2020年高考物理二轮复习 专题一 第一讲 物体平衡与直线运动课件

第一讲物体平衡与直线运动静态平衡问题是高考的热点问题，一般问题属于基础性题目，但有的也有一定的难度，“难”表现在两个方面：一是研究对象复杂，往往涉及多个物体(如诊断卷第2题)；二是试题情景新颖，常与生活实际相联系或是实际情景的抽象(如诊断卷第1题)。对于该类问题，关键是在准确选定研究对象的前提下，灵活地利用合成法、分解法或正交分解法，必要时结合整体与隔离法分析问题。建议对本考点自学为主。考点一静态平衡问题释疑5大考点理清知识体系掌握解答平衡问题的基本思路用好多力多体平衡的解题技法1．物体受三力平衡时，通常可应用合成法、分解法、解直角三角形法等求解，如诊断卷第1题，其解法可以使用三力平衡的合成法，也可以用正交分解法(尤其适用于受多力的情况)。2．对于多个物体的平衡问题，要正确选取研究对象，整体法和隔离法交替使用，如诊断卷第2题，判断物体b所受的摩擦力和斜面对物体a的静摩擦力时必须用隔离法，判断斜面体A是否受到水平地面的摩擦力作用时用整体法比较方便。[题点全练]1．(2019·全国卷Ⅲ)用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件，为使工件保持固定，将其置于两光滑斜面之间，如图所示。两斜面Ⅰ、Ⅱ固定在车上，倾角分别为30°和60°。重力加速度为g。当卡车沿平直公路匀速行驶时，圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2，则()A．F1＝33mg，F2＝32mgB．F1＝32mg，F2＝33mgC．F1＝12mg，F2＝32mgD．F1＝32mg，F2＝12mg解析：如图所示，卡车匀速行驶，圆筒受力平衡，由题意知，力F1′与F2′相互垂直。由牛顿第三定律知F1＝F1′，F2＝F2′，则F1＝mgsin60°＝32mg，F2＝mgsin30°＝12mg，选项D正确。答案：D2．(2019·全国卷Ⅱ)物块在轻绳的拉动下沿倾角为30°的固定斜面向上匀速运动，轻绳与斜面平行。已知物块与斜面之间的动摩擦因数为33，重力加速度取10m/s2。若轻绳能承受的最大张力为1500N，则物块的质量最大为()A．150kgB．1003kgC．200kgD．2003kg解析：物块沿斜面向上匀速运动，受力如图，根据平衡条件F＝Ff＋mgsin30°①Ff＝μFN②FN＝mgcos30°③由①②③式得F＝mgsin30°＋μmgcos30°所以m＝Fgsin30°＋μgcos30°代入数据得m＝150kg，选项A正确。答案：A3．(2019·南昌二模)如图所示，有5000个质量均为m的小球，将它们用长度相等的轻绳依次连接，再将其左端用细绳固定在天花板上，右端施加一水平力使全部小球静止。若连接天花板的细绳与水平方向的夹角为45°。则第2011个小球与2012个小球之间的轻绳与水平方向的夹角α的正切值等于()A.29895000B.20115000C.20112089D.20892011解析：以5000个小球组成的整体为研究对象，分析受力情况，如图1所示，根据平衡条件得F＝5000mg。再以第2012个到5000个小球组成的整体为研究对象，分析受力情况，如图2所示，则有tanα＝2989mgF＝29895000，选项A正确。答案：A动态平衡也是高考的常考问题。物体的状态在缓慢变化过程中均处于平衡状态，但物体所受的某些力的大小和方向均发生变化，使结果出现一些不确定性，这是此类问题常失分的主要原因。针对此类问题，只要灵活选取研究对象，准确进行受力分析，合理选取解题方法(图解法、解析法、相似三角形法等)，问题便可迎刃而解。建议对本考点重点攻坚。考点二动态平衡问题活选方法——针对破解动态平衡问题[例1][多选](2017·全国卷Ⅰ)如图，柔软轻绳ON的一端O固定，其中间某点M拴一重物，用手拉住绳的另一端N。初始时，OM竖直且MN被拉直，OM与MN之间的夹角为αα＞π2。现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角α不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中()A．MN上的张力逐渐增大B．MN上的张力先增大后减小C．OM上的张力逐渐增大D．OM上的张力先增大后减小[思维流程]方法一图解法方法二解析法(正弦定理)[答案]AD突破一个难点——动态平衡中的极值问题[例2][多选](2019·广东七校联考)如图所示，质量为m的小球a、b之间用轻绳相连，小球a通过轻杆固定在左侧竖直墙壁上，轻杆与竖直墙壁夹角为30°。现改变作用在小球b上的外力的大小和方向，轻绳与竖直方向的夹角保持60°不变，则()A．轻绳上的拉力一定小于mgB．外力F的最小值为32mgC．轻杆对小球a作用力的方向不变D．轻杆对小球a的作用力最小值为mg[解析]对b进行受力分析如图，当F的方向发生变化时，由图可知，轻绳上的拉力可能小于mg，可能大于mg，故A错误。由b的受力图可知，当拉力F的方向与绳子垂直时，拉力F最小。最小值为：Fmin＝mgsin60°＝32mg，故B正确。以a为研究对象，可知a受到重力、绳子对a的拉力以及杆对a的作用力而处于平衡状态，由三个力平衡的特点可知，杆对a的作用力与a的重力、绳对a的拉力的合力大小相等，方向相反。a受到的重力不变，绳对a的拉力方向不变，大小是变化的，所以a受到的重力与绳对a的拉力的合力大小、方向都是变化的，所以杆对a的作用力大小、方向都是变化的，故C错误。由b的受力分析可知，当拉力F对b的拉力方向竖直向上时，拉力F与b的重力大小相等，方向相反，绳子此时的拉力等于0，所以a只受到重力和杆对a的作用力，此时杆对a的作用力最小，恰好等于a的重力，故D正确。[答案]BD[题点全练]1．[多选](2019·全国卷Ⅰ)如图，一粗糙斜面固定在地面上，斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮，其一端悬挂物块N，另一端与斜面上的物块M相连，系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓慢拉动N，直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°。已知M始终保持静止，则在此过程中()A．水平拉力的大小可能保持不变B．M所受细绳的拉力大小一定一直增加C．M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加D．M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加解析：选N为研究对象，受力情况如图甲所示，用水平拉力F缓慢拉动N的过程中，水平拉力F逐渐增大，细绳的拉力T逐渐增大，A错，B对。对于M，受重力GM、支持力FN、绳的拉力T以及斜面对它的摩擦力f。如图乙所示，若开始时斜面对M的摩擦力f沿斜面向上，则T＋f＝GMsinθ，T逐渐增大，f逐渐减小，当f减小到零后，再反向增大。若开始时斜面对M的摩擦力沿斜面向下，此时，T＝GMsinθ＋f，当T逐渐增大时，f逐渐增大，C错，D对。甲乙答案：BD2．(2019·河北省衡水调研)如图所示，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Fa、Fb、Fc的变化情况是()A．都变大B．都不变C．Fb不变，Fa、Fc变大D．Fa、Fb不变，Fc变大设b绳与水平方向夹角为α，则竖直方向有：Fbsinα＝2mg，解得：Fb＝2mgsinα，不变；水平方向：Fa＝Fbcosα＋F，Fbcosα不变，而F逐渐变大，故Fa逐渐变大。答案：C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Fc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。3．(2019·湖南十四校二次联考)如图所示，AC是上端带定滑轮的固定竖直杆，质量不计的轻杆AB一端通过铰链固定在A点，另一端B悬挂一重为G的物体，且B端系有一根轻绳并绕过定滑轮C，用力F拉绳，开始时∠BAC90°，现使∠BAC缓慢变小，直到杆AB接近竖直杆AC。此过程中()A．轻杆AB对B端的弹力大小不变B．轻杆AB对B端的弹力先减小后增大C．力F逐渐增大D．力F先逐渐减小后逐渐增大解析：以B点为研究对象，分析受力情况：悬挂重物的绳的拉力T(等于重物重力G)、轻杆的支持力N和绳子的拉力F，作出力图如图。由平衡条件可知N和F的合力与T大小相等、方向相反，根据三角形相似可得NAB＝TAC＝FBC；又T＝G，因杆的长度不变，BC距离变短，故N大小保持不变，力F逐渐减小，则A正确，B、C、D错误。答案：A本考点中匀变速直线运动规律及运动图像是高考的考查热点，其中图像问题容易造成失分，主要是审题不仔细、知识迁移不够灵活造成的；匀变速直线运动规律的应用方面的失分点主要是与其他知识交汇点较多、试题情景取材常涉及生活实际问题造成的。建议考生对本考点多加关注。考点三匀变速直线运动问题记牢“四类”匀变速直线运动公式运用“五种”常用解题方法图像问题“四点提醒”不可少1．对于x­t图像，图线在纵轴上的截距表示t＝0时物体的位置；对于v­t和a­t图像，图线在纵轴上的截距并不表示t＝0时物体的位置。2．在v­t图像中，两条图线的交点不表示两物体相遇，而是表示两者速度相同。3．v­t图像中两条图线在轴上的截距不同，不少同学误认为两物体的初始位置不同，位置是否相同应根据题中条件确定。4．对于a­x图像、a­v2图像等非常规图像，不要想当然的猜测图线的物理意义，要结合运动学公式和图像，找出函数表达式，进而确定斜率、截距等意义。[题点全练]1．(2019·全国卷Ⅰ)如图，篮球架下的运动员原地垂直起跳扣篮，离地后重心上升的最大高度为H。上升第一个H4所用的时间为t1，第四个H4所用的时间为t2。不计空气阻力，则t2t1满足()A．1t2t12B．2t2t13C．3t2t14D．4t2t15解析：空气阻力不计，运动员竖直上升过程做匀减速直线运动，位移为H时的速度为0。逆向观察，运动员做初速度为0的匀加速直线运动，则连续相等位移所用时间之比为1∶(2－1)∶(3－2)∶…∶(n－n－1)。由题意知，t2∶t1＝1∶(2－3)＝2＋3，由结果知选项C正确。答案：C2．[多选](2018·全国卷Ⅱ)甲、乙两汽车在同一条平直公路上同向运动，其速度—时间图像分别如图中甲、乙两条曲线所示。已知两车在t2时刻并排行驶。下列说法正确的是()A．两车在t1时刻也并排行驶B．在t1时刻甲车在后，乙车在前C．甲车的加速度大小先增大后减小D．乙车的加速度大小先减小后增大解析：t1～t2时间内，v甲＞v乙，t2时刻相遇，则t1时刻甲车在乙车的后面，故A错误、B正确。由图像的斜率知，甲、乙两车的加速度大小均先减小后增大，故C错误、D正确。答案：BD3.(2019·湖南株洲一模)一辆高铁出站一段时间后，在长度为L的某平直区间提速过程中其速度平方与位移的关系如图所示。则列车通过该区间所用时间为()A.Lb1＋b2B.2Lb1＋b2C.Lb1＋b2D.2Lb1＋b2解析：题给的速度平方与位移的关系图线可表示为v2＝b1＋b2－b1Lx，对照匀变速直线运动规律v2＝v02＋2ax，可知高铁初速度的二次方v02＝b1，加速度a＝b2－b12L，位移为L时速度的二次方v2＝b2。由a＝v－v0t，可得t＝2Lb1＋b2，选项D正确。答案：D本考点通常以做匀变速直线运动的物体为载体，通过两大分析(受力分析和运动分析)，运用牛顿运动定律和运动学规律求解加速度，然后进一步求解有关问题，只要考生牢记运动学基本公式及牛顿第二定律，仔细审题、灵活进行知识迁移交汇，即可轻松取分。建议考生自学为主。考点四动力学两类基本问题贯通一个知识体系理顺两类基本问题1．由因推果——已知物体的受力情况，确定物体的运动情况首先根据物体的受力确定物体的加速度，再结合运动学公式求解有关问题。如诊断卷第7题中，先进行受力分析，根据牛顿第二定律确定两小球沿杆下落的加速度a1、a2，再应用位移公式列式比较，得出结论。解答此题常见错误是由于审题错误把该题的情景误认为是“等时圆模型”，导致错选A。2．由果溯因——已知物体的运动情况，确定物体的受力情况由物体的运动情况，确定物体的加速度及其变化规律，再结合牛顿第二定律确定受力情况。如诊断卷第8题中，先利用运动图像，结合公式x＝v0t＋1