独家精品学案与测评物理人教版相互作用力与平衡.ppt
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1、第二章,相互作用 力与平衡,第1节,常见的几种力,例1.关于物体的重力和重心下列说法正确的是( ) A. 60年国庆阅兵式上匀速驶过天安门的装甲车的重力方向 指向地心 B. 一架飞机在机场同一地点起飞时比降落时受到的重力大 C. 整装待发的装甲车对地面的压力就是它受到的重力 D. 物体的重心不一定在物体上,【点拨】(1)弄清重力的定义和决定因素. (2)弄清影响重心位置的因素. (3)弄清重力的定义及含义.,【解析】物体所受重力的方向是竖直向下的,除两极和赤道外重力与万有引力的方向不同,并不指向地心,A选项错误;物体的重力大小取决于物体的质量和重力加速度,而重力加速度随纬度的增加而增加,随高度
2、的增加而减小,与物体的运动状态无关,在同一地点物体所受的重力不变,B选项错误;整装待发的装甲车对地面的压力大小等于它受到的重力,但两者的方向及施力物体和受力物体均不相同,故不是一个力,C选项错误;物体的重心是重力的等效作用点,与物体的质量分布和几何形状有关,可以在物体上也可以在物体外,阅兵方阵中的群众所举的花环的重心在圆心而不在物体上,D选项正确. 【答案】D,1. (2009南开中学模拟)如图所示,一被吊着的空心的均匀球壳内装满了细沙,底部有一阀门,打开阀门让细沙慢慢流出的过程中,球壳与细沙的共同重心将会 ( ) A. 一直下降 B. 一直不变 C. 先下降后上升 D. 先上升后下降,【解析
3、】在装满细沙时,球壳和细沙的共同重心在球心.随着细沙的流出,球壳的重心不变,但是细沙的重心在下降,二者的共同重心在下降;当细沙流完时,重心又回到了球心.可见重心应是先下降后上升,故C正确. 【答案】C,例2.如图所示,小车上固定着一根弯成角的曲杆,杆的另一端固定一个质量为m的球,有关小球所受的弹力的说法正确的有( ) A. 杆对球总是提供沿杆方向的作用力 B. 杆对球只能提供拉力,不能提供支持力,但方向不是唯一的 C. 小车静止时,杆对球的作用力的大小为mg,方向为竖直向上 D. 小车水平向右做加速运动时,杆对球的作用力的方向沿杆,【解析】当小车的运动状态不同时,球对杆的作用力使其产生的形变可
4、能出现拉伸、压缩、扭转等形变,杆对球不仅能提供拉力,而且能提供支持力,其方向不一定沿杆方向,故A、B均错误;根据物体平衡条件可知选项C正确;因小球随车具有水平向右的加速度,所以弹力的方向应斜向右上方.当加速度的大小发生变化时,小球所受弹力方向与竖直方向的夹角也将发生变化,杆对球的作用力的方向不一定沿杆的方向. 【答案】C,2. 如图所示,一根弹性杆的一端固定在倾角为30的斜面上,杆的另一端固定一个重量是2 N的小球,小球处于静止状态时,弹性杆对小球的弹力() A. 大小为2 N,方向平行于斜面向上 B. 大小为1 N,方向平行于斜面向上 C. 大小为2 N,方向垂直于斜面向上 D. 大小为2
5、N,方向竖直向上,【解析】根据小球平衡,弹力和重力大小相等,方向相反,所以弹力大小为2 N,方向竖直向上,D正确. 【答案】D,例3.在粗糙的水平面上放一物体A,A上再放一质量为m的物体B,AB间的动摩擦因数为,对A施加一水平力F,计算下列情况下A对B的摩擦力的大小. (1)当AB一起做匀速运动时. (2)当AB一起以加速度a向右做匀加速运动时. (3)当力F足够大而使AB发生相对运动时.,【点拨】,【解析】(1)因为AB向右做匀速运动,B物体受到的合力为零,所以B物体受到的摩擦力为零. (2)因为AB无相对滑动,所以B物体受到的摩擦力为静摩擦力,此时不能用滑动摩擦力的公式来计算,用牛顿第二定
6、律对B物体有Ff=F合=ma. (3)因为AB发生了相对滑动,所以B物体受到的摩擦力为滑动摩擦力,用滑动摩擦力的公式来计算,Ff=FN=mg.,3. (2009天津)物块静止在固定的斜面上,分别按图示的方向对物块施加大小相等的力F,A中F垂直于斜面向上.B中F垂直于斜面向下,C中F竖直向上,D中F竖直向下,施力后物块仍然静止,则物块所受的静摩擦力增大的是 ( ),【解析】四个图中都是静摩擦力,受力如下图所示.A中FfA=Gsin ;B中FfB=Gsin ;C中FfC=(G-F)sin ;D中FfC=(G+F)sin . 【答案】D,例.如图甲所示水平放置的粗糙的长木板上放置一个物体m,当用力缓
7、慢抬起一端时,木板受到物体的压力和摩擦力将怎样变化?,【错解】以木板上的物体为研究对象.物体受重力、摩擦力、支持力.因为物体静止,则根据牛顿第二定律有 mgsin -Ff=max=0,FN-mgcos =may=0. 错解一:据式知道增加,Ff增加. 错解二:据式知增加,FN减小;则Ff=FN说明Ff减少. 【剖析】错解一和错解二都没能把木板缓慢抬起的全过程认识全面.只抓住一个侧面,缺乏对物理情景的分析.若能从木块相对木板静止入手,分析出再抬高会相对滑动,就会避免错解一的错误.若想到Ff=FN是滑动摩擦力的判据,就应考虑滑动之前怎样,也就会避免错解二.,【答案】以物体为研究对象,受力如图乙所示
8、:物体受重力、摩擦力、支持力.物体在缓慢抬起过程中先静止后滑动.静止时可以依据错解一中的解法,由式可知增加,静摩擦力增加.当物体在斜面上滑动时,可以同错解二中的方法,据Ff=FN,分析FN的变化,知Ff滑的变化.增加,滑动摩擦力减小.在整个缓慢抬起过程中y方向的方程关系不变.依据错解中式知压力一直减小.所以抬起木板的过程中,摩擦力的变化是先增加后减小,压力一直减小.,第2节,力的合成与分解,例1.正六边形ABCDEF的一个顶点向其他5个顶点作用着5个力F1、F2、F3、F4、F5,如图所示.已知F1=10 N,具体各力的大小跟对应的边长成正比,这5个力的合力大小为 N.,【点拨】求几个力的合力
9、可采用以下方法: (1)平行四边形法. (2)三角形法. (3)正交分解法.,【解析】解法一 用平行四边形定则分别进行两力合成.先连接BD,则F1与F4两力合力等于F3;再连接FD,则F5与F2的合力也等于F3,所以5个力的合力为3F3.又由三角形ABD知F3=2F1,故5个力的合力F=3F3=60 N,方向与F3相同. 解法二 用力的三角形法.先将F4平移至BD,则F1与F4的合力为AD所示,等于F3;再将F5平移至CD,则F2与F5的合力为AD,也等于F3,故F=3F3=60 N. 解法三 用正交分解法求合力.取F3为x轴正向,由于F1与F5、F2与F4的对称性,它们在y轴方向的分力两两平
10、衡,所以Fy=0;而F1x+F4x=F3,F2x+F5x=F3,故5个力的合力F=(F2x+F2y)1/2=Fx=3F3=60 N. 【答案】60 N,1. 当颈椎肥大压迫神经时,需要用颈部牵拉器牵拉颈部,以缓解神经压迫症状.如图所示为颈部牵拉器牵拉颈椎肥大患者颈部的示意图,图中为45,牵拉物P的质量一般为3 kg10 kg,求牵拉器作用在患者头部的合力大小.,【解析】题中滑轮大小可以忽略,因此可以认为力F1、F2竖直向上,大小等于F3即等于牵拉物的重量.题中所述情景为求F1、F2、F3的合力,F1、F2可等效为竖直向上的力F12=2F3=2G,由力的平行四边形定则及余弦定理可知,F合=(F2
11、12+F23+2F12F3cos)1/2,代入数据得:F合= =2.8G.用m数值代入,可求得合力的取值范围为84 N280 N.,例2.(2009江苏)用一根长1 m的轻质细绳将一副质量为1 kg的画框对称悬挂在墙壁上,已知绳能承受的最大张力为10 N.为使绳不断裂,画框上两个挂钉的间距最大为(g取10 m/s2) ( ) A. m B. m C. 1/2 m D. m,【点拨】,【解析】熟练应用力的合成和分解以及合成与分解中的一些规律,是解决本题的关键;一个大小方向确定的力分解为两个等大的力时,合力在分力的角平分线上,且两分力的夹角越大,分力越大.题中当绳子拉力达到F=10 N的时候,绳子
12、间的张角最大,即两个挂钉间的距离最大;画框受到重力和绳子的拉力,三个力为共点力,受力如图所示. 绳子与竖直方向的夹角为,绳子长为L0=1 m,则有mg=2Fcos 可得cos =1/2,两个挂钉间的距离L=2L0/2sin ,解得L= m,A项正确.,【答案】A,2. 如图所示,轻绳AO和BO共同吊起质量为m的重物.AO与BO垂直,BO与竖直方向的夹角为,OC连接重物,则( ) A. AO所受的拉力大小为mg/sin B. AO所受的拉力大小为mg/sin C. BO所受的拉力大小为mgcos D. BO所受的拉力大小为mg/sin ,【解析】方法一:正交分解法 将O点受到的三个力沿水平、竖直
13、两个方向进行分解,如图甲所示,分别在这两个方向上列出平衡方程得: FAsin +FBcos =mg FAcos =FBsin 由解得FA=mgsin ,FB=mgcos .,方法二:相似三角形法或平行四边形法 因为O点受力平衡,故可将O点受到的三个力进行平移组成封闭的三角形,又由于拉力FA和FB互相垂直,所以得到的是一个直角三角形,如图乙所示,解此三角形得FA=mgsin ,FB=mgcos . 方法三:按力的实际作用效果进行分解 结点O受到的绳OC的拉力FC等于重物所受重力mg,拉力FC的作用效果是拉紧了绳AO和BO,故可将拉力FC沿绳AO和BO所在直线进行分解,两分力分别等于拉力FA和FB
14、,力的图示如图丙所示,解得FA=mgsin ,FB=mgcos . 【答案】AC,3. 如图所示,轻绳AC与水平面夹角=30,BC与水平面夹角=60,若AC、BC能承受的最大拉力不能超过100 N,那么重物G不能超过多少?(设悬挂重物G的绳CD强度足够大),【解析】本题是关于力的合成与分解中的临界问题.连结点C为研究对象,因为C点受AC、BC的拉力与重物G的拉力.由于C点只受三个力且合力为零,所以最简单的求解方法就是力的合成与分解. 由于重物静止时对C点的拉力F=G,拉力产生两个效果:对BC的拉力FBC和对AC的拉力FAC,其力的矢量关系如图所示. 从图中关系可以看出FBCFAC,即当重力G增
15、加时,FBC先达100 N.因此重力G的极限值就等于FBC=100 N时所对应的F的数值,由几何关系得F=FBC/cos30= N,所以重物的重力G不能超过 N.,例.把一个已知力分解为两个分力时,下面几种情况中,只能得到唯一解的是 ( ) A. 已知两个分力的大小 B. 已知两个分力的方向 C. 已知一个分力的大小和另一个分力的方向 D. 已知一个分力的大小和方向 【错解】ABD 【剖析】该题最容易犯的错误是错选A,导致这种错误的原因是对矢量的方向理解不深刻.错误地认为确定了三条边就能构成一个唯一确定的三角形,即只有唯一解.这样就把矢量与线段混淆了,从而导致了错误.错选B是因为忘掉了限制条件
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