高二物理《力和物体的平衡》复习教案.docx

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高二物理《力和物体的平衡》复习教案

高二物理《力和物体的平衡》复习教案

内　　　　　容

要求

说　　明

1．力是物体间的相互作用，是物体发生形变和物体运动状态发生变化的原因．力是矢量．力的合成和分解．

2．万有引力定律．重力是物体在地球表面附近所受到的地球对它的引力．重心．

3．形变和弹力．胡克定律．

4．静摩擦．最大静摩擦力．

5．滑动摩擦，滑动摩擦定律．

6．共点力作用下物体的平衡．

II

II

II

I

II

II

不要求知道静摩擦因数

从2003年高考考试说明中发现，本章中有两个变化：

1、删除了“力矩”概念；2、增添了一个实验“探究弹力和弹簧伸长的关系”．“力矩平衡”是在2002年理综高考中删除的，2003年又删除了“力矩”概念，说明高考更加强调物理主干知识．增添探索性学生实验：

研究弹力和弹簧伸长关系．学生在得到实验数据后列表、作图，根据图线利用函数的知识写出伸长与受力关系的解析式，这个实验并不难，但所用的数据处理方法却是科学研究中常用的，学生得到的技能很容易迁移到其他场合．

本章内容是力学的基础，也是贯穿于整个物理学的核心内容．本章从力的基本定义出发，通过研究重力、弹力、摩擦力，逐步认识力的物质性、力的矢量性、力的相互性，并通过受力分析，分析物体所处的状态或从物体所处的平衡状态，分析物体的受力情况．物体的受力分析法是物理学重要的分析方法，力的合成与分解是解决力学问题的重要环节．由于它的基础性和重要性，决定了这部分知识在高考中的重要地位．高考对本章知识的考查重点是：

1、三种常见的力，为每年高考必考内容，以后也将是频繁出现的热点2、力的合成与分解、共点力的平衡等在高考中或单独出现或与动力学、电磁学等相结合，或选择、填空或计算论述，或易或难，都可能出现．从最近的高考中也有体现．2000年上海卷第15题、20题、21题，2000年广东卷第3题2001年春季全国第1题、2001年全国理综第18题、2001年上海理综第13、18小题，2001年上海卷23题、2001年全国卷第12题，2002年上海春季综合36题、2002年上海春季物理卷第1题、2002年广东物理试卷第2题、2002年全国理综第30题；2003年全国19题．单纯考查本章内容多以选择、填空为主，难度适中，与其它章节结合的则以综合题出现，也是今后高考的方向．

一、部分高考试题分析

例1、（2002全国）图中a、b、c为三个物块，M、N为两个轻质弹簧，R为跨过光滑定滑轮的轻绳，它们连接如图并处于平衡状态．

A．有可能N处于拉伸状态而M处于压缩状态

B．有可能N处于压缩状态而M处于拉伸状态

C．有可能N处于不伸不缩状态而M处于拉伸状态

D．有可能N处于拉伸状态而M处于不伸不缩状态

[分析与解]学生对一个物体在共点力作用下问题很熟悉，多个相连接物体的平衡问题就涉及到这些连接的条件以及结合这些条件所做的推理判断．本题的主要考查目的就是考查学生结合弹簧伸可缩而绳子不能有推力这些条件进行推理的能力．

题干中说明M、N是两个轻质弹簧，这就告诉我们弹簧M、N的质量比物块a、b、c小得很多，可以不计．题干中又说明跨过光滑定滑轮的R是一条轻绳，这告诉我们，①R是一条柔软的绳子，与它相连的物块a、弹簧N上端之间的作用力一定是拉力而不能是压力，也就是说R只能拉物块a、弹簧N，而不能压它们．当然绳子R拉物块a、弹簧N的拉力大小要依具体情况而定，有可能等于零．②绳子的质量较之物块a、b、c可以不计，而且绳子与定滑轮之间没有摩擦力，由此可推出绳子R拉物块a的拉力大小一定等于绳子R拉弹簧N的拉力．明白了这些之后，就可以判断哪些选项是正确的．正确答案A、D．

例2、如图所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的．一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为m1和m2的小球．当它们处于平衡状态时，质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为α=60°两小球的质量比为

A．B．C．D．

[分析与解]本题有多种解法，正弦定理、相似三角形、正交分解等，此处用正弦定理．受力分析如图，等腰三角OAB中，α=60°故∠OAB=∠OBA=60°则有几何关系得：

三角形DCA中，∠CDA=30°，∠DCA=120°由正弦定理有：

所以：

正确选项为A．

三、重难点分析

1、摩擦力

⑴摩擦力是滑动摩擦力与静摩擦力的统称，常见的题目中很少明确说明，因此必须根据题意及物体运动情况来确定．而不少同学往往把摩擦力都当作滑动摩擦力来理解，造成用来分析静摩擦．

⑵静摩擦力随物体的受力情况和运动状态而变化的特点，使得不少涉及静摩擦的物理问题变得较为复杂．

3摩擦力是动力还是阻力的问题，摩擦力的方向问题，也常使一些同学上当．

例3、长直木板的上表面的一端放有一个铁块，木板由水平位置缓慢向上转动（即木板与水平面的夹角α变大），另一端不动，则铁块受到的摩擦力f随角度α的变化图线是图中的（　）

[分析与解]对铁块进行受力分析如图所示，铁块在未滑动前，受静摩擦力的作用，由平衡条件得

（f按正弦规律变化）

当滑块滑动时，受滑动摩擦力作用，有

（f按余弦规律变化）

一般说来，最大静摩擦力略比滑动摩擦力大．

正确选项为C．

例4、在原来静止的升降机的水平地板上放一物体A，右侧连接一形变的轻弹簧而静止不动，若使升降机匀加速下降，则关于物体A的运动状态及受到的摩擦力的说法，正确的是：

（）

A．物体A可能相对于升降机保持不动，它所受摩擦力大小保持不变．

B．物体A可能相对于升降机向左运动，它所受的摩擦力方向向左，大小比升降机静止时要大．

C．物体A可能相对于升降机向左运动，它所受的摩擦力方向向右，大小比升降机静止时要小．

D．物体A可能相对于升降机向右运动，它所受的摩擦力方向向左，大小比升降机静止时要小．

［分析与解］首先，对题中的已知条件要有正确的认识．当升降机静止时，物A在水平方向处于二力平衡，静摩擦力大小等于弹簧的弹力：

．但因弹簧是伸长或是压缩并未告知，所以物A受到的摩擦力的方向可能水平向左，也可能水平向右．另外，物A是否处于将要动的临界状态也不能肯定．对于这些不确定因素，一定要有清醒的认识．

当升降机匀加速下降时，物A处于推倒重来状态，地板对它的挤压力减小，可以判断物A跟升降机地板的最大静摩擦力将减小．

物体A的运动状态及受到的摩擦力的大小可能为：

（1）升降机静止时，若摩擦力为非最大值．当升降机匀加速下降时，虽最大静摩擦力变小，但若仍然不小于弹力F的数值时，物体仍可保持不动．由于在水平方向无加速度，在该水平方仍保持平衡状态，所以：

保持不变．

（2）升降机加速下降使物体所受挤压力N减小，使最大静摩擦力小于弹簧弹力F，物体相对于地板滑动，它所受到的摩擦力变为滑动摩擦力，且将随N的减小而减小．所以升降机加速下降时，物体受到的摩擦力要比升降机静止时小．

（3）物体A所受摩擦力f方向取决于弹簧的初始状态，若弹簧开始处于伸长状态，f方向水平向左；开始为压缩状态，f方向水平向右．

综上所述，选项A、C、D正确．

例5、一质量为m的木块，放在倾角为α的传送带上，随带一起向下做匀加速运动，加速度为a，试求物体所按的摩擦力f．

[分析与解]静摩擦力会随着物体的运动状态发生变化．本题有三种情况：

若a

2、动态平衡问题

（1）、三力平衡问题中判断变力大小的变化趋势时，可利用平行四边形定则将其中大小和方向均不变的一个力，分别向两个已知方向分解，从而可从图中判断出变力大小变化趋势，作图时应使三力作用点O的位置保持不变．

（2）、一个物体受到三个力而平衡，其中一个力的大小和方向是确定的，另一个力的方向始终不改变，而第三个力的大小和方向都可改变，问第三个力取什么方向这个力有最小值，当第三个力的方向与第二个力垂直时有最小值，这个规律掌握后，运用作图法或计算法就比较容易了．

例6、如图所示，当绳子的悬点A缓慢向右移到A点时，关于绳子AO和BO的张力的合力的变化，正确的是（）

A．数值不变，方向变化．

B．数值变大，方向不变．

C．数值不变，方向不变．

D．数值不变，方向变化．

[分析与解]：

向右移时，AO和BO的夹角不但变化，而且两绳的拉力也在变，因此不能直接用力的合成来判断，对结点O受力分析，如图，其中可推知，的合力必与等大反向，因此，的合力大小和方向均不变．故C正确．

例7、如图，电灯悬挂于两干墙之间，要换绳OA，使连接点A上移，但保持O点位置不变，则在A点向上移动的过程中，绳OA的拉力如何变化？

[分析与解]用力的平行四边形定则得拉力F1、F2的合力F竖直向上，大小不变，总等于G，拉力F2方向不变，F1与水平方向的夹角逐渐增大，如图，由平行四边形定则作出的图示很容易看出：

F1先变小，后变大，F2逐渐减小．

3、平衡问题的处理方法：

正确分析物体受力情况是解决力学问题的前提和关键之一．对物体进行受力分析的步骤是：

a、选择研究对象：

把要研究的物体从相互作用的物体群中隔离出来．

b、进行受力分析：

（1）把已知力图示出来；

（2）分析场力（重力、电场力、磁场力）；（3）分析接触力（先考虑是否有弹力然后分析是否有摩擦力）

注意事项：

（1）物体所受的力都有其施力物体，否则该力不存在；

（2）受力分析时，只考虑根据性质命名的力；（3）合力与分力是等效的，不能同时考虑；（4）对于摩擦力应充分考虑物体与接触面是否有相对运动或相对运动趋势；（5）合理隔离研究对象，整体法、隔离法合理选用，可使问题变得简单．（6）注意正交分解法和相似三角形方法的灵活选用．

例8、将重为G的物体A放在倾角为30的斜面上，A与斜面间的摩擦系数为0.1，那么对A施加一个可能多大的水平力，可使物A保持平衡？

（设A物体受的最大静摩擦力跟滑动摩擦力大小相等如图甲所示．

[分析与解]：

物体所处平衡状态有两种可能：

向上匀速（或向上滑的趋势）；向下匀速或向下滑的趋势，当F最大时，物体沿斜面向上匀速运动如图乙

（1）所示．

当F最小时，物体沿斜面向下匀速运动，如图乙

（2）所示：

尽管物体静止，但要分析，判断物体的运动趋势的可能性，以便确定摩擦力的方向．

例9、如图所示，一轻杆两端固结两个小球A、B，mA=4mB，跨过定滑轮连接A、B的轻绳长为L，求平衡时OA、OB分别为多长？

[分析与解]：

采用隔离法分别以小球A、B为研究对象并对它们进行受力分析（如图所示）可以看出如果用正交分解法列方程求解时要已知各力的方向，求解麻烦．此时采用相似三角形法就相当简单．

△AOE（力）∽△AOC（几何）T是绳子对小球的拉力

4mg/T=x/L1——

（1）

△BPQ（力）∽△OCB（几何）

mg/T=X/L2——

（2）

由

（1）

（2）解得：

L1=L/5；L2=4L/5

例10、如图甲：

弹簧1内套一个弹簧2，弹簧1比弹簧2长0.2m它们一端固定，另一端自由．当压缩组合弹簧时测得力与压缩量之间的关系图线如图所示，求这两个弹簧的倔强系数分别为多大？

[分析与解]此物理过程，弹簧压缩测得的力大小就等于弹簧的弹力，并遵守胡克定律．

据题意，当压缩量只有0.2m的过程只弹簧1发生形变从图中读出，

∵

∴（图线的斜率就是K1）

弹簧组合形变量为0.3m时，弹簧1的形变量为弹簧2的形变量，，就有

例11、如图所示，三角形劈块放在粗糙的水平面上，劈块上放一个质量为m的物块，物块和劈块切处于静止状态，则粗糙水平面对三角形劈块：

A．有摩擦力作用，方向向左；

B．有摩擦力作用，方向向右；