高考物理复习第二章相互作用第5讲共点力平衡问题的应用市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖PPT课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,物理,课标版,第5讲共点力平衡问题应用,1/35,考点一动态平衡问题,所谓动态平衡问题,是指经过控制一些物理量,使物体状态发生,迟缓改变,而在这个过程中物体又一直处于一系列平衡状态中。,2/35,求解动态平衡问题时惯用到以下几个方法:,1.解析法,对研究对象进行受力分析,画出受力示意图,再依据物体平衡条件列,式求解,得到因变量与自变量普通函数表示式,最终依据自变量改变确定因变量改变。,3/35,2.图解法,对研究对象在动态改变过程中若干状态进行受力分析,在同一图中作,出物体在若干状态下所受力平行四边形,由各边长度改变及角度,改变来确定力大小及方向改变情况,此即为图解法,它是求解动态,平衡问题基本方法。此法优点是能将各力大小、方向等改变趋,势形象、直观地反应出来,大大降低了解题难度和计算强度。此法惯用,于求解三力平衡且有一个力是恒力,另一个力方向不变问题。,3.相同三角形法,在三力平衡问题中,假如有一个力是恒力,另外两个力方向都改变,且题,目给出了空间几何关系,多数情况下力矢量三角形与空间几何三角形相同,可利用相同三角形对应边成百分比进行计算。,4/35,1-1,(河南八市质检,20)(多项选择)如图所表示,一个固定,圆弧阻挡墙,PQ,其半径,OP,水平,OQ,竖直。在,PQ,和一个斜面体,A,之间卡着一个表面,光滑重球,B,。斜面体,A,放在光滑地面上并用一水平向左力,F,推着,整个装置处于静止状态。现改变推力,F,大小,推进斜面体,A,沿着水平地,面向左迟缓运动,使球,B,沿斜面上升一很小高度。则在球,B,迟缓上升过,程中,以下说法中正确是,(),5/35,A.斜面体,A,与球,B,之间弹力逐步减小,B.阻挡墙,PQ,与球,B,之间弹力逐步减小,C.水平推力,F,逐步增大,D.水平地面对斜面体,A,弹力逐步减小,6/35,答案,ABD对球,B,受力分析,如图甲所表示,当球,B,上升时,用图解法分析,B,球所受各力改变,其中角,增大,F,AB,和,F,OB,均减小,则A、B项正确。对,斜面体进行受力分析,如图乙所表示,因为,F,AB,减小,由牛顿第三定律知,F,AB,=,F,BA,故,F,BA,也减小,则推力,F,减小,水平地面对斜面体弹力,F,N,也减小,则C,项错误,D项正确。,7/35,1-2,(上海单科,9,3分)如图,光滑四分之一圆弧轨道,AB,固定在竖,直平面内,A,端与水平面相切。穿在轨道上小球在拉力,F,作用下,迟缓,地由,A,向,B,运动,F,一直沿轨道切线方向,轨道对球弹力为,N,。在运动,过程中,(),A.,F,增大,N,减小B.,F,减小,N,减小,C.,F,增大,N,增大D.,F,减小,N,增大,8/35,答案,A解法一解析法,由题意知,小球在由,A,运动到,B,过程中一直处于平衡状态。设某一时刻,小球运动至如图所表示位置,则对球受力分析,由平衡条件得:,F,=,mg,sin,N,=,mg,cos,在运动过程中,增大,故,F,增大,N,减小,A正确。,9/35,解法二图解法,因为球迟缓地由,A,运动到,B,所以球能够看成是动态平衡,对球受力分析,可知,轨道对球弹力,N,与球受到拉力,F,一直垂直,且两个力协力恒与,重力等大反向,所以三个力首尾相连组成封闭直角三角形,如图所表示。,由图解法可知,伴随,F,与竖直方向夹角减小,F,增大,N,减小,选项A正,确。,10/35,1-3,(宁夏银川一中月考)如图所表示,表面光滑半径为,R,半球固定,在水平地面上,球心,O,正上方,O,处有一个无摩擦定滑轮,轻质细绳两端,各系一个小球挂在定滑轮上(不计小球大小),两小球平衡时,若滑轮两侧,细绳长度分别为,l,1,=2.5,R,l,2,=2.4,R,。则这两个小球质量之比,m,1,m,2,为,(),A.241B.251C.2425D.2524,11/35,答案,C分别对两个小球受力分析,如图所表示,依据几何关系可知三角,形相同,三角形相同,则有:,=,=,因轻质细绳上各处,张力相等,则,T,1,=,T,2,解得,=,=,=,。,12/35,方法指导,三角形法则和平行四边形定则是研究动态平衡问题基本方法,但也要依据实际情况采取不一样方法:,(1)若出现直角三角形,惯用三角函数表示协力与分力关系。,(2)若出现“物体只受三个力作用,且其中一个力大小、方向均不变,另,一个力方向不变,第三个力大小、方向均改变”情形通常采取图解法。,(3)用力矢量三角形分析力最小值问题规律:,若已知,F,合,方向、大小及一个分力,F,1,方向,则另一分力,F,2,最小值,条件为,F,1,F,2,;,若已知,F,合,方向及一个分力,F,1,大小、方向,则另一分力,F,2,最小值,条件为,F,2,F,合,。,13/35,考点二连接体问题,连接体即经过一定相互作用联络到一起物体组,常见连接体形,式有以下几个:,(1)经过绳连接;,(2)经过杆连接;,(3)经过弹簧连接;,(4)并排组成连接体;,(5)叠放组成连接体。,14/35,研究连接体问题基本方法,1.整体法:就是把几个物体视为一个整体,受力分析时,只分析这一整体,之外物体对整体作用力,不考虑整体内部之间相互作用力,这种,方法叫做整体法。,2.隔离法:若是有几个物体连接在一起,要求物体之间相互作用力,一,般就将其中某一物体与其它物体分隔开,对这个物体进行受力分析,那么其它物体对这个物体作用力就是外力,这种方法叫做隔离法。,15/35,2-1(多项选择)如图墙面与水平地面光滑且绝缘,小球,A,、,B,带有同种电荷,用指向墙面水平推力,F,作用于小球,B,两球分别静止在竖直墙面和水,平地面上,若将小球,B,向左推进少许,当两球重新到达平衡时,与原来,平衡状态相比较,(),A.两个小球之间距离变大,B.推力,F,变大,C.地面对小球,B,支持力不变,D.竖直墙面对小球,A,弹力变大,16/35,答案,AC由题意,小球,A,、,B,静止时,对两球受力分析,小球,A,受到竖直,向下重力,m,A,g,、水平向右弹力,F,A,和斜向上库仑力,F,BA,;小球,B,受到,竖直向下重力,m,B,g,、水平向左推力,F,、竖直向上支持力,F,B,和斜向,下库仑力,F,AB,且,F,BA,=,F,AB,=,F,库,。设小球,A,、,B,之间库仑力与竖直墙面,夹角为,由平衡条件,对小球,A,:,F,库,cos,=,m,A,g,F,A,=,m,A,g,tan,对小球,B,:,F,B,=,m,B,g,+,F,库,cos,=,m,B,g,+,m,A,g,;若将小球,B,向左推进少许,则夹角,变小,当两球,重新到达平衡时,两个小球之间库仑力减小,可知两个小球之间距,离增大,由整体法可知,地面对小球,B,支持力,F,B,=(,m,A,+,m,B,),g,不变,推力,F,大,小等于竖直墙面对小球,A,弹力,F,A,夹角,变小,F,和,F,A,都变小,则选项A、,C正确,B、D错误。,17/35,2-2,(湖南长沙一模,16)如图所表示,倾角为,斜面体,c,置于水平地,面上,小盒,b,置于斜面上,经过跨过光滑定滑轮细绳与物体,a,连接,连接,b,一段细绳与斜面平行,连接,a,一段细绳竖直,a,连接在竖直固定在地,面弹簧上,现向,b,盒内迟缓加入适量砂粒,a,、,b,、,c,一直处于静止状态,以下说法中正确是(),A.,b,对,c,摩擦力可能先减小后增大,B.地面对,c,支持力可能不变,C.,c,对地面摩擦力方向一直向左,D.弹簧弹力可能增大,18/35,答案,A当向,b,盒内迟缓加入砂粒过程中,a,、,b,、,c,一直处于静止状,态,对,a,分析,弹簧弹力不变,a,重力不变,则细绳拉力不变;对,b,、,c,整体分,析知,其一直受斜向右上方拉力,故,c,对地面摩擦力方向一直向右,由,于,b,、,c,整体质量增大,则地面对,c,支持力增大,B、C、D错。假如开始,时,b,所受,c,摩擦力沿斜面向下,则对,b,分析可知,伴随砂粒加入,b,对,c,摩擦力可能先减小后增大,A对。,19/35,2-3,(湖南岳阳第一中学段考)(多项选择)如图所表示,质量为,m,、顶角为,直角劈和质量为,M,正方体放在两竖直墙和一水平面间,处于静止状,态。若不计一切摩擦,则,(),A.水平面对正方体弹力大小为(,M,+,m,),g,B.墙面对正方体弹力大小为,mg,/tan,C.正方体对直角劈弹力大小为,mg,cos,D.直角劈对墙面弹力大小为,mg,sin,20/35,情况,如图甲所表示,则由平衡条件得:水平面对正方体弹力大小,N,3,=(,M,+,m,),g,。对直角劈研究,分析受力情况,如图乙所表示,依据平衡条件得:重力,mg,和墙壁对它弹力,N,1,协力,F,与,M,对它支持力,N,4,大小相等,方向相,反,由图得:墙面对,m,弹力,N,1,=,正方体对直角劈弹力大小为,N,4,=,对整体分析可知,墙面对正方体弹力,N,2,=,N,1,=,依据牛顿第三,定律得,直角劈对墙面弹力大小,N,1,=,N,1,=,。故A、B正确,B、D错,误。,答案,AB以直角劈和质量为,M,正方体整体为研究对象,分析受力,21/35,方法指导,当分析相互作用两个或两个以上物体整体受力情况时,宜用整,体法;而在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间相互作用时惯用,隔离法。整体法和隔离法不是独立,对一些较复杂问题,通常需要多,次选取研究对象,交替使用整体法和隔离法。,22/35,考点三临界与极值问题,1.临界问题,当某物理量改变时,会引发其它几个物理量改变,从而使物体所处,平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”,在问题描述中惯用“刚,好”、“刚能”、“恰好”等词语。,常见临界状态有:,(1)两接触物体脱离与不脱离临界条件是相互作用力为0(主要表达为,两物体间弹力为0);,23/35,(2)绳子断与不停临界条件为绳中张力到达最大值;绳子绷紧与松弛,临界条件为绳中张力为0;,(3)存在摩擦力作用两物体间发生相对滑动或相对静止临界条件为,静摩擦力到达最大。,研究基本思维方法:假设推理法。,2.极值问题,平衡物体极值,普通指在力改变过程中最大值和最小值问题。一,般用图解法或解析法进行分析。,24/35,1.求解平衡中临界问题和极值问题时,首先要正确地进行受力分,析和改变过程分析,找出平衡临界点和极值点。,2.临界条件必须在改变中寻找,不能停留在一个状态来研究临界问题,而,是把某个物理量推向极端,即极大或极小,并依此作出科学推理分析,从而给出判断或导出普通结论。,25/35,3-1,如图所表示,三根长度均为,l,轻绳分别连接于,C,、,D,两点,A,、,B,两端,被悬挂在水平天花板上,相距2,l,。现在,C,点上悬挂一个质量为,m,重物,为使,CD,绳保持水平,在,D,点上可施加力最小值为,(),A.,mg,B.,mg,C.,mg,D.,mg,26/35,答案,C对,C,点进行受力分析,由平衡条件可知,绳,CD,对,C,点拉力,F,CD,=,mg,tan 30,对,D,点进行受力分析,绳,CD,对,D,点拉力,F,2,=,F,CD,=,mg,tan 30,故,F,2,是恒力,又知,F,1,方向一定,则,F,1,与,F,3,协力与,F,2,等值反向,由图知当,F,3,垂直于绳,BD,时,F,3,最小,由几何关系可得此时,F,3,=,F,CD,sin 60,=,mg,。,27/35,3-2,如图所表示,质量,m,=1 kg物块在与水平方向夹角为,=37,推力,F,作用下静止于墙壁上,物块与墙壁之间动摩擦因数,=0.5,推力,F,应满,足什么条件?(取最大静摩擦力等于滑动摩擦力),答案,10 N,F,50 N,解析,当,F,较大时,物块会有向上滑动趋势,摩擦力向下,当物块恰不,上滑时,力,F,有最大值(受力如图1所表示),28/35,所以:,N,=,F,max,cos,F,max,sin,=,f,+,mg,f,=,F,max,sin,-,mg,又,f,=,N,由以上各式代入数据能够得出:,F,max,=50 N,当力,F,较小时,物块有向下滑动趋势,摩擦力向上,所以当物块恰不下,29/35,滑时,力,F,有最小值(受力如图2所表示),由平衡条件可得出:,N,=,F,min,cos,F,min,sin,+,f,-,mg,=0,f,=,mg,-,F,min,sin,又,f,=,N,由以上各式代入数据能够得出:,F,min,=10 N,所以推力,F,取值范围为:10 N,F,50 N。,30/35,3-3,(云南临沧第一中学月考)如图所表示,质量,M,=2,kg木块,A,套,在水平杆上,并用轻绳将木块与质量,m,=,kg小球,B,相连。今用跟水,平方向成,=30,角力,F,=10,N,拉着球带动木块一起向右匀速运动,运动中,M,、,m,相对位置保持不变,取,g,=10 m/s,2,。求:,(1)运动过程中轻绳与水平方向夹角,;,(2)木块与水平杆间动摩擦因数,。,(3)当,为多大时,使球和木块一起向右匀速运动拉力最小?,31/35,答案,(1),=30,(2),=,(3)看法析,解析,(1)对小球,B,进行受力分析,设绳对,B,拉力为,T,由平衡条件有,F,cos 30,=,T,cos,F,sin 30,+,T,sin,=,mg,解得:,T,=10,N,tan,=,即,=30,32/35,(2)对木块,A,进行受力分析,由平衡条件有,T,sin,+,Mg,=,F,N,T,cos,=,F,N,又,T,=,T,解得,=,(3)对木块,A,和小球,B,整体进行受力分析,由平衡条件有,33/35,F,sin,+,F,N,=(,M,+,m,),g,F,cos,=,F,N,解得:,F,=,令sin,=,cos,=,即tan,=,则,F,=,=,显然,当,+,=90,时,F,有最小值,所以tan,=,=,时,F,值最小。,34/35,方法指导,包括静摩擦力平衡问题,最常见临界状态是静摩擦力到达最大,值,静摩擦力可能沿接触面指向两个不一样方向,对应两个临界状态。,35/35,