高三二輪專題力與平衡

高三二輪專題力與平衡第一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日.專題要點(diǎn)一.重力⑴產(chǎn)生：重力是由于地面上的物體受到地球的萬(wàn)有引力而產(chǎn)生的，但兩者不等價(jià)，因?yàn)槿f(wàn)有引力的一個(gè)分力要提供物體隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力，而另一個(gè)分力即重力，如右圖所示。⑵大?。弘S地理位置的變化而變化。在兩極：G=F萬(wàn)在赤道：G=F萬(wàn)-F向一般情況下，在地表附近G=mg⑶方向：豎直向下，并不指向地心。第二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日2.彈力⑴產(chǎn)生條件：①接觸②擠壓③形變⑵大?。簭椈蓮椓=kx，其它的彈力利用牛頓定律和平衡條件求解。⑶方向：壓力和支持力的方向垂直于接觸面指向被壓或被支持的物體，若接觸面是球面，則彈力的作用線一定過(guò)球心，繩的作用力一定沿繩，桿的作用力不一定沿桿。＊提醒：繩只能產(chǎn)生拉力，桿既可以產(chǎn)生拉力，也可以產(chǎn)生支持力，在分析豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)該注意兩者的區(qū)別。第三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日3.摩擦力⑴產(chǎn)生條件：①接觸且擠壓②接觸面粗糙③有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)⑵大?。夯瑒?dòng)摩擦力

與接觸面的面積無(wú)關(guān)，靜摩擦力根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律或平衡條件求解。⑶方向：沿接觸面的切線方向，并且與相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反第四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日4.電場(chǎng)力⑴電場(chǎng)力的方向：正電荷受電場(chǎng)力的方向與場(chǎng)強(qiáng)方向一致，負(fù)電荷受電場(chǎng)力的方向與場(chǎng)強(qiáng)方向相反。⑵電場(chǎng)力的大?。?/p>

若為勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力則為恒力，若為非勻強(qiáng)電場(chǎng)，電場(chǎng)力將與位置有關(guān)。

5.安培力⑴方向：用左手定則判定，F(xiàn)一定垂直于I、B，但I(xiàn)、B不一定垂直，I、B有任一量反向，F(xiàn)也反向。。第五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日⑵大?。孩俅斯街贿m用于B和I互相垂直的情況，且L是導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度。②當(dāng)導(dǎo)線電流I與B平行時(shí)，6.洛倫茲力⑴洛倫茲力的方向①洛倫茲力的方向既與電荷的運(yùn)動(dòng)方向垂直，又與磁場(chǎng)方向垂直，所以洛倫茲力方向總是垂直于運(yùn)動(dòng)電荷的速度方向和磁場(chǎng)方向所確定的平面。②洛倫茲力方向總垂直于電荷運(yùn)動(dòng)方向，當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)，洛倫茲力的方向也發(fā)生改變。第六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日③由于洛倫茲力的方向始終與電荷運(yùn)動(dòng)方向垂直，所以洛倫茲力對(duì)電荷永不做功。⑵洛倫茲力的大?。寒?dāng)，此時(shí)電荷受到的洛倫茲力最大即電荷的運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，不受洛倫茲力的作用。說(shuō)明磁場(chǎng)只對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生力的作用。

當(dāng)當(dāng)?shù)谄唔?yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日7.力的合成與分解由于力是矢量，因此可以用平行四邊形定則進(jìn)行合成與分解，常用正交分解法和力的合成法來(lái)分析平衡問(wèn)題8.共點(diǎn)力的平衡⑴狀態(tài)：靜止或勻速運(yùn)動(dòng)⑵F合=0第八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日典例精析題型1.（受力分析問(wèn)題）如圖所示，物體A靠在傾斜的墻面上，在與墻面和B垂直的力F作用下，A、B保持靜止，試分析A、B兩個(gè)物體的受力個(gè)數(shù)。解析：B的受力簡(jiǎn)單一點(diǎn)，先取B為研究對(duì)象，若只受G與F作用，B物體不可能靜止。因此A對(duì)B有彈力與摩擦力，B物體共受四個(gè)力作用。再取A為研究對(duì)象，受重力、B對(duì)A的彈力、B對(duì)A沿A向下的摩擦力、墻對(duì)A的彈力、墻對(duì)A沿墻向上的摩擦力，A物體共受五個(gè)力作用。此題也可以對(duì)AB整體分析推出墻對(duì)A對(duì)有彈力和向上的摩擦力（與分析B類似）。第九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日規(guī)律總結(jié)：1.在分析兩個(gè)以上相互作用物體的受力分析時(shí)，要整體法和隔離法相互結(jié)合。2.確定摩擦力和彈力的方向時(shí)，通常根據(jù)物體所處的狀態(tài)，采用“假設(shè)法”判斷3.當(dāng)直接分析某一物體的受力不方面時(shí)，常通過(guò)轉(zhuǎn)移研究對(duì)象，先分析與其相互作用的另一物體的受力，然后根據(jù)扭動(dòng)第三定律分析該物體的受力，上例中就是先分析了B的受力，又分析A的受力。第十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日題型2.（重力、彈力和摩擦力作用下的物體平衡問(wèn)題）如圖所示我國(guó)國(guó)家大劇院外部呈橢球型。假設(shè)國(guó)家大劇院的屋頂為半球形，一警衛(wèi)人員為執(zhí)行任務(wù)，必須冒險(xiǎn)在半球形屋頂上向上緩慢爬行，他在向上爬的過(guò)程中

（）A.屋頂對(duì)他的支持力變大B.屋頂對(duì)他的支持力變小C.屋頂對(duì)他的摩擦力變大D.屋頂對(duì)他的摩擦力變小解析：緩慢爬行可以看成任意位置都處于平衡狀態(tài)。對(duì)圖示位置進(jìn)行受力分析建立平衡方程向上爬時(shí)減小，所以f減小、N增大，AD對(duì)。

第十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日規(guī)律總結(jié)：1.本題考查了力學(xué)中的三種力及力的分解、物體平衡條件的應(yīng)用。2.審題時(shí)要注意“緩慢”的含義，受力分析時(shí)應(yīng)該特別注意摩擦力的方向沿著接觸面的切線方向。3.要注意靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力的求解方法不同，當(dāng)加速下滑時(shí)受到的是滑動(dòng)摩擦力應(yīng)該根據(jù)公式求解。第十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日題型3.（連接體的平衡問(wèn)題）如圖所示，兩光滑斜面的傾角分別為30度和45度,質(zhì)量分別為2m和m的兩個(gè)滑塊用不可伸長(zhǎng)的輕繩通過(guò)滑輪連接(不計(jì)滑輪的質(zhì)量和摩擦)，分別置于兩個(gè)斜面上并由靜止釋放;若交換兩滑塊位置，再由靜止釋放，則在上述兩種情形中正確的有（）(A)質(zhì)量為2m的滑塊受到重力、繩的張力、沿斜面的下滑力和斜面的支持力的作用(B)質(zhì)量為m的滑塊均沿斜面向上運(yùn)動(dòng)(C)繩對(duì)質(zhì)量為m滑塊的拉力均大于該滑塊對(duì)繩的拉力(D)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能均守恒第十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日解析：A中下滑力不是物體受到的一個(gè)力，而是重力的分力B選項(xiàng)中原來(lái)后來(lái)兩種情況下m均沿斜面上滑C選項(xiàng)中作用力與反作用力應(yīng)該大小相等D選項(xiàng)中因?yàn)樾泵婀饣?，只有重力做功機(jī)械能守恒。此題選BD.題型4.（彈簧連接體問(wèn)題）如圖，在一粗糙的水平面上有三個(gè)質(zhì)量分別為m1、m2

、m3的木塊1、2和3，中間分別用一原長(zhǎng)為L(zhǎng)，勁度系數(shù)為k的輕彈簧連接起來(lái)，木塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為現(xiàn)用一水平力向右拉木塊3，當(dāng)木塊一起勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，1和3兩木塊之間的距離是（不計(jì)木塊寬度）（）第十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日

解析：1和3之間的距離除了2L外還有兩部分彈簧的伸長(zhǎng)。對(duì)1和2：即選項(xiàng)C正確。對(duì)1：第十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日規(guī)律總結(jié)：1.彈簧連接的物體平衡和運(yùn)動(dòng)是物理中常見的情景，靜止時(shí)的平衡態(tài)即合力為零時(shí)；物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，彈簧彈力的大小、方向是可變的，所以在平衡態(tài)時(shí)常有最大速度（例如簡(jiǎn)諧振動(dòng)）出現(xiàn)。2.分析彈簧問(wèn)題時(shí)，特別注意找到原長(zhǎng)位置、平衡位置和極端位置。3.在計(jì)算題中，彈簧的平衡態(tài)以一個(gè)知識(shí)點(diǎn)出現(xiàn)，列出平衡方程即可以求解。題型5.（電場(chǎng)和重力場(chǎng)內(nèi)的物體平衡問(wèn)題）如圖，傾角為300的粗糙絕緣斜面固定在水平地面上，整個(gè)裝置處在垂直于斜面向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，一質(zhì)量為m、電荷量為-q的小滑塊恰能沿斜面勻速下滑，已知滑塊與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，求該勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E的大小。第十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日解析：受力分析如圖得：規(guī)律總結(jié)：1.電場(chǎng)力的方向與帶電體電性和場(chǎng)強(qiáng)方向有關(guān)，勻強(qiáng)電場(chǎng)中電場(chǎng)力為恒力。

2.正交分解法在處理物體受多個(gè)力作用的平衡問(wèn)題時(shí)非常方便，常列兩個(gè)等式第十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日題型6.（復(fù)合場(chǎng)內(nèi)平衡問(wèn)題）如圖，坐標(biāo)系xOy位于豎直平面內(nèi)，在該區(qū)域有場(chǎng)強(qiáng)E=12N/C、方向沿x軸正方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=2T、沿水平方向的且垂直于xOy平面指向紙里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一個(gè)質(zhì)量m=4×10-5kg，電荷量q=2.5×10-5C帶正電的微粒，在xOy平面內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到原點(diǎn)O時(shí)，撤去磁場(chǎng)，經(jīng)一段時(shí)間后，帶電微粒運(yùn)動(dòng)到了x軸上的P點(diǎn)（g=10m/s2）,求：⑴P點(diǎn)到原點(diǎn)O的距離⑵帶電微粒由原點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的時(shí)間解析：勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)：受力平衡得：v=10m/s，與x軸370斜向右上③第十八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日撤去磁場(chǎng)后受2個(gè)力結(jié)合速度方向可知做類平拋運(yùn)動(dòng)沿v方向：

垂直v方向：得：OP=15mt=1.2s⑥規(guī)律總結(jié)：1.由于洛倫茲力的方向始終與B和V垂直，因此帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)內(nèi)做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)一定是勻速直線運(yùn)動(dòng)，即重力、電場(chǎng)力、洛倫茲力的合力為零，常作為綜合性問(wèn)題的隱含條件。2.此題也可以對(duì)撤去磁場(chǎng)后的速度進(jìn)行分解，可以分解成沿電場(chǎng)力方向上的勻加速直線運(yùn)動(dòng)和沿重力方向上的豎直上拋運(yùn)動(dòng)。

第十九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日題型7.（重力場(chǎng)、磁場(chǎng)內(nèi)通電導(dǎo)線的平衡問(wèn)題）如圖，在傾角為的斜面上，放置一段通電電流為I、長(zhǎng)度為L(zhǎng)、質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒a，棒與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為

欲使導(dǎo)體棒靜止在斜面上，所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的最小值是多少？如果導(dǎo)體棒a靜止在斜面上且對(duì)斜面無(wú)壓力，則所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和方向如何？解析：⑴受力分析如圖假設(shè)外力F與斜面成角得：第二十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日由三角函數(shù)極值可知：

⑵無(wú)壓力即此導(dǎo)線僅G和安培力，且平衡得：規(guī)律總結(jié)：通電導(dǎo)線所受的安培力與磁場(chǎng)方向、導(dǎo)體放置方向密切相關(guān)。而此三者方向不在同一平面內(nèi)，在平面視圖中很難準(zhǔn)確畫出來(lái)，因此選擇好的觀察方位，畫出正確的平面視圖，能夠形象、直觀地表達(dá)出三者的關(guān)系非常重要，是有效地解題的關(guān)鍵。第二十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日題型8.（電磁感應(yīng)中的平衡問(wèn)題）如圖甲，兩根足夠長(zhǎng)的、電阻不計(jì)的光滑平行金屬導(dǎo)軌相距為L(zhǎng)1=1m,導(dǎo)軌平面與水平面成上端連接阻值為的電阻；質(zhì)量為m=0.2kg阻值金屬棒ab放在兩導(dǎo)軌上，距離導(dǎo)軌最上端為L(zhǎng)2=4m

棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。整個(gè)裝置處于一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，該勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間變化的情況如圖所示乙所示，為保持ab棒靜止，在棒上施加了一平行于導(dǎo)軌平面且垂直于ab棒的外力F，已知當(dāng)t=2s時(shí)，F(xiàn)恰好為零（g=10m/s2）。求第二十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日⑴當(dāng)t=2s時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大?、飘?dāng)t=3s時(shí)，外力F的大小和方向⑶當(dāng)t=4s時(shí)，突然撤去外力F，當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，導(dǎo)體棒ab端的電壓為多大解析：⑴當(dāng)t=2s時(shí)，，⑵當(dāng)t=3s時(shí)，B3=1.5T，，⑶平衡時(shí)：得得第二十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日規(guī)律總結(jié)：1.通電導(dǎo)線（或?qū)w棒）切割磁感線時(shí)的平衡問(wèn)題，一般要綜合應(yīng)用受力分析、法拉第電磁感應(yīng)定律，左、右手定則和電路的知識(shí)。在這類問(wèn)題中，感應(yīng)電流的產(chǎn)生和磁場(chǎng)對(duì)電流的作用這兩種現(xiàn)象總是相互聯(lián)系的，而磁場(chǎng)力又將電和力這兩方面問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)。2.感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受到的安培力對(duì)導(dǎo)線（或金屬棒）的運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。題型9.（摩擦力問(wèn)題）在粗糙的水平面上放一物體A,A上再放一質(zhì)量為m的物體B，AB間的動(dòng)摩擦因數(shù)為施加一水平力F于A，計(jì)算下列情況下A對(duì)B的摩擦力的大?、女?dāng)AB一起做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)⑵當(dāng)AB一起以加速度a向右做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)⑶當(dāng)力F足夠大而使AB發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)第二十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日解析：⑴因AB向右做勻速運(yùn)動(dòng)，B物體受到的合力為零，所以B物體受到的摩擦力為零。⑵因AB無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，所以B物體受到的摩擦力為靜摩擦力，此時(shí)不能用滑動(dòng)摩擦力的公式來(lái)計(jì)算，用牛頓第二定律對(duì)B物體有⑶因?yàn)锳B發(fā)生了相對(duì)滑動(dòng)，所以B物體受到的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，用滑動(dòng)摩擦力的公式來(lái)計(jì)算，

規(guī)律總結(jié)：摩擦力大小的計(jì)算方法：在計(jì)算摩擦力的大小之前，①必須首先分析物體的運(yùn)動(dòng)情況，判明是滑動(dòng)摩擦力還是靜摩擦力。②若是前者用或牛頓運(yùn)動(dòng)定律，若是后者用平衡條件或牛頓第二定律求解。第二十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日題型10.（力的合成與分解）如圖所示，重物的質(zhì)量為m，輕繩AO和BO的AB端是固定的，平衡時(shí)AO是水平的，BO與水平面的夾角為則AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小是

解析：方法一：正交分解法將O點(diǎn)受到的力沿水平方