教科版高中物理必修第一冊(cè)第3章相互作用整合課件

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章

整

合第三章內(nèi)容索引0102知識(shí)網(wǎng)絡(luò)·系統(tǒng)構(gòu)建重點(diǎn)題型·歸納剖析知識(shí)網(wǎng)絡(luò)·系統(tǒng)構(gòu)建重點(diǎn)題型·歸納剖析一對(duì)桿、繩彈力的進(jìn)一步分析1.桿的彈力自由轉(zhuǎn)動(dòng)的桿:彈力一定沿桿方向,可提供拉力,也可提供推力。固定不動(dòng)的桿:彈力不一定沿桿方向,由物體所處的狀態(tài)決定。2.繩的彈力(1)“死結(jié)”繩:可理解為把繩子分成兩段,結(jié)點(diǎn)不可沿繩滑動(dòng),兩側(cè)看成兩根獨(dú)立的繩子,彈力大小不一定相等。(2)“活結(jié)”繩:一般是由繩跨過滑輪或繩上掛一光滑掛鉤,實(shí)際上是同一根繩子。結(jié)點(diǎn)可沿繩滑動(dòng),兩側(cè)繩上的彈力大小相等?！纠}1】

如圖(a)所示,輕繩AD跨過固定的水平橫梁BC右端的軸光滑的定滑輪掛住一個(gè)質(zhì)量為m1的物體,∠ACB=30°;圖(b)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°,輕桿的G點(diǎn)用細(xì)繩GF拉住一個(gè)質(zhì)量為m2的物體。求:(a)(b)(1)輕繩AC段的拉力TAC與細(xì)繩EG的拉力TEG之比;(2)輕桿BC對(duì)C端的支持力;(3)輕桿HG對(duì)G端的支持力。解析:題圖(a)和(b)中的兩個(gè)物體都處于平衡狀態(tài),根據(jù)平衡條件,首先判斷與物體相連的細(xì)繩,其拉力大小等于物體的重力;分別取C點(diǎn)和G點(diǎn)為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析,如圖(c)和(d)所示,根據(jù)平衡規(guī)律可求解。(c)(d)(1)圖(c)中輕繩AD跨過定滑輪拉住質(zhì)量為m1的物體,物體處于平衡狀態(tài),輕繩AC段的拉力TAC=TCD=m1g圖(d)中由TEGsin30°=m2g,得TEG=2m2g(2)圖(c)中,三個(gè)力之間的夾角都為120°,根據(jù)平衡規(guī)律有NC=TAC=m1g,方向和水平方向成30°,指向右上方。(3)圖(d)中,根據(jù)平衡方程有TEGcos30°=N【變式訓(xùn)練1】下圖所示為三種形式的吊車示意圖,OA為重力不計(jì)的桿,其O端固定,A端帶有一軸光滑的小滑輪,AB為重力不計(jì)的纜繩。當(dāng)它們吊起相同重物時(shí),纜繩對(duì)滑輪作用力的大小關(guān)系是(

)(a)(b)(c)A.Na>Nb>Nc

B.Na>Nb=NcC.Na=Nb>Nc

D.Na=Nb=Nc答案:B解析:分別對(duì)三種形式的滑輪進(jìn)行受力分析,設(shè)繩子的作用力分別為Na、Nb、Nc,各圖中繩子拉力均為mg。在圖(a)中,Na=2mgcos30°=在圖(b)中,Nb=2mgcos60°=mg在圖(c)中,Nc=2mgcos60°=mg可知Na>Nb=Nc,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。(a)(b)(c)二摩擦力的“突變”問題摩擦力突變的常見情況

【例題2】

把一重為G的物體,用一個(gè)水平的推力F=kt(k為恒量,t為時(shí)間)壓在豎直的足夠高的平整的墻面上,如圖所示,從t=0開始物體所受的摩擦力f隨t的變化關(guān)系是圖中的哪一個(gè)(

)答案:B解析:由于物體受的水平推力為F=kt,由二力平衡得,墻與物體間的壓力N=kt。當(dāng)F比較小時(shí),物體受到的摩擦力f小于物體的重力G,物體將沿墻壁下滑,此時(shí)物體受到的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力。由f=μN(yùn)得,滑動(dòng)摩擦力f=μkt。當(dāng)摩擦力f大小等于重力G時(shí),由于慣性作用,物體不能立即停止運(yùn)動(dòng),物體受到的摩擦力仍然是滑動(dòng)摩擦力。隨著摩擦力的增大,摩擦力將大于重力,物體做減速運(yùn)動(dòng)直至靜止,摩擦力將變?yōu)殪o摩擦力,靜摩擦力與正壓力無(wú)關(guān),跟重力始終平衡?！咀兪接?xùn)練2】如圖所示,質(zhì)量為1kg的物塊在水平地面上以6m/s的初速度向右滑行,物塊與地面間的動(dòng)摩擦因μ=0.2;從t=0時(shí)刻開始,物塊受到一水平向左的恒力F=1N的作用,以大小為3m/s2的加速度做勻減速運(yùn)動(dòng)。則反映物塊所受摩擦力f隨時(shí)間t變化的圖像是(取向右為正方向,g取10m/s2)(

)答案:A解析:從t=0開始物塊以一定初速度6

m/s向右滑行時(shí),物塊受到水平向左的滑動(dòng)摩擦力,由公式f=μN(yùn)得摩擦力為f1=-μN(yùn)=-μmg=-0.2×1×10=-2

N。物體的最大靜摩擦力f靜max≤μmg=0.2×1×10=2

N,由于F<f靜max,所以當(dāng)物體的速度減小到零時(shí),物體將停止運(yùn)動(dòng),受到水平向右的靜摩擦力。由平衡條件得,物體受到的靜摩擦力為f2=F=1

N,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。三物體的受力分析1.受力分析的方法:整體法與隔離法

2.受力分析時(shí)需要注意的問題(1)只分析所受的力在進(jìn)行受力分析時(shí),一定要注意,我們分析的是物體“受到”的力,而不是物體對(duì)外施加的力,也不要把作用在其他物體上的力,錯(cuò)誤地認(rèn)為通過“力的傳遞”而作用在研究對(duì)象上。(2)只分析外力對(duì)幾個(gè)物體的整體進(jìn)行受力分析時(shí),這幾個(gè)物體間的作用力為內(nèi)力,不能在受力圖中出現(xiàn);當(dāng)把某一物體單獨(dú)隔離分析時(shí),原來的內(nèi)力變成了外力,要畫在受力分析圖上。(3)合力與分力進(jìn)行受力分析時(shí),同一物體受到的合力與分力是“等效替代”的關(guān)系,不能同時(shí)出現(xiàn)。(4)力與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析物體受力時(shí),要注意物體所處的狀態(tài),物體所處的狀態(tài)不同,其受力情況一般也不相同。如:放在水平傳送帶上的物體隨傳送帶一起運(yùn)動(dòng)時(shí),若傳送帶加速運(yùn)動(dòng),物體受到的摩擦力向前;若傳送帶減速運(yùn)動(dòng),物體受到的摩擦力向后;若傳送帶勻速運(yùn)動(dòng),物體不受摩擦力作用。【例題3】如圖所示,斜面體放在水平地面上,A、B兩個(gè)長(zhǎng)方體物塊疊放在斜面上,用跨過軸光滑的定滑輪的細(xì)繩將物塊B與物塊C連接,滑輪左側(cè)細(xì)繩與斜面平行,斜面體和各物體均靜止,各接觸面均粗糙。下列說法正確的是(

)A.物塊B與斜面體間一定有摩擦力B.斜面體與水平地面間無(wú)摩擦力C.斜面體對(duì)物塊B的摩擦力大小可能等于物塊C的重力D.物塊A對(duì)物塊B的摩擦力方向一定沿接觸面向上答案:BC解析:設(shè)A、B、C的質(zhì)量分別為mA、mB、mC,斜面傾角為θ。若mCg=(mA+mB)gsinθ,A、B相對(duì)于斜面沒有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),不受到斜面的摩擦力,故A錯(cuò)誤;以整體為研究對(duì)象,由于整體不受外力,故整體水平方向沒有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),不受地面的摩擦力,故B正確;若(mA+mB)gsinθ=2mCg,斜面體對(duì)物塊B的摩擦力大小方向沿斜面向上,大小等于物塊C的重力,故C正確;物塊B對(duì)A的摩擦力方向沿接觸面向上,則物塊A對(duì)物塊B的摩擦力方向一定沿接觸面向下,故D錯(cuò)誤。【變式訓(xùn)練3】

如圖所示,豎直放置的輕彈簧一端固定在地面上,另一端與斜面體P連接,P的斜面與固定擋板MN接觸且處于靜止?fàn)顟B(tài),則斜面體P此刻所受的外力的個(gè)數(shù)(

)A.P可能受到三個(gè)力B.P不是受到兩個(gè)力,就是受到四個(gè)力C.P可能受到一個(gè)力D.P一定受到兩個(gè)力答案:B解析:(1)如果彈力N=G,物體受力可以平衡,故P可能受2個(gè)力的作用。如圖所示:(2)如果彈力N<G,P不可能平衡。(3)如果彈力N>G,物體會(huì)受到擋板MN的彈力F和摩擦力f,受力分析如圖:

故P可能受4個(gè)力的作用。綜上所述,P可能的受力個(gè)數(shù)是2個(gè)或4個(gè),故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。四物體平衡中的臨界和極值問題1.臨界問題(1)臨界狀態(tài):物體的平衡狀態(tài)將要發(fā)生變化的狀態(tài)。(2)當(dāng)某物理量發(fā)生變化時(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)“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”,這類問題的描述中經(jīng)常出現(xiàn)“剛好”“恰好”等詞語(yǔ)。(3)處理這類問題的最有效方法是假設(shè)推理法,也就是先假設(shè),再根據(jù)平衡條件及有關(guān)知識(shí)列平衡方程,最后求解。(4)常見的臨界狀態(tài)

2.極值問題極值問題也就是指平衡問題中,力在變化過程中的最大值和最小值問題。解決這類問題常用以下三種方法:【例題4】

如圖所示,物體的質(zhì)量為2kg,兩根輕繩AB和AC的一端連接于豎直墻上,另一端系于物體上,在物體上另施加一個(gè)方向與水平線成θ=60°的拉力F,若要使兩繩都能伸直,求拉力F的大小范圍(g取10m/s2)。解析:設(shè)繩AB彈力為F1,繩AC彈力為F2,A的受力情況如圖,由平衡條件得Fsinθ+F1sinθ-mg=0Fcosθ-F2-F1cosθ=0【變式訓(xùn)練4】如圖所示,一根輕繩跨過軸光滑的定滑輪,連接著質(zhì)量分別為m'和m的兩個(gè)物體,滑輪左側(cè)的繩和斜面平行,兩物體都保持靜止不動(dòng)。已知斜面傾角為37°(sin37°=0.6,cos37°=0.8),質(zhì)量為m'的物體和靜止斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.125,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。則m'與m的比值范圍是(

)答案:A解析:依題意,對(duì)質(zhì)量為m的物體受力分析,根據(jù)平衡條件,繩子的拉力