新高考物理一輪復(fù)習(xí)專題二相互作用教學(xué)課件

考點(diǎn)一常見的三種力一、重力1.產(chǎn)生:由于地球的吸引而使物體受到的力。2.大小:G=mg。海拔越高g越小,緯度越高g越大。3.方向:豎直向下。4.重心物體的各部分都受到重力的作用,從效果上看,可以認(rèn)為各部分受到的重力作用集中

于一點(diǎn),即重心。重心的位置不一定在物體上,與物體的質(zhì)量分布和形狀有關(guān)。二、彈力1.定義發(fā)生彈性形變的物體,要恢復(fù)原狀,對(duì)與它接觸的物體會(huì)產(chǎn)生力的作用,這種力叫作彈

力。2.產(chǎn)生條件兩物體相互接觸且發(fā)生彈性形變。3.方向總是與施力物體形變的方向相反。方法適用情況具體操作條件法形變較明顯的情況根據(jù)彈力的產(chǎn)生條件直接判斷假設(shè)法形變不明顯的情況假設(shè)兩個(gè)物體間不存在彈力,若

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變,假設(shè)成立;若運(yùn)動(dòng)

狀態(tài)改變,則存在彈力狀態(tài)法物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)已知運(yùn)用牛頓第二定律或共點(diǎn)力的

平衡條件判斷4.彈力有無的判斷方法5.常見模型中彈力的方向6.彈力大小的計(jì)算方法(1)彈簧類——胡克定律內(nèi)容:彈簧發(fā)生彈性形變時(shí),彈力的大小跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比,即F=kx,k

為彈簧的勁度系數(shù)。(2)非彈簧類——依據(jù)物體所處的狀態(tài)(平衡態(tài)或非平衡態(tài))及所受其他力的情況求解。例1如圖所示,半徑為R的半圓形光滑軌道固定在豎直平面內(nèi),O為圓心,P為軌道最高

點(diǎn)。中間有孔、質(zhì)量為m的小球穿過圓弧軌道,輕彈簧一端固定在P點(diǎn),另一端與小球

相連,小球在M點(diǎn)保持靜止,OM與OP之間的夾角θ=60°。已知重力加速度為g,彈簧的勁

度系數(shù)為k,則

(

)A.小球受到兩個(gè)力的作用B.小球不可能發(fā)生形變C.軌道對(duì)小球的彈力大小為0.6mgD.輕彈簧的原長為R-

解析

如圖所示,對(duì)小球受力分析,小球受到三個(gè)力的作用,分別為小球的重力、彈簧對(duì)小球

的彈力FT(點(diǎn)撥:利用假設(shè)法,若彈簧處于原長或處于壓縮狀態(tài),軌道對(duì)小球的支持力指

向圓心或背離圓心,都不會(huì)使小球處于平衡狀態(tài),故彈簧一定是伸長狀態(tài))、軌道對(duì)小球的支持力FN,故小球一定發(fā)生了形變,A、B錯(cuò)誤。小球受到的三個(gè)力可以構(gòu)成首尾

相接的矢量三角形,此三角形和△OPM相似,可得

=

=

,其中OP=OM,又θ=60°,故OP=OM=PM,解得FN=FT=mg,C錯(cuò)誤。由胡克定律可得彈簧的伸長量Δx=

,即彈簧的原長l=PM-Δx=R-

,D正確。

答案

D三、摩擦力1.產(chǎn)生條件(1)接觸面粗糙;(2)接觸處有彈力;(3)接觸面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢。2.方向:與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的方向相反。3.靜摩擦力的有無及方向的判斷方法

4.大小的計(jì)算方法(1)公式法①滑動(dòng)摩擦力:根據(jù)公式Ff=μFN計(jì)算。②最大靜摩擦力:與接觸面間的壓力成正比,其值略大于滑動(dòng)摩擦力,當(dāng)認(rèn)為最大靜摩

擦力等于滑動(dòng)摩擦力時(shí),Fmax=μFN。(2)狀態(tài)法①平衡狀態(tài):運(yùn)用共點(diǎn)力的平衡條件來計(jì)算。②非平衡狀態(tài):運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來計(jì)算。提示

靜摩擦力的取值范圍為:0<Ff≤Fmax,通常運(yùn)用狀態(tài)法求解。分類說明

滑塊放在粗糙水平面上,作用在滑塊上的水平力F

從0逐漸增大,當(dāng)滑塊開始滑動(dòng)時(shí),滑塊受水平面的摩擦力由靜摩擦力“突變”為滑動(dòng)摩擦力,方向不變

滑塊以v0沖上斜面做減速運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)竭_(dá)某位置時(shí)速

度減為0而后靜止在斜面上,滑動(dòng)摩擦力“突變”

為靜摩擦力,方向相反5.摩擦力的突變

在水平力F作用下滑塊靜止于斜面上,F突然增大

時(shí)滑塊仍靜止,則滑塊所受靜摩擦力會(huì)在大小甚至方向上發(fā)生“突變”

水平傳送帶的速度v1大于滑塊的速度v2,滑塊所受

滑動(dòng)摩擦力方向水平向右;當(dāng)傳送帶突然被卡住

時(shí),滑塊受到的滑動(dòng)摩擦力方向“突變”為向左分類說明例2

如圖甲所示,用力F將質(zhì)量為m的物塊壓在豎直墻上,從t=0時(shí)刻起,測得物塊所受

墻壁的摩擦力隨時(shí)間按如圖乙所示規(guī)律變化,若物塊最終靜止在墻上,則下列判斷正

確的是(

)A.0~t2時(shí)間內(nèi)為靜摩擦力B.0~t1時(shí)間內(nèi)物塊沿墻壁加速下滑,t2時(shí)刻物塊的速度為0C.壓力F一定隨時(shí)間均勻增大D.壓力F恒定不變

解析

物塊受到重力mg、水平壓力F、墻面支持力N和墻面摩擦力f四個(gè)力的作用,t=0時(shí)摩擦力f=0,因此物塊會(huì)沿墻壁下滑,受到滑動(dòng)摩擦力,必滿足f=μFN,而FN=F,所以在

0~t2時(shí)間內(nèi)是滑動(dòng)摩擦力,且隨壓力F的增大而增大,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;t1時(shí)刻,f=mg,合力為0,

加速度為0,所以0~t1時(shí)間內(nèi)物塊加速下滑,t1~t2時(shí)間內(nèi)物塊減速下滑,t2時(shí)刻之后摩擦力

恒定且大小等于mg,是靜摩擦力,故t2時(shí)刻物塊的速度為0,故B項(xiàng)正確;由0~t2時(shí)間內(nèi)f=kt

及f=μF可知,0~t2時(shí)間內(nèi)壓力F隨時(shí)間均勻增大,t2時(shí)刻后物塊受靜摩擦力,其大小恒等于

mg,故F的變化情況不能確定,C、D項(xiàng)錯(cuò)誤。

答案

B考點(diǎn)二力的合成與分解一、力的合成1.運(yùn)算法則(1)平行四邊形定則(如圖甲所示)。(2)三角形定則(如圖乙所示)。2.合力大小的范圍(1)兩個(gè)共點(diǎn)力的合力范圍:|F1-F2|≤F合≤F1+F2。(2)三個(gè)共點(diǎn)力的合力范圍:若這三個(gè)力的大小符合圍成三角形的條件,則合力范圍為0≤F合≤F1+F2+F3,否則合力最小值為F1-(F2+F3),其中F1為最大力。3.合成方法(1)作圖法:作出力的圖示,利用平行四邊形定則作出合力,結(jié)合標(biāo)度得到合力大小。(2)計(jì)算法①余弦定理:合力的大小F=

;如圖所示,合力的方向滿足tanα=

。②幾種特殊情況的共點(diǎn)力的合成類型作圖合力的計(jì)算兩力互相垂直

F=

tanθ=

兩力等大,夾角為θ

F=2F1

cos

F與F1夾角為

兩力等大且夾角為120°

合力與分力大小相等,合力方向

在兩分力夾角的角平分線上提示

①兩個(gè)分力大小一定時(shí),夾角θ越大,合力越小。②合力可以大于分力,可以等于

分力,也可以小于分力。二、力的分解1.分解方法

效果分解法正交分解法分解方式根據(jù)一個(gè)力產(chǎn)生的實(shí)際效果分解將一個(gè)力沿著兩個(gè)互相垂直的方向分解實(shí)例分析

F1=

F2=Gtanθx軸上:Fx=Fcosθy軸上:Fy=Fsinθ選用原則三個(gè)力作用下的平衡問題三個(gè)以上的力作用下的平衡問題或三個(gè)力中有兩個(gè)力相互垂直知識(shí)拓展

運(yùn)用正交分解法時(shí),一般選共點(diǎn)力的作用點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),使盡可能多的力

落在坐標(biāo)軸上,若物體具有加速度,一般以加速度方向和垂直加速度方向?yàn)樽鴺?biāo)軸。已知條件示意圖解的情況已知合力和兩個(gè)分力的方向(兩

個(gè)分力不共線)

有唯一解

已知合力和一個(gè)分力的大小和

方向

有唯一解

2.力的分解中定解條件的討論已知合力和一個(gè)分力的大小及

另一個(gè)分力的方向

F1<Fsinθ時(shí)無解;F1=Fsinθ時(shí),有唯一解;Fsinθ<F1<F時(shí),有兩解;F1≥F時(shí)有唯一解已知條件示意圖解的情況考點(diǎn)三受力分析及共點(diǎn)力平衡一、受力分析1.受力分析的步驟2.分析物體受到的力的順序先分析場力(如重力、電場力、磁場力)和已知力,其次分析接觸力(彈力、摩擦力),再

分析其他力。注意

受力分析只分析依據(jù)性質(zhì)命名的力,不分析依據(jù)效果命名的力,如向心力等。二、共點(diǎn)力平衡條件及其重要推論1.平衡狀態(tài):物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài),即a=0。2.平衡條件:F合=0或

。3.平衡條件的重要推論(1)二力平衡如果物體在兩個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài),這兩個(gè)力必定大小相等、方向相反。(2)三力平衡①其中任意兩個(gè)力的合力一定與第三個(gè)力大小相等、方向相反。②三個(gè)力的有向線段通過平移可構(gòu)成首尾相接的封閉三角形。③將某一個(gè)力按力的作用效果分解成兩個(gè)力,則其分力和其他兩個(gè)力滿足平衡條件。(3)多力平衡①其中任何一個(gè)力與其余力的合力大小相等、方向相反。②這些力的有向線段通過平移,必定構(gòu)成一個(gè)首尾相接的封閉多邊形。③將物體所受的力分解到相互垂直的兩個(gè)方向上,每個(gè)方向上的合力都為零。例3

如圖所示,質(zhì)量m=5.2kg的金屬塊放在水平地面上,在斜向右上的拉力F作用下,

向右以v0=2.0m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)。已知金屬塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,g

=10m/s2。求所需拉力F的最小值。

解題步驟

①選金屬塊為研究對(duì)象;②對(duì)其進(jìn)行受力分析;③分析金屬塊所處的運(yùn)動(dòng)

狀態(tài);④建立坐標(biāo)系,正交分解;⑤根據(jù)平衡狀態(tài)列方程;⑥解方程。

解析

設(shè)拉力與水平方向的夾角為θ,對(duì)金屬塊受力分析如圖所示,金屬塊做勻速直線運(yùn)動(dòng),故根據(jù)平衡條件有Fcosθ=f=μ(mg-Fsinθ),整理得cosθ+μsinθ=

,則有F=

(其中sinα=

),當(dāng)θ=

-α?xí)rF最小,故所需拉力F的最小值Fmin=

=2

N(點(diǎn)撥:金屬塊所受的拉力的大小和方向均不確定,故可利用函數(shù)的思想,求出拉力的函數(shù)關(guān)系式,運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)求解極值)。

答案

2

N模型一生活中的輕繩、輕桿模型一、輕繩模型

“活結(jié)”模型“死結(jié)”模型圖例

特點(diǎn)“活結(jié)”兩側(cè)輕繩的張力大小

相等,其合力的方向沿著兩側(cè)繩

子夾角的角平分線“死結(jié)”兩側(cè)輕繩的張力大小

不一定相等二、輕桿模型

“動(dòng)桿”模型“定桿”模型圖例

特點(diǎn)處于平衡狀態(tài)時(shí)桿的彈力方向

一定沿桿桿的彈力方向不一定沿桿,可沿

任意方向例1

(多選)如圖甲所示,輕繩AD跨過固定的水平橫梁BC右端的定滑輪掛住一個(gè)質(zhì)量

為m1的物體,∠ACB=30°;圖乙中輕桿HG一端用鉸鏈固定在豎直墻上,另一端G通過細(xì)

繩EG拉住,EG與水平方向也成30°角,在輕桿的G點(diǎn)處用細(xì)繩GF拉住一個(gè)質(zhì)量為m2的

物體,則下列說法正確的是

(

)

A.FAC∶FEG=m1∶2m2

B.FAC∶FEG=1∶1C.FBC∶FHG=m1∶

m2

D.FBC∶FHG=1∶1

解析

題圖甲所示為活結(jié)與定桿,對(duì)質(zhì)量為m1的物體受力分析可得FCD=m1g,則FAC=m1g,對(duì)繩子與BC的接觸點(diǎn)受力分析如圖丙所示,可得FBC=m1g;題圖乙所示為死結(jié)與動(dòng)桿,

對(duì)質(zhì)量為m2的物體受力分析可得FGF=m2g,對(duì)G點(diǎn)受力分析如圖丁所示,可得FEG=

=2m2g、FHG=

=

m2g;所以FAC∶FEG=m1∶2m2,FBC∶FHG=m1∶

m2,A、C正確。

答案

AC模型二動(dòng)態(tài)平衡模型一、對(duì)動(dòng)態(tài)平衡的理解

二、常用解題方法1.解析法

例2

(多選)如圖所示,輕質(zhì)不可伸長的晾衣繩兩端分別固定在豎直桿M、N上的a、b

兩點(diǎn),懸掛衣服的衣架鉤是光滑的,掛于繩上處于靜止?fàn)顟B(tài)。如果只人為改變一個(gè)條

件,當(dāng)衣架靜止時(shí),下列說法正確的是

(

)A.繩的右端上移到b'點(diǎn),繩子拉力不變B.將桿N向右移一些,繩子拉力變大C.繩的兩端高度差越小,繩子拉力越小D.若換掛質(zhì)量更大的衣服,衣架懸掛點(diǎn)右移解題指導(dǎo)

光滑的衣架鉤掛于繩上是“活結(jié)”模型,兩側(cè)繩子的拉力大小相等,與豎

直方向的夾角相同。

解析

假設(shè)兩豎直桿之間的距離為d,繩子的總長度為L,兩側(cè)繩子與豎直方向的夾角均為θ。對(duì)衣架與繩子的接觸點(diǎn)受力分析如圖1,可得2Fcosθ=mg,由圖2中的幾何關(guān)系

可得Lsinθ=d。繩的右端上下移動(dòng),由于L、d均不變,所以θ不變,F不變,A正確,C錯(cuò)

誤。將桿N向右移一些,由于L不變,d變大,所以θ變大,F變大,B正確。衣服質(zhì)量的大小

不會(huì)影響θ的值,所以衣架仍處于原處,不會(huì)右移,D錯(cuò)誤。

答案

AB2.圖解法(1)適用情況:物體受三個(gè)力作用,其中一個(gè)力為恒力,第二個(gè)力方向不變、大小變化(或

大小不變、方向變化),第三個(gè)力大小、方向均發(fā)生變化。(2)解題過程

例3

如圖所示,一個(gè)重力為10N的小球O被夾在兩光滑斜面間,斜面AB和AC與水平面

的夾角分別為60°和30°,下列說法正確的是(

)A.斜面AB對(duì)小球的彈力是由小球的形變產(chǎn)生的B.斜面AB對(duì)小球的彈力為5NC.斜面AC對(duì)小球的彈力為10

ND.保持斜面AB的傾角不變,緩慢增大斜面AC的傾角,斜面AB對(duì)小球的彈力不變

解析

斜面AB對(duì)小球的彈力是由斜面AB的形變產(chǎn)生的,A錯(cuò)誤。如圖所示,對(duì)小球受力分析,可得FAB=Gsin30°=5N,FAC=Gcos30°=5

N,B正確,C錯(cuò)誤。緩慢增大斜面AC的傾角,力FAC會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),可得斜面AB對(duì)小球的彈力增大,D錯(cuò)誤。

答案

B3.相似三角形法(1)適用情況:物體受三個(gè)力作用處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),力的矢量三角形與題中某個(gè)幾何

三角形始終相似。(2)解題過程

例4

如圖所示,豎直墻壁上固定有一個(gè)光滑的半圓形支架(AB為直徑),支架上套著一個(gè)小球,輕繩的一端懸于P點(diǎn),另一端與小球相連。已知半圓形支架的半徑為R,輕繩長度為L,且R<L<2R,現(xiàn)將輕繩的上端點(diǎn)P沿墻壁緩慢下移至A點(diǎn),此過程中輕繩對(duì)小球的拉力F1及支架對(duì)小球的支持力F2的大小變化情況為(

)A.F1和F2均增大B.F1保持不變,F2先增大后減小C.F1先減小后增大,F2保持不變D.F1先增大后減小,F2先減小后增大

解析

對(duì)小球初始狀態(tài)受力分析且平移為力的矢量三角形,如圖1所示,力的矢量三角形與△POC相似,初始狀態(tài)有

=

=

,當(dāng)P點(diǎn)不斷下移,末狀態(tài)如圖2所示,有

=

=

。PO減小為AO,L與R始終不變,故F1增大,F2增大,A正確。

答案

A4.輔助圓法(1)適用情況:物體受三個(gè)力,其中一個(gè)力大小、方向不變,另外兩個(gè)力大小、方向都在

改變,但變化的兩個(gè)力之間的夾角不變。(2)方法展示①已知條件:F1恒定,F2、F3的夾角一定。②解題過程:在圓中畫出力的矢量三角形,以恒定力為弦,另外兩個(gè)力的交點(diǎn)在圓周上

移動(dòng),由三角形各邊長度及方向的變化判定力的變化;兩個(gè)力的夾角分大于90°(如圖

甲)和小于90°(如圖乙)兩種情況。例5兩光滑平板MO、NO構(gòu)成一具有固定夾角θ0=75°的V形槽,一球體置于槽內(nèi),用θ

表示NO板與水平面之間的夾角,如圖所示為截面圖。θ由60°緩慢減小到30°的過程中,

下列說法正確的是

(

)A.NO對(duì)球的彈力逐漸由小于球的重力增大到大于球的重力B.NO對(duì)球的彈力逐漸由大于球的重力減小到小于球的重力C.MO對(duì)球的彈力逐漸減小且最終等于球的重力D.MO對(duì)球的彈力逐漸減小且始終小于球的重力

解析

對(duì)球進(jìn)行受力分析,由于MO板對(duì)球的彈力和NO板對(duì)球的彈力之間的夾角不變,故運(yùn)用輔助圓法求解。如圖所示,NO板順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)30°角的過程中,NO板對(duì)球的彈

力由小于mg且逐漸增大,最終等于mg;MO板對(duì)球的彈力由小于mg且逐漸減小。D正

確。

答案

D一題多解

拉密定理

球所受的三個(gè)力之間滿足

=

=

;在θ由60°緩慢減小到30°的過程中,mg所對(duì)的角一直為105°,FMO所對(duì)的角由120°增加到150°,所以FMO初始時(shí)小于mg且一直減小;FNO所對(duì)的角由135°減小到105°,所以FNO由小于mg一直增大到等于mg。D正確。三、平衡中的臨界與極值問題1.臨界問題當(dāng)某物理量變化時(shí),會(huì)引起其他物理量的變化,從而使物體所處的平衡狀態(tài)能夠“恰

好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”,在問題的描述中常用“剛好”“恰能”“恰好”等。2.極值問題常指平衡狀態(tài)下,變化的力出現(xiàn)最大值或最小值的問題。

根據(jù)平衡條件列方程,用二次函數(shù)、三角函數(shù)以及幾何關(guān)系等求極值

若只受三個(gè)力,則這三個(gè)力構(gòu)成封閉的矢量三角形,然后根據(jù)矢量三角形進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析

選取某個(gè)變化的物理量將問題推向極端(“極大”“極小”等),從而把比較隱蔽的臨界現(xiàn)象暴露出來

①明確研究對(duì)象;②畫受力示意圖;③假設(shè)可能發(fā)生的臨界狀態(tài);④列出臨界狀態(tài)下的平衡方程并求解3.分析方法例6殲-20戰(zhàn)斗機(jī)安裝了我國自主研制的矢量發(fā)動(dòng)機(jī),能夠在不改變飛機(jī)飛行方向的

情況下,通過轉(zhuǎn)動(dòng)尾噴口方向改變推力的方向,使戰(zhàn)斗機(jī)獲得很多優(yōu)異的飛行性能。

已知?dú)?20戰(zhàn)斗機(jī)沿水平方向超音速勻速巡航時(shí)升阻比(垂直機(jī)身向上的升力和平行

機(jī)身向后的阻力之比)為

。戰(zhàn)斗機(jī)的重力為G,使戰(zhàn)斗機(jī)實(shí)現(xiàn)節(jié)油巡航模式的最小推力為

(

)A.G

B.

C.

D.

解析

戰(zhàn)斗機(jī)受到重力G、發(fā)動(dòng)機(jī)推力F1、升力F2和空氣阻力f,如圖所示,殲-20戰(zhàn)斗機(jī)沿水平方向超音速勻速巡航,則水平方向有Fx=f,豎直方向有F2+Fy=G,且由題意知F2=

f,解得Fy=G-

f,則

=

+

=16f2-2

Gf+G2,

-f圖線為開口向上、對(duì)稱軸為f=

G的拋物線,即當(dāng)f=

G時(shí)

取最小值,解得F1min=

,故選D。

答案

D微專題2整體法與隔離法在平衡問題中的應(yīng)用

整體法隔離法研究對(duì)象加速度相同的幾個(gè)物體組成的一個(gè)整體與周圍物體分隔開來的物體選用原則當(dāng)分析相互作用的兩個(gè)或兩個(gè)以上物體整體的受力情況及分析外力對(duì)系統(tǒng)的作用時(shí),宜用整體法在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體(或一個(gè)物體各部分)間的相互作用時(shí),宜用隔離法注意事項(xiàng)(1)整體法和隔離法不是獨(dú)立的,對(duì)一些較復(fù)雜的問題,通常需要多次選取研究對(duì)象,交替使用整體法和隔離法;(2)一般情況下先整體后隔離,即“整體法”優(yōu)先;(3)在使用隔離法時(shí),優(yōu)先選擇分析受力簡單或受力個(gè)數(shù)少的研究對(duì)象例1如圖所示,將兩個(gè)質(zhì)量分別為m、2m的小球a、b用輕