二轮复习力与平衡专题.ppt

专题一,力与物体的平衡,内容索引,相关知识链接规律方法提炼,高考题型,1,受力分析整体法与隔离法的应用,高考题型,2,静态平衡问题,高考题型,3,动态平衡问题,高考题型,4,平衡中的临界与极值问题,高考题型,5,电学中的平衡问题,相关知识链接,规律方法提炼,1.,弹力,(1),大小：弹簧在弹性限度内，弹力的大小可由胡克定律,F,kx,计算；一般情况下物体间相互作用的弹力可由,或牛顿运动定律来求解,.,(2),方向：一般,于接触面,(,或切面,),指向,的方向；绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向,.,2.,摩擦力,(1),大小：滑动摩擦力,F,f,，与接触面的,无关；静摩擦力的增大有一个限度，具体值根据牛顿运动定律或平衡条件来求,.,(2),方向：沿接触面的,方向，并且跟物体的相对运动或相对运动趋势的方向相反,.,相关知识链接,平衡条件,形变恢复,垂直,F,N,切线,面积,3.,电场力,(1),大小：,F,qE,.,若为匀强电场，电场力则为,；若为非匀强电场，电场力则与电荷所处的位置有关,.,点电荷间的库仑力,F,k,.,(2),方向：正电荷所受电场力方向与场强方向,，负电荷所受电场力方向与场强方向,.,4.,安培力,(1),大小：,F,，此式只适用于,B,I,的情况，且,L,是导线的有效长度，当,B,I,时,F,.,(2),方向：用,定则判断，安培力垂直于,B,、,I,决定的平面,.,恒力,一致,相反,BIL,0,左手,5.,洛伦兹力,(1),大小：,F,，此式只适用于,B,v,的情况,.,当,B,v,时,F,.,(2),方向：用,定则判断，洛伦兹力垂直于,B,、,v,决定的平面，洛伦兹力不做功,.,6.,共点力的平衡,(1),平衡状态：物体静止或做,运动,.,(2),平衡条件：,F,合,或,F,x,，,F,y,.,(3),常用推论,若物体受,n,个作用力而处于平衡状态，则其中任意一个力与其余,(,n,1),个力的合力大小,、方向,.,若三个共点力的合力为零，则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一个,三角形,.,q,v,B,0,左手,匀速直线,0,0,0,相等,相反,封闭,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它们的方向时常用,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,.,规律方法提炼,零,假设,三角形,图解,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,受力分析整体法与隔离法的应用,高考题型,1,1.,基本思路,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.,两点注意,(1),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,.,(2),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,”.,例,1,(2018,湖北省黄冈市检测,),用两段等长的轻质细线将,a,、,b,两个小球连接并悬挂于,O,点，如图,1,甲所示，球,a,受到水平向右的力,3,F,的作用，球,b,受到水平向左的力,F,的作用，平衡时细线都被拉紧，系统平衡时两球的位置情况如图乙所示，则,a,、,b,两球质量之比为,A.1,1 B.1,2,C.2,1 D.2,3,图,1,答案,解析,解析,以整体为研究对象，分析受力如图甲：,设,Oa,线与竖直方向的夹角为,，则由平衡条件得：,以,b,球为研究对象，受力如图乙,.,设,ab,线与竖直方向的夹角为,，则由平衡条件得：,由几何关系得到：,联立,解得：,m,a,m,b,，故,A,正确，,B,、,C,、,D,错误,.,拓展训练,1,(,多选,)(2018,河南省濮阳市第三次模拟,),如图,2,所示，质量分别为,m,1,、,m,2,的两个物体通过轻弹簧连接，在力,F,的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动，,m,1,在地面，,m,2在空中,.,此时，力,F,与水平方向成,角，弹簧中弹力大小为,F,1,，弹簧轴线与水平方向的夹角为,，,m,1,受地面的摩擦力大小为,F,f,，则下列说法正确的是,A.,一定大于,B.,可能等于,C.,F,一定大于,F,1,D.,F,一定大于,F,f,答案,图,2,解析,拓展训练,2,(2018,四川省攀枝花市第二次统考,),如图,3,所示，,A,、,B,两个质量分别为,m,和,M,的物块叠放在水平地面和竖直墙壁之间，处于静止状态,.,已知,A,、,B,交界面与竖直墙壁间的夹角为,，水平地面粗糙，其他各接触面光滑，重力加速度为,g,，则水平地面对物块,B,的摩擦力大小为,答案,图,3,解析,解析,先隔离,A,受力分析，,A,受重力,mg,、,B,对,A,的支持力,F,N1,和左侧墙壁对,A,的支持力,F,N2,，如图甲所示：,根据平衡条件得：,F,N1,cos,F,N2,，,F,N1,sin,mg,，,再对,A,、,B,整体受力分析，整体受重力、左侧墙壁对整体的支持力和地面对整体的支持力及摩擦力，如图乙所示：,静态平衡问题,高考题型,2,1.,基本思路：,根据物体所处的静止或者匀速直线运动状态，受力分析，结合平衡条件列式,.,2.,主要方法：,力的合成法和正交分解法,.,例,2,(2018,四川省乐山市第二次调研,),如图,4,所示，质量均为,M,的,A,、,B,两滑块放在粗糙水平面上，两轻杆等长，杆与滑块、杆与杆间均用光滑铰链连接，在两杆铰合处悬挂一质量为,m,的重物,C,，整个装置处于静止状态，设杆与水平面间的夹角为,.,下列说法正确的是,A.,当,m,一定时，,越大，轻杆受力越小,B.,当,m,一定时，,越小，滑块对地面的压力越大,C.,当,一定时，,M,越大，滑块与地面间的摩擦力越大,D.,当,一定时，,M,越小，可悬挂重物,C,的质量,m,越大,答案,解析,图,4,解析,将,C,的重力按照作用效果分解，如图所示：,故,m,一定时，,越大，轻杆受力越小，故,A,正确；,对,A,、,B,、,C,整体受力分析可知，对地压力为：,F,N,(2,M,m,),g,，与,无关，故,B,错误；,对,A,受力分析，受重力、杆的推力、支持力和向右的静摩擦力，根据平衡条件，有：,F,f,F,1,cos,，与,M,无关，故,C,错误；,一定时，只要动摩擦因数足够大，即可满足,F,1,cos,F,1,sin,，不管,M,、,m,多大，,M,都不会滑动，故,D,错误,.,拓展训练,3,(2018,四川省第二次,“,联测促改,”,),如图,5,所示，斜面固定，平行于斜面处于压缩状态的轻弹簧一端连接物块,A,，另一端固定，最初,A,静止,.,在,A,上施加与斜面成,30,角的恒力,F,，,A,仍静止，下列说法正确的是,A.,A,对斜面的压力一定变小,B.,A,对斜面的压力可能不变,C.,A,对斜面的摩擦力一定变大,D.,A,对斜面的摩擦力可能变为零,答案,图,5,拓展训练,4,(2018,山西省太原市三模,),如图,6,，一光滑的轻滑轮用细绳,OO,悬挂于,O,点；另一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块,a,，另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块,b,，整个系统处于静止状态,.,现将物块,c,轻轻放在,a,上，整个系统依然处于静止状态，则,A.,绳,OO,与竖直方向的夹角变小,B.,绳,OO,的张力一定变大,C.,连接,a,和,b,的绳的张力可能不变,D.,b,与桌面间的摩擦力保持不变,答案,解析,图,6,解析,以滑轮为研究对象，受,a,、,b,、,OO,绳子的拉力而平衡，a,、,b,绳子拉力大小等于,a,的重力，其合力与,OO,绳子的拉力等大反向，将物块,c,轻轻放在,a,上，,a,、,b,绳子拉力增大，其合力增大，合力方向不变，绳,OO,与竖直方向的夹角不变，绳,OO,的张力一定变大，,A,、,C,错误，,B,正确；,以,b,为研究对象，,b,绳拉力沿水平方向的分力等于,b,与桌面间的摩擦力，变大，,D,错误,.,动态平衡问题,高考题型,3,1.,解析法,常用于可以较简捷列出平衡条件方程的情况或者正交分解的情况,.,(1),先受力分析，得出物体受哪几个力而处于平衡状态,.,(2),建立直角坐标系，正交分解力，列平衡条件方程，或在力的三角形中结合三角形知识列平衡条件方程,.,(3),分析方程中的变量有哪些，分析题目信息得到这些物理量是如何变化的,.,(4),把分析得到的变化的物理量代入方程，得到平衡条件下的受力动态变化情况,.,2.,图解法,(1),先受力分析，得出物体受几个力而处于平衡状态,.,(2),分析题目给出的信息，判断物体受力的变化方式,.,(3),把受力对应到几何图形中结合几何知识分析,.,例,3,(2018,河北省衡水中学第一次调研,),如图,7,所示，,a,、,b,、,c,三根轻细绳悬挂两个质量相同的小球,A,、,B,保持静止，细绳,a,是水平的，现对,B,球施加一个水平向右的力,F,，将,B,缓缓拉到图中虚线位置，,A,球保持不动，这时三根细绳张力,F,a,、,F,b,、,F,c,的变化情况是,A.,都变大,B.,都不变,C.,F,b,不变，,F,a,、,F,c,变大,D.,F,a,、,F,b,不变，,F,c,变大,答案,解析,图,7,解析,以,B,为研究对象受力分析，将重力分解，如图甲所示，由图可以看出，当将,B,缓缓拉到图中虚线位置过程，绳与竖直方向夹角变大，即,F,c,逐渐变大，,F,逐渐变大；,再以,A,、,B,整体为研究对象受力分析，如图乙所示,.,设,b,绳与水平方向夹角为,，,则竖直方向有：,F,b,sin,2,mg,得：,F,b,，不变；,水平方向：,F,a,F,b,cos,F,，,F,b,cos,不变，而,F,逐渐变大，故,F,a,逐渐变大,.,拓展训练,5,(2018,宁夏银川一中一模,),把一光滑圆环固定在竖直平面内，在光滑圆环的最高点有一个光滑的小孔，如图,8,所示,.,质量为,m,的小球套在圆环上，一根细线的下端系着小球，上端穿过小孔用,手拉住,.,现拉动细线，使小球沿圆环缓慢上移,.,在小球移,动过程中手对细线的拉力,F,和圆环对小球的弹力,F,N,的大,小变化情况是,A.,F,不变，,F,N,增大,B.,F,不变，,F,N,减小,C.,F,减小，,F,N,不变,D.,F,增大，,F,N,不变,图,8,答案,解析,解析,小球沿圆环缓慢上移可看做受力平衡，对小球进行受力分析，小球受重力,G,、,F,、,F,N,三个力,.,满足受力平衡,.,作出受力分析图如,右,：,当,A,点上移时，半径不变，,AB,长度减小，故,F,减小，,F,N,不变，故,A,、,B,、,D,错误，,C,正确,.,拓展训练,6,(2018,湖北省黄冈市调研,),如图,9,所示，物体,A,的质量大于,B,的质量，绳子的质量、滑轮的质量、绳与滑轮间的摩擦可不计，,A,、,B,恰好处于平衡状态，如果将悬点,P,靠近,Q,少许使系统重新平衡，则,A.,物体,A,的重力势能增大,B.,物体,B,的重力势能增大,C.,绳的张力减小,D.,P,处绳与竖直方向的夹角减小,答案,解析,图,9,解析,B,物体对绳子的拉力不变，等于物体,B,的重力；动滑轮和物体,A,整体受重力和两个拉力，拉力大小恒定，重力恒定，故两个拉力的夹角不变，如图所示；,所以物体,A,上升，物体,B,下降，物体,A,的重力势能增大，物体,B,的重力势能减小，故,A,正确，,B,、,C,、,D,错误,.,平衡中的临界与极值问题,高考题型,4,1.,临界状态,平衡问题的临界状态是指物体所处的平衡状态将要被破坏而尚未被破坏的状态，可理解成,“,恰好出现,”,或,“,恰好不出现,”,，在问题的描述中常用,“,刚好,”“,恰能,”“,恰好,”,等语言叙述，解临界问题的基本方法是假设推理法,.,2.,解题思路,解决此类问题重在形成清晰的物理图景分析清楚物理过程，从而找出临界条件或达到极值的条件,.,要特别注意可能出现的多种情况,.,例,4,(2018,山西省重点中学协作体期末,),一个底面粗糙、质量为,M,的斜劈放在粗糙的水平面上，斜劈的斜面光滑且与水平面成,30,角；现用一端固定的轻绳系一质量为,m,的小球，小球放在斜面上，小球静止时轻绳与竖直方向的夹角也为,30,，如图,10,所示，试求：,(1),当斜劈静止时绳子的拉力大小,.,图,10,答案,解析,解析,对小球进行受力分析如图甲,F,T,cos 30,F,N1,cos 30,mg,F,T,sin 30,F,N1,sin 30,(2),若地面对斜劈的最大静摩擦力等于地面对斜劈支持力的,k,倍，为使整个系统静止，,k,值必须满足什么条件？,答案,解析,解析,对斜劈进行受力分析如图乙,F,N2,Mg,F,N1,cos 30,F,f,F,N1,sin 30,F,N1,F,N1,要使整体不滑动，则有：,F,f,kF,N2,拓展训练,7,(2018,湖北省黄冈市质检,),如图,11,所示，质量为,M,的物块被质量为,m,的夹子夹住刚好能不下滑，夹子由长度相等的轻绳悬挂在,A,、,B,两轻环上，轻环套在水平直杆上，整个装置处于静止状态,.,已知物块与夹子间的动摩擦因数为,，设最大静摩擦力等,于滑动摩擦力，重力加速度为,g,.,求：,(1),直杆对,A,环的支持力的大小；,图,11,答案,解析,解析,由题意得，直杆对,A,、,B,环的支持力,F,N,大小相等，方向竖直向上，选取物块和夹子整体为研究对象，由受力平衡的条件可得：,2,F,N,(,M,m,),g,(2),夹子右侧部分对物块的压力的大小,.,解析,由于物块刚好能不下滑，故物块受到两侧夹子的摩擦力为最大静摩擦力,F,fm,，,F,fm,等于滑动摩擦力，设此时夹子右侧部分对物块的压力为,F,，以物块为研究对象，由平衡条件可得：,2,F,fm,Mg,F,fm,F,答案,解析,电学中的平衡问题,高考题型,5,1.,基本思路,要坚持,“,电学问题力学方法,”,的基本思路，要结合电学的基本规律和力学中受力分析及平衡条件解决问题,.,2.,几点技巧,(1),点电荷间的作用力大小要用库仑定律,.,(2),安培力方向的判断要先判断磁场方向、电流方向，再用左手定则，同时注意立体图转化为平面图,.,(3),电场力或安培力的出现，可能会对压力或摩擦力产生影响,.,(4),涉及电路问题时，要注意闭合电路欧姆定律的使用,.,例,5,(2018,山西省三区八校二模,),如图,12,所示，间距为,L,、电阻不计的足够长双斜面型平行导轨，左导轨光滑，右导轨粗糙，左、右导轨分别与水平面成,、,角，分别有垂直于导轨斜面向上的磁感应强度为,B,1,、,B,2,的匀强磁场，两处的磁场互不影响,.,质量为,m,、电阻均为,r,的导体棒,ab,、,cd,与两平行导轨垂直放置且接触良好,.,ab,棒由静止释放，,cd,棒始终静止不动,.,重力加速度为,g,，求：,(1),ab,棒速度大小为,v,时通过,cd,棒的电流,大小和,cd,棒受到的摩擦力大小,.,答案,解析,图,12,答案,见解析,解析,当导体棒,ab,的速度为,v,时，其切割磁感线产生的感应电动势大小为：,E,B,1,L,v,导体棒,cd,所受安培力为：,F,2,B,2,IL,若,mg,sin,F,2,，则摩擦力大小为：,若,mg,sin,F,2,，则摩擦力大小为：,(2),ab,棒匀速运动时速度大小及此时,cd,棒消耗的电功率,.,答案,解析,答案,见解析,解析,设导体棒,ab,匀速运动时速度为,v,0,，此时导体棒,ab,产生的感应电动势为：,E,0,B,1,L,v,0,导体棒,ab,所受安培力为：,F,1,B,1,I,0,L,导体棒,ab,匀速运动，满足：,mg,sin,F,1,0,拓展训练,8,(,多选,)(2018,广东省汕头市质检,),A,、,C,是两个带电小球，质量分别是,m,A,、,m,C,，电荷量大小分别是,Q,A,、,Q,C,，用两条等长绝缘细线悬挂在同一点,O,，两球静止时如图,13,所示，此时细线对两球的拉力分别为,F,T,A,、,F,T,C,，两球连线,AC,与,O,所在竖直线的交点为,B,，且,AB,Q,C,B.,m,A,m,C,F,T,A,F,T,C,C.,F,T,A,F,T,C,D.,m,A,m,C,BC,AB,图,13,答案,解析,因两球之间的作用力是相互作用力，则无法判断两球带电荷量的多少，选项,A,错误,.,拓展训练,9,(2018,陕西省榆林市第三次模拟,),如图,14,所示，挂在天平底部的矩形线圈,abcd,的一部分悬在匀强磁场中，当给矩形线圈通入如图所示的电流,I,时，调节两盘中的砝码，使天平平衡,.,然后使电流,I,反向，这时要,图,14,在天平的左盘上加质量为,2,10,2,kg,的砝码，才能使天平重新平衡,.,若已知矩形线圈共,10,匝，通入的电流,I,0.1 A,，,bc,边长度为,10 cm,则磁场对,bc,边作用力,F,的大小和该磁场的磁感应强度,B,的大小分别是,(,g,取,10 m/s,2,),A.,F,0.2 N,，,B,20 T B.,F,0.2 N,，,B,2 T,C.,F,0.1 N,，,B,1 T D.,F,0.1 N,，,B,10 T,答案,解析,解析,当线圈中通入电流后，右盘矩形线圈,abcd,受到的安培力为,F,nBIL,，方向向上；设左盘砝码的质量为,M,，右盘砝码的质量为,m,，此时根据天平处于平衡状态有：,Mg,mg,nBIL,，当通有反向电流时，右盘矩形线圈,abcd,受到的安培力为,F,nBIL,，方向向下，此时根据天平处于平衡状态有：,Mg,(2,10,2,10)N,mg,nBIL,，联立以上两式解得：,B,1 T,，所以,F,0.1 N,，故,A,、,B,、,D,错误，,C,正确,.,本课结束,更多精彩内容请登录：,