2010届高考第二轮复习课件专题一平衡问题课件

高中物理第二轮专题复习专题一:力和物体的平衡高考命题焦点:力学中的三类常见的力：重力、弹力、摩擦力，特别是静摩擦力，这是高考中常考的内容。由于静摩擦力随物体的相对运动趋势发生变化，在分析中容易失误，同学们一定要下功夫把静摩擦力弄清楚。共点力作用下物体的平衡，是高中物理中重要的问题，几乎是年年必考。单纯考查本专题内容多以选择为主，难度适中;与其它内容结合的则以计算题形式出现，难度较大,这是今后高考的方向．知识网络:力概念定义：力是物体对物体的作用，效果：要素：大小、方向、作用点（力的图示）使物体发生形变改变物体运动状态分类效果：拉力、动力、阻力、支持力、压力性质：重力：方向、作用点（关于重心的位置）弹力：产生条件、方向、大小（胡克定律）摩擦力：（静摩擦与动摩擦）产生条件、方向、大小运算——平行四边形定则力的合成力的分解|F1－F2|≤F合≤F1＋F2共点作用下的平衡二、研究物体平衡基本思路和方法1、把物体的平衡问题转化为二力平衡的基本模型。很多情况下物体受到三个力的作用而平衡，任意两个力的合力必定跟第三个力等大反向。根据平行四边形定则作出其中任意两个力的合力来代替这两个力，从而把三力平衡转化为二力平衡。这种方法称为合成法。例：如图所示，重为10N的光滑球用细绳挂在竖直墙上，细绳与竖直方向的夹角为37°，则细绳的拉力和墙壁对球的支持力分别为多大？F1F2GF=G二、研究物体平衡基本思路和方法2、把物体的平衡问题转化为四力平衡的基本模型。当物体受三个或三个以上共点力平衡时，一般情况下采用正交分解法，转化为四个力平衡。即将各力分解到X轴和y轴上，运用两坐标轴上的合力等于零的条件，FX=0，Fy=0。坐标系的建立应以少分解力，即让较多的力在坐标轴上为原则。例：如图所示，重为10N的光滑球用细绳挂在竖直墙上，细绳与竖直方向的夹角为37°，则细绳的拉力和墙壁对球的支持力分别为多大？F1F2GxyF1xF1y例与练1、如图所示，物体的质量为2kg，两根轻绳AB和AC的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体上，在物体上另施加一个方向与水平线成θ=60o斜向右上方的拉力F，若要使绳都能伸直，求拉力F的大小范围。F1mgF’=mgF2mgFF’=mg有些同学可能会认为，斜向上方拉物体，则拉动物体的水平分力就要减小，因此不易拉动物体．其实，拉力的坚直分力能够减小物体对水平面的正压力，从而使物体所受的最大静摩擦力减小．因此,为使拉动此物体的力最小,拉力的方向不一定是水平的.例与练2、一个物体A重量为G牛，放在粗糙的水平面上，物体与水平面间的摩擦因数为μ．如图所示，为使拉动此物体的力最小，则拉力的大小和方向如何？解析水平方向Fcosθ=f设物体正处于拉动和未被拉动的临界状态。对物体受力分析，如图所示。设拉力F与水平向的夹角为θ。F=Gμμθθ。sincosF1F2竖直方向N+Fsinθ=G又f=μN解析为使拉力F最小，μsinθ+cosθ应取最大。设：y=μsinθ+cosθ．tg=1φμ有最大值时即当当yarctgarctg,190,90θ）（φμθ）φθφ（μθ）μθμμ（μsin1+=cossinsincos1+=cos1+1sin1+1+=y22222拉力F有最小值y=+1max2μ1+G=F2mix。μ解析63例与练3、由平行金属导轨组成的倾角30°的斜面，匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度B＝0.8T.导轨顶端接有电池和变阻器，电池电动势＝12V，内阻不计，如图.今在导轨上横放一质量为0.2kg、长0.25m的金属杆ab，已知杆与导轨间的摩擦系为.问：电阻R调节在什么范围内，金属杆可静止在导轨上.画出金属杆的截面图,并分析受力并将重力分解:×mgNFfN=mgcos30°,f=μN,F=BIL=BLE/R若I很大,F很大,f向下,F=f+mgsin30°∴R1=1.6Ω若I很小,F很小,f向上,F+f=mgsin30°∴R2=4.8Ω∴电阻R调节在1.6Ω到4.8Ω范围内，金属杆可静止在导轨上解析4、在倾角为θ的斜面上,水平放置一段通有电流强度为I,长为L,重为G的导体棒a,(通电方向垂直纸面向里),如图所示,棒与斜面间动摩擦因数为μ(μtanθ).欲使导体棒静止在斜面上,可加一个方向垂直斜面的匀强磁场,求磁感应强度B的范围及磁场的方向。例与练θ⊕aB解析因为μtanθ.如果不加方向垂直斜面的匀强磁场，导体棒将沿斜面下滑。要使导体棒静止在斜面上，导体棒受到的安培力要沿斜面向上。导体棒受力如图所示。GNfF当向上的摩擦力最大时，所需安培力最小，此时B最小为B1θ⊕aB解析GNfF1N=Gcosθf=μN=μGcosθF1=Gsinθ-f=Gsinθ-μGcosθ=B1ILB1=（Gsinθ-μGcosθ）/（IL）问题1:弄清弹力有无的判断方法和弹力方向的判定方法。直接接触的物体间由于发生弹性形变而产生的力叫弹力。弹力产生的条件是“接触且有弹性形变”。若物体间虽然有接触但无拉伸或挤压，则无弹力产生。在许多情况下由于物体的形变很小，难于观察到，因而判断弹力的产生要用“反证法”，即由已知运动状态及有关条件，利用平衡条件或牛顿运动定律进行逆向分析推理。弹力的方向与接触面垂直.典型例题:例.如图所示，三个重量、形状都相同的光滑圆体，它们的重心位置不同，放在同一方形槽上，为了方便，将它们画在同一图上，其重心分别用Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3表示，Ｎ1、Ｎ2、Ｎ3分别表示三个圆柱体对墙Ｐ的压力，则有:()Ａ．Ｎ1＝Ｎ2＝Ｎ3Ｂ．Ｎ1＜Ｎ2＜Ｎ3Ｃ．Ｎ1＞Ｎ2＞Ｎ3Ｄ．Ｎ1＝Ｎ2＞Ｎ3A典型例题:例.如图所示，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定有质量为m的小球，下列关于杆对球的作用力F的判断中，正确的是:()A.小车静止时，F=mgsinθ,方向沿杆向上B.小车静止时，F=mgcosθ,方向垂直杆向上C.小车向右以加速度a运动时，一定有F=ma/sinθD.小车向左以加速度a运动时，方向斜向左上方，与竖直方向的夹角为α=arctan(a/g).θ22)()(mgmaFD问题2:弄清滑动摩擦力与静摩擦力大小计算方法的不同。(1)当物体间存在滑动摩擦力时，其大小即可由公式f=N计算，由此可看出它只与接触面间的动摩擦因数及正压力N有关，而与相对运动速度大小、接触面积的大小无关。(2)正压力是静摩擦力产生的条件之一，但静摩擦力的大小与正压力无关（最大静摩擦力除外）。当物体处于平衡状态时，静摩擦力的大小由平衡条件来求解；而物体处于非平衡态的某些静摩擦力的大小应由牛顿第二定律求解。典型例题:例.如图所示，质量为m，横截面为直角三角形的物块ABC，，AB边靠在竖直墙面上，F是垂直于斜面BC的推力，现物块静止不动，则摩擦力的大小为_________。ACBFαfmgFsin典型例题:例.如图所示，质量分别为m和M的两物体P和Q叠放在倾角为θ的斜面上，P、Q之间的动摩擦因数为μ1，Q与斜面间的动摩擦因数为μ2。当它们从静止开始沿斜面滑下时，两物体始终保持相对静止，则物体P受到的摩擦力大小为:()A．0；B.μ1mgcosθ;C.μ2mgcosθ;D.(μ1+μ2)mgcosθ;PQθC问题3:弄清摩擦力的方向是与“相对运动或相对运动趋势的方向相反”。滑动摩擦力的方向总是与物体“相对运动”的方向相反。所谓相对运动方向，即是把与研究对象接触的物体作为参照物，研究对象相对该参照物运动的方向。当研究对象参与几种运动时，相对运动方向应是相对接触物体的合运动方向。静摩擦力的方向总是与物体“相对运动趋势”的方向相反。所谓相对运动趋势的方向，即是把与研究对象接触的物体作为参照物，假若没有摩擦力研究对象相对该参照物可能出现运动的方向。典型例题:例.如图所示，质量为m的物体放在水平放置的钢板C上，与钢板的动摩擦因素为μ。由于受到相对于地面静止的光滑导槽A、B的控制，物体只能沿水平导槽运动。现使钢板以速度V1向右匀速运动，同时用力F拉动物体（方向沿导槽方向）使物体以速度V2沿导槽匀速运动，求拉力F大小。V1V2CAB22212VVVmgcosfF有n个力F1、F2、F3、…Fn,它们合力的最大值是它们的方向相同时的合力，即:Fmax=F1+F2+F3+…+Fn.而它们的最小值要分下列两种情况讨论：(1)若n个力F1、F2、F3、…Fn中的最大力Fm小于其他力之和，则它们合力的最小值是0。(2)若n个力F1、F2、F3、…Fn中的最大力Fm大于其他力之和，则它们合力的最小值是Fm-F其他。问题4:弄清合力大小的范围的确定方法。典型例题:例.四个共点力的大小分别为2N、3N、4N、6N，它们的合力最大值为_____，它们的合力最小值为____。分析与解：它们的合力最大值Fmax=(2+3+4+6)N=15N.因为Fm=6N(2+3+4)N,所以它们的合力最小值为0。典型例题:例.四个共点力的大小分别为2N、3N、4N、12N，它们的合力最大值为，它们的合力最小值为。分析与解：它们的合力最大值Fmax=(2+3+4+12)N=21N，因为Fm=12N(2+3+4)N,所以它们的合力最小值为（12-2-3-4）N=3N。问题5:弄清力的分解是否唯一的条件。1.将一个已知力F进行分解，其解唯一条件：(1)已知两个不平行分力的方向(2)已知一个分力的大小和方向2.力的分解有两解的条件：已知一个分力F1的方向和另一个分力F2的大小当F2Fsin时，无解;当F2=Fsin时，唯一解;当FsinF2F时，有两解;当F2F时，唯一解.典型例题:例.如图所示，物体静止于光滑的水平面上，力F作用于物体O点，现要使合力沿着OO’方向，那么，必须同时再加一个力F’。这个力的最小值是:()A、FcosθB、FsinθC、FtanθD、FcotθOFθO`问题6:学会用三角形法则解决特殊问题FR例.如图所示，光滑大球固定不动，它的正上方有一个定滑轮，放在大球上的光滑小球（可视为质点）用细绳连接，并绕过定滑轮，当人用力F缓慢拉动细绳时，小球所受支持力为N，则N，F的变化情况是:()A、都变大B、N不变，F变小C、都变小D、N变小，F不变B问题6:学会用三角形法则解决特殊问题FAB例.如图所示，绳与杆均轻质，承受弹力的最大值一定，A端用铰链固定，滑轮在A点正上方（滑轮大小及摩擦均可不计），B端吊一重物。现施拉力F将B缓慢上拉（均未断），在AB杆达到竖直前:()A.绳子越来越容易断B.绳子越来越不容易断C.AB杆越来越容易断D.AB杆越来越不容易断B问题6:学会用三角形法则解决特殊问题ABPQθ例.如图所示竖直绝缘墙壁上的Q处有一固定的质点A，Q正上方的P点用丝线悬挂另一质点B，A、B两质点因为带电而相互排斥，致使悬线与竖直方向成θ角，由于漏电使A、B两质点的带电量逐渐减小。在电荷漏完之前悬线对悬点P的拉力大小:()A.保持不变；B.先变大后变小；C.逐渐减小；D.逐渐增大。A问题7：掌握动态平衡问题的求解方法。根据平衡条件并结合力的合成或分解的方法，把三个平衡力转化成三角形的三条边，然后通过这个三角形求解各力的大小及变化。在两个力中有一个力的方向保持不变.问题7：弄清动态平衡问题的求解方法。例.如图所示，保持不变，将B点向上移，则BO绳的拉力将：()A.逐渐减小B.逐渐增大C.先减小后增大D.先增大后减小ABOCGC当系统有多个物体时，选取研究对象一般先整体考虑，若不能解答问题时，再隔离考虑。问题8：弄清整体法和隔离法的区别和联系。例.如图所示，三角形劈块放在粗糙的水平面上，劈块上放一个质量为m的物块，物块和劈块均处于静止状态，则粗糙水平面对三角形劈块:()A.有摩擦力作用，方向向左；B.有摩擦力作用，方向向右；C.没有摩擦力作用；D.条件不足，无法判定．问题8：弄清整体法和隔离法的区别和联系。C例.如图所示，质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面倾角为θ。质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之