2018高考物理备考中等生百日捷进提升专题02相互作用

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2018高考物理备考中等生百日捷进提升专题02相互作用

第一部分 相互作用、共点力平衡特点描述 相互作用是整个高中物理力学的解题基础,很多类型题都需要受力分析,然后根据力的合成与分解、共点力平衡来解题,其中对重力、弹力、摩擦力的考查方式大多以选择题的形式出现,每个小题中一般包含几个概念。对受力分析考查的命题方式一般是涉及多力平衡问题,可以用力的合成与分解求解,也可以根据平衡条件求解,考查方式一般以选择题形式出现,特别是平衡类连接体问题题设情景可能更加新颖。 第二部分 知识背一背 一、力的概念及三种常见的力 (一)力 力的基本特征:①物质性②相互性③矢量性④独立性⑤同时性:物体间的相互作用总是同时产生,同时变化,同时消失. 力可以用一条带箭头的线段表示,线段的长度表示力的大小,箭头的方向表示力的方向,箭头(或者箭尾)画在力的作用点上,线段所在的直线叫做力的作用线 力的示意图和力的图示是有区别的,力的图示要求严格画出力的大小和方向,在相同标度下线段的长度表示力的大小,而力的示意图着重力的方向的画法,不要求作出力的大小 (二)、重力 (1)重力是非接触力(2)重力的施力物体是地球(3)物体所受到的重力与物体所处的运动状态以及是否受到其他力无关(4)重力不一定等于地球的吸引力,地球对物体的吸引力一部分充当自转的向心力,一部分为重力(5)重力随维度的升高而增大(6)重力随离地面的高度的增加而增大 4.重心: 重心是一个等效作用点,它可以在物体上,也可以不在物体上,比如质量分布均与的球壳,其重心在球心,并不在壳体上 (三)、弹力 1.弹力产生的条件:一物体间必须接触,二接触处发生形变(一般指弹性形变) 2.常见理想模型中弹力比较: 类别 轻绳 轻杆 轻弹簧 特征 轻、软、不可伸长,即绳中各处的张力大小相等 轻,不可伸长,亦不可压缩 轻,既可被拉伸,也可被压缩,弹簧中各处弹力均相等

产生力的 方向及特点 只能产生拉力,不能产生压力,拉力的方向沿绳子收缩的方向 既能产生压力,又能产生拉力,弹力方向不一定沿杆的方向 既能产生压力,又能产生拉力,力的方向沿弹簧轴线

大小计算 运用平衡方程或牛顿第二定律求解 运用平衡方程或牛顿第二定律求解 除运用平衡方程或牛顿第二定律外,还可应用胡克定律F=kx求解

变化情况 弹力可以发生突变 弹力只能渐变 (四)摩擦力 1.两种摩擦力的比较

摩擦力 定义 产生条件 大小、方向

静摩擦力 两个有相对运动趋势 (仍保持静止)的物体间的摩擦力

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

大小:m0FF摩摩

方向:与受力物体相对运动趋势的方向相反

滑动摩擦力 两个有相对运动的物体间的摩擦力 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:NFF= 方向:与受力物体相对运动的方向相反 2.静摩擦力 ①其大小、方向都跟产生相对运动趋势的外力密切相关,但跟接触面相互挤压力NF无直接关系.因而静摩擦力具有大小、方向的可变性,变化性强是它的特点,其大小只能依据物体的运动状态进行计算,若为平衡状态,静摩擦力将由平衡条件建立方程求解;若为非平衡状态,可由动力学规律建立方程求解. ②最大静摩擦力mF是物体将要发生相对滑动这一临界状态时的摩擦力,它的数值与NF成正比,在NF不变的情况下,滑动摩擦力略小于mF,而静摩擦力可在m0F~间变化. 二、力的合成与分解 1..合力的大小范围 (1)两个力合力大小的范围1212||FFFFF-+

. (2)三个力或三个以上的力的合力范围在一定条件下可以是120||nFFFF+++

2.正交分解法 把一个力分解为互相垂直的两个分力,特别是物体受多个力作用时,把物体受到的各力都分解到互相垂直的两个方向上去,然后分别求每个方向上力的代数和,把复杂的矢量运算转化为互相垂直方向上的简单的代数运算.其方法如下. (1)正确选择直角坐标系,通过选择各力的作用线交点为坐标原点,直角坐标系的选择应使尽量多的力在坐标轴上. (2)正交分解各力,即分别将各力投影在坐标轴上,然后求各力在x轴和y轴上的分力的合力.xF和yF:

123123xxxxyyyyFFFFFFFF=+++,=+++ (3)合力大小22xyFFF=.

合力的方向与x夹轴角为 yxFarctanF= 三、共点力平衡 1.共点力作用下物体的平衡条件 物体所受合外力为零,即0F= .若采用正交分解法求解平衡问题,则平衡条件应为00xyFF=,= . 2.求解平衡问题的一般步骤 (1)选对象:根据题目要求,选取某平衡体(整体或局部)作为研究对象. (2)画受力图:对研究对象作受力分析,并按各个力的方向画出隔离体受力图. (3)建坐标:选取合适的方向建立直角坐标系. (4)列方程求解:根据平衡条件,列出合力为零的相应方程,然后求解,对结果进行必要的讨论. 3.平衡物体的动态问题 (1)动态平衡:指通过控制某些物理量使物体的状态发生缓慢变化,在这个过程中物体始终处于一系列平衡 状态中. (2)动态平衡特征:一般为三力作用,其中一个力的大小和方向均不变化,一个力的大小变化而方向不变,另一个力的大小和方向均变化 . 4平衡物体的临界问题 (1)平衡物体的临界状态:物体的平衡状态将要变化的状态. (2)临界条件:涉及物体临界状态的问题,解决时一定要注意“恰好出现” 或“恰好不出现” 等临界条件. 5.极值问题 平衡物体的极值,一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题 第三部分 技能+方法 一、一、受力分析要注意的问题 受力分析就是指把指定物体(研究对象)在特定的物理情景中所受到的所有外力找出来,并画出受力图.受力分析时要注意以下五个问题: (1)研究对象的受力图,通常只画出根据性质命名的力,不要把按效果分解的力或合成的力分析进去.受力图完成后再进行力的合成和分解,以免造成混乱. (2)区分内力和外力:对几个物体组成的系统进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内力,不能在受力图中出现;当把其中的某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成外力,要画在受力图上. (3)防止“添力”:找出各力的施力物体,若没有施力物体,则该力一定不存在. (4)防止“漏力”:严格按照重力、弹力、摩擦力、其他力的步骤进行分析是防止“漏力”的有效办法. (5)受力分析还要密切注意物体的运动状态,运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力的有无及方向. 【例1】如图所示,质量为m的木块A放在质量为M的三角形斜壁上,现用大小均为方向相反的水平力分别推A和B,它们均静止不动.则 ( )

A. 地面对B的支持力大小一定大于(M+m)g B. B与地面之间一定不存在摩擦力 C. B对A的支持力一定小于mg D. A与B之间一定存在摩擦力 【答案】 B

根据平衡条件可知,支持力等于重力和推力在垂直斜面上的分力,由于不明确F的大小,故无法确定支持力与重力的关系, 故C错误; D、由图可知,若重力和推力在沿斜面方向上的分力相同,则物体A可以不受B的摩擦力,故D错误。 点睛:先对A、B整体受力分析,根据平衡条件得到地面对整体的支持力和摩擦力;再对物体A受力分析,根据平衡条件求解B对A的支持力和摩擦力。 二、正交分解法 正交分解法:将一个力(矢量)分解成互相垂直的两个分力(分矢量),即在直角坐标系中将一个力(矢量)沿着两轴方向分解,如图F分解成Fx和Fy,它们之间的关系为:Fx=F•cos φ Fy

=F•sin φ

F= 22yxFF tan φ=xyFF 正交分解法是研究矢量常见而有用的方法,应用时要明确两点: (1)x轴、y轴的方位可以任意选择,不会影响研究的结果,但若方位选择得合理,则解题较为方便; (2)正交分解后,Fx在y轴上无作用效果,Fy在x轴上无作用效果,因此Fx和Fy不能再分解. 【例2】建筑装修中,工人用质量为m的磨石对斜壁进行打磨,当对磨石加竖直向上大小为F的推力时,磨石恰好沿斜壁向上匀速运动,已知磨石与斜壁之间的动摩擦因数为μ,则磨石受到的摩擦力是 ( )

A. (F﹣mg)cos θ B. (F﹣mg)sin θ C. μ(F﹣mg)cos θ D. μ(F﹣mg) 【答案】 A

考点:物体的平衡 【名师点睛】滑动摩擦力的大小一定要注意不但可以由μFN

求得,也可以由共点力的平衡或牛顿第二定律

求得,故在学习时应灵活掌握。

三、力的图解法 用矢量三角形定则分析最小力的规律: (1)当已知合力F的大小、方向及一个分力F1的方向时,另一个分力F2的最小条件是:两个分力垂直,如图甲.最小的F2

=Fsin α.

(2)当已知合力F的方向及一个分力F1的大小、方向时,另一个分力F2最小的条件是:所求分力F2与合力F垂直,如图乙.最小的F2=F1sin α.

(3)当已知合力F的大小及一个分力F1的大小时,另一个分力F2最小的条件是:已知大小的分力F1与合力F同方向.最小的F2=|F-F1|. 【例3】如图所示,三根轻细绳悬挂两个质量相同的小球保持静止,A、D间细绳是水平的,现对B球施加一个水平向右的力F,将B缓缓拉到图中虚线位置,这时三根细绳张力TAC、TAD、TAB

的变化情况是

( )

A. 都变大 B. TAD和TAB变大,TAC不变 C. TAC和TAB变大,TAD不变 D. TAC和TAD变大,TAB不变 【答案】 B