高考物理二轮复习第1部分专题整合突破专题1力与物体的平衡教案Word格式.docx
- 文档编号:17722470
- 上传时间:2022-12-08
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:235.66KB
高考物理二轮复习第1部分专题整合突破专题1力与物体的平衡教案Word格式.docx
《高考物理二轮复习第1部分专题整合突破专题1力与物体的平衡教案Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高考物理二轮复习第1部分专题整合突破专题1力与物体的平衡教案Word格式.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
拉力F水平时,F=μmg①
拉力F与水平面成60°
角时,Fcos60°
=μ(mg-Fsin60°
)②
联立①②式解得μ=
.故选C.]
2.(物体的静态平衡)(2016·
Ⅲ卷T17)如图12所示,两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上;
一细线穿过两轻环,其两端各系一质量为m的小球.在a和b之间的细线上悬挂一小物块.平衡时,a、b间的距离恰好等于圆弧的半径.不计所有摩擦.小物块的质量为( )
图12
A.
B.
m
C.mD.2m
[题眼点拨] ①“细线穿过两轻环”,“不计所有摩擦”说明细绳上张力处处相等且等于mg;
②“平衡时,a、b间的距离恰好等于圆弧的半径”说明平衡时,利用对称性分析各力的方向.
C [如图所示,由于不计摩擦,线上张力处处相等,且轻环受细线的作用力的合力方向指向圆心.由于a、b间距等于圆弧半径,则∠aOb=60°
,进一步分析知,细线与aO、bO间的夹角皆为30°
.取悬挂的小物块研究,悬挂小物块的细线张角为120°
,由平衡条件知,小物块的质量与小球的质量相等,即为m.故选项C正确.]
3.(物体的动态平衡)(多选)(2017·
Ⅰ卷T21)如图13所示,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>
).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( )
图13
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
[题眼点拨] ①“缓慢拉起”说明重物处于动态平衡状态;
②“保持夹角α不变”说明OM与MN上的张力大小和方向均变化,但其合力不变.
AD [设重物的质量为m,绳OM中的张力为TOM,绳MN中的张力为TMN.开始时,TOM=mg,TMN=0.由于缓慢拉起,则重物一直处于平衡状态,两绳张力的合力与重物的重力mg等大、反向.
如图所示,已知角α不变,在绳MN缓慢拉起的过程中,角β逐渐增大,则角(α-β)逐渐减小,但角θ不变,在三角形中,利用正弦定理得:
=
,
(α-β)由钝角变为锐角,则TOM先增大后减小,选项D正确;
同理知
,在β由0变为
的过程中,TMN一直增大,选项A正确.]
在第3题中若柔软轻绳所能承受的拉力是有限的,那么最先发生断裂的轻绳和此时绳MN与竖直方向的夹角大小分别是( )
A.OM 90°
B.MN 90°
C.OM 60°
D.MN 60°
A [由第3题中的关系式:
可知,当α-β=90°
时,TOM最大,此时绳最容易发生断裂,绳MN与竖直方向的夹角为90°
.]
(2016·
Ⅱ卷T14)质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上.用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O,如图所示.用T表示绳OA段拉力的大小,在O点向左移动的过程中( )
A.F逐渐变大,T逐渐变大
B.F逐渐变大,T逐渐变小
C.F逐渐变小,T逐渐变大
D.F逐渐变小,T逐渐变小
A [以O点为研究对象,受力如图所示,当用水平向左的力缓慢拉动O点时,则绳OA与竖直方向的夹角变大,由共点力的平衡条件知F逐渐变大,T逐渐变大,选项A正确.]
■熟技巧·
类题通法…………………………………………………………………·
1.受力分析的技巧
(1)一般按照“一重、二弹、三摩擦,再其他外力”的程序;
(2)分析物体的受力情况时结合整体法与隔离法;
(3)平衡状态下结合平衡条件.
2.处理平衡问题的基本思路
3.解动态平衡问题的常用方法
(1)图解法:
①适用条件:
物体受到三个力的作用,其中一个力的大小、方向均不变,另一个力的方向不变.②使用方法:
画受力分析图,作出力的平行四边形或矢量三角形,依据某一参量的变化,分析各边变化,从而确定力的大小及方向的变化情况.
(2)解析法:
物体受到三个以上的力,且某一夹角发生变化.②使用方法:
对力进行正交分解,两个方向上分别列平衡方程,用三角函数表示出各个作用力与变化角之间的关系,从而判断各作用力的变化.
(3)相似三角形法:
受三个力(或相当于三个力)作用,两个力的方向发生变化,一个力大小和方向不变.②使用方法:
利用力三角形与几何三角形相似的比例关系求解.
■对考向·
高效速练·
考向1 物体的受力分析
1.(2017·
鸡西市模拟)如图14所示,穿在一根光滑的固定杆上的两个小球A、B连接在一条跨过定滑轮的细绳两端,杆与水平面成θ角,不计所有摩擦,当两球静止时,OA绳与杆的夹角为θ,OB绳沿竖直方向,则正确的说法是( )
【导学号:
19624000】
图14
A.A可能受到2个力的作用
B.B可能受到3个力的作用
C.绳子对A的拉力大于对B的拉力
D.A、B的质量之比为1∶tanθ
D [对A球受力分析可知,A受到重力,绳子的拉力以及杆对A球的弹力,三个力的合力为零,故A错误;
对B球受力分析可知,B受到重力,绳子的拉力,两个力合力为零,杆对B球没有弹力,否则B不能平衡,故B错误;
定滑轮不改变力的大小,则绳子对A的拉力等于对B的拉力,故C错误;
分别对A、B两球分析,运用合成法,如图:
根据共点力平衡条件,
得T=mBg
(根据正弦定理列式)
故mA∶mB=1∶tanθ,故D正确.]
考向2 物体的静态平衡
2.(多选)(2017·
揭阳市揭东一中检测)如图15所示,粗糙水平面上a、b、c、d四个相同小物块用四根完全相同的轻弹簧连接,正好组成一个等腰梯形,系统静止.ab之间、ac之间以及bd之间的弹簧长度相同且等于cd之间弹簧长度的一半,ab之间弹簧弹力大小为cd之间弹簧弹力大小的一半.若a受到的摩擦力大小为Ff,则( )
图15
A.ab之间的弹簧一定是压缩的
B.b受到的摩擦力大小为Ff
C.c受到的摩擦力大小为
Ff
D.d受到的摩擦力大小为2Ff
ABC [设每根弹簧的原长为L0,ab的形变量为Δx1,cd的形变量为Δx2,则有kΔx2=2kΔx1,若ab弹簧也是被拉长,则有:
L0+Δx2=2(L0+Δx1),解得L0=0,不符合题意,所以ab被压缩,A正确;
由于a受到的摩擦力大小为Ff,根据对称性可得,b受到的摩擦力大小为Ff,B正确;
以a和c为研究对象进行力的分析如图所示,
图中的θ为ac与cd之间的夹角,则cosθ=
,所以θ=60°
,则∠cab=120°
,a受到的摩擦力大小Ff=T;
对c根据力的合成可得Ffc=
Ff,所以C正确;
由于c受到的摩擦力大小为
Ff,根据对称性可知,d受到的摩擦力大小为
Ff,D错误.]
(2017·
Ⅲ卷T17)一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80cm的两点上,弹性绳的原长也为80cm.将一钩码挂在弹性绳的中点,平衡时弹性绳的总长度为100cm;
再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点,则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)( )
A.86cm B.92cm C.98cm D.104cm
B [以钩码为研究对象,受力如图所示,由胡克定律F=k(l-l0)=0.2k,由共点力的平衡条件和几何知识得F=
;
再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点,设弹性绳的总长度变为l′,由胡克定律得F′=k(l′-l0),由共点力的平衡条件F′=
,联立上面各式解得l′=92cm,选项B正确.]
考向3 物体的动态平衡
3.(多选)(2017·
潍坊市期中)如图16所示为内壁光滑的半球形凹槽,O为圆心,∠AOB=60°
,OA水平,小物块在与水平方向成45°
的斜向上的推力F作用下静止.现将推力F沿逆时针缓慢转到水平方向的过程中装置始终静止,则( )
19624001】
图16
A.M槽对小物块的支持力逐渐减小
B.M槽对小物块的支持力逐渐增大
C.推力F先减小后增大
D.推力F逐渐增大
BC [以小物块为研究对象,分析受力情况,如图所示,物块受到重力G、支持力FN和推力F三个力作用,根据平衡条件可知,FN与F的合力与G大小相等,方向相反,将推力F沿逆时针缓慢转到水平方向的过程中(F由位置1→3),根据作图可知,凹槽对小物块的支持力FN逐渐增大,推力F先减小后增大,当F与FN垂直时,F最小.故A、D错误,B、C正确.]
衡水市冀州中学检测)如图所示,有一质量不计的杆AO,长为R,可绕A自由转动.用绳在O点悬挂一个重为G的物体,另一根绳一端系在O点,另一端系在圆弧形墙壁上的C点.当点C由图示位置逐渐向上沿圆弧CB移动过程中(保持OA与地面夹角θ不变),OC绳所受拉力的大小变化情况是( )
A.逐渐减小 B.逐渐增大
C.先减小后增大D.先增大后减小
C [对G分析,G受力平衡,则拉力等于重力,故竖直绳的拉力不变;
再对O点分析,O受绳子的拉力、OA的支持力F1及OC的拉力F2而处于平衡;
受力分析如图所示;
将F1和F2合成,其合力与G大小相等,方向相反,则在OC上移的过程中,平行四边形的对角线保持不变,平行四边形发生图中所示变化,则由图可知OC的拉力先减小后增大,故图中D点时力最小;
故选C.]
考点2 电磁学中的平衡问题
(对应学生用书第3页)
感悟高考……………………………………………………………·
[考题统计] 五年4考:
2017年Ⅰ卷T16 2016年Ⅰ卷T24 2015年Ⅰ卷T24 2013年Ⅱ卷T18
1.电磁场中的平衡问题是指在电场力、安培力或洛伦兹力参与下的平衡问题.
2.解决电磁场中平衡问题的方法与力学平衡问题相同,只是要正确分析电场力、磁场力的大小及方向.
3.安培力方向的判断要先判断磁场方向、电流方向,再用左手定则,同时注意立体图转化为平面图.
4.电场力或安培力或洛伦兹力的出现,可能会对压力或摩擦力产生影响.
5.涉及电路问题时,要注意闭合电路欧姆定律的使用.
4.(电场中的平衡问题)(2013·
Ⅱ卷T18)如图17所示,在光滑绝缘水平面上,三个带电小球a、b和c分别位于边长为l的正三角形的三个顶点上;
a、b带正电,电荷量均为q,c带负电.整个系统置于方向水平的匀强电场中.已知静电力常量为k.若三个小球均处于静止状态,则匀强电场场强的大小为( )
图17
[题眼点拨] ①“光滑绝缘水平面”说明无摩擦力,重力与支持力平衡;
②“a、b带正电电量为q,c带负电”说明a、b两带电小球对c带电小球的合力为引力且沿角平分线方向;
③“三个小球处于静止状态”说明三带电小球受到的合外力为零.
B [以c球为研究对象,除受另外a、b两个小球的库仑力外还受匀强电场的静电力,如图所示,c球处于平衡状态,据共点力平衡条件可知F静=2k
cos30°
,F静=Eqc,解得E=
,选项B正确.]
在第4题中,若a、b固定,c带正电荷,则保持c处于静止状态时,所加匀强电场强的大小及方向怎样?
【解析】 若c带正电荷,a、b对c的作用力大小不变,方向与原题中方向相反,故所加匀强电场电场强度大小为
,方向平行于平面垂直ab连线向上.
【答案】
方向沿平面垂直ab连线向上
5.(电场、磁场中的平衡问题)(2017·
Ⅰ卷T16)如图18所示,空间某区域存在匀强电场和匀强磁场,电场方向竖直向上(与纸面平行),磁场方向垂直于纸面向里.三个带正电的微粒a、b、c电荷量相等,质量分别为ma、mb、mc.已知在该区域内,a在纸面内做匀速圆周运动,b在纸面内向右做匀速直线运动,c在纸面内向左做匀速直线运动.下列选项正确的是( )
图18
A.ma>
mb>
mcB.mb>
ma>
mc
C.mc>
mbD.mc>
ma
[题眼点拨] ①“a在纸面内做匀速圆周运动”说明a粒子所受电场力与重力等大反向;
②“b向右做匀速直线运动”“c向左做匀速直线运动”说明b、c所受洛伦兹力方向相反,且所受合力均为零.
B [设三个微粒的电荷量均为q,
a在纸面内做匀速圆周运动,说明洛伦兹力提供向心力,重力与电场力平衡,即
mag=qE①
b在纸面内向右做匀速直线运动,三力平衡,则
mbg=qE+qvB②
c在纸面内向左做匀速直线运动,三力平衡,则mcg+qvB=qE③
比较①②③式得:
mc,选项B正确.]
(2015·
Ⅰ卷T24)如图所示,一长为10cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中;
磁场的磁感应强度大小为0.1T,方向垂直于纸面向里;
弹簧上端固定,下端与金属棒绝缘.金属棒通过开关与一电动势为12V的电池相连,电路总电阻为2Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量为0.5cm;
闭合开关,系统重新平衡后,两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3cm.重力加速度大小取10m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向,并求出金属棒的质量.
【解析】 依题意,开关闭合后,电流方向从b到a,由左手定则可知,金属棒所受的安培力方向竖直向下.
开关断开时,两弹簧各自相对于其原长伸长了Δl1=0.5cm.由胡克定律和力的平衡条件得
2kΔl1=mg①
式中,m为金属棒的质量,k是弹簧的劲度系数,g是重力加速度的大小.
开关闭合后,金属棒所受安培力的大小为
F=IBL②
式中,I是回路电流,L是金属棒的长度.两弹簧各自再伸长Δl2=0.3cm,由胡克定律和力的平衡条件得
2k(Δl1+Δl2)=mg+F③
由欧姆定律有
E=IR④
式中,E是电池的电动势,R是电路总电阻.
联立①②③④式,并代入题给数据得
m=0.01kg.⑤
【答案】 安培力的方向竖直向下,金属棒的质量为0.01kg
6.(电磁感应中的平衡问题)(2016·
Ⅰ卷T24)如图19所示,两固定的绝缘斜面倾角均为θ,上沿相连.两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m和m;
用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平.右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上.已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g.已知金属棒ab匀速下滑.求:
图19
(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小;
(2)金属棒运动速度的大小.
19624002】
[题眼点拨] ①“两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上”说明轻导线拉力处处相等且与斜面平行;
②“右斜面上存在匀强磁场”说明只有金属棒ab受安培力的作用;
③“金属棒ab匀速下滑”说明ab棒切割磁感线产生电动势,且处于平衡状态.
【解析】
(1)设导线的张力的大小为T,右斜面对ab棒的支持力的大小为N1,作用在ab棒上的安培力的大小为F,左斜面对cd棒的支持力大小为N2.对于ab棒,由力的平衡条件得
2mgsinθ=μN1+T+F①
N1=2mgcosθ②
对于cd棒,同理有
mgsinθ+μN2=T③
N2=mgcos④
联立①②③④式得
F=mg(sinθ-3μcosθ).⑤
(2)由安培力公式得
F=BIL⑥
这里I是回路abdca中的感应电流.ab棒上的感应电动势为
E=BLv⑦
式中,v是ab棒下滑速度的大小.由欧姆定律得
I=
⑧
联立⑤⑥⑦⑧式得
v=(sinθ-3μcosθ)
.⑨
【答案】
(1)mg(sinθ-3μcosθ)
(2)(sinθ-3μcosθ)
处理电学中的平衡问题的方法技巧
1.与纯力学问题的分析方法一样,学会把电学问题力学化,分析方法是:
2.两点提醒
(1)电荷在电场中一定受电场力作用,电流或电荷在磁场中不一定受磁场力作用;
(2)分析电场力或洛伦兹力时,一定要注意带电体带正电荷还是负电荷.
考向1 电场中的平衡问题4.(多选)(2016·
嘉兴一中模拟)在水平板上有M、N两点,相距D=0.45m,用长L=0.45m的轻质绝缘细线分别悬挂有质量m=
×
10-2kg、电荷量q=3.0×
10-6C的小球(小球可视为点电荷,静电力常量k=9.0×
109N·
m2/C2),当两小球处于如图110所示的平衡状态时( )
图110
A.细线与竖直方向的夹角θ=30°
B.两小球间的距离为0.9m
C.细线上的拉力为0.2N
D.若两小球带等量异种电荷则细线与竖直方向的夹角θ=30°
ABC [对任意小球进行受力分析可以得到:
=mgtanθ,代入数据整理可以得到:
sinθ=
,即θ=30°
,故选项A正确;
两个小球之间的距离为:
r=D+2Lsinθ=0.9m,故选项B正确;
对任意小球受力平衡,则竖直方向:
Fcosθ=mg,代入数据整理可以得到:
F=0.2N,故选项C正确;
当两小球带等量异种电荷时,则:
=mgtanα,整理可知选项D错误.]
考向2 磁场中的平衡问题
5.(多选)(2016·
潍坊市期末)如图111所示,两根通电直导线用四根长度相等的绝缘细线悬挂于O、O′两点,已知O、O′连线水平,导线静止时绝缘细线与竖直方向的夹角均为θ,保持导线中的电流大小和方向不变,在导线所在空间加上匀强磁场后,绝缘细线与竖直方向的夹角均变小,则所加磁场的方向可能沿( )
19624003】
图111
A.z轴正向 B.z轴负向
C.y轴正向D.y轴负向
AB [由于导线静止时绝缘细线与竖直方向的夹角相等,则两根导线质量相等,通入的电流方向相反.若所加磁场方向沿z轴正向,由左手定则可知,两根导线可能分别受到指向中间的安培力,夹角变小,A对.若所加磁场方向沿z轴负向,同理夹角可能变小,B对.若所加磁场方向沿y轴正向,两根导线分别受到沿z轴正向和沿z轴负向的安培力,受到沿z轴正向安培力的导线的绝缘细线与竖直方向的夹角变大,受到沿z轴负向安培力的导线的绝缘细线与竖直方向的夹角变小,C错.同理可知D错.]
枣庄模拟)如图所示,PQ、MN是放置在水平面内的光滑导轨,GH是长度为L、电阻为r的导体棒,其中点与一端固定的轻弹簧连接,轻弹簧的劲度系数为k.导体棒处在方向向下、磁感应强度为B的匀强磁场中.图中直流电源的电动势为E,内阻不计,电容器的电容为C.闭合开关,待电路稳定后,则有( )
A.导体棒中电流为
B.轻弹簧的长度增加
C.轻弹簧的长度减少
D.电容器带电量为
CR2
C [导体棒中的电流为:
,故A错误;
由左手定则知导体棒受的安培力向左,则弹簧长度减少,由平衡条件:
BIL=kΔx,代入I得:
Δx=
,故B错误,C正确;
电容器上的电压等于导体棒两端的电压,Q=CU=C·
·
r,故D错误.]
考向3 电磁感应中的平衡问题
6.(多选)两根相距为L的足够长的金属直角导轨如图112所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面.质量均为m的金属细杆ab、cd与导轨垂直,接触良好,形成闭合回路,杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ,导轨电阻不计,回路总电阻为2R,整个装置处于磁感应强度大小为B,方向竖直向上的匀强磁场中.当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下以速度v1沿导轨匀速运动时,cd杆也正好以速率v2向下匀速运动,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )
19624004】
图112
A.cd杆所受摩擦力为零
B.ab杆所受拉力F的大小为μmg+
C.回路中的电流为
D.μ与v1大小的关系为μ=
BD [金属细杆切割磁感线时产生沿abdc方向的感应电流,大小为:
,金属细杆ab受到水平向左的安培力,由受力平衡得:
BIL+μmg=F,金属细杆cd运动时,受到的摩擦力和重力平衡,有:
μBIL=mg,联立以上各式解得:
F=μmg+
,μ=
,故A、C错误,B、D正确.]
热点模型解读|力学中的斜面体模型
(对应学生用书第5页)
考题
2016·
Ⅰ卷T24
2015·
Ⅰ卷T20
2013·
Ⅱ卷T15
模型展示
电磁感应中的平衡问题
受力分析与牛顿第二定律综合
平衡中的临界问题
模型解读
该模型中要抓住ab棒、cd棒的受力特点,充分利用跨过滑轮的细导线拉力相等的特点
物块运动与图象结合,将vt图象的信息与物块的受力及运动相结合,分段求解
物体静止在斜面上,因摩擦力大小可以变化,往往存在最大静摩擦力而出现极值问题
[典例] (2016·
云南重点中学三联)如图113所示,固定的倾角θ=37°
的斜坡C上放有一个长方体木块A,它恰好能静止在斜坡上.现把一正方体铁块B放在木块上,已知铁块与木块间的动摩擦因数为0.5,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.则下列说法正确的是( )
图113
A.铁块能静止在木块上
B.铁块会匀速下滑
C.木块仍然能够静止
D.木块会加速下滑
[解题指导] 本题属于斜面上物体运动状态的判断问题,铁块能否静止,看mBgsinθ与μ2mBgcosθ的大小关系,木块能否静止,看mAgsinθ
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高考 物理 二轮 复习 部分 专题 整合 突破 物体 平衡 教案
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)