2018届专题一-力与场内物体的平衡.ppt

专 题 一,力与场内物体的平衡,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：,对各种性质力特点的理解,；,共点力作用下平衡条件的应用,.,考查的主要物理方法和思想有：,整体法和隔离法；,假设法；,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,.,专题定位,深刻理解各种性质力的特点,.,熟练掌握分析共点力平衡问题的各种方法,.,应考策略,知 识 方 法 聚 焦,热 点 考 向 例 析,审题破题 真题演练,栏目索引,(1),平衡条件,(2),垂直 形变恢复,(1),F,N,面积,(2),切线,(1),恒力,(2),一致 相反,(1),BIL,0,(2),左手,(1),q,v,B,0,(2),左手,(1),匀速直线运动,(2),0 0 0,(3),相等 相反,封闭,1.,弹力,2.,摩擦力,3,.,电场,力,4.,安培力,5.,洛伦兹力,6.,共点,力的平衡,知识方法聚焦,知识回扣,1.,处理平衡问题的基本思路：确定平衡状态,(,加速度为,),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,.,2.,常用的方法,(1),在判断弹力或摩擦力是否存在以及确定方向时,常用,法,.,(2),求解平衡问题时常用二力平衡法、矢量,法、正交分解法、相似三角形法、,法等,.,零,假设,三角形,图解,知识方法聚焦,规律方法,3,.,带电体的平衡问题仍然满足,条件,，只是要注意准确分析场力,电场力、安培力或洛伦兹力,.,4.,如果带电粒子在重力场、电场和磁场三者组成的复合场,中做,直线运动，则一定是,，因为,F,洛,v,.,平衡,匀速直线运动,热点考向例析,考向,1,共点力作用下的静态平衡问题,例,1,如图,1,所示，质量为,m,的木块,A,放在水平面上的质量为,M,的斜面,B,上，现用大小相等、方向相反的两个水平推力,F,分别作用在,A,、,B,上，,A,、,B,均保持静止不动,.,则,(,),A.,A,与,B,之间一定存在摩擦力,B.,B,与地面之间一定存在摩擦力,C.,B,对,A,的支持力一定等于,mg,D.,地面对,B,的支持力大小一定等于,(,m,M,),g,图,1,解析,对,A,，若重力、推力、支持力的合力为零时，,A,、,B,间没有摩擦力，,A,错误,；,B,对,A,的支持力无法求出，所以,C,错误；,把,A,、,B,视为一个整体，水平方向两推力恰好平衡，故,B,与地面间没有摩擦力，所以,B,错误；,地面对,B,的支持力等于,(,m,M,),g,，故,D,正确,.,答案,D,审题突破,A,、,C,选项考察物体,A,、,B,之间的受力应选谁为研究对象？,B,、,D,选项考察地面对,B,的作用力必须选,B,为研究对象吗？怎样选研究对象更简单？,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，要注意系统内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,”,.,以题说法,针对训练,1,轻质,弹簧,A,的两端分别,连,在,质量均为,m,的小球上，两球均可视,为,质点,.,另有两根与,A,完全相同的轻质,弹簧,B,、,C,，且,B,、,C,的一端分别与两个小球相连，,B,的另一端固定在天花板上，,C,的另一端用手牵住，如图,2,所示,.,适当调节手的高度与用力的方向，保持,B,弹簧轴线跟竖直方向夹角为,37,不变,(,已知,sin 37,0.6,，,cos,37,0.8),，当弹簧,C,的拉力最小时，,B,、,C,两弹簧的形变量之比为,(,),A.1,1B.3,5C.4,3D.5,4,图,2,答案,C,解析,以两球和弹簧,A,组成的整体为研究对象，受力分析如图所示，由合成法知当,C,弹簧与,B,弹簧垂直时，弹簧,C,施加的拉力最小，由几何关系知,F,T,B,F,T,C,4,3.,热点考向例析,考,向,2,共点力作用下,的动态平衡,问题,例,2,(,2014,山东,14),如图,3,所示，用两根等长轻绳将木板悬挂在竖直木桩上等高的两点，制成一简易秋千，某次维修时将两轻绳各剪去一小段，但仍保持等长且悬挂点不变,.,木板静止时，,F,1,表示木板所受合力的大小，,F,2,表示单根轻绳对木板拉力的大小，则维修后,(,),A.,F,1,不变，,F,2,变,大,B.,F,1,不变，,F,2,变小,C.,F,1,变大，,F,2,变,大,D.,F,1,变小，,F,2,变,小,图,3,审题突破,两轻绳各剪去一小段，两绳之间的夹角如何变化？木板所受合力根据什么判断大小是否变化,？,解析,木板静止时，木板受重力,G,以及两根轻绳的拉力,F,2,，根据平衡条件，木板受到的合力,F,1,0,，保持不变,.,两根轻绳的拉力,F,2,的合力大小等于重力,G,，保持不变，当两轻绳剪去一段后，两根轻绳的拉力,F,2,与竖直方向的夹角变大，因其合力不变，故,F,2,变大,.,选项,A,正确，选项,B,、,C,、,D,错误,.,答案,A,动态平衡问题分析的三个常用方法,.,1.,解析法：一般把力进行正交分解，两个方向上列平衡方程，写出所要分析的力与变化角度的关系，然后判断各力的变化趋势,.,2.,图解法：能用图解法分析动态变化的问题有三个显著特征：一、物体一般受三个力作用；二、其中有一个大小、方向都不变的力；三、还有一个方向不变的力,.,以题说法,3.,相似三角形法：物体一般受三个力作用而平衡，系统内一定总存在一个与矢量三角形相似的结构三角形，这种情况下采用相似三角形法解决问题简单快捷,以题说法,针对训练,2,如,图,4,甲，手提电脑散热底座一般设置有四个卡位用来调节角度,.,某同学将电脑放在散热底座上，为了获得更好的舒适度，由原卡位,4,缓慢地调至卡位,1(,如图乙,),，电脑始终静止在底座上，则,(,),A,.,电脑受到的支持力变大,B.,电脑受到的摩擦力变小,C.,散热底座对电脑的作用力变大,D.,散热底座对电脑的作用力,不变,图,4,答案,D,解析,对笔记本电脑受力分析如图所示，有：,F,N,mg,cos,、,F,f,mg,sin,.,由原卡位,1,调至卡位,4,，,减小，静摩擦力,F,f,减小、支持力,F,N,增加；散热底座对电脑的作用力的合力是支持力和静摩擦力的合力，与重力平衡，始终是不变的，故,D,正确,.,热点考向例析,考,向,3,带电体,在电场内的平衡问题,例,3,(2014,浙江,19),如图,5,所示，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为,.,一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球,A,，细线与斜面平行,.,小球,A,的质量为,m,、电量为,q,.,小球,A,的右侧固定放置带等量同种电荷的小球,B,，两球心的高度相同、间距为,d,.,静电力常量为,k,，重力加速度为,g,，两带电小球可视为点电荷,.,小球,A,静止在斜面上，则,(,),图,5,审题突破,小球,A,受哪几个力的作用？若细线上的拉力,为,0,呢？通过对小球受力分析，斜面对小球,A,的支持力能为,0,吗？,解析,根据库仑定律，,A,、,B,球间的库仑力,F,库,，,选项,A,正确,；,小球,A,受竖直向下的重力,mg,，水平向左的,库仑力,F,库,，,由平衡条件知，当斜面对小球的,支持,力,F,N,的大小等于重力与库仑力的合力大小时,，,细线,上的拉力等于零，,如图所示，则,tan,，,所以,选项,C,正确，选项,B,错误；,斜面对小球的支持力,F,N,始终不会等于零，选项,D,错误,.,答案,AC,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求解,.,当物体受到的力多于三个时，往往采用正交分解法列出分方向的平衡方程,.,以题说法,针对训练,3,如,图,6,所示，粗糙程度均匀的绝缘空心斜面,ABC,放置在水平面上，,CAB,30,，斜面内部,O,点,(,与斜面无任何连接,),固定一个正点电荷，一带负电可视为质点的小物体可以分别静止在,M,、,P,、,N,点，,P,为,MN,的中点，,OM,ON,，,OM,AB,，则下列判断正确的是,(,),图,6,A.,小物体在,M,、,P,、,N,点静止时一定都是受,4,个力,B.,小物体静止在,P,点时受到的摩擦力最大,C.,小物体静止在,P,点时受到的支持力最大,D.,小物体静止在,M,、,N,点时受到的支持力相等,解析,对小物体分别在三处静止时进行,受,力,分析，如图：结合平衡条件小物体在,P,、,N,两点时一定受四个力的作用，而在,M,处,不一定,，故,A,错误,；,小,物体静止在,P,点时,，摩擦力,F,f,mg,sin,30,，设小物体静止在,M,、,N,点时，库仑力为,F,，则小物体静止在,N,点时,F,f,mg,sin,30,F,cos,30,，小物体静止在,M,点时,F,f,mg,sin,30,F,cos,30,，可见小物体静止在,N,点时所受摩擦力最大，故,B,错误；,答案,CD,小物体静止在,P,点时，设库仑力为,F,，受到的支持力,F,N,mg,cos,30,F,，小物体静止在,M,、,N,点时：,F,N,mg,cos,30,F,sin,30,，由库仑定律知,F,F,，故,F,N,F,N,，即小物体静止在,P,点时受到的支持力最大，静止在,M,、,N,点时受到的支持力相等，故,C,、,D,正确,.,例,4,(18,分,),如图,7(,BE,左边为侧视图，右边为俯视图,),所示，电阻不计的光滑导轨,ABC,、,DEF,平行放置，间距为,L,，,BC,、,EF,水平，,AB,、,DE,与水平面成,角,.,PQ,、,P,Q,是相同的两金属杆，它们与导轨垂直，质量均为,m,、电阻均为,R,.,平行板电容器的两金属板M,、,N,的板面沿竖直放置，相距为,d,，并通过导线与导轨,ABC,、,DEF,连接,.,整个装置处于磁感应强度大小为,B,、方向竖直向下的匀强磁场中,.,要使杆,P,Q,静止不动，求：,审题破题 真题演练,1.,应用平衡条件解决电学平衡问题,图,7,(1),杆,PQ,应沿什么方向运动？速度多大？,(2),从,O,点入射的带电粒子恰好沿图中虚线通过平行板电容器，则入射粒子的速度,v,0,多大？,思,维,导,图,答题模板,解析,(1),设杆,PQ,运动速度为,v,，杆,PQ,切割磁感线产生的感应电动势：,E,BL,v,(,2,分,),回路电流：,I,(,2,分,),P,Q,杆静止，对杆,P,Q,受力分析，有：,mg,tan,BIL,(,2,分,),答题模板,联立解得：,v,(,2,分,),根据左手定则与右手定则可知，,PQ,应向右运动,.(,2,分,),(2),两平行板间的电压：,U,IR,(,2,分,),粒子在电场中运动，电场力：,F,qE,(,2,分,),粒子沿直线通过平行板电容器，这时粒子所受的电场力和洛伦兹力相互平衡,：,答题模板,答案,(1),向右运动,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磁感应知识,.,解答本题的思路是先通过,P,Q,静止不动、受力平衡分析,PQ,的运动方向,.,PQ,运动对,P,Q,和电容器供电，带电粒子在电场、磁场中做匀速直线运动受力平衡,.,高 考 现 场,(,限时,：,15,分钟，满分,14,分,),(2014,江苏,13),如图,8,所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为,L,，长为,3,d,，导轨平面与水平面的夹角为,，在导轨的中部刷有一段长为,d,的薄绝缘涂层,.,匀强磁场的磁感应强度大小为,B,，方向与导轨平面垂直,.,质量为,m,的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端,.,导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为,R,，其他部分的电阻均不计，重力加速度为,g,.,求：,图,8,(1),导体棒与涂层间的动摩擦因数,；,解析,在,绝缘涂层,上,导,体,棒受,力平衡,mg,sin,mg,cos,解得导体棒与涂层间的动摩擦,因数,tan,答案,tan,(2,),导体棒匀速运动的速度大小,v,；,解析,在光滑导轨,上感应电动势,：,E,BL,v,安培力：,F,安,BIL,受力平衡的条件是：,F,安,mg,sin,解得导体棒匀速运动的速度,v,答案,(3),整个运动过程中，电阻产生的焦耳热,Q,.,答案,