高考物理二轮复习专题一力与运动第2讲力和物体的平衡学案.docx
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高考物理二轮复习专题一力与运动第2讲力和物体的平衡学案
第2讲 力和物体的平衡
[历次选考考情分析]
章
知识内容
考试要求
历次选考统计
必考
加试
2015/10
2016/04
2016/10
2017/04
2017/11
2018/04
相互作用
重力、基本相互作用
c
c
2
3
弹力
c
c
摩擦力
c
c
13
力的合成
c
c
17
13
力的分解
c
c
13
7
牛顿运动定律
共点力平衡条件及应用
c
c
11
13
10
5
考点一 重力、弹力、摩擦力及受力分析
1.分析受力的思路
(1)先数研究对象有几个接触处,每个接触处最多有两个力(弹力和摩擦力).
(2)同时注意对场力的分析.
(3)假设法是判断弹力、摩擦力是否存在及其方向的基本方法.
2.整体法与隔离法
在分析两个或两个以上的物体间的相互作用时,一般采用整体法与隔离法进行分析;采用整体法进行受力分析时,要注意各个物体的运动状态应该相同.
3.弹力大小的计算方法
(1)根据胡克定律进行求解.
(2)根据力的平衡条件进行求解.
(3)根据牛顿第二定律进行求解.
4.摩擦力大小的计算方法
(1)首先分清摩擦力的种类,因为只有滑动摩擦力才能用公式Ff=μFN求解,静摩擦力通常只能用平衡条件或牛顿运动定律求解.
(2)滑动摩擦力的大小与物体速度的大小无关,与接触面积的大小也无关.
1.[受力分析](2018·嘉兴市期末)如图1所示,足球弹射到球网上,关于足球受力分析说法正确的是( )
图1
A.足球受到重力、弹力、摩擦力
B.图中足球没有发生形变
C.足球受到的弹力是足球形变产生的
D.足球所受的合外力为零
答案 A
2.[弹力](2018·新高考研究联盟联考)小明在倾斜的路面上使用一台没有故障的体重秤,那么测出来的体重示数比他实际体重( )
A.偏大
B.偏小
C.准确
D.不准确,但无法判断偏大偏小
答案 B
3.[摩擦力](2018·宁波市期末)现代的激光打印机都是自动进纸的,其进纸原理如图2所示,进纸槽里叠放有一叠白纸,每一张白纸的质量为m.进纸时滚轮以竖直向下的力压在第1张白纸上,并沿逆时针方向转动,确保第1张纸与第2张纸相对滑动.设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,滚轮与白纸之间的动摩擦因数为μ1,白纸之间、白纸与进纸槽底座之间的动摩擦因数均为μ2(μ1>μ2),则下列说法正确的是( )
图2
A.第1张白纸受到滚轮的摩擦力向左
B.最后一张白纸受到进纸槽底座的摩擦力向左
C.一张白纸受到上一张白纸的摩擦力一定向左
D.任意两张白纸之间均可能发生相对滑动
答案 B
4.[动摩擦因数](2018·新高考研究联盟联考)图3是汽车45°极限爬坡时的照片,若汽车要缓慢匀速地开上45°的斜坡,车胎和路面之间的动摩擦因数至少要达到( )
图3
A.0.7B.0.8C.0.9D.1
答案 D
解析 若要汽车匀速上坡,μmgcos45°≥mgsin45°,即μ≥1,故D正确.
考点二 平衡条件的应用
1.共点力平衡的常用处理方法
(1)合成法:
物体受三个共点力的作用而平衡,则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等,方向相反.
(2)效果分解法:
物体受三个共点力的作用而平衡,将某一个力按力的效果分解,则其分力和其他两个力满足平衡条件.
(3)正交分解法:
物体受到三个或三个以上共点力的作用而平衡,通过建立平面直角坐标系将物体所受的力分解为相互垂直的两组,每组力都满足平衡条件.
(4)力的三角形法:
对受三个共点力作用而平衡的物体,将力的矢量图平移使三力组成一个首尾依次相接的矢量三角形,根据数学知识求解未知力.
2.动态平衡问题分析的常用方法
(1)解析法:
一般把力进行正交分解,两个方向上列平衡方程,写出所要分析的力与变化角度的关系,然后判断各力的变化趋势.
(2)图解法:
能用图解法分析动态变化的问题有三个显著特征:
①物体一般受三个共点力作用;②其中有一个大小、方向都不变的力;③还有一个方向不变的力.
模型1 静态平衡问题
例1 如图4所示,一条不可伸长的轻质细绳一端跨过光滑小钉子b悬挂一质量为m1的重物,另一端与一轻质绳相连于c点,ac=,c点悬挂质量为m2的重物,平衡时ac正好水平,此时质量为m1的重物的上表面正好与ac在同一水平线上且到b点的距离为l,到a点的距离为l,则两重物的质量之比为( )
图4
A.B.2C.D.
答案 C
解析 取c点为研究对象,设此时bc绳与水平方向夹角为θ.因c点受到三个力且处于平衡状态,所以任意两个力的合力均与第三个力大小相等,方向相反,根据平行四边形定则将绳ac上的拉力F与F1=m1g合成,如图,则sinθ=,F2=m2g,而sinθ==,所以=,选项C正确.
5.(2018·温州市期末)一体操运动员倒立并静止在水平地面上,下列图示姿势中,假设两手臂用力大小相等,那么沿手臂的力F最大的是( )
答案 C
解析 将人所受的重力按照效果进行分解,由于大小、方向确定的一个力分解为两个等大的力时,合力在分力的角平分线上,且两分力的夹角越大,分力越大,因而C图中人最费力,A、D图中人最省力.
6.(2017·浙江11月选考·5)叠放在水平地面上的四个完全相同的排球如图5所示,质量均为m,相互接触,球与地面间的动摩擦因数均为μ,则( )
图5
A.上方球与下方三个球间均没有弹力
B.下方三个球与水平地面间均没有摩擦力
C.水平地面对下方三个球的支持力均为mg
D.水平地面对下方三个球的摩擦力均为μmg
答案 C
解析 将四个球看成一个整体,地面的支持力与球的重力平衡,设下方三个球中的一个球受到的支持力大小为FN,因此3FN=4mg,即FN=mg,所以选项C正确.由力的平衡条件知,下面三个球对最上面的球有弹力,故最上面的球对下面三个球肯定有弹力,选项A错误.对地面上的其中一个球进行受力分析,如图所示.由受力分析可知,选项B错误;由于小球是受到地面的静摩擦力,因此不能通过Ff=μFN求解此摩擦力,选项D错误.
7.如图6所示,两根轻弹簧a、b的上端固定在竖直墙壁上,下端连接在小球上.当小球静止,弹簧a、b与竖直方向的夹角分别为53°和37°,已知a、b的劲度系数分别为k1、k2.sin53°=0.8,cos53°=0.6,则a、b两弹簧的伸长量之比为(弹簧a、b均在弹性限度内)( )
图6
A.B.C.D.
答案 B
解析 作出小球的受力分析图如图所示:
根据平衡条件得:
F=mg,故a弹簧的弹力F1=Fcos53°=,
b弹簧的弹力F2=Fcos37°=,
根据胡克定律F=kx,得x=,
则a、b两弹簧的伸长量之比为==,故B正确.
模型2 动态平衡问题
例2 有甲、乙两根完全相同的轻绳,甲绳A、B两端按图7甲的方式固定,然后将一挂有质量为M的重物的光滑轻质动滑轮挂于轻绳上,当滑轮静止后,设甲绳子的张力大小为FT1;乙绳两端按图乙的方式连接,然后将挂有质量为M的重物的同样的动滑轮挂于乙轻绳上,当滑轮静止后,设乙绳子的张力大小为FT2.现甲绳的B端缓慢向下移动至C点,乙绳的E端缓慢移动至F点,在两绳的移动过程中,下列说法正确的是( )
图7
A.FT1、FT2都变大B.FT1变大、FT2变小
C.FT1、FT2都不变D.FT1不变、FT2变大
答案 D
解析 对题图甲,设滑轮两侧绳与竖直方向的夹角为θ,A、C间距为s,绳长为L,由几何知识得
s=L1sinθ+L2sinθ=(L1+L2)sinθ
又L1+L2=L
得到sinθ=;
当绳子B端慢慢向下移时,s、L没有变化,则θ不变,FT1大小不变;
对题图乙,以滑轮为研究对象,设两侧绳与竖直方向的夹角为α,
2FT2cosα=G,解得:
FT2=;
当绳子的右端从E向F移动的过程中,由于绳子的长度不变,所以两个绳子之间的夹角增大,所以绳子的拉力FT2增大,故A、B、C错误,D正确.
8.(2018·9+1高中联盟联考)如图8所示,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,外力F水平向右拉b,整个系统处于静止状态.若F方向不变,大小在一定范围内变化,物块b仍始终保持静止,则( )
图8
A.绳OO′的张力也在一定范围内变化
B.物块b所受到的支持力也在一定范围内变化
C.连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化
D.物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化
答案 D
9.如图9所示,一光滑小球静止在光滑半球面上,被竖直放置的光滑挡板挡住.现水平向左缓慢地移动挡板直到半球的最高点,则在小球运动的过程中(该过程小球未脱离球面且球面始终静止),挡板对小球的推力F、半球面对小球的支持力FN的变化情况是( )
图9
A.F增大,FN减小B.F增大,FN增大
C.F减小,FN减小D.F减小,FN增大
答案 C
解析 小球受重力、半球面对它的支持力FN和挡板对它的推力F,设支持力方向与竖直方向的夹角为θ,根据共点力平衡条件,有:
FN=,F=mgtanθ,挡板竖直且缓慢地水平向左移动过程中,角θ不断变小,故F减小,FN减小,故C正确,A、B、D错.
考点三 与电场力和磁场力相关的平衡问题
涉及电场力、磁场力的平衡问题的解题思路
(1)恰当选取研究对象,通常为带电体或一段通电导线.
(2)按照先场力(包括重力、电场力和磁场力),再接触力(包括弹力和摩擦力),最后其他力的顺序对研究对象进行受力分析.特别注意电场力和磁场力方向的判断方法.
(3)根据物体受力情况,利用合成法、正交分解法或图解法等列平衡方程求解.
例3 如图10所示为探究电荷间相互作用力的示意图,图中金属球A带正电,置于绝缘支架上,带电小球B悬于绝缘丝线的下端,质量为m.当悬在P1点,B球静止时,两带电小球刚好在同一高度,此时绝缘丝线与竖直方向的夹角为θ,重力加速度为g,则( )
图10
A.A、B间的库仑力为
B.A、B间的库仑力为mgsinθ
C.将悬点移到P2,平衡时B低于A
D.将悬点移到P2,平衡时A、B仍在同一高度
答案 C
解析 当B球处于平衡状态时,刚好与A球在同一水平面上,其受力如图所示,
A、B带同种电荷,再由力的平行四边形定则可得:
F库=mgtanθ,故A、B错误;
将悬点移到P2,若A、B仍在同一高度,由库仑定律可知,距离越远,A、B间的库仑力越小,根据平衡条件知θ角变小,则B球降低,故C正确,D错误.
10.(2018·七彩阳光联盟期中)一个质量为m、电荷量为+q的小球,用丝线悬挂在方向水平向右的匀强电场中,场强为E.小球平衡时,悬线与竖直方向间夹角θ=45°,如图11所示.若将匀强电场E的方向在纸面内逆时针转过角度β=30°,小球重新达到平衡时,悬线与竖直方向间夹角为( )
图11
A.60°B.45°C.30°D.15°
答案 A
11.如图12所示,用两根绝缘细线将质量为m、长为l的金属棒ab悬挂在c、d两处,置于匀强磁场内.当棒中通以从a到b的电流I后,两悬线偏离竖直方向θ角而处于平衡状态.为了使棒平衡在该位置上,所需的磁场的最小磁感应强度的大小、方向为( )
图12
A.tanθ,竖直向上B.tanθ,竖直向下
C.sinθ,平行于悬线向下D.sinθ,平行于悬
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- 高考 物理 二轮 复习 专题 一力 运动 物体 平衡