2022年高中物理《竞赛辅导》教材必修一.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载第一讲 : 力学中的三种力【学问要点】4、摩擦角将摩擦力 f 和接触面对物体的正压力 N 合成一个力 F,合力 F 称为全反力;在滑动摩擦情形下定义 tg = =f/N,就角 为滑动摩擦角;在静摩擦力达到临界状态时,定义tg 0= s=f m/N ,就称 0为静摩擦角;由于静摩擦力 f 0 属于范畴 0f fm,故接触面作用于物体的全反力 F 同接触面法线的夹角 F F N tg 1 f 00,这就是判定物体不发生滑动的条件;换句话说,N f 0只要全反力 F 的作用线落在(0, 0)范畴时,无穷大的力也不能 f m推动木
2、块,这种现象称为自锁;【例题 1】如下列图, 一质量为 m 的小木块静止在滑动摩擦因数为 = 3 的水平面上,3用一个与水平方向成 角度的力 F 拉着小木块做匀速直线运动,当 角为多大时力 F 最小?F 【例题 2】如下列图, 有四块相同的滑块叠放起来置于水平桌面上,通过细绳和定滑轮相互联接起来 .假如全部的接触面间的摩擦系数均为,每一滑块的质量均为m,不计滑轮的摩擦 .那么要拉动最上面一块滑块至少需要多大的水平拉力 来,那么要拉动最上面的滑块,至少需多大的拉力 . .假如有 n 块这样的滑块叠放起【例题 3】如下列图,一质量为 m=1 的小物块 P 静止在倾角为 =30的斜面上,用平行于斜面
3、底边的力 F=5N 推小物块, 使小物块恰好在斜面上匀速运动,试求小物块与斜面间的滑动摩擦因数(g 取 10m/s 2);F P 【练习 】名师归纳总结 1、 如下列图, C 是水平地面, A、B 是两个长方形物块,F 是作用在物块B 上沿水平第 1 页,共 28 页方向的力,物块A 和 B 以相同的速度作匀速直线运动,由此可知, A、B 间的滑动摩擦因数A F B C - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1和 B、C 间滑动摩擦因数优秀学习资料欢迎下载2 有可能是:()A、1=0,2=0;B、1=0,2 0;C、1 0,2=0;D、1 0,2 0;2、
4、 如下列图,水平面上固定着带孔的两个挡板,一平板穿过挡板的孔匀速向右运动,槽中间有一木块置于平板上,质量为 m,已知木板左、 右两侧面光滑,底面与平板之间摩擦因数为 0,当用力 F 沿槽方向匀速拉动物体时,拉力 F 与摩擦力 mg大小关系是()V 0A、F mg B、F= mg C、F mg D、无法确 F 定3、每根橡皮条长均为 l=3m,劲度系数为 k=100N/m ,现将三根橡皮条首尾相连成如图所示的正三角形, 并用同样大小的对称力拉它,现欲使橡皮条所围成的面积增大一倍,就拉力 F 应为多大?F F F 4、两本书 A 、B 交叉叠放在一起,放在光滑水平桌面上,设每页书的质量为 5 克,
5、两本书均为 200 页,纸与纸之间的摩擦因数为0.3,A 固定不动,用水平力把B 抽出来,求水平力 F 的最小值;B A F 5、(90 国际奥赛题)(哥伦比亚)一个弹簧垫,如下列图,由成对的弹簧组成;所有的弹簧具有相同的劲度系数10N/m,一个重为 100N 的重物置于垫上致使该垫的表面位置名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载下降了 10cm,此弹簧垫共有多少根弹簧?(假设当重物放上后全部的弹簧均压缩相同的长度);其次讲 :共点力作用下物体的平稳(一)力的运算法就(二)平行力的合成与分解同向平
6、行力的合成:两个平行力FA 和 FB 相距 AB ,就合力 F的大小为FA+F B,作用点 C 满意 FAAC=F BBC 的关系;C A FBA C B B FB F FAFA F 图 1-1-3 图 1-1-4 反向平行力的合成:两个大小不同的反向平行力FA 和 FB(FA FB)相距 AB ,就合力 F的大小为 FAFB同向,作用点 C 满意 FAAC=F BBC 的关系;(三)共点力作用下物体平稳条件:这些力的合力为零,即 F=0;(四)三力汇交原理如一个物体受三个非平行力作用而处于平稳状态,就这三个力必为共点力;本节内容重点是充分运用共点力平稳条件及推论分析和运算处于平稳态下物体受力
7、问题,竞赛中仍应把握如下内容和方法:力的矢量三角形法:物体受三个共点力作用而平稳时,这三力线相交, 构成首尾相连封闭的三角形,问题化为解三角形,从而使问题得以简化;摩擦平稳问题, 由临界状态寻求突破口;竞赛中物体受力由一维向二维或三维拓展,空间力系平稳问题转化为平面力系平稳问题求解;【例题 1】如右图所示,匀质球质量为M 、半径为 R;匀质棒 B 质量为 m、长度为 l;名师归纳总结 求它的重心;R B 第 3 页,共 28 页A - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载【解】 第一种方法是: 将它分隔成球和棒两部分,然后用同向平行力合
8、成的方法找出重心 C;C 在 AB 连线上,且AC M=BCm;A R+l /2 B 其次种方法是: 将棒锤看成一个对称的“哑铃 ”和一个质量为 -M 的球 A 的合C 成,用反向平行力合成的方法找出重心C,C 在 AB 连线上,且BC (2M+m )Mg mg =ACM ;不难看出两种方法的结果都是BCMRl;(M+m )g Mg C B A2Mm【例题 2】如下列图, 一轻绳跨过两个等高的轻定滑轮(不计大小和A 摩擦),两端分别挂上质量为m1=4kg 和 m2=2kg 的物体,如图,在滑轮间 F C 绳上悬挂物体m 为了使三个物体能保持平稳,就m 的取值范畴多大?(2M+m )g 12【例
9、题 3】如下列图,直角斜槽间夹角为m1m2m 90,对水平面的夹角为,一横截面为正方形的物块恰能沿此槽匀速下滑;假定两槽面的材料和表面情形相同,试求物块与槽面间的滑动摩擦因数 多大?【例题 4】如下列图,三个相同的光滑圆柱体,半径为r,推放在光滑圆柱面内,试求下面两个圆柱体不致分开时,圆柱面的半径R 应满意的条件;R r 【练习 】1、如下列图, 长为 L=5m 的细绳两端分别系于竖直地面上相距 X=4m 的两杆的顶端 A、B,绳上挂一光滑的轻质挂钩,下端连着一个重为 G=12N 的重物,平稳时绳中张力 T 等于B A 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 28 页精选学习资
10、料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载多少牛顿?2、如下列图,小圆环重为G,固定的大环半径为R 轻弹簧原长为l(l2R),其劲度系数为 k,接触光滑,就小环静止时弹簧与竖直方向的夹角 应为多大?A O B 3、如下列图,一轻杆两端固结两个小球A 和 B,A、B 两球质量分别为C 4m 和 m,轻绳长为 L,求平稳时OA 、 OB 分别为多长?(不计绳与滑轮间摩擦)O B A mg 4mg 4、如下列图, n 个完全相同的正方体木块一个紧挨一个排列成一条直线放在水平地面上,正方体木块与水平地面的滑动摩擦因数为 ,现用一水平力 F 推第一块木块,使这 n 块木块一起做匀速直
11、线运动,就第 k 块木块对第 k+1 块木块的作用力为多大?F 1 2 3 4 n 5、如下列图,物体 m 在与斜面平行的拉力 F 作用下,沿斜面匀速上滑,在这过程中斜面在水平地面上保持静止;已知物体、 斜面的质量分别为 m、M ,斜面倾角为 ,试求:( 1)斜面所受地面的支持力;(2)斜面所受地面的摩擦力;F m M 第三讲 :力矩、定轴转动物体的平稳条件、重心【学问要点】(一)力臂:从转动轴到力的作用线的垂直距离叫力臂;(二)力矩:力和力臂的乘积叫力对转动轴的力矩;记为M=FL ,单位 “ 牛米” ;一般规定名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 28 页精选学习资料 -
12、- - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载逆时针方向转动为正方向,顺时针方向转动为负方向;(三)有固定转轴物体的平稳条件 作用在物体上各力对转轴的力矩的代数和为零或逆时针方向力矩总是与顺时针方向力 矩相等;即 M=0,或 M逆= M顺;(四)重心:物体所受重力的作用点叫重心;运算重心位置的方法:1、同向平行力的合成法:各分力对合力作用点合力矩为零,就合力作用点为重心;2、割补法:把几何外形不规章的质量分布匀称的物体分割或填补成外形规章的物体,再由同向(或反向)平行力合成法求重心位置;(见上一讲 )3、公式法:如下列图,在平面直角坐标系中,质量为m1和 m2的 A、B 两质点坐标分别
13、为 A(x1,y 1),B( x2,y2)就由两物体共同组成的整体的重心坐标y 2 yCy B x 为:xCm 1x 1m 2x2y Cm 1y1m 2y2A C y1m 1m 2m 1m 2O x 1xCx 2一般情形下,较复杂集合体,可看成由多个质点组成的质点系,其重心 C 位置由如下公式求得:xCmixiyCm iy iz Cm izim im im i本节内容常用方法有:巧选转轴简化方程:挑选未知量多,又不需求解结果的力线交 点为轴,这些力的力矩为零,式子简化得多;复杂的物体系平稳问题有时巧选对象:选整 体分析,常常转化为力矩平稳问题求解;无规章外形的物体重心位置运算常用方法是通过 割
14、补思想,结合平行力合成与分解的原就处理,或者助物体重心公式运算;【例题 1】如下列图, c 为杆秤秤杆系统的重心,a 为杆称的定盘星,证明:无论称杆的粗细如何变化,杆秤的刻度沿杆轴线的方向总是匀称分布的;【例题 2】(第十届全国预赛)半径为R,质量为m1 的匀称圆a o A c d 球与一质量为m2 的重物分别用细绳AD 和 ACE 悬挂于同一点A,并处于平稳;如下列图,已知悬点A 到球心 O 的距离为 L,如不考虑绳的质量和绳与球的摩擦,试求悬挂圆球的绳AD 和竖直方向的夹角D C ;O OE 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 28 页精选学习资料 - - - - -
15、- - - - 优秀学习资料 欢迎下载【 例题 3】(第十届全国决赛)用20 块质量匀称分布的相同的光滑积木块,在光滑水平面一块叠一块地搭成单孔桥,已知每一积木块的长度为 L,横截面为 h L的正方形,求4此桥具有的最大跨度(即桥孔底宽) ,试画出该桥的示意图,并运算跨度与桥孔高度的比值;H S 练习题: 1、 如下列图,木棒的一端用一根足够短的绳子拴住悬挂在天花板上,另一端搁在滑动摩擦因数为 的水平木板上, 木板放在光滑的水平面上,如向右匀速拉出木板时的水平拉力为 F1,向左匀速拉出时的水平拉力为 F2,两种情形下, 木棒与木板间的夹角均保持为 不变,试比较 F1 和 F2 的大小?O A
16、2、(99 上海)如下列图,是一种手掌握动器,B a 是一个转动着的轮子,b 是摩擦制动片,C 是杠杆, O 是其固定转动轴, 手在 A 点施加一作用力 如使轮子制动需要的力矩是肯定的,就以下说法正确选项:F 时,b 将压紧轮子使轮子制动,A 、轮 a 逆时针转动时,所需力F 小F 相同a b C A F B、轮 a 顺时针转动时,所需力F 小O C、无论轮 a 逆时针仍是顺时针转动所需的力D、无法比较力F 的大小3、(99 上海)如下列图,质量不计的杆O1B 和 O2A 长度均为 L ,O1和 O2为光滑固定转轴, A 处有一凸起物搁在 O1B 中点, B 处用绳子系在 O2A 的中点,此时
17、两短杆结合成一根长杆,今在 O1B 杆上 C 点( C 为 AB 中点)悬挂重为 G 的物体,就在 A 处受到的支承力大小为;B 处受绳拉力大小O1 A O2为;4、(第 7 届全国决赛)一薄壁圆柱形烧杯,半径为 r,质量为 C B m,重心位于中心线上,离杯底的距离为 H,今将水渐渐注入杯中,问烧杯连同杯内的水共同重心最低时水面离杯底的距离等于多少?(设水的密度为 )5、为保证市场的公正交易,我国已有不少地区禁止在市场中使用杆秤;杆秤的确简洁为不法商贩坑骗顾客供应可乘之机;请看下例;秤砣质量为 1 千克,秤杆和秤盘总质量为 0.5 千克,定盘星到提纽的距离为 2 厘米,秤盘到提纽的距离为 1
18、0 厘米(图 9);如有人换了一个质量为 0.8 千克的秤驼,售出 2.5 千克的物品,物品的实际质量是多少?名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 28 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载6、(俄罗斯奥林匹克试题)如下列图,三根相同的轻杆用铰链连接并固定在同一水平线上的 A、B 两点, AB 间的距离是杆长的 2 倍,铰链 C 上悬挂一质量为 m 的重物,问:为使杆 CD 保持水平,在铰链 D 上应施的最小力 F 为多大?A B C D m 7、如下列图, 一铰链由2n 个相同的链环组成,每两个链环间的接触是光滑的,铰链两端分别在一不光
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