高考物理二輪復(fù)習(xí)專題一 力與平衡.ppt

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專題一力與平衡,,,典例賞析,要點(diǎn)回顧,,復(fù)習(xí)指南,,,,,目錄,專題一力與平衡,力的概念貫穿高中物理的始終，受力分析是處理物理問題的基礎(chǔ)和工具.在高考試題中，物體的平衡知識(shí)大多以與其它知識(shí)綜合形式出題，主要涉及彈簧的彈力、摩擦力、物體的平衡等，單獨(dú)出題時(shí)往往以摩擦力、力的平衡為主.本專題是力學(xué)的基礎(chǔ)，訓(xùn)練時(shí)應(yīng)熟練掌握彈力、摩擦力、電場(chǎng)力、安培力、洛侖茲力的特點(diǎn)，如：彈簧的狀態(tài)（壓縮還是拉伸），物體的位移與彈簧形變量間的關(guān)系，摩擦力的類型、方向和大小，洛侖茲力方向總是與電荷的運(yùn)動(dòng)方向垂直.熟練掌握物體平衡的特點(diǎn)，如：物體平衡時(shí)合外力為零、一段時(shí)間內(nèi)速度不變.能靈活應(yīng)用物體平衡的分析方法，如：受力分析基本方法、平行四邊形法、三角形法、整體與隔離法.,復(fù)習(xí)指南,←返回目錄,要點(diǎn)回顧,1.常見彈力的方向①支撐面的彈力：支持力（壓力）的方向總是；②繩的彈力：繩對(duì)被拉物體的彈力（拉力），總是沿；③桿的彈力：既可沿桿向里（拉力），也可沿桿向外（推力或支持力），還可不沿桿的方向（或簡(jiǎn)稱“挑”）；④彈簧的彈力方向沿彈簧軸線方向.彈力的大?。涸趶椥韵薅葍?nèi)，彈簧的彈力可由F＝kx計(jì)算；輕繩、輕彈簧中的彈力處處，且等于其一端的拉力.一般物體間的彈力由物體所處的和決定，可由平衡條件或牛頓第二定律求得.2.摩擦力的方向：總是沿著兩物體接觸面的切線，與.相反.摩擦力方向可與運(yùn)動(dòng)方向成角度.,←返回目錄,專題一力與平衡,要點(diǎn)回顧,計(jì)算摩擦力的大?。呵竽Σ亮κ紫扰袛嗍庆o摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力.①若已知相互摩擦的物體間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ及正壓力FN，滑動(dòng)摩擦力f可以根據(jù)公式直接計(jì)算出大小.②由于受力或運(yùn)動(dòng)情況的不同，靜摩擦力的大小具有不確定性和被動(dòng)適應(yīng)性，靜摩擦力的大小會(huì)隨著引起相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力的變化而.在0~fm范圍內(nèi)，靜摩擦力的大小可根據(jù)二力平衡條件，它的大小總是與引起相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的外力大小相等.當(dāng)兩物體一起作加速運(yùn)動(dòng)，具有加速度時(shí)，可用牛頓第二定律確定靜摩擦力的大小.3.受力分析：在受力分析前應(yīng)分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，包括運(yùn)動(dòng)過程、速度方向、加速度方向，再按一定的順序（通常按重力、彈力、摩擦力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力）進(jìn)行，完成受力分析后應(yīng)檢查是否符合運(yùn)動(dòng)情況，是否有漏力、多力.,←返回目錄,專題一力與平衡,4.處理共點(diǎn)力平衡問題的基本思路是：在正確把握好其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(平衡態(tài))的同時(shí)，根據(jù)力的分解法和力的合成法來求解.首先選取研究對(duì)象，對(duì)選取的研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，再根據(jù)其平衡特點(diǎn)即F合＝0來處理，有必要時(shí)建立直角坐標(biāo)系，將各力進(jìn)行正交分解，再由平衡條件建立方程求解.除此以外，還有幾種重要的特殊方法：(1)相似三角形法：對(duì)受三個(gè)共點(diǎn)力作用而處于平衡狀態(tài)的物體來說，這三個(gè)力可構(gòu)成一個(gè)封閉的，我們可以利用力的矢量三角形與物體所在空間構(gòu)成的幾何三角形相似來求解.(2)圖解法：這種方法適用于三力平衡或力的分解合成中已知一個(gè)力的大小方向都不變，另一個(gè)力的方向不變，第三個(gè)力方向變化時(shí)引起兩個(gè)力的大小變化的判斷.(3)整體法和隔離法：這種方法應(yīng)用于幾個(gè)物體通過一定方式相互連接且都處于相同的狀態(tài)時(shí)的情況，一般涉及相互作用力時(shí)宜采用，不涉及相互作用力時(shí)用.,要點(diǎn)回顧,←返回目錄,專題一力與平衡,典例賞析,例1如圖所示,一根通電直導(dǎo)體棒放在傾角為θ的粗糙導(dǎo)軌上置于如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，處于靜止?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)體棒中電流方向如圖所示,若增大電流強(qiáng)度,導(dǎo)體棒仍靜止.則在電流增大的過程中，導(dǎo)體棒受到的摩擦力的大小變化情況可能是（）A.一直減小B.先減小后增大C.先增大后減小D.一直增大,［解析］對(duì)導(dǎo)體棒而言，除了受靜摩擦力，還受重力、支持力和安培力，如圖所示.設(shè)導(dǎo)體棒長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則導(dǎo)體棒所受安培力大小為BIL.,［分析］本題是根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件求解摩擦力的一個(gè)典型問題，物體所受靜摩擦力的方向未知，應(yīng)根據(jù)物體的受力情況及各力的變化確定摩擦力的方向及其大小變化.,←返回目錄,專題一力與平衡,典例賞析,對(duì)若開始時(shí)BIL＜mgsinθ，導(dǎo)體棒有下滑趨勢(shì)，此時(shí)所受靜摩擦力的方向沿斜面向上，由平衡條件有：BIL＋f靜＝mgsinθ①由①式可知，隨著電流的增大，靜摩擦力逐漸減小.當(dāng)電流增大到BIL＞mgsinθ時(shí)，導(dǎo)體棒有上滑趨勢(shì)，所受靜摩擦力的方向沿斜面向下，由平衡條件有：f靜＋mgsinθ＝BIL②由②式可知，隨著電流的增大，靜摩擦力逐漸增大.則在電流增大的過程中，摩擦力先減小后增大.若開始時(shí)BIL＞mgsinθ時(shí)，導(dǎo)體棒有上滑趨勢(shì)，所受靜摩擦力的方向沿斜面向下，由平衡條件有：,←返回目錄,專題一力與平衡,典例賞析,［答案］BD,←返回目錄,專題一力與平衡,f靜＋mgsinθ＝BIL③由③式可知，隨著電流的增大，靜摩擦力逐漸增大.則在電流增大的過程，摩擦力一直增大.故本題正確答案是B、D.,［拓展］（1）本題中若減小磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，則物體所受摩擦力怎樣變化？（2）若磁場(chǎng)方向豎直向上，且磁感應(yīng)強(qiáng)度在增大，物體所受摩擦力又怎樣變化？,［點(diǎn)評(píng)］求解摩擦力時(shí)，首先一定要弄清是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力，滑動(dòng)摩擦力的大小f＝μFN，靜摩擦力的大小隨外力的不同而變化，取值范圍為0≤f≤fm，除最大靜摩擦力外，不能用f＝μFN來計(jì)算，在分析靜摩擦力的大小時(shí)，一定要根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及物體的受力情況，先確定靜摩擦力的方向，再來討論它的大小情況.,變式練習(xí)1如圖所示，表面粗糙的固定斜面頂端安有滑輪,兩物塊P、Q用輕繩連接并跨過滑輪(不計(jì)滑輪的質(zhì)量和摩擦)，P懸于空中，Q放在斜面上，均處于靜止?fàn)顟B(tài).當(dāng)用水平向左的恒力F推Q時(shí)，P、Q仍靜止不動(dòng)，則（）A.Q受到的摩擦力一定變小B.Q受到的摩擦力一定變大C.輕繩上拉力一定變小D.輕繩上拉力一定不變,典例賞析,←返回目錄,專題一力與平衡,典例賞析,例2如圖所示,在O—xyz坐標(biāo)系所在的空間中,可能存在勻強(qiáng)電場(chǎng)或磁場(chǎng),也可能兩者都存在或都不存在.但如果兩者都存在,已知磁場(chǎng)平行于xy平面,現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶正電q的點(diǎn)電荷沿z軸正方向射入此空間中，發(fā)現(xiàn)它做速度為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)，若不計(jì)重力，試寫出電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布有哪幾種可能性.要求對(duì)每一種可能性，都要說出其中能存在的關(guān)系.不要求推導(dǎo)或說明理由.,←返回目錄,專題一力與平衡,［分析］帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)即處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡條件，粒子應(yīng)不受力或所受合外力為零.根據(jù)電場(chǎng)力、洛侖茲力特點(diǎn)，只要存在電場(chǎng)則必定對(duì)帶電粒子有電場(chǎng)力的作用，而當(dāng)帶電粒子運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，粒子所受洛侖茲力為零.,典例賞析,［解析］帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，要保證點(diǎn)電荷做勻速運(yùn)動(dòng)，即點(diǎn)電荷所受合外力為零(F合＝0)，其可能情況有：(1)E＝0，B＝0，則點(diǎn)電荷直接在此空間做勻速直線運(yùn)動(dòng)；(2)E＝0，B≠0，B的方向與z軸平行，即B的方向垂直于xy平面，此時(shí)雖然有磁場(chǎng)存在，但由于B的方向與v0的方向平行，點(diǎn)電荷不受洛侖茲力的作用，因此，點(diǎn)電荷在此空間中也能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，并且B的大小是任意的.(3)E≠0，B≠0，即電場(chǎng)和磁場(chǎng)兩者都存在，由題意知磁場(chǎng)平行于xy平面，當(dāng)點(diǎn)電荷沿z軸正方向射入此空間時(shí)，點(diǎn)電荷所受洛侖茲力方向一定垂直于z軸，即點(diǎn)電荷所受磁場(chǎng)力的方向也與xy平面平行，則此時(shí)點(diǎn)電荷所受電場(chǎng)力方向也應(yīng)平行于xy平面，所以電場(chǎng)方向也平行于xy,,,←返回目錄,專題一力與平衡,典例賞析,←返回目錄,專題一力與平衡,平面，但由于電場(chǎng)力方向與磁場(chǎng)力方向相反，電場(chǎng)力的方向與電場(chǎng)方向相同，磁場(chǎng)力的方向與磁場(chǎng)方向垂直，所以雖然磁場(chǎng)方向、電場(chǎng)方向都平行于xy平面，但兩者方向是垂直的且B的方向順時(shí)針轉(zhuǎn)過90后就是E的方向，此時(shí)點(diǎn)電荷在運(yùn)動(dòng)中所受的洛侖茲力與電場(chǎng)力大小相等，方向相反，即：Eq＝Bqv0由上式得：＝v0也就是說E和B的大小可取任意值，但必須滿足＝v0.,［答案］見解析.,［點(diǎn)評(píng)］本題是運(yùn)用平衡條件解決帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問題，對(duì)于帶電的點(diǎn)電荷，由于不考慮重力的作用，在平衡狀態(tài)下，帶電的點(diǎn)電荷要么在此空間不受其他力，要么所受的其他力(電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力)的合力為零.解答過程中要注意思維的多元性和空間想象力.,典例賞析,變式練習(xí)2如圖所示，虛線所示的區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng).取坐標(biāo)如圖.一帶電粒子沿x軸正方向進(jìn)入此區(qū)域，在穿過此區(qū)域的過程中運(yùn)動(dòng)方向始終不發(fā)生偏轉(zhuǎn).不計(jì)重力的影響，電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感強(qiáng)度B的方向可能是（）A.E和B都沿x軸正方向B.E沿y軸正向，B沿z軸正向C.E沿x軸正向，B沿y軸正向D.E、B都沿z軸正向,←返回目錄,專題一力與平衡,典例賞析,←返回目錄,例3如圖所示，電燈懸掛于兩墻壁之間，更換水平繩OA使連接點(diǎn)A向上移動(dòng)而保持O點(diǎn)的位置和OB繩的位置不變，則在A點(diǎn)向上移動(dòng)的過程中（）A.繩OB的拉力逐漸增大B.繩OB的拉力逐漸減小C.繩OA的拉力先增大后減小D.繩OA的拉力先減小后增大,專題一力與平衡,［分析］這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡問題.在繩OA的連接點(diǎn)A向上移動(dòng)的過程中，結(jié)點(diǎn)O始終處于平衡狀態(tài).在變化過程中各力的變化特點(diǎn)是：電燈通過懸繩對(duì)O點(diǎn)拉力F3的大小、方向不變，繩BO對(duì)O點(diǎn)的拉力F2的方向不變，變化的原因是繩AO對(duì)O點(diǎn)拉力的方向變化.,典例賞析,←返回目錄,［解析］解法一：圖解法.取結(jié)點(diǎn)O為研究對(duì)象，受力情況如圖1所示.圖中F1、F2、F3分別是繩AO、繩BO、電線對(duì)結(jié)點(diǎn)O的拉力，F(xiàn)3′是F1與F2的合力，且F3′＝F3.在A點(diǎn)向上移動(dòng)的過程中，F(xiàn)3的大小和方向都保持不變，F(xiàn)2的方向保持不變.由圖解法可知,當(dāng)繩OA垂直于OB時(shí)，繩OA中的拉力最小，所以,繩OA的拉力先減小后增大，繩OB的拉力逐漸減小.解法二：正交分解法.如圖2所示，結(jié)點(diǎn)O受繩AO、繩BO、電線的拉力F1、F2、F3作用,設(shè)繩BO與水平方向夾角為θ，A點(diǎn)向上移動(dòng)到任意位置時(shí)AO與水平方向夾角為β.,專題一力與平衡,圖1,圖2,沿水平方向和豎直方向建立直角坐標(biāo)系，則由平衡條件有：水平方向：F1cosβ＝F2cosθ豎直方向：F1sinβ＋F2sinθ＝F3解上兩式得：F1＝，F(xiàn)2＝由F1＝知：當(dāng)θ＋β＝90，即繩OA垂直于OB時(shí)，繩AO中的拉力F1最小，且隨著β從零開始逐漸增大，繩OA的拉力先減小后增大.由F2＝知：隨著β的增大，繩BO的拉力逐漸減小.,典例賞析,←返回目錄,專題一力與平衡,［答案］BD,典例賞析,←返回目錄,［拓展］本題中若不是使A點(diǎn)上移，而是使連接點(diǎn)B向上移動(dòng)而保持O點(diǎn)的位置和OA繩水平位置不變，則在B點(diǎn)向上移動(dòng)的過程中，OA、OB段繩的拉力怎樣變化？,專題一力與平衡,［點(diǎn)評(píng)］應(yīng)用共點(diǎn)力平衡條件的方法是靈活的，最常用的有正交分解法、圖解法.本題求解過程中有的同學(xué)的解題方法顯得單一，只會(huì)應(yīng)用正交分解法.由于繩OA的拉力不是單調(diào)變化的，用正交分解法較難分析出各力的變化情況來.對(duì)于只要定性分析的問題，比較適合于應(yīng)用圖解法.用圖解法解題時(shí)，也要選取研究對(duì)象，更要把握住在一系列的變化過程中，每個(gè)力的大小、方向是否變化，如何變化等特點(diǎn)，通過幾個(gè)代表性的圖形把要求的問題顯現(xiàn)出來.,典例賞析,←返回目錄,專題一力與平衡,應(yīng)用圖解法解答問題時(shí)，要把握幾種常見的動(dòng)態(tài)變化中有最小值的規(guī)律：①當(dāng)已知合力F的大小、方向及一個(gè)分力F1的方向時(shí),另一個(gè)分力F2取最小值的條件是兩分力垂直.如圖1所示，F(xiàn)2的最小值為：F2min＝Fsinα②當(dāng)已知合力F的方向及一個(gè)分力F1的大小、方向時(shí)，另一個(gè)分力F2取最小值的條件是：所求分力F2與合力F垂直，如圖2所示，F(xiàn)2的最小值為：F2min＝F1sinα③當(dāng)已知合力F的大小及一個(gè)分力F1的大小時(shí),另一個(gè)分力F2取最小值的條件是:已知大小的分力F1與合力F同方向,F2的最小值為｜F－F1｜.,圖1,圖2,變式練習(xí)3圖所示.質(zhì)量為m的球放在傾角為α的光滑斜面上，試分析擋板AO與斜面間的傾角β為多大時(shí)，AO所受壓力最??？,典例賞析,←返回目錄,專題一力與平衡,例4如圖所示,半徑為R、圓心為O的大圓環(huán)固定在豎直平面內(nèi)，兩個(gè)輕質(zhì)小圓環(huán)套在大圓環(huán)上.一根輕質(zhì)長(zhǎng)繩穿過兩個(gè)小圓環(huán)，它的兩端都系上質(zhì)量為m的重物，忽略小圓環(huán)的大小.,（1）將兩個(gè)小圓環(huán)固定在大圓環(huán)豎直對(duì)稱軸的兩側(cè)θ＝30的位置上(如圖).在兩個(gè)小圓環(huán)間繩子的中點(diǎn)C處，掛上一個(gè)質(zhì)量M＝m的重物，使兩個(gè)小圓環(huán)間的繩子水平，然后無初速度釋放重物M.設(shè)繩子與大、小圓環(huán)間的摩擦均可忽略，求重物M下降的最大距離.（2）若不掛重物M，小圓環(huán)可以在大圓環(huán)上自由移動(dòng)，且繩子與大、小圓環(huán)間及大、小圓環(huán)之間的摩擦均可以忽略，問兩個(gè)小圓環(huán)分別在哪些位置時(shí)，系統(tǒng)可處于平衡狀態(tài)?,典例賞析,←返回目錄,專題一力與平衡,,［分析］掛上重物，且無初速度釋放重物M時(shí)，三物體組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒.不掛重物，兩個(gè)小圓環(huán)處于平衡狀態(tài)的位置應(yīng)具有對(duì)稱性.,典例賞析,←返回目錄,［解析］(1)重物向下先做加速運(yùn)動(dòng)，后做減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)重物速度為零時(shí)，下降的距離最大.設(shè)下降的最大距離為h，由機(jī)械能守恒定律得:Mgh＝2mg（－Rsinθ）解得h＝R，（另解h＝0舍去）(2)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，兩小環(huán)的可能位置為a.兩小環(huán)同時(shí)位于大圓環(huán)的底端.b.兩小環(huán)同時(shí)位于大圓環(huán)的頂端.c.兩小環(huán)一個(gè)位于大圓環(huán)的頂端，另一個(gè)位于大圓環(huán)的底端.d.除上述三種情況外，根據(jù)對(duì)稱性可知，系統(tǒng)如能平衡，則兩小圓環(huán)的位置一定關(guān)于大圓環(huán)豎直對(duì)稱軸對(duì)稱.設(shè)平衡時(shí)，兩小圓環(huán)在大圓環(huán)豎直對(duì)稱軸兩側(cè)α角的位置上(如圖所示).,專題一力與平衡,典例賞析,←返回目錄,對(duì)于重物m,受繩子拉力T與重力mg作用,有T＝mg對(duì)于小圓環(huán)，受三個(gè)力的作用，水平繩的拉力T、豎直繩的拉力T、大圓環(huán)的支持力N，兩繩子的拉力的合力方向與豎直方向夾角為45，所以大圓環(huán)的支持力N的方向與豎直方向的夾角也應(yīng)是45，即α＝45,專題一力與平衡,［答案］見解析.,［點(diǎn)評(píng)］物理系統(tǒng)由于某些原因而發(fā)生突變時(shí)所處的狀態(tài)，叫臨界狀態(tài).臨界狀態(tài)也可理解為“恰好出現(xiàn)”和“恰好不出現(xiàn)”某種現(xiàn)象的狀態(tài).平衡物體的臨界問題的求解方法一般是采用假設(shè)推理法，即先假設(shè)怎樣，然后再根據(jù)平衡條件及有關(guān)知識(shí)列方程求解.,典例賞析,←返回目錄,變式練習(xí)4如圖所示，物體的質(zhì)量為2kg，兩根輕繩AB和AC的一端連接于豎直墻上，另一端系于物體上，繩AB與水平方向成60角，繩AC水平.在物體上另施加一個(gè)方向與水平線成θ＝60的拉力F，若要使兩繩都能伸直，求拉力F的大小范圍.,專題一力與平衡,