2024高考必备物理大招物理大招4：你水平我最大.pdf

物理大招物理大招4：你水平我最大：你水平我最大【概述】【概述】物体受重力和另外两个力而平衡，除重力外的两个力同时旋转且二者保持夹角不变的动态平衡问题。【要点】【要点】如上图左图所示，物体受 G，1，2而平衡。刚开始1呈水平，2与1呈角，此时2最大。当保持不变，2顺时针旋转至水平时（如上图右图所示），1最大。因此，我们总结出除重力外的两个力，其中一个力方向水平时，另一个力取得最大值。【典例】【典例】1如图所示，置于地面的矩形框架中用两细绳拴住质量为 m 的小球，绳 B 水平，设绳A、B 对球的拉力大小分别为 F1、F2，它们的合力大小为 F。现将框架在竖直平面内绕左下端逆时针缓慢旋转 90，在此过程中不正确的（）AF1逐渐减小 BF2先增大后减小 CF 先增大后减小 DF 始终不变【答案】C【解析】由于 F1和 F2的夹角始终不变，且 F1和 F2的合力 F 始终与球的重力平衡，在圆中作出一系列内接矢量三角形，如图所示，则 F1（蓝色）逐渐减小，F2（红色）先增大后减小，故选 C。2024高考必备物理大招物理大招4：你水平我最大【变式】【变式】1如图，柔软轻绳的一端固定，其中间某点拴一重物，用手拉住绳的另一端，初始时，竖直且被拉直，与之间的夹角为，现将重物向右上方缓慢拉起，并保持夹角不变，在由竖直被拉到水平的过程中（）A上的张力逐渐增大 B上的张力先增大后减小 C上的张力逐渐增大 D上的张力先减小后增大【答案】A【解析】以重物为研究对象，受重力 mg、OM 绳上拉力 F2、MN 上拉力 F1，依题意，三个力合力始终为零，矢量三角形如图所示，依题意a角保持不变，即保持角q恒定，则 F1的箭头始终落在圆周上，据题意g角逐渐从零度增大到 90o；可知，在 F2转至水平的过程中，MN 上的张力 F1逐渐增大，OM 上的张力 F2先增大后减小，故 BCD 错误，A 正确。故选 A。2如图所示，两根轻绳一端系于结点，另一端分别系于固定圆环上的两点，为圆心。点下面悬挂一物体，绳水平，拉力大小为，使绳与绳夹角成，拉力大小为。将两绳同时缓慢顺时针转过，并保持两绳之间的夹角始终不变，物体始终保持静止状态。则在旋转过程中，下列说法正确的是（）ONOMNOMMNOMMN2pa aaOMMNMNOMOMOA BOOMOA1FOBOA120a=2F75a A逐渐增大 B先增大后减小 C逐渐减小 D先减小后增大【答案】BC【解析】物体始终保持静止，合力为零，所以构成封闭的矢量三角形如图所示 由于重力不变，以及和夹角 不变，即 矢量三角形动态图如图所示，当 为圆的直径最大，所以先增大后减小，一直减小。故选 BC。3如图所示装置，两根细绳拴住一小球，保持两细绳间的夹角=120不变，若把整个装置在纸面内顺时针缓慢转过 90，则在转动过程中，CA 绳的拉力 F1、CB 绳的拉力 F2的大小变化情况是（）AF1先变小后变大 BF1先变大后变小 CF2一直变小 DF2最终变为零【答案】BCD【解析】画小球的受力分析图，构建力的矢量三角形，由于这个三角形中重力不变，另两个力间的夹角(180)保持不变，这类似于圆周角与对应弦长的关系，作初始三角形的外1F1F2F2F12mgFF 1F2F120a=60b=60qb=1F1F2F接圆(任意两边的中垂线交点即外接圆圆心)，然后让另两个力的交点在圆周上按 F1、F2 的方向变化规律滑动，力的三角形的外接圆正好是以初态时的 F2 为直径的圆周，知 F1 先变大后变小，F2 一直变小，最终 CA 沿竖直方向，此时 F1=mg，F2 变为零，BCD 正确，A错误。故选 BCD。物理大招物理大招5：全反力与摩擦角：全反力与摩擦角【概述概述】全反力物体对接触面有弹力和摩擦力或两个作用力时，接触面对物体有弹力和摩擦力或两个反作用力时，把接触面反作用物体的沿接触面法线方向的弹力和切线方向的摩擦力的合力叫做接触面对物体的全反力，全反力用 FR表示。全反力和与接触面法线方向的夹角叫全反角如图 1 所示 全反力与支持力的夹角的最大值，称为摩擦角。摩擦角与摩擦因数一样，都是表示材料表面性质的量。如图甲所示 【要点要点】1自锁现象：一个物体受静摩擦力作用而静止，当用外力试图使这个物体运动时，外力越大，物体被挤压的越紧，越不容易运动，即最大静摩擦力的保护能力越强，这种现象叫自锁（定）现象。最简单的自锁情况就是斜面自锁，如图 3 所示 斜坡和方木块的摩擦系数满足：mgsinmgcos 可以看出不论木块质量如何，木块都将保持静止。甚至加一和重力相同方向的力在木块上，不论力的大小，木块仍保持静止。2摩擦角的正切等于动摩擦因数。【典例】【典例】【例 1】如图，一个物体 A 静止于斜面上，现用以竖直向下的外力压物体 A，下列说法正确的是（）A.物体 A 所受的摩擦力可能减小 B.物体 A 对斜面的压力一定增大 C.不管 F 怎样增大，物体 A 总保持静止 D.当 F 增大到某一值时，物体 A 可能沿斜面下滑【答案】B【解析】物体 A 可以静止于斜面上，说明 mgsinmgcos（引入全反角的话，就意味着此时全反角小于摩擦角），当 m 增大时上式恒成立，外力 F 相当于 m 增大，所以 C 正确，D 错误；m 增大，摩擦力相应增大，B 正确。【变式】【变式】1如图所示，粗糙斜面始终静止在地面上，一个竖直向下的恒力 F 作用在物块上，使其以加速度 a 沿斜面匀加速下滑，下列说法正确的是（）A.斜面受到地面给的水平向左的静摩擦力 B.若减少 F 至零，物块可能最终匀速下滑 C.若增大 F，物块下滑的加速度不变 D.若增大 F，物块下滑的加速度将增大【答案】D【解析】引入全反力，物块受到重力、外力 F 和全反力 R，由于重力和外力 F 都在竖直方向上，所以全反力 R 必然斜向左上，否则不可能匀加速下滑；再以斜面为研究对象，由于全反力 R 的反作用力方向斜向右下，而斜面保持静止，就必须有来自地面的向左的摩擦力来平衡，A 正确；由于全反力 R 斜向左上，说明摩擦角小于斜面倾角，F 减小到 0 后，物块仍将加速下滑，B 错误；增大 F，全反力 R 也增大，所以加速度也将增大，C 错误，D 正确。2 如图，质量为 M、倾角为 的斜面体静止在水平地面上，有一质量为 m 的小物块放在斜面上，轻推一下小物块后，它沿斜面向下匀速运动。若对小物块施加沿斜面向下的恒力 F，斜面体始终静止。施加恒力 F 后，下列说法正确的是（）A.小物块沿斜面向下运动的加速度大小是 F/m B.斜面体对地面的压力大小等于（M+m）g+Fsin C.地面对斜面体的摩擦力方向水平向左 D.斜面体对小物块的作用力的大小和方向都变化【答案】A【解析】施加恒力 F 前，物块匀速运动，说明受力平衡，即全反力 N 与重力 G 二力平衡，施加 F 后，全反力 N 和重力 G 都没有变化，小物块仅受 F 作用，A 正确；斜面体受到重力 Mg、小物块的反作用力 N和地面的支持力，显然 N=N=mg，所以对地面的压力等于（M+m）g，B 错误；全反力的方向是竖直的，斜面体对地的压力竖直向下，没有水平分量，所以也没有水平方向的摩擦力，C 错误；斜面体对小物块的作用力大小和方向都不变，D 错误。3.如图，楔形物块 A 静置在水平地面上，其斜面粗糙，斜面上有小物块 B，用平行于斜面的拉力 F 拉 B，使之沿斜面匀速上滑，现改变力 F 的方向至与斜面成一角度斜向上方（图中虚线所示），仍使物体 B 沿斜面匀速上滑，在 B 运动的过程中，楔形物块 A 始终保持静止，关于相互间作用力的描述正确的是（）A.A 对 B 的摩擦力一定变小 B.拉力 F 一定变大 C.物体 B 对斜面的作用力可能不变 D.地面受到的摩擦力一定变小【答案】AD【解析】物块匀速运动，表明受力平衡，对物块做受力分析，如图 重力 G、全反力 R 和外力 F 构成一封闭三角形。由于物块滑动，所以全反力 R 的方向不会发生变化，由动态三角形法，可知 F 向上转动后，R 必然变小，从而 AB 间的摩擦力 f变小，A 正确；拉力 F 与全反力 R 垂直时，取最小值，所以 F 先变小然后再变大，B 错误；由图可见，全反力 R 方向不变，但大小逐渐变小，所以 C 错；全反力 R 变小，地面的静摩擦力也变小，D 正确。物理大招物理大招 6：等时圆：等时圆【概述】【概述】物体沿着位于同一竖直圆上的所有光滑弦由静止下滑，且所有的弦交于圆的最高点或最低点，这种场景下比较物体的运动时间是可以利用等时圆模型进行求解的。【要点要点】等时圆的结论的条件是：光滑的弦由等时圆结论：小球从圆上的各个位置沿光滑弦轨道静止滑下，滑到圆的底端的时间相等。【典例】【典例】1如图所示，ad、bd、cd是竖直平面面内三根固定的光滑细杆，a、b、c、d位于同一圆周上，a点为圆周的最高点，d点为最低点，每根杆上都套着一个小滑环（图中未画出），三个滑环分别从a、b、c处释放（初速为 0），用1t、2t、3t依次表示滑环到达d所用的时间，则（）A123tttB123tttC312tttD123ttt【答案】D【解析】如图所示，滑环在下滑过程中受到重力 mg 和杆的支持力 FN作用设杆与水平方向的夹角为，根据牛顿第二定律有sinmgma解得sinag设圆周的直径为 D，则滑环沿杆滑到 d 点的位移大小sinxD由位移公式可得212xat解得t=2Dg可见，滑环滑到 d 点的时间 t 与杆的倾角无关，即三个滑环滑到 d 点所用的时间相等。故选 D。【变式】【变式】如图,在斜坡上有一根旗杆长为 L.现有一个小环从旗杆顶部沿一根光滑钢丝 AB 滑至斜坡底部,已知斜坡的倾角为，AB 与水平面夹角为 a，OB=L.则小环从 A 滑到 B 的时间为A2sinLgB2sinLgC2LgD2Lg【答案】D【解析】由题意可知考查匀变速直线运动规律，根据“等时圆”规律分析可得可以以 O 为圆心，以 L 为半径画一个圆根据“等时圆的规律可知，从 A 滑到 B 的时间等于从 A 点沿直径到底端 D 的时间，所以有242ABADdLLttgggA.A 项与上述计算结果不相符，故 A 错误；B.B 项与上述计算结果不相符，故 B 错误；C.C 项与上述计算结果不相符，故 C 错误；D.D 项与上述计算结果相符，故 D 正确