2023年高考物理总复习名师学案力和物体的平衡36页WORD147384doc高中物理.docx

2023高考物理总复习名师学案--力和物体的平衡（36页WORD） ●考点指要 知 识 点 要求程度 1.力是物体间的相互作用，是物体发生形变和物体运动状态变化的原因.力是矢量.力的合成与分解. Ⅱ 2.重力是物体在地球外表附近所受到的地球对它的引力.重心. Ⅱ 3.形变和弹力.胡克定律. Ⅱ 4.静摩擦，最大静摩擦力. Ⅰ 5.滑动摩擦.滑动摩擦定律. Ⅱ 6.共点力作用下的物体的平衡. Ⅱ 【说明】 (1)关于力的合成与分解，在计算方面只要求会应用直角三角形知识求解. (2)不要求知道静摩擦因数. ●复习导航 本章内容是力学的根底知识.力是贯穿于整个物理学的重要概念，对物体进行受力分析是解决力学问题的根底和关键.力在合成与分解时所遵守的平行四边形定那么，也是所有的矢量都遵守的普遍法那么.平衡条件(F合=0)更是广泛应用于力、热、电等各局部内容的题目求解当中. 近几年的高考针对本章内容单独命题的情况较少，主要是与其他内容(牛顿定律、动量、功和能、电磁学等)结合起来进行考查.摩擦力、力的合成与分解都是高考热点内容. 本章知识内容可分成两个单元组织复习：(Ⅰ)力学中的三种常见力；物体受力分析.(Ⅱ)力的合成与分解；共点力作用下的物体的平衡. 第Ⅰ单元 力学中的三种常见力·物体受力分析 ●知识聚焦 一、力的概念 1.(1)力是物体对物体的作用，力不能脱离物体而独立存在.(2)力的作用效果：使物体发生形变或使物体运动状态发生变化.(3)力是矢量.大小、方向、作用点是力的三要素.(4)力的单位：牛顿(N). 2.力的分类：(1)按力的性质分，可分为重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等.(2)按力的效果分，可分为压力、支持力、动力、阻力、向心力、回复力等. 二、力学中的三种常见力 1.重力 产生：地球的吸引. 大小：G=mg，在地球上不同位置，同一物体的重力大小略有不同. 方向：竖直向下. 重心：重力的“等效作用点〞，物体的重心不一定在物体上.重心相对物体的位置由物体的形状和质量分布决定.质量分布均匀、形状规那么的物体的重心在物体的几何中心. 2.弹力：直接接触的物体间由于发生弹性形变而产生的力. 产生条件：（1）两物体直接接触；（2）物体发生弹性形变. 物体所受的弹力必定是由于施力物体发生形变产生的. 弹力方向确实定：(1)压力、支持力的方向总是垂直于接触面，指向被压或被支持的物体. (2)绳的拉力方向总是沿着绳指向绳收缩的方向. 弹力大小确实定：(1)弹簧在弹性限度内遵守胡克定律F＝kx.(2)一般情况下应根据物体的运动状态，利用牛顿定律或平衡条件来计算. 3.摩擦力：相互接触的物体间发生相对运动或有相对运动趋势时，在接触面处产生的阻碍物体间相对运动的力. （1）静摩擦力 产生条件：两物体①直接接触；②相互挤压；③接触面不光滑；④有相对滑动的趋势. 方向：静摩擦力的方向沿着接触面的切线，与相对滑动趋势的方向相反. 大小：静摩擦力的大小可在0与最大静摩擦力Fm之间变化，即0＜F≤Fm.静摩擦力的大小与压力大小无关，由物体的运动状态和物体所受的其他力决定，可根据牛顿第二定律或平衡条件求静摩擦力的大小. （2）滑动摩擦力 产生条件：两物体①直接接触；②相互挤压；③接触面不光滑；④有相对滑动. 方向：沿着接触面的切线与相对滑动的方向相反（不一定与物体的运动方向相反） 大小：Ff=μFN 三、物体受力分析 对物体进行受力分析是解决力学问题的根底，是研究力学问题的重要方法.受力分析的程序是： 1.根据题意选取研究的对象.选取研究对象的原那么是要使对问题的研究尽量简便.研究对象可以是单个物体或物体的某一局部，也可以是由几个物体组成的系统. 2.把研究对象从周围的物体中隔离出来.为防止漏掉某个力，要养成按一般步骤分析的好习惯.一般应先分析重力；然后环绕物体一周，找出跟研究对象接触的物体，并逐个分析这些物体对研究对象的弹力和摩擦力；最后再分析其他场力(电场力、磁场力等). 3.每分析一个力，都要想一想它的施力物体是谁，这样可以防止分析出某些不存在的力.如竖直上抛的物体并不受向上的推力，而刹车后靠惯性滑行的汽车也不受向前的“冲力〞. 4.画完受力图后要进行定性检验，看一看根据你画的受力图，物体能否处于题目中所给的运动状态. 5.对物体受力分析时应注意以下几点：(1)不要把研究对象所受的力与它对其他物体的作用力相混淆.(2)对于作用在物体上的每一个力，都必须明确它的来源，不能无中生有.(3)分析的是物体受到哪些“性质力〞(按性质分类的力)，不要把“效果力〞与“性质力〞混淆重复分析.例如，有人认为在竖直面内做圆周运动的物体运动至最高点时(图1—1—1)受三个力的作用：重力、绳的拉力和向心力.实际上这个向心力是重力与绳拉力的合力，是“效果力〞，不属于单独某一性质的力，不能重复分析. 图1—1—1 ●疑难辨析 1.重力是由于地面附近的物体受到地球的万有引力而产生的，但并不等同于该引力.因为此引力除产生重力外，还要提供物体随地球自转所需的向心力.因物体在地球上不同纬度处随地球自转所需向心力大小不同，故同一物体在地球上不同纬度处重力大小不同.不过由于此原因引起的重力变化不大，一般情况下，可不考虑地球的自转效应. 2.弹力产生的条件是“接触且有形变〞.假设物体间虽然接触但无拉伸或挤压，那么并无弹力产生.但由于形变一般很小，难于观察，因而判断弹力是否存在常需采用“反证法〞，由运动状态和其他条件，利用平衡条件或牛顿运动定律分析推理.例如，要判断图1—1—2中静止在水平面上的球是否受到斜面对它的弹力作用，可先假设有弹力FN2存在，那么此球在水平方向所受合力不为零，必加速运动，与所给静止状态矛盾，说明此球与斜面间虽接触，但并不挤压，并不存在弹力FN2. 图1—1—2 3.静摩擦力大小、方向确实定既是本单元的重点，也是难点.判断物体间有无静摩擦力及确定静摩擦力方向时常用的方法是： (1)假设法.即假设接触面光滑，看物体是否会发生相对运动；假设发生相对运动，那么说明物体原来的静止是有运动趋势的静止.且假设接触面光滑后物体发生的相对运动方向即为原来相对运动趋势的方向，从而确定静摩擦力的方向. (2)根据物体所处的运动状态，应用力学规律判定.如图1—1—3中物块A和B在外力F作用下一起沿水平面向右以加速度a做匀加速直线运动时，假设A的质量为m，那么很容易确定A受的静摩擦力大小为ma，方向水平向右. 图1—1—3 4.深刻领会“相对〞二字的含义，正确理解摩擦力的概念. （1）静摩擦力产生在相对静止（有相对滑动趋势）的两物体间，但这两个物体不一定静止，它们可能一起运动，所以，受静摩擦力作用的物体不一定静止. 滑动摩擦力产生在相对滑动的两物体之间，但受到滑动摩擦力作用的物体可能是静止的. （2）摩擦力的方向一定与相对滑动的方向相反，或与相对滑动趋势的方向相反，但摩擦力的方向不一定与物体的运动方向相反.摩擦力的方向与物体的运动方向可能相同，充当动力，对物体做正功，例如，在运行的传送带上放一初速为零的工件A(如图1—1—4)，那么在工件A未到达与传送带速度相等前，A相对传送带向左滑动，但相对地仍为向右运动.所以工件所受滑动摩擦力的方向与工件的运动方向是一致的.此滑动摩擦力是动力，对工件做正功.摩擦力的方向可能与物体的运动方向相反，充当阻力，对物体做负功.摩擦力的方向还可能与运动方向垂直（例如静摩擦力提供向心力），等等，总之摩擦力的方向与物体的运动方向没有确定关系. 图1—1—4 5.摩擦力与弹力的关系 （1）产生摩擦力的条件是在产生弹力的条件根底上，增加了接触面不光滑和物体间有相对滑动或相对滑动趋势.因此，假设两物体间有弹力产生，不一定产生摩擦力，但假设两物体间有摩擦力产生，必有弹力产生. （2）在同一接触面上产生的弹力和摩擦力的方向相互垂直. （3）滑动摩擦力大小与同一接触面上的弹力（压力）大小成正比：Ff=μFN.而静摩擦力（除最大静摩擦力外）与压力无关. ●典例剖析 ［例1］均匀长棒一端搁在地面上，另一端用细线系在天花板上，如图1—1—5所示，假设细线竖直，试分析棒的受力情况. 图1—1—5 图1—1—6 【解析】 取棒为研究对象，它只受三个力的作用，其中重力G竖直向下，支持力FN垂直于地面竖直向上，绳子拉力FT沿绳竖直向上.如图1—1—6所示. 虽然地面不光滑，棒并不受静摩擦力的作用.因为重力G、支持力FN和拉力FT均沿竖直方向，所以棒在水平方向上没有运动趋势，也就不受静摩擦力了. 【思考】 (1)假设悬线不竖直，棒的受力情况可能如何 (2)假设水平面光滑，悬线可能不竖直吗 【思考提示】 （1）假设悬线不竖直，棒受四个力作用：重力、支持力、线的拉力和摩擦力. （2）假设水平光滑，悬线一定竖直. 【说明】 对此类题目的分析，多数同学从想当然出发，只要没告诉地面是否光滑，不考虑题目所告诉的物理状态，就认为有摩擦.希望同学们在画受力图时要养成这样的好习惯；不管题目难易，都要遵循前面讲的受力分析的程序. 【设计意图】 （1）练习受力分析的方法.（2）稳固静摩擦力的概念. ［例2］如图1—1—7所示，C是水平地面，A、B是两个长方形物块，F是作用在物块B上沿水平方向的力，物块A和B以相同的速度做匀速直线运动，由此可知，A、B间的动摩擦因数μ1和B、C间的动摩擦因数μ2有可能是 图1—1—7 ①μ1=0，μ2=0 ②μ1=0，μ2≠0 ③μ1≠0，μ2=0 ④μ1≠0，μ2≠0 A.只有② B.只有④ C.①③ D.②④ 【解析】 由于A、B一起做匀速直线运动，所以，B一定受到水平地面的摩擦力，故μ2≠0；A、B间没有相互作用的摩擦力，故可能是μ1=0,也可能μ1≠0，正确选项为D. 【思考】(1)假设A、B一起向右做加速运动，A、B间是否有摩擦力？假设有，方向如何？ （2）假设A、B一起向右做减速运动，A、B间是否有摩擦力？假设有，方向如何？ 【思考提示】 （1）有摩擦力，A所受静摩擦力的方向向右，A对B的摩擦力向左. （2）有摩擦力，A所受静摩擦力向左，A对B的摩擦力向右. 【说明】 在两物体的接触面上假设有摩擦力产生，那么物体间的动摩擦因数必定不为零；假设在两物体的接触面没有摩擦力产生，那么该接触面上的动摩擦因数可能为零，也可能不为零. 【设计意图】 深化对摩擦力产生条件的理解，稳固摩擦力的分析方法. ［例3］如图1—1—8所示.小车上固定着一根弯成θ角的曲杆，杆的另一端固定一个质量为m的球.试分析以下情况下杆对球的弹力的大小和方向：(1)小车静止；(2)小车以加速度a水平向右运动. 图1—1—8 图1—1—9 【解析】 （1）小车静止时，球受到两个力的作用.重力和杆的弹力，根据平衡条件知，杆对球的弹力大小等于球的重力，方向竖直向上. (2)选小球为研究对象.小车以加速度a向右运动时，小球所受重力和杆的弹力的合力一定水平向右，此时，弹力F的方向一定指向右上方，只有这样，才能保证小球在竖直方向上保持平衡，水平方向上具有向右的加速度.假设小球所受弹力方向与竖直方向的夹角为θ(如图1—1—9)，根据牛顿第二定律有Fsinθ=ma,Fcosθ=mg. 解得 F=m. 【思考】 (1)小车如何运动时，弹力的方向才沿杆的方向 (2)试比较一下绳、杆、弹簧的弹力方向，它们各有何特点 【思考提示】 （1）当小车水平向右的加速度为a=gtanθ时，弹力的方向沿杆. 图1—1—10 （2）绳只