高三物理复习学案.docx
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高三物理复习学案
相互作用共点力平衡
一.考纲点击
1.滑动摩擦力、动摩擦因数、静摩擦因数力(Ⅰ)
2.形变、弹性、胡克定律(Ⅰ)
3.矢量和标量(Ⅰ)
4.力的合成与分解(Ⅱ)
5.共点力的平衡(Ⅱ)
实验二:
探究弹力和弹簧伸长的关系
实验三:
验证力的平行四边形定则
二.知识体系
力的概念、力的三要素、力的图示及示意图
力的效果
三.夯实基础要点突破
1.力
(1)定义:
力是_______________________________________________
(2)力的性质
①物质性:
力不能离开物体而单独存在,即一个力一定对应受力物体和施力物体两个物体。
相互性:
力的作用是相互的(牛顿第三定律),施力物体同时是_____________________。
矢量性:
力既有大小又有方向,满足_________________________。
独立性:
每个力都有各自的效果,都能产生加速度,但物体的运动状态由合力(合加速度)决定。
例:
(3)力的效果:
_____________________,_____________________。
2.重力
(1)产生原因:
由于地球对物体的吸引而产生的。
(2)大小:
_____________________
①地球对物体的吸引力是万有引力。
而重力是地球对物体万有引力的一个分力,另一分力提供物体随地球转动所需要的向心力,即
。
(
为纬度角),
↑
↓mg↑
赤道位置
时,
两极附近
时,
当忽略自转影响时,
(3)方向:
_____________________,赤道、两极附近,重力方向指向球心。
(4)重心:
是物体各部分所受重力等效的作用点。
①重心不一定在物体上。
②与物体的几何形状及质量分布有关。
形状规则的均质物体的重心在其几何中心上。
③确定重心的方法:
悬挂法,对称法。
3.弹力
(1)产生原因:
发生弹性形变的物体有恢复原状的趋势。
(2)产生条件:
____________________,____________________。
(3)弹力的方向:
与物体形变方向相反。
①支持面的弹力方向:
与接触面垂直,分别指向被支持被压物体。
例1.如图1所示,若球体静止,画出各球体所受到的弹力
图1
绳的拉力的方向:
_______________________________________。
杆的弹力方向:
不一定沿杆方向,若轻杆只有两个端点受力,则轻杆两端对物体的弹力方向一定沿杆。
否则根据平衡或牛顿运动定律分析。
图2
例2.如图2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,下列关于杆对球的弹力F的判断中,正确的是( )
A.小车静止时,F=mgcosθ,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=mg/sinθ
D.小车向右以加速度a运动时,F=,
方向斜向右上方,与竖直方向夹角满足tanα=
(4)弹力的大小
①没有明显形变的物体,其弹力大小由受力情况及运动情况共同决定,解题时可用平衡条件,牛顿第二定律,动能定理求解。
例3.如图3所示,电灯的重力
,
绳与顶板间的夹角为
绳水平,则
绳所受的拉力F1是多少?
绳所受的拉力F2是多少?
图3
图4
例4.如图4所示,ABC是光滑轨道,其中AB是水平的,BC是与AB相切的位于竖直平面内的半圆轨道,半径R=0.4m。
质量m=0.5kg的小球以一定的速度从水平轨道冲向半圆轨道,经最高点C水平飞出,落在AB轨道上,距B点的距离s=1.6m。
g取10m/s2,求:
(1)小球经过C点时的速度大小;
(2)小球经过C点时对轨道的压力大小;
②有明显形变的弹簧、橡皮条等物体,其弹力大小由胡克定律计算
弹性限度内F=K
K为劲度系数,由弹簧本身性质决定,与弹簧弹力及型变量无关。
轻质弹簧中弹力大小处处相等。
轻质弹簧弹力大小看弹簧一端受力情况。
解弹簧类问题时注意原长位置、平衡位置的分析
图5
例5.如图5所示,两木块的质量分别为m1和m2,两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2,上面的木块压在上面的弹簧上,整个系统处于平衡状态。
现缓慢向上提上面的木块,直到它刚离开上面的弹簧。
在这过程中上、下木块移动的距离分别是多少?
4.摩擦力
(1)定义:
当一物体在另一物体表面上有______________或______________时,受到另一物体阻碍它_____________或______________的力叫摩擦力。
(2)产生原因
①②③
(3)滑动摩擦力
①方向:
a.“相对”指产生摩擦力的两物体而言。
b.可以与运动方向相同(动力),可以与运动方向相反(阻力),但一定与相对运动方向相反。
②大小:
a.f与接触面积无关。
b.
为动摩擦因数,由接触面性质决定。
c.N为正压力,可求支持力,N与垂直接触面的力及物体运动情况有关。
图6
例6.如图6所示,物块M在静止的传送带上以速度v匀速下滑时,传送带突然启动,方向如图中箭头所示,若传送带的速度大小也为v,则传送带启动后( )
A.M静止在传送带上
B.M可能沿斜面向上运动
C.M受到的摩擦力不变
D.M下滑的速度不变
图7
例7.如图7所示,在倾角θ=30°的粗糙斜面上放一物体,重力为G,现在用与斜面底边平行的力F=G/2推物体,物体恰能在斜面上斜向下匀速直线运动,则物体与斜面之间的动摩擦因数是多少?
(4)静摩擦力
①方向:
a.可产生于静止物体间,也可产生于运动物体间,但这两物体必须是相对静止。
b.可以为动力,也可以为阻力。
例8.如图8所示,指明物体A在以下四种情况下所受的静摩擦力的方向.
(1)物体A静止于斜面上,如图甲所示.
(2)物体A受到水平拉力F作用而仍静止在水平面上,如图乙所示.
(3)物体A放在车上,在刹车过程中A相对于车厢静止,如图丙所示.
(4)物体A在水平转台上,随转台一起匀速转动,如图丁所示.
图8
例9.如图9所示用一水平力F将两铁块A和B紧压在竖直墙上而静止,如图所示,对此,下列说法中正确的是()
A.铁块B受A给它的摩擦力方向可能向上,也可能向下
B.铁块B肯定受墙给它的竖直向上的摩擦力
图9
C.铁块A肯定对B施加竖直向上的摩擦力
D.B受墙的摩擦力方向可能向上,也可能向下
②大小:
静摩擦力f的大小是在0与最大静摩擦力fmax之间的某个值,即0<f≤fmax。
a.
=
b.静摩擦力跟产生相对运动趋势的外力有关,故具有大小方向可变的特点。
通常根据二力平衡及牛顿运动定律判断静摩擦力的大小。
图10
例10.如图10中甲所示,A、B两物体叠放在光滑水平面上,对B物体施加一水平变力F,F-t关系图象如图乙所示.两物体在变力F作用下由静止开始运动,且始终相对静止,则()
A.t时刻,两物体之间的摩擦力最大
B.t时刻,两物体的速度方向开始改变
C.t~2t时间内,两物体之间的摩擦力逐渐增大
D.0~2t时间内,物体A所受的摩擦力方向始终与变力F的方向相同
例11.如图11所示,重80N的物体A放在倾角为30°的粗糙斜面上,有一根原长为10cm,劲度系数为1000N/m的弹簧,其一端固定在斜面底端,另一端放置物体A后,弹簧长度缩短为8cm,现用一测力计沿斜面向上拉物体,若滑块与斜面间最大静摩擦力为25N,当弹簧的长度仍为8cm时,
图11
测力计读数可能为()
A.10NB.20N
C.40ND.60N
5.受力分析
(1)明确研究对象,是一个物体还是多个物体组成的整体。
(2)按顺序分析:
已知力、场力、弹力、摩擦力。
(3)不分析效果力,如向心力、回复力。
(4)不分析合力与分力。
例12.如图12所示,在倾斜的天花板上用力F压住一木块,使它处于静止状态,则关于木块的受力情况,下列说法正确的是()
图12
A.可能只受三个力的作用
B.可能只受两个力的作用
C.必定受四个力的作用
D.以上说法都不对
图13
例13.如图13所示,小车M在恒力作用下,沿水平地面做直线运动,由此可判定()
A.若地面光滑,则小车一定受三个力作用
B.若地面粗糙,则小车可能受三个力作用
C.若小车做匀速运动,则小车一定受三个力作用
D.若小车做加速运动,则小车可能受三个力作用
6.力的合成与分解
(1)力的合成
①定义:
如果一个力______________跟几个力共同作用的效果相同,这一个力叫那几个力的_____,那几个力叫这个力的_______。
合力与分力是力效果上的一种等效替代关系。
②力的合成:
求几个力的合力的过程。
③平行四边形定则:
求互成角度的两共点力F
、F
的合力,可以用表示F
、F
的有向线段为_______作平行四边形,这两个邻边之间所夹得对角线就表示合力的_______和_______。
F
=
a.
为F
与F
的夹角
b.当
=0
时,F
=
当
=90
时,F
=
当
=180
时,F
=
c.取值范围:
F
+F
图14
④三角形定则:
可把互成角度的共点力F
、F
的线段首尾顺次连接,再把F
、F
的另外两端连接起来,则此线段就表示合力的大小和方向。
例14.有两个互成角度的共点力,夹角为θ,它们的合力的大小随θ的变化关系如图所示。
那么,这两个力的大小分别是()
A.3N、4N
B.2N、5N
C.1N、6N
D.3.5N、3.5N
(2)力的分解:
求一个力的分力的过程
①按定解条件分解
a.已知合力和两分力F
、F
的方向,求F
、F
大小(唯一解)
b.已知合力和一个分力F
的大小、方向,求F
(唯一解)
c.已知合力和两分力F
、F
的大小,求F
、F
方向
一组解或两组解
d.已知合力F,一个分力F
方向,另一分力F
大小,求F
大小,F
方向
当F
=Fsin
一组解
当F>F
>Fsin
两组解
当F
F一组解
图15
例15.如图15所示,用轻绳把一个小球悬挂在O点,用力拉小球使悬线偏离竖直方300,小球处于平衡,力F与竖直方向成θ角,如图,要使F取最小值,角θ应为()
A.300
B.600
C.900
D.00
②按效果分解
图16
例16.如图16所示,球质量为m,放在倾角为
的斜面上静止,各接触面光滑,求球对挡板和斜面的压力。
③正交分解:
把各力沿互相垂直的方向分解
例题16若要用正交分解法也可以
7.共点力平衡
(1)共点力:
物体同时受几个力的作用,如果这几个力都作用于物体的或者它们的作用线交于,这几个力叫共点力。
(2)平衡状态:
一个物体在共点力作用下,如果保持或运动,则该物体处于平衡状态。
(3)平衡条件:
物体所受合外力.其数学表达式为:
F合=或Fx合=Fy合=,其中Fx合为物体在x轴方向上所受的合外力,Fy合为物体在y轴方向上所受的合外力。
(4)平衡条件的推论
①物体在多个共点力作用下处于平衡状态,则其中的一个力与余下的力的合力等大反向.
②物体在同一平面内的三个互不平行的力的作用下处于平衡状态时,这三个力必为共点力。
③物体在三个共点力作用下处于平衡状态时,这三个力的有向线段必构成封闭三角形,即表示这三个力的矢量首尾相接,恰能组成一个封闭三角形。
(5)力的平衡:
作用在物体上的几个力的合力为零,这种情形叫做;若物体受到两个力的作用处于平衡状态,则这两个力;若物体受到三个力的作用处于平衡状态,则其中任意两个力的合力与第三个力。
(6)方法
①正交分解法
a.三力以上b.力尽可能在xy轴上c.尽可能分解已知力
d.
例17.如图17所示质量为m的木块放在倾角为θ的斜面上时,恰好能匀速下滑。
现用水平力F推动木块,如图所示,使木块恰好沿斜面向上做匀速运动。
若斜面始终保持静止,求水平推力F的大小。
图17
②整体法、隔离法
整体法:
两个以上的物体可看成一个整体。
研究外力对物体系统的作用。
隔离法:
分析系统内各物体(各部分)间相互作用。
多个物体以上求外力考虑用整体法,求内力考虑用隔离法。
图18
例18.如图18所示,位于水平桌面上的物块P质量为2m,由跨过定滑轮的轻绳与质量为m的物块Q相连,从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的。
已知Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦因数都是
,滑轮的质量、滑轮轴上的摩擦都不计。
若用一水平向右的力F拉Q使它做匀速运动,则F的大小为( )
A.
B.
C.
D.
图19
例19.如图19所示,粗糙的水平地面上有一斜劈,斜劈上一物块正在沿斜面以速度v0匀速下滑,斜劈保持静止,则地面对斜劈的摩擦力()
A.等于零
B.不为零,方向向右
C.不为零,方向向左
D.不为零,v0较大时方向向左,v0较小时方向向右
③相似法
图20
例20.如图20所示,轻绳的A端绕过固定在天花板上的小滑轮,握在站在地上的人手中,B端系一重为G的小球,小球靠在固定的光滑半球的侧面上,人将小球缓缓沿球面从D拉至顶点C的过程中,下列判断正确的是()
①人的拉力逐渐变大
②球面对球的支持力逐渐变小
③人的拉力逐渐变小
④球面对球的支持力大小不变
A.①②B.③④
C.①④D.②③
④动态平衡问题
a.图解法:
本方法所适用的基本上都是“三力平衡”问题,且物体所受的三力中,有一个恒力,还有一个是方向不变仅大小变的力,另一个则是大小和方向都变的力.否则,用图解法分析不一定简便。
图21
例21.如图21所示,把球夹在竖直墙AC和木板BC之间,不计摩擦,球对墙的压力为FN1,球对板的压力为FN2.在将板BC逐渐放至水平的过程中,下列说法中,正确的是()
A.FN1和FN2都增大
B.FN1和FN2都减小
C.FN1增大,FN2减小
D.FN1减小,FN2增大
b.平衡方程式法:
平衡方程式法适用于三力以上力的平衡,且有一个恒力,通过它能够建立恒定不变的方程式。
根据其中一个力的变化情况,求出另一个力的变化情况。
图22
例22.如图22所示人站在岸上通过定滑轮用绳牵引低处的小船,若水的阻力不变,则船在匀速靠岸的过程中,下列说法中正确的是()
A绳的拉力不断增大
B绳的拉力保持不变
C船受到的浮力保持不变
D船受到的浮力不断减小
⑤绳断问题及极值问题
例23.如图23所示,绳AO能承受的最大张力为150牛顿,绳BO能承受的最大张力为100牛顿,绳CO的强度能吊起足够重的重物.α=60°,β=30°,求此装置能悬挂的最大重物是多少牛顿?
图23
这类涉及最值的问题,用极端假设的方法来分析能够简化解题过程.
例24.如图24所示,在水平面上放有一质量为m、与地面的动动摩擦因数为μ的物体,现用力F拉物体,使其沿地面匀速运动,求F的最小值及方向.
图24
8.实验二:
探究弹力和弹簧伸长的关系
(1)实验目的
①探究弹力与弹簧______的定量关系
②学会利用列表法、图像法、函数处理法处理实验数据
(2)实验原理:
弹簧受力会发生形变,形变大小与______有关系.沿弹簧方向拉弹簧,当形变稳定时,弹簧弹力与拉力在数值上______.用悬挂法测量弹簧的弹力,正是应用了平衡时弹簧弹力与所挂钩码重力相等的关系.弹簧长度可用_______直接测出,伸长量可由___________减去弹簧原长得到,这样就可以研究弹簧的弹力和伸长量之间的定量关系.
图25
(3)实验器材:
弹簧、____________、铁架台、钩码若干、坐标纸.
(4)实验步骤
①将弹簧的一端固定在铁架台上,让其自然下垂,用刻度尺测出弹簧的自然伸长状态下的长度lo,即弹簧原长.
②如图25所示,在弹簧下挂质量为m1的钩码,量出此时弹簧的长度l1,记录m1和l1,填入设计的表格中.
③改变所挂钩码的质量,量出对应的弹簧的长度,记录m2、m3、m4、m5和相对应的l2、l3、l4,l5,并得出每次弹簧的伸长量x1、x2、x3、x4和x5.
钩码个数
长度
伸长量
弹力F
0
lo=
0
0
1
l1=
x1=l1-lo
F1=
2
l2=
x2=l2-lo
F2=
3
l3=
x3=l3-lo
F3=
……
……
……
……
④以弹力F(大小等于所挂钩码的重力)为纵坐标,以弹簧的伸长量x为横坐标,用描点法作图,连接各点,得出弹力F随弹簧伸长量x变化的图线.
⑤以弹簧的伸长量为自变量,写出曲线所代表的函数,首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数.
⑥得出弹力和弹簧伸长之间的定量关系,解释函数表达式中常数的物理意义.
(5)注意事项
(1)所挂钩码不要过重,以免弹簧被过分拉伸,超出它的弹性限度.要注意观察,适可而止.
(2)每次所挂钩码的质量差尽量大些,从而使坐标上描的点尽可能距离远些,这样作出的图像更精确.
(3)测量弹簧长度时,一定要在弹簧竖直悬挂且处于平衡状态时测量,减小误差.
(4)描点画线时,所描的点不一定都落在一条线上,但应注意一定要使各点均匀分布在曲线的两侧.
(5)记录数据时要注意弹力与弹簧伸长量的对应关系及单位.
9.实验三:
验证力的平行四边形定则
(1)实验目的
验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则。
(2)实验原理
一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到同一点,所以力F′就是这两个力F1和F2的合力,作出力F′的图示.再根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示,比较F和F′的大小和方向是否相同,若相同,则说明互成角度两个力合成时遵循平行四边形定则。
(3)实验器材
方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔。
(4)实验步骤
①用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上。
并用图钉把橡皮条的一端固定在A点,橡皮条的另一端拴上两个细
绳套。
②用两只弹簧测力计分别钩住细绳套,互成角度地拉像皮条,使橡皮条伸长到某一位置O,如图1所示,记录两弹簧测力计的读数,用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向。
③只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O,记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向。
④用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示,并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形,过O点画平行四边形的对角线,此对角线即为合力F的图示。
⑤用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计的拉力F′的图示.
⑥比较一下,力F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向是否相同。
(白纸钉在木板处,两秤同拉有角度,读数画线选标度,再用一秤拉同处,作出力的矢量图.)
(5)注意事项
①不要直接以橡皮条端点为结点,可拴一短细绳连两细绳套,以三绳交点为结点,应使结点小些,以便准确地记录结点O的位置。
②使用弹簧秤前,应先调节零刻度,将两弹簧测力计互相勾着水平拉伸,选择两只读数相同的使用使用时不超过量程,拉弹簧秤时,应使弹簧秤与木板平行。
③在同一次实验中,橡皮条伸长时的结点位置要相同。
④被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致,拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦。
⑤读数时应正对、平视刻度。
⑥两拉力F1和F2夹角不宜过小,作力的图示,标度要一致。
四.考点精练
1.如图所示,物体A靠在竖直墙面上,在竖直推力F的作用下,物体A、B均保持静止。
则物体A的受力个数为()
A.2B.3
C.4D.5
2.如图所示,重量为G的物体A在大小为F的水平向左恒力作用下,静止在倾角为α的光滑斜面上。
下列关于物体对斜面压力N大小的表达式,不正确的是()
A.
B.
C.
D.
3.如图所示,竖直绝缘墙壁上的Q处有一固定的质点A,在Q的正上方的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,由于缓慢漏电使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()
Q
A.保持不变
B.先变大后变小
C.逐渐减小
D.逐渐增大
m2
4.如图所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,碗的内表面及碗口是光滑的.一根细线跨在碗口上,线的两端分别细有质量为m1和m2的小球,当它们处于平衡状态时,质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为α=600.两小球的质量比为()
A.
B.
C.
D.
m
5.如图所示,人的质量为M,物块的质量为m,且M>m,若不计绳与滑轮的摩擦,则当人拉着绳向右跨出一步后,人和物仍保持静止,则下列说法中正确的是()
A.地面对人的摩擦力减小
B.地面对人的摩擦力增大
C.人对地面的作用力不变
D.人对地面的作用力减小
6.如图所示,一个质量为3.0kg的物体,放在倾角为θ=300的斜面上静止不动,若用竖直向上的力F=5.0N提物体,物体仍静止,下述结论正确的是()
A.物体受到的摩擦力减小2.5N
B.物体对斜面的作用力减小4.0N
C.斜面受到的压力减小5.0N
D.物体受到的合外力减小5.0N
7.三段不可伸长的细绳OA、OB、OC能承受的最大拉力相同,它们共同悬挂一重物,如图所示,其中OB是水平的,A端、B端固定,若逐渐增加C端所挂物体的质量,则最先断的绳()
A.必定是OA B.必定是OB
C.必定是OC D.可能是OB,也可能是OC
8.如图所示,A、B两木块放在水平面上,它们之间用细线相连,两次连接情况中细线倾斜方向不同但与水平方向的倾角相同,两木块与水平面间的动摩擦因数相同,先后用水平力F1和F2拉着A、B一起匀速运动,则()
A.F1≠F2,T1<T2
B.F1=F2,T1<T2
C.F1≠F2,T1>T2
D.F1=F2,T1>T2
9.如图所示,斜劈ABC放在粗糙的水平地面上,在斜劈上放一重为G的物块,物块静止在斜劈上,今用一竖直向下的力F作用于物块上,下列说法正确的是()
F
A.斜劈对物块的弹力增大
B.物块所受的合力不变
C.物块受到的摩擦力增大
D.当力F增大到一定程度时,物体会运动
10.把一重为G的物体,用一水平推力F=kt(k为恒量,t为时间)压在竖直的足够高的平整墙上。
那么在下图中,能正确反映从t=0开始物体所受摩擦力Ff随t变化关系的图象是()
11.在研究弹簧的形变与外力的关系的实验中,将弹簧水平放置测出其自然长度,然后竖直悬挂让其自然下垂,在其下端竖直向下施加外力F,实验过程是在弹簧的弹性限度内进行的.用记录的外力F与弹簧的形变量x作出的F-x图线如图所示,由图可知弹簧的劲度系数为________,图线不
过原点的原因是由于__________。
12.某同学做“验证力的平行四边形定则”实验中,主要步骤是:
A.在桌上放一块方木板,在方木板上铺
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