山东省2021高考物理一轮复习专题二相互作用课件

山东省2021高考物理一轮复习专题二相互作用课件

考点清单 考点一　常见的三种力、力的合成与分解 一、常见的三种力 1.力的概念 (1)力是物体间的① 　相互作用     ,力总是成对出现的,这一对力的性质相 同,不接触的物体间也可以有力的作用,如重力、电磁力等。 (2)力是矢量,其作用效果由大小、方向及作用点三个要素决定。力的作用 效果是使物体产生② 　形变     或加速度。 2.重力:由于地球的吸引而使物体受到的力。大小为G=mg;方向总是竖直 向下。 3.弹力 (1)产生的条件:两物体③ 　相互接触     ;发生④ 　弹性形变     。 (2)常见弹力的方向 弹力 弹力的方向 轻绳的弹力 沿绳指向绳收缩的方向 弹簧两端的弹力 沿弹簧指向弹簧恢复原状的方向 面(或点)与面(或点)接触 垂直于接触面(或切面),指向受力物体 杆的弹力 可能沿杆,也可能不沿杆,应具体情况具体分析 注意　弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相 反。 (3)胡克定律:弹簧发生弹性形变时,弹簧弹力的大小 F 跟弹簧伸长(或缩短) 的长度 x 成⑤ 　正比     。即 F = kx 。 a. k 是弹簧的劲度系数,单位为N/m; k 的大小由弹簧自身性质决定。 b. x 是弹簧长度的⑥ 　变化量     ,不是弹簧形变以后的长度。 静摩擦力 滑动摩擦力 定义 两个具有相对运动趋势的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力 两个具有相对运动的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动的力 产生条件 (必要条件) (1)接触面粗糙 (2)接触处有弹力 (3)两物体间有相对运动趋势(仍保持相对静止) (1)接触面粗糙 (2)接触处有弹力 (3)两物体间有相对运动 大小 (1)静摩擦力为被动力,与正压力无关,满足0 m 2 ,如图所示,若三角形木块和两物体 都是静止的,则粗糙水平面对三角形木块   (　　)   A.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向右 B.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向左 C.有摩擦力的作用,但摩擦力的方向不能确定,因 m 1 、 m 2 、 θ 1 、 θ 2 的数值均 未给出 D.以上结论都不对 解析    解法一(隔离法)　把三角形木块隔离出来,它的两个斜面分别受到 两物体对它的压力 F N1 、 F N2 ,摩擦力 F 1 、 F 2 。由两物体的平衡条件和牛顿第 三定律知,这四个力的大小分别为 F N1 = m 1 g cos θ 1 　　     F N2 = m 2 g cos θ 2 F 1 = m 1 g sin θ 1 　     F 2 = m 2 g sin θ 2 它们的水平分力的大小(如图所示)分别为   F N1 x = F N1 sin θ 1 = m 1 g cos θ 1 sin θ 1 F N2 x = F N2 sin θ 2 = m 2 g cos θ 2 sin θ 2 F 1 x = F 1 cos θ 1 = m 1 g cos θ 1 sin θ 1 F 2 x = F 2 cos θ 2 = m 2 g cos θ 2 sin θ 2 其中 F N1 x = F 1 x , F N2 x = F 2 x ,即它们的水平分力互相平衡,木块在水平方向无滑动 趋势,因此不受水平面的摩擦力作用。 解法二(整体法)　由于三角形木块和斜面上的两物体都静止,可以把它们 看成一个整体,受力如图所示。设三角形木块质量为 M ,则竖直方向受到重 力( m 1 + m 2 + M ) g 和支持力 F N 作用处于平衡状态,水平方向无滑动趋势,因此不 受水平面的摩擦力作用。   答案    D 应用二　解答动态平衡问题常用的方法 1.图解法 所谓动态平衡问题,是指通过控制某些物理量,使物体的状态发生 缓慢变 化 ,而在这个过程中物体又始终 处于一系列的平衡状态 。利用图解法解决 此类问题的基本方法:对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力 分析,依据某一参量的变化,在同一图中作出物体在若干平衡状态下的受力 图(力的平行四边形或三角形),再由动态的力的平行四边形或三角形各边 长度变化及角度变化,确定力的大小及方向的变化情况。 例2　如图所示,用 OA 、 OB 两根轻绳将物体悬于两竖直墙之间,开始时 OB 绳水平。现保持 O 点位置不变,改变 OB 绳长使绳末端由 B 点缓慢上移至 B ' 点,此时 OB '与 OA 之间的夹角 θ <90 ° 。设此过程中 OA 、 OB 的拉力分别为 F OA 、 F OB ,下列说法正确的是   (　　)   A. F OA 逐渐增大　    B. F OA 逐渐减小 C. F OB 逐渐增大　    D. F OB 逐渐减小 解析　以结点 O 为研究对象,受力如图所示,根据平衡条件知,两绳的拉力的 合力与重力大小相等、方向相反,作出 OB 绳在三个位置时力的合成图如 图,由图看出, F OA 逐渐减小, F OB 先减小后增大,当 θ =90 ° 时, F OB 最小,选项B正 确。 答案    B 2.解析法 对研究对象进行受力分析,画出受力示意图,再 根据物体的平衡条件列式求 解,得到因变量与自变量的一般函数表达式,最后根据自变量的变化确定因 变量的变化 。 例3　如图所示,与水平方向成 θ 角的推力 F 作用在物块上,随着 θ 逐渐减小 直到水平的过程中,物块始终沿水平面做匀速直线运动。关于物块受到的 外力,下列判断正确的是   (　　)   A.推力 F 先增大后减小 B.推力 F 一直减小 C.物块受到的摩擦力先减小后增大 D.物块受到的摩擦力一直不变 解析　对物块受力分析,建立如图所示的坐标系。由平衡条件得, F cos θ - F f =0, F N -( mg + F sin θ )=0,又 F f = μF N ,联立可得 F =   ,可见,当 θ 减小时, F 一直减小,摩擦力 F f = μF N = μ ( mg + F sin θ ),可知,当 θ 、 F 减小时, F f 一直减小。 综上所述,只有B正确。   答案    B 3.相似三角形法 如果在对力利用平行四边形定则(或三角形定则)运算的过程中, 力三角形 与几何三角形相似,则可根据相似三角形对应边成比例等性质求解 。 例4　光滑半球面上的小球被一通过定滑轮的绳用力 F 由底端缓慢拉到顶 端的过程中,试分析绳的拉力 F 及半球面对小球的支持力 F N 的大小变化情 况(如图甲所示)。   甲 乙 　　　　       解题导引       解析　如图乙所示,作出小球的受力示意图,注意支持力 F N 总与半球面垂 直,从图中可得到相似三角形。 设半球面半径为 R ,定滑轮到半球面的距离为 h ,定滑轮左侧绳长为 L ,根据 三角形相似得   =   ,   =   由以上两式得绳的拉力 F = mg   , 半球面对小球的支持力 F N = mg   。 由于在拉动过程中 h 、 R 不变, L 变小,故 F 减小、 F N 不变。 答案　见解析 4.假设法 某种物理现象变化为另一种物理现象的转折状态叫做临界状态。平衡物 体的临界状态是指物体所处的平衡状态将要被破坏而尚未被破坏的状 态。解决平衡物体的临界问题时可用假设法。运用假设法解题的基本步 骤:①明确研究对象;②画出受力示意图;③ 假设可发生的临界现象 ;④ 列出 满足所发生的临界现象的平衡方程求解 。 例5　如图所示,小球的质量为2 kg,两根轻细绳 AB 和 AC 的一端连接在竖直 墙上,另一端系于小球上。在小球上另施加一个方向与水平线成 θ =60 ° 角 的拉力 F ,若要使绳都能伸直,求拉力 F 的大小范围。( g 取10 m/s 2 )   解析　设 AB 绳的张力为 F 1 , AC 绳的张力为 F 2 ,对小球受力分析如图所示,根 据平衡条件得: F sin 60 ° + F 1 sin 30 ° = mg + F 2 sin 30 ° F cos 60 ° = F 1 cos 30 ° + F 2 cos 30 ° 当 F 较小时,绳 AC 中张力 F 2 =0,即 F 和 F 1 的合力与重力 mg 平衡,解得: F =10   N,当 F 较大时,绳 AB 中张力 F 1 =0,即 F 和 F 2 的合力与重力 mg 平衡 解得: F =20   N 故拉力 F 的大小范围为10   N ≤ F ≤ 20   N。 答案　10   N ≤ F ≤ 20   N 应用三　平衡中的临界与极值问题 1.临界问题 当某物理量变化时,会引起其他几个物理量的变化,从而使物体所处的平衡 状态“恰好出现”或“恰好不出现”,在问题的描述中常用“刚好”“刚 能”“恰好”等语言叙述。 2.极值问题 关于平衡状态的物体的极值问题,一般指在力的变化过程中的最大值和最 小值问题。 3.解决极值问题和临界问题的方法 (1)极限法:首先要正确地进行受力分析和变化过程分析,找出平衡的临界 点和极值点;临界条件必须在变化中去寻找,不能停留在一个状态来研究临 界问题,而要把某个物理量推向极端,即极大和极小。 (2)数学分析法:通过对问题的分析,依据物体的平衡条件写出物理量之间 的函数关系(或画出函数图像),用数学方法求极值(如求二次函数极值、公 式极值、三角函数极值)。 (3)物理分析方法:根据物体的平衡条件,作出力的矢量图,通过对物理过程 的分析,利用平行四边形定则进行动态分析,确定最大值与最小值。 例6　如图所示,质量为 m 的物体放在一固定斜面上,当斜面倾角为30 ° 时恰 能沿斜面匀速下滑。对物体施加一大小为 F 、方向水平向右的恒力,物体 可沿斜面匀速向上滑行。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,当斜面倾角增 大并超过某一临界角 θ 0 时,不论水平恒力 F 多大,都不能使物体沿斜面向上 滑行,试求:   (1)物体与斜面间的动摩擦因数; (2)这一临界角 θ 0 的大小。 解析　(1)如图甲所示,未施加力 F 时,对物体受力分析,由平衡条件得 甲 mg sin 30 ° = μmg cos 30 ° 解得 μ =tan 30 ° =   。 (2)设斜面倾角为 α 时,受力情况如图乙所示,由平衡条件得: 乙 F cos α = mg sin α + F f ' F N '= mg cos α + F sin α F f '= μF N ' 解得 F =   当 cos α - μ sin α =0,即tan α =   时, F → ∞ , 即“不论水平恒力 F 多大,都不能使物体沿斜面向上滑行”,此时,临界角 θ 0 = α =60 ° 。 答案       　(2)60 ° 创新点　生活情景中静力学模型的建构 　　在日常生活情景中,经常遇到看似简单、实际复杂的静力学问题,解决 这类问题时,需要从复杂的实际情景中,选取合适的研究对象,将实际问题 中的对象和过程转化成物理模型。要求根据问题需要,在实际情境中从物 理的视角提取信息、分析问题,与典型的物理模型建立联系,综合运用多种 方法和工具得到问题答案。 创新思维 例　拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具(如图)。设拖把头的质量 为 m ,拖杆质量可忽略;拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数 μ ,重力加速 度为 g 。某同学用该拖把在水平地板上拖地时,沿拖杆方向推拖把,拖杆与 竖直方向的夹角为 θ 。 (1)若拖把头在地板上匀速移动,求推拖把的力的大小。 (2)设能使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力与此时地板对 拖把的正压力的比值为 λ 。已知存在一临界角 θ 0 ,若 θ ≤ θ 0 ,则不管沿拖杆方 向的推力多大,都不可能使拖把从静止开始运动。求这一临界角的正切tan θ 0 。   解析　(1)设该同学沿拖杆方向用大小为 F 的力推拖把,将推拖把的力沿竖 直和水平方向分解,按平衡条件有 F cos θ + mg = N   ① F sin θ = f   ② 式中 N 和 f 分别为地板对拖把的正压力和摩擦力。由摩擦力公式有 f = μN   ③ 联立①②③式得 F =   mg   ④ (2)若不管沿拖杆方向用多大的力都不能使拖把从静止开始运动,应有 F sin θ ≤ λN   ⑤ 这时,①式仍满足,联立①⑤式解得 sin θ - λ cos θ ≤ λ   现考查使上式成立的 θ 角的取值范围。注意到上式右边总是大于零,且当 F 无限大时极限为零,有 sin θ - λ cos θ ≤ 0 使上式成立的 θ 角满足 θ ≤ θ 0 ,这里 θ 0 是题中所定义的临界角,即当 θ ≤ θ 0 时,不 管沿拖杆方向用多大的力都推不动拖把。临界角的正切为 tan θ 0 = λ 答案　(1)   　(2) λ