高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題二 相互作用課件

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1、專 題 二 相 互 作 用高 考 物 理 知 識(shí) 清 單 方法一“隔離法”與“整體法”1.隔離法為了弄清系統(tǒng)內(nèi)某個(gè)物體的受力和運(yùn)動(dòng)情況,一般可采用隔離法。運(yùn)用隔離法解題的基本步驟:(1)明確研究對(duì)象或過程、狀態(tài);(2)將某個(gè)研究對(duì)象或某段運(yùn)動(dòng)過程、某個(gè)狀態(tài)從全過程中隔離出來;(3)畫出某狀態(tài)下的受力圖或運(yùn)動(dòng)過程示意圖;(4)選用適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律列方程求解。2.整體法當(dāng)只涉及研究系統(tǒng)而不涉及系統(tǒng)內(nèi)部某些物體的受力或運(yùn)動(dòng)時(shí),一般可采用整體法。運(yùn)用整體法解題的基本步驟: (1)明確研究的系統(tǒng)或運(yùn)動(dòng)的全過程;(2)畫出系統(tǒng)整體的受力圖或運(yùn)動(dòng)全過程的示意圖; 突 破 方 法 (3)選用適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律列方程

2、求解。隔離法和整體法常常需交叉運(yùn)用,從而優(yōu)化解題思路和方法,使解題簡(jiǎn)潔明快。例1在粗糙水平面上放著一個(gè)三角形木塊abc,在它的兩個(gè)粗糙斜面上分別放有質(zhì)量為m 1和m2的兩個(gè)物體,m1m2,如圖所示,若三角形木塊和兩物體都是靜止的,則粗糙水平面對(duì)三角形木塊()A.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向右B.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向左C.有摩擦力的作用,但摩擦力的方向不能確定,因m 1、m2、1、2的數(shù)值均未給出D.以上結(jié)論都不對(duì) 解題思路求解本題的關(guān)鍵是找到三角形木塊與地面間有沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)(或相對(duì)運(yùn)動(dòng));若有,粗糙水平面對(duì)三角形木塊有摩擦力的作用,否則沒有摩擦力的作用。解析 解法一(隔

3、離法)把三角形木塊隔離出來,它的兩個(gè)斜面上分別受到兩物體對(duì)它的壓力FN1、FN2,摩擦力F1、F2。由兩物體的平衡條件知,這四個(gè)力的大小分別為FN1=m1gcos1FN2=m2gcos2F 1=m1gsin1F2=m2gsin2 它們的水平分力的大小(如圖所示)分別為FN1x=FN1sin1=m1gcos1sin1FN2x=FN2sin2=m2gcos2sin2F1x=F1cos1=m1gcos1sin1F2x=F2cos2=m2gcos2sin2其中F N1x=F1x,FN2x=F2x,即它們的水平分力互相平衡,木塊在水平方向無滑動(dòng)趨勢(shì),因此不受水平面的摩擦力作用。解法二(整體法)由于三角形

4、木塊和斜面上的兩物體都靜止,可以把它們看成一個(gè)整體,受力如圖所示。設(shè)三角形木塊質(zhì)量為M,則豎直方向受到重力(m1+m2+M)g和支持力FN作用處于平衡狀 態(tài),水平方向無任何滑動(dòng)趨勢(shì),因此不受水平面的摩擦力作用。答案 D1-1如圖所示,兩個(gè)光滑金屬球a、b置于一個(gè)桶形容器中,兩球的質(zhì)量大小關(guān)系為m amb,對(duì)于圖中的兩種放置方式,下列說法中正確的是()A.兩種情況對(duì)于容器左壁的彈力大小相等 B.兩種情況對(duì)于容器右壁的彈力大小相等C.兩種情況對(duì)于容器底部的彈力大小相等D.兩種情況兩球之間的彈力大小相等答案C解析由幾何知識(shí)可知,兩種情況下兩球球心的連線互相平行,也就是說,下面金屬球?qū)ι厦娼饘偾虻膹椓?/p>

5、的方向相同。上面金屬球受到的彈力的豎直方向上的分力大小等于重力,水平方向上的分力等于對(duì)左壁的彈力,顯然a球在上面時(shí)對(duì)左壁的彈力大,兩球之間的彈力也大,A、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤;將兩球看做一個(gè)整體分析可知,在同一容器里整體對(duì)左壁的彈力大小等于對(duì)右壁的彈力大小,所以b球在下面時(shí)對(duì)右壁彈力大,而兩種情況對(duì)底部的彈力大小相等,B項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確。 方法二動(dòng)態(tài)平衡問題中圖象分析法所謂動(dòng)態(tài)平衡問題,是指通過控制某些物理量,使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢變化,而在這個(gè)過程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài)。常利用圖解法解決此類問題:對(duì)研究對(duì)象在狀態(tài)變化過程中的若干狀態(tài)進(jìn)行受力分析,依據(jù)某一參量的變化,在同一圖中作出物體在若干狀態(tài)

6、下的平衡受力圖,再由動(dòng)態(tài)的力的平行四邊形各邊長(zhǎng)度變化及角度變化,確定力的大小及方向的變化情況。 例2(2016課標(biāo),14,6分)質(zhì)量為m的物體用輕繩AB懸掛于天花板上。用水平向左的力F緩慢拉動(dòng)繩的中點(diǎn)O,如圖所示。用T表示繩OA段拉力的大小,在O點(diǎn)向左移動(dòng)的過程中()A.F逐漸變大,T逐漸變大B.F逐漸變大,T逐漸變小C.F逐漸變小,T逐漸變大D.F逐漸變小,T逐漸變小解析由題意知,系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),分析O點(diǎn)的受力情況如圖所示,其中T=G恒定不變,F方 向不變,T大小方向均改變,在O點(diǎn)向左移動(dòng)的過程中,角逐漸變大,由動(dòng)態(tài)矢量三角形可知F、T均逐漸變大,故A項(xiàng)正確。 答案A規(guī)律總結(jié)明確應(yīng)用動(dòng)

7、態(tài)矢量三角形的條件。知識(shí)歸納動(dòng)態(tài)矢量三角形的應(yīng)用。評(píng)析本題考查了動(dòng)態(tài)平衡問題,利用動(dòng)態(tài)矢量三角形定性分析易得出結(jié)果。2-1(2013天津理綜,5,6分)如圖所示,小球用細(xì)繩系住,繩的另一端固定于O點(diǎn)?，F(xiàn)用水平力F緩慢推動(dòng)斜面體,小球在斜面上無摩擦地滑動(dòng),細(xì)繩始終處于直線狀態(tài),當(dāng)小球升到接近斜面頂端時(shí)細(xì)繩接近水平,此過程中斜面對(duì)小球的支持力F N以及繩對(duì)小球的拉力FT的變化情況是() A.FN保持不變,FT不斷增大B.FN不斷增大,FT不斷減小C.FN保持不變,FT先增大后減小D.F N不斷增大,FT先減小后增大答案D 解析如圖為小球受力三角形的動(dòng)態(tài)變化情況。繩的拉力FT從FT1變?yōu)镕T3,當(dāng)F

8、T變?yōu)榕c斜面平行,即FT2時(shí)拉力最小,所以FT的變化是先減小后增大,而FN是逐漸增大的。故答案為D。 方法三平衡問題中菱形轉(zhuǎn)化為直角三角形法如果兩分力大小相等,則以這兩分力為鄰邊所作的平行四邊形是一個(gè)菱形,而菱形的兩條對(duì)角線相互垂直,可將菱形分成四個(gè)相同的直角三角形,于是菱形可轉(zhuǎn)化為直角三角形。例3如圖所示,石拱橋的正中央有一質(zhì)量為m的對(duì)稱楔形石塊,側(cè)面與豎直方向的夾角為,重力加速度為g。若接觸面間的摩擦力忽略不計(jì),則石塊側(cè)面所受彈力的大小為()A.B. C.mgtanD.mgcot解題思路關(guān)鍵詞:正中央,對(duì)稱,摩擦力忽略不計(jì)。以石塊為研究對(duì)象受力分析由對(duì)稱性知左右兩側(cè)面所受彈力大小相等三個(gè)力

9、平衡。2sinmg 2cosmg12 12 解析石塊受力如圖所示,由對(duì)稱性可知兩側(cè)面所受彈力FN1和FN2大小相等,設(shè)為FN,由三力平衡可知四邊形OABC為菱形,故ODC為直角三角形,且 OCD=,則由mg=FNsin可得FN=,故A正確。 答案 A點(diǎn)評(píng)考查受力分析和三力平衡知識(shí),同時(shí)考查對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力,特別是菱形轉(zhuǎn)化成直角三角形,再利用直角三角形特性解題的方法。122sinmg 3-1如圖所示,相距4m的兩根豎直柱子上拴一根長(zhǎng)5m的細(xì)繩,小滑輪及繩的質(zhì)量和摩擦均不計(jì),滑輪下吊一重180N的重物,求繩中張力是多大?答案150N解析選小滑輪為研究對(duì)象,受力分析如圖所示,由平衡條件可知,F

10、1、F2的合力F與重物重力G大小相等、方向相反。由對(duì)稱性可知,平行四邊形OBCA為菱形,可將菱形分成四個(gè)相同的直角三角形,則有F1=F2=。 2sinG 又sin= =,故F 1=F2= N=150N。2 22.5 22.5 35 180 52 3 方法四平衡問題中的相似三角形法如果在對(duì)力利用平行四邊形定則(或三角形定則)運(yùn)算的過程中,力三角形與幾何三角形相似,則可根據(jù)相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例等性質(zhì)求解。例4光滑半球面上的小球被一繞過定滑輪的繩用力F由底端緩慢拉到頂端的過程中,試分析繩的拉力F及半球面對(duì)小球的支持力FN的變化情況(如圖甲所示)。 甲乙 解題思路 解析如圖乙所示,作出小球的受力示意

11、圖,注意支持力FN總與半球面垂直,從圖中可得到相似三角形。設(shè)半球面半徑為R,定滑輪到半球面的距離為h,定滑輪左側(cè)繩長(zhǎng)為L(zhǎng),根據(jù)三角形相似得=,=由以上兩式得繩的拉力F=mg,半球面對(duì)小球的支持力F N=mg。由于在拉動(dòng)過程中h、R不變,L變小,故F減小、FN不變。答案見解析FLmgh R NFR mgh R Lh RRh R 4-1一輕桿BO,其O端用光滑鉸鏈固定于豎直桿AO上,B端掛一重物,且系一細(xì)繩,細(xì)繩跨過桿頂A處光滑小滑輪,用力F拉住,如圖所示?，F(xiàn)將細(xì)繩緩慢往左拉,使桿BO與桿AO間的夾角逐漸減小,則在此過程中,拉力F及桿BO所受壓力FN的大小變化情況是()A.F N先減小,后增大B.

12、FN始終不變C.F先減小,后增大D.F始終不變答案 B解析取BO桿的B端為研究對(duì)象,受到繩子拉力(大小為F)、BO桿的支持力FN和懸掛重物的繩子的拉力(大小為G)的作用,將FN與G合成,其合力與F等值反向,如圖所示,得到一個(gè)力三角形(如圖中畫斜線部分),此力三角形與幾何三角形OBA相似。 設(shè)AO長(zhǎng)為H,BO長(zhǎng)為L(zhǎng),繩AB長(zhǎng)為l,則由對(duì)應(yīng)邊成比例可得:=,式中G、H、L均不變,l逐漸變小,所以可知FN不變,F逐漸變小。由牛頓第三定律知桿BO所受壓力FN不變。GH NFL Fl 方法五臨界狀態(tài)處理方法假設(shè)法某種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象的轉(zhuǎn)折狀態(tài)叫做臨界狀態(tài)。平衡物體的臨界狀態(tài)是指物體所處的平衡

13、狀態(tài)將要被破壞、而尚未被破壞的狀態(tài)。解決平衡物體的臨界問題時(shí)可用假設(shè)法。運(yùn)用假設(shè)法解題的基本步驟:明確研究對(duì)象;畫出受力示意圖;假設(shè)可發(fā)生的臨界現(xiàn)象;列出滿足所發(fā)生的臨界現(xiàn)象的平衡方程求解。例5如圖所示,光滑斜面的傾角為30,輕繩通過兩個(gè)滑輪與A相連,輕繩的另一端固定于天花板上,不計(jì)輕繩與滑輪的摩擦。物塊A的質(zhì)量為m,不計(jì)滑輪的質(zhì)量,掛上物塊B后,當(dāng)動(dòng)滑輪兩邊輕繩的夾角為90時(shí),A、B恰能保持靜止,則物塊B的質(zhì)量為() A.mB.mC.mD.2m22 2 解題思路關(guān)鍵詞:光滑斜面,A、B恰能保持靜止。(1)以物塊A為研究對(duì)象分析其受力并結(jié)合平衡條件得出繩子的拉力。(2)以動(dòng)滑輪為研究對(duì)象,分析

14、其受力并結(jié)合平衡條件得出結(jié)果。解析先以物塊A為研究對(duì)象,由物塊A受力及平衡條件可得繩中張力T=mgsin30。再以動(dòng)滑輪為研究對(duì)象,分析其受力并由平衡條件有mBg=T,解得mB=,A正確。答案A5-1如圖所示,小球的質(zhì)量為2kg,兩根輕細(xì)繩AB和AC的一端連接在豎直墻上,另一端系于小球上。在小球上另施加一個(gè)方向與水平線成=60角的拉力F,若要使繩都能伸直,求拉力F的大小范圍。(g取10m/s 2)答案10N F 20N 2 22m3 3 解析設(shè)AB繩的張力為F1,AC繩的張力為F2,對(duì)小球受力分析如圖所示。根據(jù)平衡條件得:Fsin60+F 1sin30=mg+F2sin30Fcos60=F1cos30+F2cos30當(dāng)F較小時(shí),繩AC中張力F2=0,即F和F1的合力與重力mg平衡解得:F=10N當(dāng)F較大時(shí),繩AB中張力F1=0,即F和F2的合力與重力mg平衡解得:F=20N故拉力F的大小范圍為10N F 20N。33 3 3