2019版高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題一 力與運(yùn)動(dòng) 第1講 力與物體的直線運(yùn)動(dòng)課件.ppt

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第1講力與物體的平衡 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 1 平衡中的 三看 與 三想 1 看到 緩慢 想到 物體處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài) 2 看到 輕繩 輕環(huán) 想到 繩 環(huán)的質(zhì)量可忽略不計(jì) 3 看到 光滑 想到 摩擦力為零 2 三點(diǎn) 注意 1 桿的彈力方向不一定沿桿 2 摩擦力的方向總與物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反 但與物體的運(yùn)動(dòng)方向無必然的聯(lián)系 3 安培力F的方向既與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直 又與電流方向垂直 即F跟B I所在的平面垂直 但B與I的方向不一定垂直 備考策略 典例1 2017 全國(guó)卷 16 如圖1所示 一物塊在水平拉力F的作用下沿水平桌面做勻速直線運(yùn)動(dòng) 若保持F的大小不變 而方向與水平面成60 角 物塊也恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng) 物塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 力學(xué)中的平衡問題 運(yùn)動(dòng)物體的平衡問題 圖1 答案C 典例2 2016 全國(guó)卷 14 質(zhì)量為m的物體用輕繩AB懸掛于天花板上 用水平向左的力F緩慢拉動(dòng)繩的中點(diǎn)O 如圖2所示 用T表示繩OA段拉力的大小 在O點(diǎn)向左移動(dòng)的過程中 A F逐漸變大 T逐漸變大B F逐漸變大 T逐漸變小C F逐漸變小 T逐漸變大D F逐漸變小 T逐漸變小 物體的動(dòng)態(tài)平衡問題 圖2 解析對(duì)O點(diǎn)受力分析如圖所示 F與T的變化情況如圖 由圖可知在O點(diǎn)向左移動(dòng)的過程中 F逐漸變大 T逐漸變大 故選項(xiàng)A正確 答案A 典例3 如圖3所示 A B C三個(gè)完全相同的下水道水泥管道靜止疊放在水平地面上 假設(shè)每個(gè)管道的質(zhì)量為m 重力加速度為g 下列說法正確的是 整體法 隔離法在平衡中的應(yīng)用 圖3 答案AD 1 處理平衡問題的基本思路 2 在三個(gè)力作用下物體的平衡問題中 常用合成法分析 在多個(gè)力作用下物體的平衡問題中 常用正交分解法分析 3 解決動(dòng)態(tài)平衡問題的一般思路 把 動(dòng) 化為 靜 靜 中求 動(dòng) 動(dòng)態(tài)平衡問題的常用方法 1 圖解法 2 解析法 3 相似三角形法 4 正弦定理法等 1 如圖4所示 豎直平面內(nèi)的光滑半圓環(huán)固定在水平面上 重力為G的小球套在環(huán)上 輕彈簧上端P與小球相連 下端Q固定在水平面上 若小球在圖示位置靜止時(shí)彈簧恰好豎直 半徑OP與水平面夾角為 彈簧的勁度系數(shù)為k 彈簧處于彈性限度內(nèi) 則此時(shí) 圖4 答案D 圖5 答案C 圖6 A 斜面體A與球B之間的彈力逐漸減小B 阻擋墻PQ與球B之間的彈力逐漸減小C 水平推力F逐漸增大D 水平地面對(duì)斜面體A的彈力逐漸減小 解析對(duì)球B受力分析 如圖甲所示 當(dāng)球B上升時(shí) 用圖解法分析B球所受各力的變化 其中角 增大 FAB和FOB均減小 則選項(xiàng)A B正確 對(duì)斜面體進(jìn)行受力分析 如圖乙所示 因?yàn)镕AB減小 由牛頓第三定律可知FAB FBA 故FBA也減小 則推力F減小 水平地面對(duì)斜面體的彈力FN也減小 則選項(xiàng)C錯(cuò)誤 D正確 答案ABD 典例1 多選 如圖7所示 傾角為 的斜面體c置于水平地面上 小物塊b置于斜面上 通過絕緣細(xì)繩跨過光滑的定滑輪與帶正電小球M連接 定滑輪左側(cè)連接物塊b的一段細(xì)繩與斜面平行 帶負(fù)電的小球N用絕緣細(xì)線懸掛于P點(diǎn) 設(shè)兩帶電小球在緩慢漏電的過程中 兩球心始終處于同一水平面上 并且b c都處于靜止?fàn)顟B(tài) 下列說法中正確的是 電學(xué)中的平衡問題 電場(chǎng)力作用下的物體平衡問題 圖7 A b對(duì)c的摩擦力一定減小B 地面對(duì)c的支持力一定變大C 地面對(duì)c的摩擦力方向一定向左D 地面對(duì)c的摩擦力一定變大 答案BC 典例2 2017 全國(guó)卷 16 如圖8 空間某區(qū)域存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng) 電場(chǎng)方向豎直向上 與紙面平行 磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 三個(gè)帶正電的微粒a b c電荷量相等 質(zhì)量分別為ma mb mc 已知在該區(qū)域內(nèi) a在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng) b在紙面內(nèi)向右做勻速直線運(yùn)動(dòng) c在紙面內(nèi)向左做勻速直線運(yùn)動(dòng) 下列選項(xiàng)正確的是 A ma mb mcB mb ma mcC mc ma mbD mc mb ma 復(fù)合場(chǎng)中的物體平衡問題 圖8 解析由題意知 三個(gè)帶電微粒受力情況 mag qE mbg qE qvB mcg qvB qE 所以mb ma mc 故選項(xiàng)B正確 A C D錯(cuò)誤 答案B 典例3 2016 全國(guó)卷 24 如圖9 兩固定的絕緣斜面傾角均為 上沿相連 兩細(xì)金屬棒ab 僅標(biāo)出a端 和cd 僅標(biāo)出c端 長(zhǎng)度均為L(zhǎng) 質(zhì)量分別為2m和m 用兩根不可伸長(zhǎng)的柔軟輕導(dǎo)線將它們連成閉合回路abdca 并通過固定在斜面上沿的兩光滑絕緣小定滑輪跨放在斜面上 使兩金屬棒水平 右斜面上存在勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 方向垂直于斜面向上 已知兩根導(dǎo)線剛好不在磁場(chǎng)中 回路電阻為R 兩金屬棒與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為 重力加速度大小為g 已知金屬棒ab勻速下滑 求 電磁感應(yīng)中的導(dǎo)體棒平衡問題 圖9 1 作用在金屬棒ab上的安培力的大小 2 金屬棒運(yùn)動(dòng)速度的大小 解析 1 由ab cd棒被平行于斜面的導(dǎo)線相連 故ab cd速度總是大小相等 cd也做勻速直線運(yùn)動(dòng) 設(shè)兩導(dǎo)線上拉力的大小為FT 右斜面對(duì)ab棒的支持力的大小為FN1 作用在ab棒上的安培力的大小為F 左斜面對(duì)cd棒的支持力大小為FN2 對(duì)于ab棒 受力分析如圖甲所示 由物體的平衡條件得甲乙 2mgsin FN1 FT F FN1 2mgcos 對(duì)于cd棒 受力分析如圖乙所示 由物體的平衡條件得mgsin FN2 FT FN2 mgcos 聯(lián)立 式得 F mg sin 3 cos 2 設(shè)金屬棒運(yùn)動(dòng)速度大小為v ab棒上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E BLv 安培力F BIL 電學(xué)中的平衡問題是指在電場(chǎng)力 安培力 洛倫茲力參與下的平衡問題 處理方法與純力學(xué)問題的分析方法一樣 把方法和規(guī)律進(jìn)行遷移應(yīng)用即可 1 興趣課堂上 某同學(xué)將完全相同的甲 乙兩個(gè)條形磁鐵水平放在粗糙的水平木板上 N極正對(duì) 如圖10所示 緩慢抬高木板的右端至傾角為 在這一過程中兩磁鐵均保持靜止?fàn)顟B(tài) 請(qǐng)對(duì)該同學(xué)提出的說法進(jìn)行分析 其中正確的是 圖10 A 甲受到的摩擦力的方向 相對(duì)木板 可能發(fā)生變化B 乙受到的摩擦力的方向 相對(duì)木板 可能發(fā)生變化C 繼續(xù)增大傾角 甲 乙將會(huì)同時(shí)發(fā)生滑動(dòng)D 若減小甲 乙間距 重復(fù)上述過程 增大傾角時(shí)乙會(huì)先發(fā)生向上滑動(dòng) 解析因兩條形磁鐵的N極正對(duì) 相互排斥 在 較小時(shí) 乙有沿木板向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì) 且隨著 的增大 乙所受的摩擦力大小沿木板向下逐漸減小 可能出現(xiàn)反向增大的情況 對(duì)甲而言 隨著 的增大 甲所受摩擦力大小增大 且不可能出現(xiàn)摩擦力方向 相對(duì)木板 變化的情況 故選項(xiàng)A錯(cuò)誤 B正確 增大傾角 或減小甲 乙間距時(shí) 最易發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的為甲 故選項(xiàng)C D均錯(cuò)誤 答案B 2 2018 大連模擬 如圖11所示 上下不等寬的平行導(dǎo)軌 EF和GH部分導(dǎo)軌間的距離為L(zhǎng) PQ和MN部分的導(dǎo)軌間距為3L 導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為30 整個(gè)裝置處在垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 金屬桿ab和cd的質(zhì)量均為m 都可在導(dǎo)軌上無摩擦地滑動(dòng) 且與導(dǎo)軌接觸良好 現(xiàn)對(duì)金屬桿ab施加一個(gè)沿導(dǎo)軌平面向上的作用力F 使其沿斜面勻速向上運(yùn)動(dòng) 同時(shí)cd處于靜止?fàn)顟B(tài) 則F的大小為 圖11 答案A 3 如圖12所示 三根長(zhǎng)度均為0 3m的不可伸長(zhǎng)的絕緣細(xì)線 其中兩根的一端分別固定在天花板上的P Q點(diǎn) 另一端分別拴有質(zhì)量均為0 12kg的帶電小球A和B 其中A球帶正電 電荷量q 3 10 6C B球帶負(fù)電 與A球帶電荷量相同 A B之間用第三根絕緣細(xì)線連接起來 在水平向左的勻強(qiáng)電場(chǎng)作用下 A B保持靜止 懸線仍處于豎直方向 且A B間細(xì)線恰好伸直 靜電力常量k 9 109N m2 C2 圖12 1 求此勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小 2 現(xiàn)將P A之間的線燒斷 由于有空氣阻力 A B球最終會(huì)達(dá)到新的平衡位置 求此時(shí)細(xì)線QB所受的拉力T的大小 并求出A B間細(xì)線與豎直方向的夾角 代入數(shù)據(jù)解得 E 3 105N C 2 P A之間的線燒斷后 A B球的平衡狀態(tài)如圖所示 細(xì)繩QB一定豎直 所以對(duì)A B整體可得 T 2mg 2 4N由幾何關(guān)系可知 所以 37 答案 1 3 105N C 2 2 4N37 典例1 2013 新課標(biāo)全國(guó)卷 15 如圖13 在固定斜面上的一物塊受到一外力F的作用 F平行于斜面向上 若要物塊在斜面上保持靜止 F的取值應(yīng)有一定范圍 已知其最大值和最小值分別為F1和F2 F2 0 由此可求出 平衡中的臨界與極值問題 摩擦力作用下的臨界問題 圖13 A 物塊的質(zhì)量B 斜面的傾角C 物塊與斜面間的最大靜摩擦力D 物塊對(duì)斜面的正壓力 解題關(guān)鍵 F平行于斜面 對(duì)物塊施于斜面的壓力沒有影響 物塊保持靜止 但是運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)有兩種可能 分別是沿斜面向上和向下 解析物塊對(duì)斜面的正壓力FN mgcos 當(dāng)物塊所受外力F為最大值F1時(shí) 具有向上的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)由平衡條件可得 F1 mgsin fm 同理 當(dāng)物塊所受外力F為最小值F2時(shí) 具有向下的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì) 則F2 fm mgsin 答案C 典例2 如圖14所示 汽車通過鋼繩拉動(dòng)物體 假設(shè)鋼繩的質(zhì)量可忽略不計(jì) 物體的質(zhì)量為m 物體與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 汽車的質(zhì)量為m0 汽車運(yùn)動(dòng)中受到的阻力跟它對(duì)地面的壓力成正比 比例系數(shù)為k 且k 要使汽車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的牽引力最小 角 應(yīng)為 A 0 B 30 C 45 D 60 連接體平衡中的極值問題 圖14 解析隔離汽車 由平衡條件得水平方向有F k m0g F1sin F1cos 隔離物體 由平衡條件得水平方向有F1cos mg F1sin 解兩式得F km0g mg F1 k sin 式中F1 k 0 則sin 0 即 0 時(shí) 牽引力F最小 臨界點(diǎn) 故選項(xiàng)A正確 答案A 解決臨界極值問題的三種方法 1 解析法 根據(jù)物體的平衡條件列出平衡方程 在解方程時(shí)采用數(shù)學(xué)方法求極值 2 圖解法 此種方法通常適用于物體只在三個(gè)力作用下的平衡問題 3 極限法 極限法是一種處理極值問題的有效方法 它是指通過恰當(dāng)選取某個(gè)變化的物理量將問題推向極端 如 極大 極小 等 從而把比較隱蔽的臨界現(xiàn)象暴露出來 快速求解 1 如圖15所示 A B兩球用輕桿相連 用兩根細(xì)線將其懸掛在水平天花板上的O點(diǎn) 現(xiàn)用外力F作用于小球B上 圖上F未標(biāo)出 使系統(tǒng)保持靜止?fàn)顟B(tài) 細(xì)線OA保持豎直 且A B兩球在同一水平線上 已知兩球的重力均為G 輕桿和細(xì)線OB的夾角為45 則外力F的最小值為 圖15 答案D 2 2018 池州二模 如圖16所示 在傾角為 37 的斜面上 固定一平行金屬導(dǎo)軌 現(xiàn)在導(dǎo)軌上垂直導(dǎo)軌放置一質(zhì)量m 0 4kg的金屬棒ab 它與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 0 5 整個(gè)裝置處于方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 導(dǎo)軌接電源E 若最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 滑動(dòng)變阻器的阻值符合要求 現(xiàn)閉合開并S 要保持金屬棒ab在導(dǎo)軌上靜止不動(dòng) 則 圖16 解析由左手定則可以判斷金屬棒所受安培力的方向水平向右 故選項(xiàng)A錯(cuò)誤 當(dāng)金屬棒剛好不向上運(yùn)動(dòng)時(shí) 金屬棒受到的摩擦力為最大靜摩擦力 方向平行斜面向下 設(shè)金屬棒受到的安培力大小為F1 其受力分析如圖甲所示 則由平衡條件得FN F1sin mgcos F1cos mgsin fmax fmax FN 聯(lián)立以上三式并代入數(shù)據(jù)解得F1 8N 當(dāng)金屬棒剛好不向下運(yùn)動(dòng)時(shí) 答案C 高考物理考試大綱中明確要求考生要具備應(yīng)用數(shù)學(xué)方法處理物理問題的能力 即 能夠根據(jù)具體問題列出物理量之間的關(guān)系式 進(jìn)行推導(dǎo)和求解 并根據(jù)結(jié)果得出物理結(jié)論 能運(yùn)用幾何圖形 函數(shù)圖象進(jìn)行表達(dá) 分析 考法1三角形相似知識(shí)的應(yīng)用在共點(diǎn)力平衡問題 運(yùn)動(dòng)的合成和分解 電磁場(chǎng)的合成和分解以及幾何光學(xué)等物理情境中 常會(huì)出現(xiàn)力三角形 速度三角形 位移三角形等矢量三角形和結(jié)構(gòu) 長(zhǎng)度 三角形相似的情況 準(zhǔn)確作圖 仔細(xì)觀察 靈活選用相似三角形的邊角關(guān)系是解題的關(guān)鍵 數(shù)學(xué)方法在物理解題中的應(yīng)用 例1 如圖17所示的起重裝置 A為固定軸 AB為輕桿 B端系兩根輕繩 一根在下面拴一重物 另一根繞過無摩擦定滑輪 在繩端施加拉力 使桿從位置 緩緩移到位置 的過程中 繞過定滑輪的那根繩的張力F以及輕桿在B端受到的作用力FN的變化情況是 A F減小 FN大小不變 方向由沿桿向外變?yōu)檠貤U向里B F減小 FN大小不變 方向始終沿桿向里C F不變 FN先變小后變大 方向沿桿向里D F不變 FN變小 方向沿桿向里 圖17 答案B 圖18 電子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)區(qū)做類平拋運(yùn)動(dòng) 軌跡如圖所示 沿初速度方向 有d v0t 考法2正 余 弦定理及其應(yīng)用三角函數(shù) 正 余 弦定理反映了三角形邊與角之間的定量關(guān)系 物理量在合成或分解時(shí)會(huì)構(gòu)成矢量三角形 若為直角三角形 可直接用三角函數(shù)或勾股定理分析計(jì)算 若為斜三角形 則通常要用到正 余 弦定理分析求解 A MN上的張力逐漸增大B MN上的張力先增大后減小C OM上的張力逐漸增大D OM上的張力先增大后減小 圖19 答案AD 例4 2018 武漢二月調(diào)考 如圖20所示 表示電流方向垂直紙面向里 表示電流方向垂直紙面向外 兩根通電長(zhǎng)直導(dǎo)線a b平行且水平放置 a b中的電流強(qiáng)度分別為I和2I 此時(shí)a受到的磁場(chǎng)力大小為F 當(dāng)在a b的上方再放置一根與a b平行的通電長(zhǎng)直導(dǎo)線c后 a受到的磁場(chǎng)力大小仍為F 圖中abc正好構(gòu)成一個(gè)等邊三角形 此時(shí)b受到的磁場(chǎng)力大小為 圖20 解析先分析導(dǎo)線a的受力 題設(shè)a b平行 電流分別為I和2I 此時(shí)a受到的磁場(chǎng)力大小為F 再在a b的上方放置一根與a b平行的通電長(zhǎng)直導(dǎo)線c a b c正好構(gòu)成一個(gè)等邊三角形 a受到的磁場(chǎng)力大小仍為F 根據(jù)平行四邊形定則 可知c對(duì)a的磁場(chǎng)力Fca方向由a指向c 大小等于F 如圖所示 答案D 考法3利用數(shù)學(xué)方法求極值分析求解物理量在某物理過程中的極大值或極小值是很常見的物理問題 這類問題的數(shù)學(xué)解法有很多 主要有 三角函數(shù)極值法 二次函數(shù)極值法 不等式極值法 圖象法等 解析如圖所示 木塊受重力G 地面的支持力FN 摩擦力Ff和施加的外力F四個(gè)力作用 設(shè)力F與x軸夾角為 由共點(diǎn)力平衡條件得Fcos FfFsin FN G且有Ff FN 當(dāng)sin 1時(shí) F具有極小值 所以 60 則F與x軸夾角 90 60 30 故選項(xiàng)C正確 答案C 例6 多選 如圖22所示 A B兩物體相距s 物體A以vA 6m s的速度向右勻速運(yùn)動(dòng) 而物體B此時(shí)的速度vB 2m s 向右做勻加速運(yùn)動(dòng) 加速度a 2m s2 欲讓兩物體相遇兩次 則s可能的值為 圖22A 1mB 2mC 4mD 6m 答案AB