2019年高考物理 經(jīng)典問題的妙解策略 專題02 相互作用.doc

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專題02 相互作用 考點分類：考點分類見下表 考點內(nèi)容 考點分析與常見題型 對稱法解決非共面力問題 選擇題 摩擦與自鎖現(xiàn)象 選擇題 繩(桿)上的“死結(jié)”和“活結(jié)”模型 選擇題較多 摩擦力方向與運動方向的關(guān)系 選擇題較多 考點一　對稱法解決非共面力問題 　　在力的合成與分解的實際問題中，經(jīng)常遇到物體受多個非共面力作用處于平衡狀態(tài)的情況，而在這類平衡問題中，又常有圖形結(jié)構(gòu)對稱的特點，結(jié)構(gòu)的對稱性往往對應(yīng)著物體受力的對稱性． 　　解決這類問題的方法是根據(jù)物體受力的對稱性，結(jié)合力的合成與分解知識及平衡條件列出方程，求解結(jié)果． 考點二 摩擦與自鎖現(xiàn)象 1．力學(xué)中有一類現(xiàn)象，當(dāng)物體的某一物理量滿足一定條件時，無論施以多大的力都不可能讓它與另一個物體之間發(fā)生相對運動，物理上稱這種現(xiàn)象為“自鎖”．生活中存在大量的自鎖現(xiàn)象，例如維修汽車時所用的千斤頂就是根據(jù)自鎖原理設(shè)計的． 2．摩擦自鎖現(xiàn)象是指當(dāng)主動力合力的作用線位于摩擦角以內(nèi)時，無論主動力合力多大，約束力都可與之平衡．摩擦自鎖在生活中也大量的存在，并起著相當(dāng)大的作用． 3．最大靜摩擦力Ffm與接觸面的正壓力FN之間的數(shù)量關(guān)系為Ffm＝μFN.其中，靜摩擦系數(shù)μ取決于相互接觸的兩物體表面的材料性質(zhì)及表面狀況． 考點三　 繩(桿)上的“死結(jié)”和“活結(jié)”模型 1．繩模型 (1)“死結(jié)”可理解為把繩子分成兩段，且不可以沿繩子移動的結(jié)點．“死結(jié)”兩側(cè)的繩因結(jié)而變成了兩根獨立的繩，因此由“死結(jié)”分開的兩段繩子上的彈力不一定相等． (2)“活結(jié)”可理解為把繩子分成兩段，且可以沿繩子移動的結(jié)點．“活結(jié)”一般是由繩跨過滑輪或者繩上掛一光滑掛鉤而形成的．繩子雖然因“活結(jié)”而彎曲，但實際上是同一根繩，所以由“活結(jié)”分開的兩段繩子上彈力的大小一定相等，兩段繩子合力的方向一定沿這兩段繩子夾角的平分線． 　 2．桿模型 　　桿可分為固定桿和活動桿．固定桿的彈力方向不一定沿桿，彈力方向視具體情況而定，活動桿只能起到“拉”和“推”的作用．一般情況下，插入墻中的桿屬于固定桿(如甲、乙兩圖中的桿)，彈力方向不一定沿桿，而用鉸鏈相連的桿屬于活動桿(如丙圖中的桿)，彈力方向一定沿桿． 考點四 摩擦力方向與運動方向的關(guān)系 　　摩擦力的方向與物體間的相對運動或相對運動趨勢方向相反,但與物體的實際運動方向(以地面為參考系)可能相同,可能相反,也可能不在同一直線上. 典例精析 ★考點一：對稱法解決非共面力問題 ◆典例一：（2018福建質(zhì)檢）課堂上，老師準(zhǔn)備了“∟”型光滑木板和三個完全相同、外表面光滑的勻質(zhì)圓柱形積木，要將三個積木按圖示（截面圖）方式堆放在木板上，則木板與水平面夾角θ的最大值為 A．30 B．45 C．60 D．90 【參考答案】 A 【考查內(nèi)容】本題是以三個圓柱形積木在“∟”型光滑木板上處于平衡狀態(tài)為情境，主要考查共點力的平衡等知識。側(cè)重考查推理能力，要求考生深刻理解共點力的平衡條件，運用特殊值法解決實際問題。體現(xiàn)相互作用觀念與科學(xué)推理等物理核心素養(yǎng)的考查。 ◆典例二：. (2018河南名校聯(lián)考)如圖所示,三個粗細均勻完全相同的圓木A、B、C堆放在水平地面上,處于靜止?fàn)顟B(tài),每個圓木的質(zhì)量為m,截面的半徑為R,三個截面圓心連線構(gòu)成的等腰三角形的頂角∠O1 =120.若在地面上的兩個圓木剛好要滑動,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,不考慮圓木之間的摩擦,重力加速度為g,則 (　　) A. 圓木間的彈力為mg B. 下面兩個圓木對地面的壓力均為1.5mg C. 地面上的每個圓木受到地面的作用力為1.5mg D. 地面與圓木間的動摩擦因數(shù)為 【參考答案】ABD　 ★考點二：摩擦與自鎖現(xiàn)象 ◆典例一：如圖，質(zhì)量為m的物塊靜止于斜面上，逐漸增大斜面的傾角θ，直到θ等于某特定值φ時，物塊達到“欲動未動”的臨界狀態(tài)，此時的摩擦力為最大靜摩擦力，物塊m的平衡方程為FN－Gcosφ＝0，F(xiàn)fm－Gsinφ＝0.又Ffm＝μFN，解得μ＝tanφ，φ稱為摩擦角，只與靜摩擦系數(shù)μ有關(guān)．顯然，當(dāng)θ≤φ時，物塊保持靜止．此時如果在物塊上施加豎直方向的壓力F，不管F有多大，物塊都不會下滑．我們稱θ≤φ為物塊的自鎖條件．這一特性廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中． 1．拖把是由拖桿和拖把頭構(gòu)成的擦地工具(如圖)，設(shè)拖把頭的質(zhì)量為m，拖桿質(zhì)量可忽略；拖把頭與地板之間的動摩擦因數(shù)為常數(shù)μ，重力加速度為g.某同學(xué)用該拖把在水平地板上拖地時，沿拖桿方向推拖把，拖桿與豎直方向的夾角為θ. (1)若拖把頭在地板上勻速移動，求推拖把的力的大小． (2)設(shè)能使該拖把在地板上從靜止剛好開始運動的水平推力與此時地板對拖把的正壓力的比值為λ.已知存在一臨界角θ0，若θ≤θ0，則不管沿拖桿方向的推力有多大，都不可能使拖把從靜止開始運動．求這一臨界角的正切tanθ0. 【答案】(1)mg　(2)tanθ0＝λ (2)若不管沿拖桿方向用多大的力都不能使拖把從靜止開始運動，應(yīng)有Fsinθ≤λFN⑤ 這時， ①式仍成立．聯(lián)立①⑤式得 sinθ－λcosθ≤λ⑥ 現(xiàn)求解使⑥式成立的θ角的取值范圍．注意到⑥式右邊總是大于零，且當(dāng)F無限大時極限值為零，有sinθ－λcosθ≤0⑦ 使⑦式成立的θ角滿足θ≤θ0，這里θ0是題中所定義的臨界角，即當(dāng)θ≤θ0時，不管沿拖桿方向用多大的力都推不動拖把．故臨界角的正切為tanθ0＝λ. ◆典例二：一般教室門上都安裝一種暗鎖，這種暗鎖由外殼A、骨架B、彈簧C(勁度系數(shù)為k)、鎖舌D(傾角θ＝45)、鎖槽E以及連桿、鎖頭等部件組成，如圖甲所示．設(shè)鎖舌D的側(cè)面與外殼A和鎖槽E之間的動摩擦因數(shù)均為μ，最大靜摩擦力Ffm由Ffm＝μFN(FN為正壓力)求得．有一次放學(xué)后，當(dāng)某同學(xué)準(zhǔn)備關(guān)門時，無論用多大的力，也不能將門關(guān)上(這種現(xiàn)象稱為自鎖)，此刻暗鎖所處的狀態(tài)的俯視圖如圖乙所示，P為鎖舌D與鎖槽E之間的接觸點，彈簧由于被壓縮而縮短了x. (1)試問，自鎖狀態(tài)時D的下表面所受摩擦力的方向． (2)求此時(自鎖時)鎖舌D與鎖槽E之間的正壓力的大?。? (3)無論用多大的力拉門，暗鎖仍然能夠保持自鎖狀態(tài)，則μ至少要多大？ 【答案】(1)向右　(2)　(3)0.41 【解析】 (1)鎖舌D有向左的運動趨勢，故其下表面所受摩擦力Ff1方向向右． (3)令FN趨近于∞，則有1－2μ－μ2＝0， 解得μ＝－1＝0.41. ★考點三：繩(桿)上的“死結(jié)”和“活結(jié)”模型 ◆典例一：（2018洛陽聯(lián)考，單選）城市中的路燈、無軌電車的供電線路等，經(jīng)常用三角形的結(jié)構(gòu)懸掛。如圖是這類結(jié)構(gòu)的一種簡化模型，硬桿左端可繞通過B點且垂直于紙面的軸無摩擦的轉(zhuǎn)動，右端O點通過鋼索掛于A點，鋼索和硬桿所受的重力均可忽略。有一質(zhì)量不變的重物懸掛于O點，現(xiàn)將鋼索緩慢變短，并使鋼索的懸掛點A緩慢向下移動，以保證硬桿始終處于水平。則在上述變化過程中，下列說法中正確的是（ ） A. 鋼索對O點的拉力變大 B. 硬桿對O點的彈力變小 C. 鋼索和硬桿對O點的作用力的合力變大 D. 鋼索和硬桿對O點的作用力的合力變小 【參考答案】A ◆典例二 （2018云南昭通五校聯(lián)考）如圖所示，固定在水平面上的光滑半球半徑為R，球心O的正上方固定一 定滑輪，細線一端繞定滑輪，今將小球的初始位置緩慢拉至B點，在小球到達B點前的過程中，小球?qū)Π肭虻膲毫N，細線的拉力T大小變化情況是（ ） A．FN變大T變大 B．FN變小T變大 C．FN不變T變小 D．FN變大T變小 【參考答案】C 【名師解析】 如圖所示，力三角形與邊三角形相似，故正確答案為選項C ★考點四 摩擦力方向與運動方向的關(guān)系 ◆典例一：(2018江蘇南京模擬)(多選)如圖所示,A,B,C三個物體質(zhì)量相等,它們與傳送帶間的動摩擦因數(shù)也相同.三個物體隨傳送帶一起勻速運動,運動方向如圖中箭頭所示.則下列說法正確的是(　 　) A.A物體受到的摩擦力不是零,方向向右 B.三個物體中只有A物體受到的摩擦力是零 C.B,C受到的摩擦力方向相同 D.B,C受到的摩擦力方向相反 【答案】BC 【解析】由于三個物體隨傳送帶一起勻速運動,三個物體處于平衡狀態(tài),所以水平傳送帶上的物體A不受摩擦力作用,故選項A錯誤.傾斜傳送帶上的物體B,C的重力有沿斜面向下的分力,由平衡條件可知,物體B受到的摩擦力沿斜面向上,與運動方向相同;物體C受到的摩擦力也沿斜面向上,但與運動方向相反,故選項B,C正確,D錯誤. 1.(2016河北唐山五校聯(lián)考)如圖所示，兩個光滑金屬球a、b置于一個桶形容器中，兩球的質(zhì)量ma＞mb，對于圖中的兩種放置方式，下列說法正確的是(　　) A．兩種情況對于容器左壁的彈力大小相同 B．兩種情況對于容器右壁的彈力大小相同 C．兩種情況對于容器底部的彈力大小相同 D．兩種情況兩球之間的彈力大小相同 【參考答案】.C 2.如圖所示，放置三個完全相同的圓柱體。每個圓柱體質(zhì)量為m，截面半徑為R，為了防止圓柱體滾動，在圓柱體兩側(cè)固定兩個木樁。不計一切摩擦，由此可知 A．木樁對圓柱體作用力為mg B．上面圓柱體對下面一側(cè)圓柱體的作用力為mg C．地面對下面其中一個圓柱體的作用力為mg D．地面對下面兩個圓柱體的作用力為2mg 【參考答案】A 3.(2018洛陽名校月考)如圖所示,將三個形狀不規(guī)則的石塊疊放在水平桌面上,處于靜止?fàn)顟B(tài).下列說法中正確的是(　　) A. 石塊b對a的支持力與a受到的重力是一對平衡力 B. 石塊a 一定受到三個力的作用 C. 石塊c受到水平桌面向左的摩擦力 D. 桌面對石塊c的作用力一定豎直向上 【參考答案】D　 4.(2016湖北華師一附中等八校聯(lián)考)如圖7所示，兩豎直木樁ab、cd固定，一不可伸長的輕繩兩端固定在a、c端，繩長為L，一質(zhì)量為m的物體A通過輕質(zhì)光滑掛鉤掛在輕繩中間，靜止時輕繩兩端夾角為120。若把輕繩換成自然長度為L的橡皮筋，物體A懸掛后仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，橡皮筋處于彈性限度內(nèi)。若重力加速度大小為g，關(guān)于上述兩種情況，下列說法正確的是(　　) A.輕繩的彈力大小為2mg B.輕繩的彈力大小為mg C.橡皮筋的彈力大于mg D.橡皮筋的彈力大小可能為mg 【參考答案】　B 5. 如圖所示，滑輪本身的質(zhì)量可忽略不計，滑輪軸O安在一根輕木桿B上，一根輕繩AC繞過滑輪，A端固定在墻上，且繩保持水平，C端掛一重物，BO與豎直方向夾角θ=45，系統(tǒng)保持平衡．若保持滑輪的位置不變，改變θ的大小，則滑輪受到木桿作用力大小變化情況是（　?。? A．只有角θ變小，作用力才變大 B．只有角θ變大，作用力才變大 C．不論角θ變大或變小，作用力都是變大 D．不論角θ變大或變小，作用力都不變 【參考答案】.D 【名師解析】：對滑輪受力分析，受兩個繩子的拉力和桿的彈力；滑輪一直保持靜止，合力為零，故桿的彈力與兩個繩子的拉力的合力等值、反向、共線；由于兩個繩子的拉力大小等于重物的重力，大小不變，方向也不變，故兩個拉力的合力為 mg，與水平方向成45斜向右下方，選項D正確。 6.如圖所示，直桿BC的一端用鉸鏈固定于豎直墻壁，另一端固定一個小滑輪C，細繩下端掛一重物，細繩的AC段水平。不計直桿、滑輪及細繩的質(zhì)量，忽略所有摩擦。若將細繩的端點A稍向下移至A點，使之重新平衡，則此時滑輪C的位置 A在AA之間 B與A點等高 C在A點之下 D在A點之上 【參考答案】　D 7.(2017常州中學(xué))我國不少地方在節(jié)日期間有掛紅燈籠的習(xí)俗.如圖,質(zhì)量為m的燈籠用兩根不等長的輕繩OA、OB懸掛在水平天花板上,OA比OB長,O為結(jié)點.重力加速度大小為g.設(shè)OA、OB對O點的拉力分別為FA、FB,輕繩能夠承受足夠大的拉力,則 (　　) A. FA 小于FB B. FA、FB的合力大于mg C. 調(diào)節(jié)懸點A的位置,可使FA、FB都大于mg D. 換質(zhì)量更大的燈籠,FB的增加量比FA的增加量大【參考答案】. ACD　 8．(多選)如圖所示，電燈的重力G＝10 N，AO繩與頂板間的夾角為45，BO繩水平，AO繩的拉力為FA，BO繩的拉力為FB，則(注意：要求按效果分解和正交分解兩種方法求解)(　　) A.FA＝10 N B.FA＝10 N C.FB＝10 N D.FB＝10 N 【參考答案】AD 【名師解析】效果分解法　在結(jié)點O，燈的重力產(chǎn)生了兩個效果，一是沿AO向下的拉緊AO的分力F1，二是沿BO向左的拉緊BO繩的分力F2，分解示意圖如圖所示。 則FA＝F1＝＝10 N FB＝F2＝＝10 N，故選項A、D正確。 正交分解法　結(jié)點O受力如圖所示，考慮到燈的重力與OB垂直，正交分解OA的拉力更為方便，其分解如圖所示。 則F＝G＝10 N FAsin 45＝F FAcos 45＝FB 代入數(shù)值解得FA＝10 N FB＝10 N，故選項A、D正確。 9. (2018西寧質(zhì)檢)如圖所示，節(jié)目《激情爬竿》在春晚受到觀眾的好評。當(dāng)雜技演員用雙手握住固定在豎直方向的竿勻速攀上和勻速下滑時，他所受的摩擦力分別是Ff1和Ff2，那么(　　) A．Ff1向下，F(xiàn)f2向上，且Ff1＝Ff2　　　B．Ff1向下，F(xiàn)f2向上，且Ff1＞Ff2 C．Ff1向上，F(xiàn)f2向上，且Ff1＝Ff2　　　D．Ff1向上，F(xiàn)f2向下，且Ff1＝Ff2 【參考答案】C 9（2018山東臨沂期末）如圖所示，兩個半圓柱A、B和一個光滑圓柱C緊靠著靜置于水平地面上，C剛好與地面接觸，三者半徑均為R。.C的質(zhì)量為m，A、B的質(zhì)量都為m/2，A、B與地面的動摩擦因數(shù)相同。.現(xiàn)用水平向左的力推A，使A緩慢移動而抬高C，直至A的左邊緣和B的右邊緣剛好接觸，整個過程中B始終靜止不動，且B所受摩擦力的最大值恰好等于B與地面間的最大靜摩擦力，重力加速度為g.。求：均為μ （1）C被抬高的過程中，A給C的彈力的最小值； （2）A、B與地面間的動摩擦因數(shù)； （3）A移動的整個過程中，推力做的功。 【參考答案】mg; μ=；W=2 mgR 。 所以最大靜摩擦力至少為：fm=Fmcos30=mg B對地面的壓力為：FN=mg/2+mg/2=mg， B受地面的最大靜摩擦力為：fm=μFN=μmg 解得：μ= （3）整個過程中，C上升的高度：h=(-1)R， A向左運動的位移：x=2(-1)R 。 摩擦力做功的大?。篧f=fx=2(-1) μmg R 根據(jù)動能定理：W- Wf-mgh=0 解得：W=2 mgR 。