正确。创新点斧头劈木柴、拖把拖地类问题分析创新点斧头劈木柴、拖把拖地类问题分析斧头劈木柴类问题和拖把拖地类问题,主要应用力的合成与分解的知识,结合平衡问题的处理方法,根据角度的变化,展开分析。找到要分解的力,找准分解的方向是关键,通常按照力的实际作用效果来分解。【例1】(2018天津理综,7,6分)(多选)明朝谢肇淛的五杂组中记载:“明姑苏虎丘寺塔倾侧,议欲正之,非万缗不可。一游僧见之曰:无烦也,我能正之。”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去,经月余扶正了塔身。假设所用的木楔为等腰三角形,木楔的顶角为,现在木楔背上加一力F,方向如图所示,木楔两侧产生推力FN,则()A.若F一定,大时F

15、N大B.若F一定,小时FN大C.若一定,F大时FN大D.若一定,F小时FN大解析如图所示,把力F分解在垂直于木楔两侧的方向上,根据力的作用效果可知,F1=F2=FN=,由此式可见,B、C项正确,A、D项错。【例2】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正压力的比值为。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值tan0。解析(1)设该同学沿拖杆方向用大小为F的力推拖把,有Fcos+mg=NFsin=f又知f=N联立式得F=mg(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FsinN这时,式仍满足,联立式解得sin-cos注意到上式右边总是大于零,且当F无限大时极限为零,有sin-cos0使上式成立的角满足0,这里0是题中所定义的临界角,得tan0=