高中物理经典例题分析.doc

高中物理巧学巧解大全目录第一部分高中物理活题巧解方法总论整体法 隔离法 力的合成法 力的分解法 力的正交分解法 加速度分解法 加速度合成法 速度分解法 速度合成法 图象法 补偿法（又称割补法） 微元法 对称法 假设法 临界条件法 动态分析法 利用配方求极值法 等效电源法 相似三角形法 矢量图解法 等效摆长法 等效重力加速度法 特值法 极值法 守恒法 模型法 模式法 转化法 气体压强的参考液片法 气体压强的平衡法 气体压强的动力学法 平衡法（有收尾速度问题） 穷举法 通式法 逆向转换法 比例法 推理法 密度比值法 程序法 等分法 动态圆法 放缩法 电流元分析法估算法 节点电流守恒法 拉密定理法 代数法 几何法第二部分部分难点巧学一、利用“假设法”判断弹力的有无以及其方向二、利用动态分析弹簧弹力三、静摩擦力方向判断四、力的合成与分解五、物体的受力分析六、透彻理解加速度概念七、区分s-t 图象和v-t图象八、深刻领会三个基础公式九、善用匀变速直线运动几个重要推论十、抓住时空观解决追赶（相遇）问题十一、有关弹簧问题中应用牛顿定律的解题技巧十二、连接体问题分析策略整体法与隔离法十三、熟记口诀巧解题十四、巧作力的矢量图，解决力的平衡问题十五、巧用图解分析求解动态平衡问题十六、巧替换、化生僻为熟悉，化繁难就简易十七、巧选研究对象是解决物理问题的关键环节十八、巧用“两边夹”确定物体的曲线运动情况十九、效果法运动的合成与分解的法宝二十、平抛运动中的“二级结论”有妙用二十一、建立“F供F需”关系，巧解圆周运动问题二十二、把握两个特征，巧学圆周运动二十三、现代科技和社会热点问题STS问题二十四、巧用黄金代换式“GMR2g”二十五、巧用“比例法”解天体运动问题的金钥匙二十六、巧解天体质量和密度的三种方法二十七、巧记同步卫星的特点“五定”二十八、“六法”求力的功二十九、“五大对应”功与能关系三十、“四法”判断机械能守恒三十一、“三法”巧解链条问题三十二、两种含义正确理解功的公式，功率的公式三十三、解题的重要法宝之一功能定理三十四、作用力与反作用力的总功为零吗？摩擦力的功归类三十五、“寻”规、“导”矩学动量三十六、巧用动量定理解释常用的两类物理现象三十七、巧用动量定理解三类含“变”的问题三十八、动量守恒定律的“三适用”“三表达”动量守恒的判断三十九、构建基本物理模型学好动量守恒法宝四十、巧用动量守恒定律求解多体问题四十一、巧用动量守恒定律求解多过程问题四十二、从能量角度看动量守恒问题中的基本物理模型动量学习的提高篇四十三、一条连等巧串三把“金钥匙” 四十四、巧用力、能的观点判断弹簧振子振动中物理量的变化四十五、弹簧振子运动的周期性、对称性四十六、巧用比值处理摆钟问题四十七、巧用位移的变化分析质点的振动：振动图像与振动对应四十八、巧用等效思想处理等效单摆四十九、巧用绳波图理解机械波的形成五十、波图像和振动图像的区别五十一、波的叠加波的干涉五十二、物质是由大量分子组成的五十三、布朗运动五十四、分子间作用力五十五、内能概念的内涵五十六、能的转化和守恒定律五十七、巧建模型气体压强的理解及大气压的应用五十八、活用平衡条件及牛顿第二定律气体压强的计算五十九、微观与宏观正确理解气体的压强、体积与温度及其关系六十、巧用结论理想气体的内能变化与热力学第一定律的综合应用六十一、巧用库仑定律解决带电导体球间力的作用六十二、巧选电场强度公式解决有关问题六十三、巧用电场能的特性解决电场力做功问题六十四、巧用电容器特点解决电容器动态问题六十五、利用带电粒子在电场中不同状态解决带电粒子在电场中的运动六十六、巧转换，速求电场强度六十七、巧用“口诀”，处理带电平衡问题六十八、巧用等效法处理复合场问题六十九、巧用图象法处理带电粒子在交变电场中运动问题第一部分高中物理活题巧解方法总论高中阶段，最难学的课程是物理，既要求学生有过硬的数学功底，还要学生有较强的空间立体感和抽象思维能力。本总论较详细地介绍了48种高中物理活题巧解的方法，加上磁场部分“难点巧学”中介绍的“结论法”，共计有49种方法，这些方法中有大家很熟悉的、用得很多的整体法、隔离法、临界条件法、矢量图解法等，也有用得很少的补偿法、微元法、节点电流法等，更多的是用得较多，但方法名称还未统一的巧解方法，这些方法用起来很巧，给人以耳目一新、豁然开朗的感觉，本总论给出了较科学合理的方法名称。古人云：授人以鱼，只供一饭之需；授人以渔，则一生受用无穷，本书编者本着“一切为了学生，为了一切学生，为了学生的一切”的宗旨，呕心沥血地编写了这本书，以精益求精的质量、独具匠心的创意，教会学生在短时间内提高物理分析、解题技能，缩短解题时间，对减轻学习负担、开发智力、提高学习成绩有极大地帮助。一、整体法研究对象有两个或两个以上的物体，可以把它们作为一下整体，整体质量等于它们的总质量。整体电量等于它们电量代数和。有的物理过程比较复杂，由几个分过程组成，我们可以把这几个分过程看成一个整体。所谓整体法就是将两个或两个以上物体组成的整个系统，或由几个分过程组成的整个过程作为研究对象进行分析研究的方法。整体法适用于求系统所受的外力，计算整体合外力时，作为整体的几个对象之间的作用力属于系统内力不需考虑，只需考虑系统外的物体对该系统的作用力，故可使问题化繁为简。例1：在水平滑桌面上放置两个物体A、B如图1-1所示，mA=1kg，mB=2kg，它们之间用不可伸长的细线相连，细线质量忽略不计，A、B分别受到水平间向左拉力F1=10N和水平向右拉力F2=40N的作用，求A、B间细线的拉力。【巧解】由于细线不可伸长，A、B有共同的加速度，则共同加速度对于A物体：受到细线向右拉力F和F1拉力作用，则，即 F=20N 【答案】=20N例2：如图1-2所示，上下两带电小球，a、b质量均为m，所带电量分别为q和-q，两球间用一绝缘细线连接，上球又用绝缘细线悬挂在开花板上，在两球所在空间有水平方向的匀强电场，场强为E，平衡细线都被拉紧，右边四图中，表示平衡状态的可能是：【巧解】对于a、b构成的整体，总电量Q=q-q=0，总质量M=2m，在电场中静止时，ab整体受到拉力和总重力作用，二力平衡，故拉力与重力在同一条竖直线上。【答案】A说明：此答案只局限于a、b带等量正负电荷，若a、b带不等量异种电荷，则a与天花板间细线将偏离竖直线。例3：如图1-3所示，质量为M的木箱放在水平面上，木箱中的立杆上套着一个质量为m的小球，开始时小球在杆的顶端，由静止释放后，小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的，即，则小球在下滑的过程中，木箱对地面的压力为多少？【巧解】对于“一动一静”连接体，也可选取整体为研究对象，依牛顿第二定律列式：故木箱所受支持力：，由牛顿第三定律知：木箱对地面压力。【答案】木箱对地面的压力例4：如图1-4，质量为m的物体A放置在质量为M的物体B上，B与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐振动，振动过程中A、B之间无相对运动，设弹簧的劲度系数为k，当物体离开平衡位置的位移为x时，A、B间摩擦力f的大小等于（ ）A、0B、kxC、D、【巧解】对于A、B构成的整体，当系统离开平衡位置的位移为x时，系统所受的合力为F=kx，系统的加速度为，而对于A物体有摩擦力，故正确答案为D。【答案】D例5：如图1-5所示，质量为m=2kg的物体，在水平力F=8N的作用下，由静止开始沿水平方向右运动，已知物体与水平面间的动摩擦因数=0.2，若F作用t1=6s后撤去，撤去F后又经t2=2s物体与竖直壁相碰，若物体与墙壁作用时间t3=0.1s，碰后反向弹回的速度=6m/s，求墙壁对物体的平均作用力FN（g取10m/s2）。【巧解】如果按时间段来分析，物理过程分为三个：撤去F前的加速过程；撤去F后的减速过程；物体与墙壁碰撞过程。分段计算会较复杂。现把全过程作为一个整体（整体法），应用动量定理，并取F的方向为正方向，则有代入数据化简可得FN=280N【答案】FN=280N巧练：如图1-6所示，位于水平地面上的斜面倾角为，斜面体的质量为M，当A、B两物体沿斜面下滑时，A、B间无相对滑动，斜面体静止，设A、B的质量均为m，则地面对斜面体的支持力FN及摩擦力f分别是多少？若斜面体不是光滑的，物体A、B一起沿斜面匀速下滑时，地面对斜面体的支持力FN及摩擦力f又分别是多少？巧练2：如图1-7所示，MN为竖直墙壁，PQ为无限长的水平地面，在PQ的上方有水平向左的匀强电场，场强为E，地面上有一点A，与竖直墙壁的距离为d，质量为m，带电量为+q的小滑块从A点以初速vo沿PQ向Q运动，滑块与地面间的动摩擦因数为，若mgEq，滑块与墙MN碰撞时无能量损失，求滑块所经历的总路程s。二、隔离法所谓隔离法就是将研究对象（物体）同周围物体隔离开来，单独对其进行受力分析的方法。隔离法适用于求系统内各物体（部分）间相互作用。在实际应用中，通常隔离法要与整体法结合起来应用，这样更有利于问题的求解。例1：如图2-1所示，在两块相同的竖直木板之间，有质量均为m的4块相同的砖，用两个大小均为F的水平力压木板，使砖静止不动，则第1块对第2块砖摩擦力大小为（ ）A、0B、mg/2C、mgD、2mg【巧解】本题所求解的是第1块对第2块砖摩擦力，属于求内力，最终必须要用隔离法才能求解，研究对象可以选1，也可以选2，到底哪个更简单呢？若选2为研究对象，则1对2的摩擦力及3对2的摩擦力均是未知的，无法求解；而选1为研究对象，尽管2对1的摩擦力及左板对1的摩擦力均是未知的，但左板对1的摩擦力可以通过整体法求解，故选1为研究对象求内力较为简单。先由整体法（4块砖作为一个整体）可得左、右两板对系统的摩擦力方向都竖直向上，大小均为4mg/2=2mg，再以1为研究对象分析，其受力图2-2所示（一定要把它从周围环境中隔离开来，单独画受力图），1受竖直向下的重力为mg，左板对1的摩擦力f左板竖直向上，大小为2mg，故由平衡条件可得：2对1的摩擦力f21竖直向下，大小为mg，答案应选C项。【答案】C例2：如图2-3所示，斜面体固定，斜面倾角为，A、B两物体叠放在一起，A的上表面水平，不计一切摩擦，当把A、B无初速地从斜面顶端释放，若运动过程中B没有碰到斜面，则关于B的运动情况描述正确的是（ ）A、与A一起沿斜面加速下滑B、与A一起沿斜面匀速下滑C、沿竖直方向匀速下滑D、沿竖直方向加速下滑【巧解】本题所求解的是系统中的单个物体的运动情况，故可用隔离法进行分析，由于不计一切摩擦，而A的上表面水平，故水平方向上B不受力。由牛顿第一定律可知，B在水平方向上运动状态不变（静止），故其运动方向必在竖直方向上。因A加速下滑，运动过程中B没有碰到斜面（A、B仍是接触的），即A、B在竖直方向上的运动是一样的，故B有竖直向下的加速度，答案D正确。【答案】D例3：如图2-4所示，固定的光滑斜面体上放有两个相同的钢球P、Q，MN为竖直挡板，初状态系统静止，现将挡板MN由竖直方向缓慢转至与斜面垂直的方向，则该过程中P、Q间的压力变化情况是（ ）A、一直增大B、一直减小C、先增大后减小D、一直不变【巧解】本题所求解的是系统内力，可用隔离法来分析，研究对象可以选P，也可以选Q，到底选哪个更简单呢？当然选P要简单些，因为P受力个数少，P受到重力、斜面的支持力N斜（垂直斜面向上）和Q的支持力NQ（沿斜面斜向上）共三个力作用，由平衡条件可知，这三个力的合力为零，即重力沿N斜，NQ反方向的分力分别与N耕、NQ的大小相等，在转动挡板过程中，重力的大小及方向都不变，而N耕、NQ的方向也都不变，即分解重力的两个方向是不变的，故分力也不变，故D选项正确【答案】D例4：如图2-5所示，人重G1=600N，木板重G2=400N，人与木板、木板与地面间滑动摩擦因数均为=0.2，现在人用水平力F拉绳，使他们木板一起向右匀速动动，则（ ）A、人拉绳的力是200NB、人的脚给木板的摩擦力向右C、人拉绳的力是100ND、人的脚给木板的摩擦力向左【巧解】求解人与板间的摩擦力方向，属求内力，须用隔离法，研究对象可选人，也可以选板，到底选哪个更简单呢？当然选人要简单些，因为人受力个数少，以人为研究对象，人在水平方向上只受绳的拉力（水平向右）和板对人的摩擦力两个力作用，属二力平衡，故板对人的摩擦力向左，由牛顿第三定律可知，人的脚给木板的摩擦力向右，B、D两个选项中B选项正确。绳的拉力属外力，可用整体法来求解，人与板相对地向右运动，滑动摩擦力水平向左，而其大小为；人与板系统水平向右受到两个拉力，故由平衡条件可得：2T=f，故T=100N，答案C选项正确。【答案】B、C巧练1：如图2-6所示，半径为R的光滑球，重为G，光滑木块厚为h，重为G1，用至少多大的水平F推木块才能使球离开地面？巧练2：如图2-7所示，A、B两物体叠放在转台上（A在上，B在下），并随转台一起匀速运动，则关于A对B的摩擦力的判断正确的是（ ）A、A对B没有摩擦力B、A对B有摩擦力，方向时刻与线速度方向相反C、A对B有摩擦力，方向时刻指向转轴D、A对B有摩擦力，方向时刻背离转轴三、力的合成法一个力如果产生的效果与几个力共同作用所产生的效果相同，这个力就叫做那几个的合力，而那几个力就叫做这个力的分力，求几个力的合力叫力的合成。力的合成遵循平行四边形法则，如求两个互成角度的共点力F1、F2的合力，可以把表示F1、F2的有向线段作为邻边，作一平行四边形，它的对角线即表示合力大小和方向。共点的两个力F1、F2的合力F的大小，与两者的夹角有关，两个分力同向时合力最大，反向时合力最小，即合力取值范围力F1-F2F1+F2合力可以大于等于两力中的任一个力，也可以小于任一个力，当两力大小一定时，合力随两力夹角的增大而减小，随两力夹角的减小而增大。如果一个物体A对另一个物体B有两个力作用，当求解A对B的作用力时，通常用力的合成法来求解。例1：水平横梁的一端A插在墙壁内，另一端装有一小滑轮B，一轻绳的一端C固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量m=10kg的重物，CBA=30，如图3-1所示，则滑轮受到绳子的作用力大小为（g取10m/s2）（ ）A、50NB、C、100ND、【巧解】绳子对滑轮有两个力的作用，即绳子BC有斜向上的拉力，绳子BD有竖直向下的拉力，故本题所求的作用力应该为以上这两个力的合力，可用力的合成法求解。因同一根绳张力处处相等，都等于物体的重力，即TBC=TBD=mg=100N，而这两个力的夹角又是特殊角120，用平行四边形定则作图，可知合力F合=100N，所以滑轮受绳的作用力为100N，方向与水平方向成30角斜向下。【答案】C例2：如图3-2所示，一质量为m的物块，沿固定斜面匀速下滑，斜面的倾角为，物体与斜面间的动摩擦因数为，则斜面对物块的作用力大小及方向依次为（ ）A、，沿斜面向下B、，沿斜面向上C、，垂直斜面向下D、mg，竖直向上【巧解】斜面对物块有两个力的作用，一个是沿垂直斜面向上支持力N，另一个是沿斜面向上的摩擦力f，故本题所求的作用力应该为以上这两个力的合力，可用力的合成法求解。物块共受三个力作用：重力mg、支持力N、摩擦力f；由平衡条件可知，这三个力的合力为0，即支持力N、摩擦力f的合力重力mg等大反向，故答案D选项正确【答案】D例3：如图3-3所示，地面上放在一个质量为m的物块，现有斜向上的力F拉物块，物块仍处于静止状态，则拉力F与物体所受到摩擦力f的合力方向为（ ）A、斜向左上B、斜向右上C、竖直向上D、条件不足，无法判断【巧解】物块共受四个力作用，重力G、拉力F、摩擦力f以及支持力N，其受力图如图3-4所示，我们可以用力的合成法，把四力平衡转化成二力平衡：即F与f合成，G与N合成，G与N的合力一定竖直向下，故F与f的合力一定竖直向上，故答案C正确。【答案】C巧练1：如图3-5所示，A、B两小球穿在水平放置的细杆上，相距为d，两小球各用一根长也是d的细绳连接小球C，三个小球的质量均为m，整个系统处于静止状态，而杆对小球A的作用力大小是（ ）A、1.5mgB、mgC、D、巧练2：如图3-6所示，在倾角为=30的粗糙斜面上放有一重为G的物体，现用与斜面底边平行的力F=G/2推物体，物体恰能沿斜面作匀速直线运动，则物体与斜面间的动摩擦因数为（ ）A、0.5B、0.2C、D、四、力的分解法由一个已经力求解它的分力叫力的分解，力的分解是力的合成的逆过程，也同样遵循平行四边形法则，由平行四边形则可知，力的合成是惟一的，而力的分解则可能多解，但在处理实际问题时，力的分解必须依据力的作用效果来进行的，答案同样是惟一的。利用力的分解法解题时，先找到要分解的力，再找这个力的作用效果，根据作用效果确定两个分力的方向，然后用平行四边形定则求这两个部分。例1：刀、斧、刨等切削工具都叫劈，劈的截面是一个三角形，如图4-1所示，设劈的面是一个等腰三角形，劈背的宽度是d，劈的侧面的长度是L使用劈的时候，在劈背上加力F，则劈的两侧面对物体的压力F1、F2为（ ）A、F1=F2=FB、F1=F2=（L/d）FC、F1=F2=（d/L）FD、以上答案都不对【巧解】由于F的作用，使得劈有沿垂直侧面向外挤压与之接触物体的效果，故所求的F1、F2大小等于F的两个分力，可用力的分解法求解。如图4-2所示，将F分解为两个垂直于侧面向下的力F1、F2，由对称性可知，F1=F2，根据力的矢量三角形OFF1与几何三角形CAB相似，故可得：F1/L=F/d，所以F1=F2=LF/d，由于F1= F1， F2= F2故F1=F2=（d/L）F。【答案】例2：如图4-3所示，两完全相同的小球在挡板作用下静止在倾角为的光滑斜面上，甲图中挡板为竖直方向，乙图中挡板与斜面垂直，则甲、乙两种情况下小球对斜面的压力之比是（ ）A、1：1B、1：C、1：D、1：【巧解】由于小球重力G的作用，使得小球有沿垂直侧面向下挤压斜面及沿垂直挡板方向挤压挡板的效果，故所求的小球对斜面压力大小等于重力G沿垂直斜面方向的分力，可用力的分解法求解，如图所求，甲情况下将G分解G2，乙情况下将G分解G2，所求压力之比即为G1：G1，而G1=G/，G1=G，故可得压力之比G1：G1=1：。【答案】B例3：如图4-4所示，用两根轻绳将质量为m的物块悬挂在空中，已知ac和bc与竖直方向的夹角分别为30和60，则ac绳和bc绳中拉分别为（ ）A、B、C、D、【巧解】由于小球重力G的作用，使得小球有沿两绳方向斜向下拉紧绳的效果，故两绳的拉力大小等于重力的两个分力，力的分解图如上所示，由几何知识可得：Tac=G1=mgcos30,Tbc=G2=mgcos60。【答案】A例4：如图4-5所示，小车上固定着一根弯成角的曲杆，杆的另一端固定一个质量为m的球，小车以加速度a水平向右运动，则杆对球的弹力大小及方向是（ ）A、mg，竖直向上B、，沿杆向上C、ma，水平向右 D、，与水平方向成arctan角斜向上【巧解】本题中，小球只受重力mg和杆对球的弹力N两个力作用，杆对球的弹力N有两个作用效果；竖直向上拉小球及水平向右拉小球，因两个作用效果是明确的，故可用力的分解法来求解。杆竖直向上拉小球，使小球在竖直方向上保持平衡，故竖直向上的分力N1=mg；杆水平向右拉小球，使小球获得向右的加速度，故水平向右的分力N2=ma，由几何知识可知杆对球的弹力与水平方向的夹角为arctan=arctan，故答案D选项正确。【答案】D巧练1：如图4-6所示，用一根细绳把重为G的小球，挂在竖直光滑的墙上，改用较长的细绳，则小球对绳的拉力T及对墙的压力N将（ ）A、T减小，N增在B、T增大，N减小C、T减小，N减小D、T增大，N增大巧练2：如图4-7所示，轻绳AC与水平角夹角=30，BC与水平面的夹角=60，若AC、BC能承受的最大拉力不能超过100N，设悬挂重物的绳不会拉断，那么重物的重力G不能超过（ ）A、100NB、200NC、D、五、力的正交分解法力的正交分解法：即是把力沿着两个经选定的互相垂直的方向作分解，其目的是便于运用普通代数运算公式来解决矢量的运算，坐标轴的选取是以使问题的分析简化为原则，通常选取坐标轴的方法是：选取一条坐标轴与物体运动的速度方向或加速度的方向相同（包括处理物体在斜面上运动的问题），以求使物体沿另一条坐标轴的加速度为零，这样就可得到外力在该坐标轴上的分量之和为零，从而给解题带来方便，物体受力个数较多时，常用正交分解法来解。例1：如图5-1所示，用与水平成=37的拉力F=30N，拉着一个重为G=50N的物体在水平地面上匀速前进，则物体与地面间的动摩擦因数为（ ）A、0.2B、0.3C、0.6D、0.75【巧解】物体受四个力作用而匀速，这四个力分别为重力G、拉力F、地面的支持力N、地面的摩擦力f，由于受多个力作用，用正交分解法来解题较为简单。怎样选取坐标轴呢？选水平方向与竖直方向为坐标轴，只需分解F，最简单，如图5-2所示，将F进行正交分解，由平衡条件可得：【答案】D例2：如图5-3所示，重为G=40N的物体与竖直墙间的动摩擦因数=0.2，若受到与水平线成45角的斜向上的推力F作用而沿竖直墙匀速上滑，则F为多大？【巧解】物体受四个力作用而匀速上滑，这四个力分别为重为N、推力F、墙的支持力N、墙的摩擦力f，由于受多个力作用，用正交分解法来解题较为简单。怎样选取坐标轴呢？选水平方向与竖直方向为坐标轴，只需分解F，最简单，如图5-4所示，将F进行正交分解，由平衡条件可得：【答案】推力F为71N例3：如图5-5所示，物体Q放在固定的斜面P上，Q受到一水平作用力F，Q处于静止状态，这时Q受到的静摩擦力为f，现使F变大，Q仍静止，则可能（ ）A、f一直变大B、f一直变小C、f先变大，后变小D、f先变小后变大【巧解】隔离Q，Q物体受重力G支持力N，外力F及摩擦力f四个力而平衡，但f的方向未知（当F较小时，f沿斜面向上；当F较大时f沿斜面向下），其受力图如图5-6所示。怎样选取坐标轴呢？选水平方向与竖直方向为坐标轴，需分解N与f，而选沿斜面方向与竖直斜面方向为坐标轴，需分解G与F都需要分解两个力，但N、f是未知力，G、F是已知力，分解已知力更简单些，故应选沿斜面方向与坚直斜面方向为坐标轴。如图5-6所示，将G、F进行正交分解，由平衡条件可得：当F较小时有：即随着F的增大，f将减小，当F较大时有： 即随着F的增大，f将增大，故当F的初始值较小时，f先减小后增大；当F的初始值较大时f一直增大。【答案】A、D巧练1：如图5-7所示，斜面体P固定在水平面上，斜面体的倾角为=37，斜面体上有一重为G=60N的木块Q，用F=10N的水平力推木块Q，Q恰能沿斜面匀速下滑，则木块Q与斜面体P间的摩擦力大小及摩擦因数分别是多少？巧练2：如图5-8所示，有一直角支架AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB竖直向下，表面光滑，AO上套有小环P，OB上套有小环Q，两环质量均为m，两环间由一根质量可忽略，不何伸长的细绳相连，并在某一位置平衡，如图1-28所示，现将P环向左移一小段距离，两环再将达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO杆对P环的支持力N和摩擦力f的变化情况是：（ ）A、N不变、f变大B、N不变、f变小C、N变大、f变大D、N变大、f变小共49种方法，其他略第三章 牛顿运动定律难点巧学一、 巧用“两边夹”确定物体的曲线运动情况曲线运动是变速运动，从运动学的角度可以确定物体加速度与速度、轨迹之间的关系，也可以从动力学的角度确定合外力F与速度、轨迹之间的关系。物体做曲线运动的轨迹不外乎以下三种情况：物体的加速度a与其速度v之间的夹角为锐角、直角或钝角。所谓“两边夹”就是加速度（或合外力）与速度把轨迹夹在中间，即：物体做曲线运动的轨迹总在a与v两方向的夹角中，且和v的方向相切，向加速度一侧弯曲。如下图41所示三种情况就是这样。Va VaVaAAa图41例1 一质点在某恒力F作用下做曲线运动，图42中的曲线AB是该质点运动轨迹的一段，质点经过A、B两点时的速率分别为vA、vB.（1） 用作图法找出该恒力方向的可能范围。BVBAVA图42（2） 该恒力的方向能否在过A点或B点的切线上？（3） 该质点从A点到B点的过程中其速度大小如何变化？（4） 若速率有变化，且vAvB，则速率最大或最小时在什么位置？解析 （1）过A、B两点分别作曲线的切线和、法线和，如图43所示，从A点看，恒力F应在线的右侧；从B点看F应在线的左侧；因恒力的方向是不变的，故应同时满足上述两条件。若平移线过A点，则、两线之间箭头所指的区域即为F在A点的方向可能的范围。 （2）若F在线上，则它与vA在同一直线上，由于F为恒力，故质点不可能再做曲线运动，这说明F不可能在线上。若F在线上，则在A点时vA在垂直于F的方向上有分量，而到B点时垂直于线的运动分量没有了，这与该方向上没有F分量相矛盾，故F不可能在线上。图43AVAVB（3）由于F在A点时与vA夹角大于90，而在B点时与vB夹角小于90，故质点的速率应该是先减小后增大。（4）由于已经判定速率为先减小后增大，且vAvB，则运动过程中速率有最小值，且发生在F与v垂直的位置。二、效果法运动的合成与分解的法宝力的分解如果不考虑该力产生的效果，对求解往往影响不大，但运动的分解如果不考虑实际效果，就有可能得出错误的结论。反之，若根据运动效果进行分解，会有意想不到的收获。下面以一个曲线运动中常见的题型“绳连物”模型为例进行说明。V1V图44例2 如图44所示，用绳牵引小船靠岸，收绳的速度为v1，在绳子与水平方向夹角为的时刻，船的速度v有多大？ 解析 先用“微元法”解答。小船在极短时间t内从A点移到C位移为s，如图45所示，由于t很小，因此绳子转过的角度很小，由数学知识可认为s2OA, s2OC,ADCO图45所以有，s2为物体垂直绳方向的位移，s1为沿绳方向的位移。再由速度的定义，当t很小时，v，所以vv1v2，即船的速度分解为沿绳方向的速度v1和垂直于绳方向的速度v2。用“效果法”解答。船的速度v的方向就是合速度的方向，这个速度产生了两个运动效果：（1）假如绳与水平方向夹角不变，只是在拉绳，小船将沿绳收缩方向以v1速度运动，（2）假如绳长AO不变，只是在变，V1VV246小船将以O为圆心、OA长为半径做圆周运动，速度v2垂直于OA。而、OA均改变时，即小船向右运动时，v1、v2就可以看成是它的两个分运动，矢量图如图46所示，从图中易知vv1/cos比较两种方法可知，效果法简便易行，又可帮助同学们理解圆周运动知识，同时也让学生懂得不能将绳的速度进行正交分解。三、平抛运动中的“二级结论”有妙用 解决平抛及类平抛运动问题，重在把握水平方向的匀速运动和竖直方向初速为零的匀加速直线运动的独立性、等时性、等效性，充分利用矢量三角形、勾股定理、三角函数等知识解答。特别提醒：强调落点的问题必须抓住两个分位移之间的关系。强调末速度的“大小”或“方向”（特别是“方向”）的问题必须抓住两个分速度之间的关系。另外，记住以下三个“二级结论”（也可称作定理）会让我们在今后解决平抛及类平抛运动问题中收到意想不到的效果，结论如下。结论一：做平抛（或类平抛）运动的物体在任一时刻任一位置处，设其末速度方向与水平方向的夹角为，位移与水平方向的夹角为，则tan2tanyvxOBAvov（其应用见“活题巧解”例7）结论二：做平抛（或类平抛）运动的物体任意时刻瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位移的中点。如图47中A点和B点。（其应用见“活题巧解”例6）结论三：平抛运动的物体经过时间t后，位移s与水平方向的夹角为，则此时的动能与初动能的关系为图47EktEko（14tan2）（待高一下学期用）四、建立“F供F需”关系，巧解圆周运动问题在匀速圆周运动中合外力一定等于物体所需的向心力；在变速圆周运动中，合外力沿半径方向的分力提供向心力。但有一个问题我们极易出错又始终感到不好理解，即：做曲线运动的物体实际受到的力沿半径方向的分力（F供）并不一定等于物体所需的向心力（F需m）。例如，当F供F需时，物体做向心运动；当F供F需时，物体就做圆周运动；当F供F需时，即物体所受的力不足于维持它做圆周运动，物体做离心运动。因此，我们在分析物体是否能做圆周运动时，必须弄清F供与F需的关系，活用临界条件法、等效法、类比法等列方程求解。例3 设一运动员和自行车的总质量为m，自行车与地面的动摩擦因素为，自行车做圆周运动的轨道半径为R，自行车平面偏离竖直方向的角度为，转弯速度为v，地面支持力为N。问：自行车要顺利转弯，须满足什么条件？解析 要使自行车顺利转弯，必须解决两个问题：一是不向外滑动，二是不发生翻倒。（1） 转弯速度不向外滑动的临界条件自行车转弯所需向心力由地面的静摩擦力提供，不向外滑动的条件是所需向心力不超出最大静摩擦力，即Fnmg，根据牛顿第二定律有mgFNmg图48 mgm所以，最大转弯速度为vmax（2） 临界转弯倾角不翻倒的临界条件 自行车不翻倒的条件，是质心受到的合力矩为零。如图48所示，即向内倾斜而又不滑动、也不翻倒的临界条件是支持力N与最大静摩擦力fmax的合力通过质心。根据三角函数关系，临界转弯倾角tan，tan1tan1答案：必须同时满足两个条件，即速度不超过，自行车平面与竖直方向的夹角等于tan1五、把握两个特征，巧学圆周运动1 圆周运动的运动学特征问题此类问题，需同学们熟练掌握描述圆周运动的线速度、角速度、向心加速度、周期、频率、转速等物理量及其关系，同时，要抓住一些“过渡桥梁”。例如：凡是直接用皮带传动（包括链条传动、摩擦传动）的两个轮子，在不考虑打滑的情况下，两轮边缘上各点的线速度大小相等；凡是同一轮轴上（各个轮都绕同一根轴同步转动）的各点角速度相等（轴上的点除外）2圆周运动的动力学特征及分析与求解圆周运动的动力学特征为F向m。具体在解决问题时，要注意以下三点：确定研究对象的轨道平面和圆心的位置。例如火车转弯时，其轨道平面是在水平面内而不是在斜面上。在水平放置的半球形碗内壁上做圆周运动的小球，其轨道平面为水平面，圆心在轨道圆平面上，而不是在球心。向心力不是与重力、弹力、摩擦力等并列的“性质力”，而是据效果命名的“效果力”，故在分析做圆周运动的质点受力时，切不可在性质力上再添加一个向心力。坐标系的建立：应用牛顿第二定律解答圆周运动问题时，常用正交分解法，其坐标原点是做圆周运动的物体（视为质点）所在的位置，相互垂直的两个坐标轴中，其中一个坐标轴的方向一定沿半径指向圆心。六、现代科技和社会热点问题STS问题这类试题往往利用物理新模型将教材中难度不大、要求不高，但属重点内容的基础知识及与其相关的例题、习题加以有效拼接，演变成各种立意新颖、设计科学的题目，从更高层次上考查学生对所学基础知识的掌握程度和迁移能力、综合能力、创新能力。这类题具有“高起点、低落点”的特点，起点高是指科技成果新，题型新颖、独特，为题海所无法包容；落点低是指完成这些题目所需的基础知识不超纲。现举两例说明此类题目的巧解。例4 从空间同一点O，同时向各个方向以相同的速率抛出许多小球，不计空气阻力，试证明在这些球都未落地之前，它们在任一时刻的位置可构成一个球面。解析 如果我们从“可构成一个球面”出发，以地面为参照物列方程求解会很复杂，并且不易求解。其实，这道题比较好的解法是虚物假设法。解析 假设在O点另有一个小球A，当所有小球被抛出的那一瞬间，让O点处的这个假设小球做自由落体运动（这是解答本题最关键的一步）。因为做抛体运动的所有小球与假设做自由落体运动的小球A的加速度都相等（都等于重力加速度），所以，做抛体运动的各小球相对于A球都做匀速直线运动，其位移（注意：是相对于做自由落体运动的小球A的位移）的大小都是sv0t（v0为各小球抛出时的初速率，t为小球运动的时间），也就是说，在同一时刻，各小球与A的距离都相等，因各小球在同一时刻在空中的位置可构成一个球面，这个球面的半径为Rv0t。可见，不同时刻，这些小球的位置构成不同球面，当然，这些球面的球心就是假设做自由落体运动的小球A。由以上解答也可解释节日的夜晚燃放的烟花在空中为什么是球形的。例5 （2005武汉模拟）早在19世纪，匈牙利物理学家厄缶就明确指出：“沿水平地面向东运动的物体，其重量，即：列车的视重或列车对水平轨道的压力一定要减轻。”后来，人们常把这类物理现象称之为“厄缶效应”。我们设想，在地球赤道附近的地平线上，有一列车质量是m，正在以速度v沿水平轨道向东匀速行驶。已知地球的半径R及地球自转周期T。今天我们像厄缶一样，如果仅仅考虑地球自转的影响，火车随地球做线速度为的圆周运动时，火车对轨道的压力为FN；在此基础上，又考虑到这列火车相对地面附加了一个线速度更快的匀速圆周运动，并设此时火车对轨道的压力为FN，那么，单纯地由于该火车向东行驶而引起火车对轨道压力减轻的数量FNFN为A.B.C.D.解析 我们用构建物理模型法来解答此题。把火车看作