高考物理备考中提升系列专题 相互作用含解析中学教育高考-高考.pdf
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1、学习好资料 欢迎下载 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。相互作用力 第一部分知识背一背 一、力的概念及三种常见的力(一)力 力的基本特征:物质性相互性矢量性独立性同时性:物体间的相互作用总是同时产生,同时变化
2、,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
3、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 学习好资料 欢迎下载 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
4、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Fkx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 接触面粗糙 接触处有弹力 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 接触面粗糙 接触处有弹力 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 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
5、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.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 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
6、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新颖相互作用力第一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物质性相互性矢量性独立性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的线段表示线段的长度表示力的大小箭的方向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重力是非接触力重力的施力物体是地球物体所受到的重力与物体所处的运动状态以及是否受到学习好资料 欢迎下载 把一个力分解为互相垂直的两个分力
7、,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
8、题,则平衡条件应为00 xyFF,.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
9、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 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新颖相互作用力第一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物质性相互性矢量性独立性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的
10、线段表示线段的长度表示力的大小箭的方向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重力是非接触力重力的施力物体是地球物体所受到的重力与物体所处的运动状态以及是否受到学习好资料 欢迎下载 第二部分 技能+方法 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
11、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,位于斜面上的物体M在沿斜面向上的力F作用下而处于静止状态,对M的受力情况,下列说法正确的是()A.可能受三个力作用 B.可能受四个力作用 C.一定受三个力作用 D.一定受四
12、个力作用【答案】AB 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:FxFcos FyFsin 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新颖相互作用力第一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物质性相互性矢量性独立性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的线段表示线段
13、的长度表示力的大小箭的方向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重力是非接触力重力的施力物体是地球物体所受到的重力与物体所处的运动状态以及是否受到学习好资料 欢迎下载 F 22yxFF tan 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】粗铁丝弯成如图所示半圆环的形状,圆心为 O,半圆环最高点 B处固
14、定一个小滑轮,小圆环 A用细绳吊着一个质量为 m2的物块并套在半圆环上。一根一端拴着质量为 m1的物块的细绳,跨过小滑轮后,另一端系在小圆环 A上。设小圆环、滑轮、绳子的质量以及相互之间的摩擦均不计,绳子不可伸长。若整个系统平衡时角 AOB为,则两物块的质量比 m1m2为 Acos2 B2sin2Csin2 D2cos2【答案】B【思维提升】用正交分解法求多个力的合力的基本思路是:先将所有的力沿两个互相垂直的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
15、可以用力的合成新颖相互作用力第一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物质性相互性矢量性独立性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的线段表示线段的长度表示力的大小箭的方向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重力是非接触力重力的施力物体是地球物体所受到的重力与物体所处的运动状态以及是否受到学习好资料 欢迎下载 方向分解,求出这两个方向上的合力,再合成所得合力就是所有力的合力.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
16、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F2Fsin.(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F2F1sin.(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|FF1|.【例 3】如图所示,物体静止于光滑水平面上,力F作用于物体O点,现要使物体沿着OO方向做加速运动(F和OO都在水平面内).那么,必须同时再加一个力F,这个力的最小值是()A.Fcos B.Fsin C.Ftan D.Fcot 【错解】当F与F垂直时,
17、F最小,且FFcot,所以选项 D正确.【错因】上述错误的原因是机械地套用两力垂直时力最小,而实际上本题中合力大小不定,方向确定.【正解】根据题意可知,F和F的合力沿OO方向,作出其矢量三角形,如图所示.由图可知,由F矢端向OO作垂线,此垂线段即为F的最小值,故F的最小值为Fsin.【答案】B【思维提升】作出矢量三角形是解决此类问题的关键,同时要注意哪些力方向不变,哪些力大小、方向都不变.这类问题解决的方法是:大小和方向都改变的力向方向不变的力作垂线,该垂线长即为所求最小力.实际上也可以以F的矢端为圆心,以分力F的大小为半径作圆,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
18、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新颖相互作用力第一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物质性相互性矢量性独立性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的线段表示线段的长度表示力的大小箭的方向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重力是非接触力重力的施力物体是地球物体所受到的重力与物体所处的运动状态以及是否受到学习好资料 欢迎下载 当圆与另一方向不变的力相切时,该半径
19、即为所求力的最小值.四、弹力问题的解决方法 1.弹力是否存在的判断方法:假设法、替换法:、状态法 2.弹力方向的判断方法:弹力方向与物体形变的方向相反,作用在迫使物体发生形变的那个物体上,一下举几个典型粒子的弹力方向 3.弹力大小的求法(1)根据胡克定律求解(2)根据力的平衡和牛顿第二定律求解【例 4】如图所示,物块质量为M,与甲、乙两弹簧相连接,乙弹簧下端与地面连接,甲、乙两弹簧质量不计,其劲度系数分别为k1和k2,起初甲处于自由伸长状态.现用手将弹簧甲上端A缓缓上提,使乙产生的弹力的大小变为原来的 1/3,则手提甲的上端A应向上移动()A.(k1k2)Mg/3k1k2B.2(k1k2)Mg
20、/3k1k2 C.4(k1k2)Mg/3k1k2D.5(k1k2)Mg/3k1k2【答案】BC【思维提升】要注意弹簧的形变有拉伸和缩短两种情况.处理弹簧伸长、缩短问题,变抽象为具体的另一方法是恰当比例地、规范地画出弹簧不受力情况的原长情形图,画出变化过程状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新颖相互作用力第一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物质性相互性矢量性独立性同时性物体间的相互作用总是同时产生同时变化同时
21、消失力可以用一条带箭的线段表示线段的长度表示力的大小箭的方向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重力是非接触力重力的施力物体是地球物体所受到的重力与物体所处的运动状态以及是否受到学习好资料 欢迎下载 态图,进行对比观察,在图中找到不变的因素或位置不动的端点(弹簧的上端或下端).将一切变化的因素或变化的端点与不变的因素或不动的端点对比“看齐”,从而确定变化的量.五、如何判断静摩擦力的方向 1.假设法:2.状态法:3.利用牛顿第三定律(即作用力与反作用力的关系)来判断.此法的关键是抓住“力是成对出现的”,先确定受力
22、较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“反向”确定另一物体受到的静摩擦力.注意:滑动摩擦力的方向与物体间的相对运动的方向相反.因此,判断摩擦力方向时一定明确“相对”的含义,“相对”既不是“对地”,也不是“对观察者”.“相对”的是跟它接触的物体,所以滑动摩擦力的方向可能与物体运动方向相反,也可能相同,也可能与物体运动方向成一定的夹角【例 5】如图所示,物体A、B在力F作用下一起以相同速度沿F方向做匀速运动,关于物体A所受的摩擦力,下列说法正确的是()A.甲、乙两图中A均受摩擦力,且方向均与F相同 B.甲、乙两图中A均受摩擦力,且方向均与F相反 C.甲、乙两图中A均不受摩擦力 D.甲图中A不受摩擦
23、力,乙图中A受摩擦力,方向与F相同【答案】D【思维提升】假设分析法是判断静摩擦力是否存在及其方向最常用、最方便的方法,特别应注意,当物体所处环境及所受其他外力变化时,静摩擦力的大小、方向也可能发生变化.4.摩擦力大小的计算(1).滑动摩擦力由公式NFF计算.最关键的是对相互挤压力NF的分析,它跟研究物体在垂直于接触面方向的受力密切相关.(3).静摩擦力 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
24、由动力学规律建立方程求解.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新颖相互作用力第一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物质性相互性矢量性独立性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的线段表示线段的长度表示力的大小箭的方向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重力是非接触力重力的施力物体是地球物体所受到的重力
25、与物体所处的运动状态以及是否受到学习好资料 欢迎下载 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.【例 6】把一重为G的物体,用一水平推力Fkt(k为恒量,t为时间)压在竖直的足够高的平整墙上.那么,在下图中,能正确反映从t0 开始物体所受摩擦力Ff随t变化关系的图象是()【答案】B【思维提升】解题时要分清是静摩擦力还是滑动摩擦力,然后根据前述方法确定.本题中,抓住动、静转化点(速度减小为零的瞬间)解题方向便豁然开朗.六、共点力平衡规律(一)共点力平衡问题的几种解法 1.力的合成、分解
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