2018年高考物理二轮复习专题01力与物体的平衡教学案.doc

专题01 力与物体的平衡 ‎1.必须牢记的概念、公式、定律 ‎(1)质点、位移、速度、加速度的概念．‎ ‎(2)匀变速直线运动的位移、速度公式及推论．‎ ‎(3)牛顿运动定律、万有引力定律等．‎ ‎2．必须掌握的三类问题 ‎(1)圆周运动问题．‎ ‎(2)平抛运动问题．‎ ‎(3)卫星运行及其变轨问题．‎ ‎3．必须明确的五个易错易混点 ‎(1)vt图象、xt图象都表示直线运动规律．‎ ‎(2)静摩擦力与滑动摩擦力方向的判定及大小的计算方法．‎ ‎(3)运动的合成与分解和力的合成与分解．‎ ‎(4)在竖直面内的圆周运动中绳模型与杆模型在最高点时的临界条件．‎ ‎(5)双星系统的轨道半径与天体间距离的区别.‎ 一、整体法和隔离法在平衡问题中的应用 ‎1．平衡状态 物体处于静止或匀速直线运动的状态．‎ ‎2．平衡条件 F合＝0或.‎ ‎3．利用整体、隔离思维法对物体受力分析 27‎ ‎4.注意问题 ‎(1)在受力分析时一定要恰当的选取研究对象，运用整体思维法和隔离思维法时一定要区分好内力和外力．‎ ‎(2)解决问题时通常需要交叉应用隔离、整体思维法．‎ ‎(3)对两个以上的物体叠加组成的整体进行受力分析时，一般先采用整体思维法后用隔离思维法，即“先整体，后隔离”．‎ 二、共点力作用下的动态平衡问题 ‎1．动态平衡 物体在缓慢移动过程中，可认为其速度、加速度均为零，物体处于平衡状态．‎ ‎2．共点力平衡的重要推论 ‎(1)三个或三个以上的共点力平衡，某一个力(或其中某几个力的合力)与其余力的合力等大反向．‎ ‎(2)同一平面上的三个不平行的力平衡，这三个力必为共点力，且表示这三个力的有向线段可以组成一个封闭的矢量三角形．‎ ‎3.妙解动态平衡问题的两种典型方法：‎ 三、复合场中的平衡问题 ‎1．六种常见力 力 大小 方向 27‎ 重力 G＝mg 总是竖直向下 弹力 一般由力的平衡条件或牛顿运动定律求解；弹簧的弹力：F＝kx 与引起形变的力的方向相反 摩擦力 静摩擦力0b的铝条，磁铁仍以速度v进入铝条间，试简要分析说明磁铁在铝条间运动时的加速度和速度如何变化．‎ ‎【答案】(1)　(2)　(3)略 ‎【解析】 (1)磁铁在铝条间运动时，两根铝条受到的安培力大小相等，均为F安，有 F安＝IdB　①‎ 磁铁受到沿斜面向上的作用力为F，其大小 F＝‎2F安　②‎ 磁铁匀速运动时受力平衡，则有 F－mgsin θ＝0　 ③‎ 联立①②③式可得I＝　　④‎ 27‎ ‎ ‎ ‎(3)磁铁以速度v进入铝条间，恰好做匀速运动时，磁铁受到沿斜面向上的作用力F，联立①②⑤⑥⑦式可得F＝　⑨‎ 当铝条的宽度b′>b时，磁铁以速度v进入铝条间时，磁铁受到的作用力变为F′，有 F′＝　⑩‎ 可见F′>F＝mgsin θ，磁铁所受到的合力方向沿斜面向上，获得与运动方向相反的加速度，磁铁将减速下滑，此时加速度最大．之后，随着运动速度减小，F′也随着减小，磁铁所受的合力也减小，由于磁铁加速度与所受到的合力成正比，磁铁的加速度逐渐减小．综上所述，磁铁做加速度逐渐减小的减速运动，直到F′＝mgsin θ时，磁铁重新达到平衡状态，将再次以较小的速度匀速下滑．‎ ‎1、(2015·高考全国卷Ⅰ)如图所示，一长为‎10 cm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0.1 T，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12 V的电池相连，电路总电阻为2 Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量为‎0.5 cm；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‎0.3 cm.重力加速度的大小取‎10 m/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．‎ 27‎ ‎2．(2015·山东理综)如图所示，滑块A置于水平地面上，滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直)，此时A恰好不滑动，B刚好不下滑．已知A与B间的动摩擦因数为μ1，A与地面间的动摩擦因数为μ2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．A与B的质量之比为(　　)‎ A. B. C. D. 答案：B 解析：滑块B刚好不下滑，根据平衡条件得mBg＝μ‎1F；滑块A恰好不滑动，则滑动A与地面之间的摩擦力等于最大静摩擦力，把A、B看成一个整体，根据平衡条件得F＝μ2(mA＋mB)g，解得＝.选项B正确．‎ ‎2.(2014·浙江理综)如图所示，水平地面上固定一个光滑绝缘斜面，斜面与水平面的夹角为θ.一根轻质绝缘细线的一端固定在斜面顶端，另一端系有一个带电小球A，细线与斜面平行．小球A的质量为m、电量为q.小球A的右侧固定放置带等量同种电荷的小球B，两球心的高度相同、间距为d.静电力常量为k，重力加速度为g，两带电小球可视为点电荷．小球A静止在斜面上，则(　　)‎ A．小球A与B之间库仑力的大小为 27‎ B．当＝时，细线上的拉力为0‎ C．当＝时，细线上的拉力为0‎ D．当＝时，斜面对小球A的支持力为0‎ 答案：AC ‎3．(2014·山东理综)如图所示，用两根等长轻绳将木板悬挂在竖直木桩上等高的两点，制成一简易秋千．某次维修时将两轻绳各剪去一小段，但仍保持等长且悬挂点不变．木板静止时，F1表示木板所受合力的大小，F2表示单根轻绳对木板拉力的大小，则维修后(　　)‎ A．F1不变，F2变大 B．F1不变，F2变小 C．F1变大，F2变大 D．F1变小， F2变小 27‎ 答案：A ‎4．(2013·重庆理综)如图所示，某人静躺在椅子上，椅子的靠背与水平面之间有固定倾斜角θ.若此人所受重力为G，则椅子各部分对他的作用力的合力大小为(　　)‎ A．G B．Gsin θ C．Gcos θ D．Gtan θ 答案：A 解析：人躺在椅子上受椅子两个面的支持力和重力作用，三力平衡，则椅子各部分对人的作用力的合力大小等于重力，A项正确．‎ ‎1．如图所示，P、Q为两个固定的滑轮，A、B、C三个物体用不可伸长的轻绳(不计轻绳与滑轮间的摩擦)跨过P、Q相连于O点，初始时O、P间轻绳与水平方向夹角为60°，O、Q间轻绳水平，A、B、C三个物体恰好能保持静止．已知B物体的重力大小为G.若在O点施加一外力F，缓慢移动O点到使O、P间轻绳水平，O、Q间轻绳处于与水平方向夹角为60°的位置，则此时施加在O点的外力F大小为(　　)‎ A．G　　　　 　B.G C.G D．‎‎2G 27‎ ‎2．如图所示，质量均为M的A、B两滑块放在粗糙水平面上，两轻杆等长，杆与滑块、杆与杆间均用光滑铰链连接，在两杆铰合处悬挂一质量为m的重物C，整个装置处于静止状态，设杆与水平面间的夹角为θ.下列说法正确的是(　　)‎ A．当m一定时，θ越大，轻杆受力越小 B．当m一定时，θ越小，滑块对地面的压力越大 C．当θ一定时，M越大，滑块与地面间的摩擦力越大 D．当θ一定时，M越小，可悬挂重物C的质量m越大 解析：选A.将C的重力按照作用效果分解，如图所示：‎ 根据平行四边形定则，‎ 有：F1＝F2＝＝ 故m一定时，θ越大，轻杆受力越小，A正确；对ABC整体分析可知，对地压力为FN＝(‎2M＋m)g，与θ无关，B错误；对A分析，受重力、杆的推力、支持力和向右的静摩擦力，根据平衡条件，有：Ff＝F1cos θ＝‎ 27‎ ，与M无关，C错误；只要动摩擦因数足够大，即可满足F1cos θ≤μF1sin θ，不管M多大，M都不会滑动，D错误．‎ ‎3．如图所示，在竖直墙壁的A点处有一根水平轻杆a，杆的左端有一个轻滑轮O.一根细线上端固定在该天花板的B点处，细线跨过滑轮O，下端系一个重为G的物体，开始时BO段细线与天花板的夹角为θ＝30°.系统保持静止，当轻杆a缓慢向下移动的过程中，不计一切摩擦．下列说法中正确的是(　　)‎ A．细线BO对天花板的拉力不变 B．a杆对滑轮的作用力逐渐减小 C．a杆对滑轮的作用力的方向沿杆水平向右 D．墙壁对a杆的作用力不变 ‎4、如图所示，一小球在斜面上处于静止状态，不考虑一切摩擦，如果把竖直挡板由竖直位置绕O点缓慢转至水平位置，则此过程中球对挡板的压力F1和球对斜面的压力F2的变化情况是(　　)‎ A．F1先增大后减小，F2一直减小 B．F1先减小后增大，F2一直减小 C．F1和F2都一直在增大 D．F1和F2都一直在减小 27‎ 答案　B ‎5、一铁架台放在水平地面上，其上用轻质细线悬挂一小球，开始时细线竖直．现将水平力F作用于小球上，使其缓慢地由实线位置运动到虚线位置，铁架台始终保持静止．则在这一过程中(　　)‎ A．水平拉力F变小 B．细线的拉力不变 C．铁架台对地面的压力变大 D．铁架台所受地面的摩擦力变大 解析　对小球受力分析，受拉力、重力、F，根据平衡条件，有：‎ F＝mgtan θ，θ逐渐增大则F逐渐增大，故A错误；由图可知，细线的拉力T＝，θ增大，T增大，故B错误；以整体为研究对象，根据平衡条件得Ff＝F，则Ff逐渐增大．FN＝(M＋m)g，FN保持不变．故C错误，D正确．‎ 答案　D ‎6、如图所示，质量均可忽略的轻绳与轻杆承受弹力的最大值一定，杆的A端用铰链固定，光滑轻质小滑轮在A点正上方，杆的B端吊一重力为G的重物，现将绳的一端拴在杆的B端，用拉力F将B端缓慢上拉，在杆达到竖直前(杆和绳均未断)，关于绳子的拉力F和杆受到的弹力FN的变化，下列判断正确的是(　　)‎ 27‎ A．F变大　　 　B．F变小 C．FN变大 D．FN变小 答案　B ‎7、 (多选)如图所示，放在水平面上的斜面体B始终静止，物块A放在斜面体上，一轻质弹簧两端分别与物块A及固定在斜面体底端的轻质挡板拴接，初始时A、B静止，弹簧处于压缩状态．现用力F沿斜面向下推A，但A并未运动．下列说法正确的是(　　)‎ A．弹簧对挡板的作用力不变 B．B对地面的压力增大 C．A、B之间的摩擦力一定增大 D．水平面对B的摩擦力始终为零 ‎8、(多选)如图所示，用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为‎0.1 kg的小球A悬挂到水平板的M、N两点，A上带有Q＝3.0×10－‎6C的正电荷．两线夹角为120°，两线上的拉力大小分别为F1和F2.A的正下方 27‎ ‎0.3 m处放有一带等量异种电荷的小球B，B与绝缘支架的总质量为‎0.2 kg(重力加速度取g＝‎10 m/s2；静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，A、B球可视为点电荷)，则(　　)‎ A．支架对地面的压力大小为2.0 N B．两线上的拉力大小F1＝F2＝1.9 N C．将B水平右移，使M、A、B在同一直线上，此时两线上的拉力大小F1＝1.225 N，F2＝1.0 N D．将B移到无穷远处，两线上的拉力大小F1＝F2＝0.866 N 解析　小球A、B间的库仑力为 F库＝k＝9.0×109×‎ N＝0.9 N，‎ 以B和绝缘支架整体为研究对象受力分析图如图甲所示，地面对支架支持力为FN＝mg－F库＝1.1 N，A错误；以A球为研究对象，受力分析图如图乙所示，F1＝F2＝mAg＋F库＝1.9 N，B正确；B水平向右移，当M、A、B在同一直线上时，A、B间距为r′＝‎0.6 m，‎ F库′＝k＝0.225 N，以A球为研究对象受力分析图如图丙所示，可知F2′＝1.0 N，F1′－F库′＝1.0 N，F1′＝1.225 N，所以C正确；将B移到无穷远，则F库″＝0，可求得F1″＝F2″＝1 N，D错误．‎ 答案　BC ‎9、如图所示，两根光滑金属导轨平行放置，导轨所在平面与水平面间的夹角为θ.整个装置处于沿竖直方向的匀强磁场中．金属杆ab垂直导轨放置，当金属杆ab中通有从a到b的恒定电流I时，金属杆ab 27‎ 刚好静止．则(　　)‎ A．磁场方向竖直向上 B．磁场方向竖直向下 C．金属杆ab受安培力的方向平行导轨向上 D．金属杆ab受安培力的方向平行导轨向下 解析　受力分析如图所示，当磁场方向竖直向上时，由左手定则可知安培力水平向右，金属杆ab受力可以平衡，A正确；若磁场方向竖直向下，由左手定则可知安培力水平向左，则金属杆ab受力无法平衡，B、C、D错误．‎ 答案　A ‎ ‎10、如图甲所示，轻绳AD跨过固定在水平横梁BC右端的定滑轮挂住一个质量为‎10 kg的物体，∠ACB＝30°；图乙中轻杆HP一端用铰链固定在竖直墙上，另一端P通过细绳EP拉住，EP与水平方向也成30°角，轻杆的P点用细绳PQ拉住一个质量也为‎10 kg的物体，g取‎10 m/s2.求：‎ ‎(1)轻绳AC段的张力FAC与细绳EP的张力FEP大小之比；‎ ‎(2)横梁BC对C端的支持力；‎ ‎(3)轻杆HP对P端的支持力．‎ 27‎ ‎(1)图1中轻绳AD跨过定滑轮拉住质量为M1的物体，物体处于平衡状态，绳AC段的拉力FAC＝FCD＝M‎1g，‎ 图2中由FEPsin 30°＝FPQ＝M‎2g 得FEP＝‎2M‎2‎g，所以＝＝.‎ ‎(2)图1中，根据几何关系得：‎ FC＝FAC＝M‎1g＝100 N.‎ 方向和水平方向成30°角斜向右上方．‎ ‎(3)图2中，根据平衡条件有 FEPsin 30°＝M‎2g，FEPcos 30°＝FP 所以FP＝M2gcot 30°＝M‎2g≈173 N，方向水平向右．‎ 答案　(1)1∶2　(2)100 N，方向与水平方向成30°角斜向右上方　(3)173 N，方向水平向右 27‎