第二单元力物体平衡1.docx

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第二单元力物体平衡1

第二单元力、物体平衡

一、知识结构

二、学习内容

目录

1概念

1.1常见的力

1.1.1重力

1.1.2弹力

1.1.2.1支持力

1.1.2.2压力

1.1.2.3绳子拉力

1.1.2.4弹簧弹力

1.1.3摩擦力

1.1.3.1静摩擦力

1.1.3.2滑动摩擦力

1.1.4物体平衡

1.1.4.1共点力平衡

1.1.4.2力矩平衡

1.2物理模型

1.2.1轻杆模型

1.2.2轻质薄板

2规律

2.1平行四边形定则

2.2共点力平衡条件

2.3力矩平衡条件

3方法和思路

3.1受力分析法

3.2共点力平衡解题思路

3.3力矩平衡解题思路

4实验

4.1研究共点力的合成

4.2研究有固定转动轴物体的平衡条件

三、学习要求

1、知道形变，弹力：

知道形变，知道弹性形变是产生弹力的原因，能根据弹性形变判断弹力的方向，知道在弹性限度内，形变越大，弹力越大。

2、理解滑动摩擦力：

知道产生滑动摩擦力的条件，能判断滑动摩擦力的方向，理解动摩擦因素，会用滑动摩擦力公式进行计算。

知道静摩擦力：

知道静摩擦力和最大静摩擦力，能判断静摩擦力的方向，能根据力的平衡条件求静摩擦力的大小。

3、理解互成角度两个力的合成，理解力的分解：

理解力的合与分解的概念，领会等效替代的思想。

理解平行四边形定则：

会用作图法求解合力或分力，会用直角三角形知识进行计算。

4、理解共点力的平衡：

理解物体的平衡，理解共点力的平衡条件，能用共点力平衡条件求解有关未知量。

5、理解力矩，理解有固定转动轴的物体的平衡：

理解力矩的概念，知道转动平衡状态，能用固定转动轴的物体的平衡条件求解有关的未知量。

6、

（1）学会研究共点力的合成：

知道实验目的和器材，学会用橡皮筋等简单器材研究两个分力与合力的关系，能通过实验测出合力的大小和方向。

（2）学会研究有固定转动轴物体的平衡条件：

知道实验的目的和器材，学会用力矩盘通过实验探究有固定转动轴的物体的平衡条件。

四、方法与思路

（一）受力分析

受力分析是高中物理的最基础的分析方法，几乎贯穿于整个高中物体体系，在高考试卷中通常有需要运用受力分析的试题分值比例达到40%~70%之间。

掌握受力方法对多数同学来说并不难，难的是形成受力分析的习惯——在需要受力分析的时候自觉、自动的去运用。

由于受力分析的基础性和重要性，同学们应该对如何养成受力分析的习惯需要引起足够的重视。

受力分析的知识基础，是不同性质的力的方向特征。

在高中物体中，所涉及的力有：

重力（引力）、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力（安培力）、核力。

而经常需要涉受力分析的是：

重力、弹力、摩擦力、电场力、安培力。

受力分析实际上就是画出研究对象的受力图，其一般步骤为：

1画已知力，2画重力，3（找）画弹力，4（找）画摩擦力，5（找）电场力或安培力。

确定物体是否有弹力或摩擦力，常常需要（在物体平衡状态时）运用平衡条件或（在物体变速运动）运用牛顿第二定律。

运用隔离法分析相互作用的双对象受力时，还需要运用牛顿第三定律。

例题链接：

1

（二）力的矢量运算

1、平行四边形定则

2、力的合成三角形

力的合三角形是平行四边形定则的演变，将分力F2从分力F1箭尾沿F1平移至箭首，或将分力F1从F2的箭尾平移至F2的箭首。

力的合成三角形的特征是：

两个分力首尾相连，合力由一个分的箭尾指向另一个分的箭首。

例题链接：

2

3、平衡三角形

当一个物体受三个力作用而平衡时，任意两个力的合力大小与第三力相等，方向与第三力相反。

力的平衡三角形的三种变形：

它们的共同特征是三个平衡力构成首尾相连的三角形。

例题链接：

3

（三）平衡问题解决的基本思路

在高中物理中，应用某重要知识的解决相关问题，其分析都遵循一定的思考路径，这就解决问题的基本思路，简称解题思路。

解题思路既是进行问题分析的规范，同时也让我们解决问题少走弯路提供了良好的途径。

因此，掌握重要知识的解题思路，是学好中学物理的一个重要环节。

1、在共点力作用下物体的平衡（共点力平衡）解题思路

（1）明确对象－>

（2）受力分析－>（3）分解或合成－>（4）平衡方程－>（5）运算求解

例题链接：

4

2、有固定转动轴物体的平衡（力矩平衡）解题思路

（1）明确对象－>

（2）受力分析－>（3）力臂分析－>（4）平衡方程－>（5）运算求解

例题链接：

5

（四）隔离法和整体法

研究物理问题，明确所研究的对象相当很重要，前面所说的受力分析，是对我们所确定对象所受的力分析。

在画受力图时，凡是对象受到的力，有力必画，凡不是对象受到的力，则一律不画。

所谓隔离法，就是将研究对象与周围的物体隔离，从而方便对对象的分析。

所谓整体法，就是将两个相互关联的物体当作一个研究对象，只分析这个整体以外的物体对这个“整体”作用，而省略这两个物体之间相互的作用力的分析方法。

例题链接：

6

五、几个模型

（一）对象模型：

1、轻杆模型：

有固定转动轴的物体，如果不计质量，即可视作轻杆。

如果轻杆仅在两端受力，则两端分别所受的合力大小相等，方向相反。

例题链接：

3、11

2、*三力共点：

可转动物体，如果受到三个不平行的力作用而平衡，则三力必共点。

例题链接：

12

（二）三力平衡模型：

在高中物理中，经常出现三力平衡模型，这些模型会出现力学、静电场、磁场和电磁感应等问题中。

所以，熟练掌握常见的三力平衡模型，做到“一看便知”是提高物体问题解决效率一条途径。

F1＝mgsin

1、直角三角形

（1）

例题链接：

7

F2＝mgcos

F1＝mgtan

2、直角三角形

（2）

例题链接：

8

F2＝mg/cos

2Fcos＝mg

3、等边三角形

例题链接：

9

4、相似三角形：

链接例题：

3、10

六、典型例题

1、右图所示，物体B放在水平面上，物体A叠放在B上，接触面与水平面平行，给物体B施加一个水平向右的恒力F，物体A和B始终保持相对静止，请根据可能运动情况，分别对A、B进行受力分析。

请隔离对象A和B后画受力图。

对象A：

对象：

练习链接：

跟进练习1

2、将纸面视作水平光滑桌面，一个质量为0.50kg的物体，受到一个水平向右大小为0.50N的力作用，要使物体在初速为零的条件沿图示虚线方向做直线运动，则需要对该物体施加的最小外力方向是__________________，大小为_________N。

练习链接：

跟进练习2

3、右图所示，轻质杆OB与竖墙壁有光滑铰链铰接，当逐渐收短AB之间的轻绳长度且保持AO的距离不变时，绳子AB的拉力大小FAB，绳子AB和绳子BC对轻质杆的合力大小F的变化是（）

A、FAB和F均变大；B、FAB和F均变小；

C、FAB增大，F不变；D、FAB减小，F不变。

练习链接：

跟进练习5，3

4、一个质量为m的箱子放在水平地面上，箱子底部与水平地面的动摩擦因素为，现通过一根绳子施加一斜向上的拉力F作用，使箱子沿水平地面匀速运动，则当F与水平面间的夹角为多大时，所用拉力最小？

最小拉力为多大？

练习链接：

跟进练习4

5、右图所示是用电动砂轮打磨工件的装置，砂轮的转轴通过图中O点垂直于纸面，AB是一长度L＝0.60m、质量m1=0.50kg的均匀刚性细杆，可绕过A端的固定轴在竖直面（图中纸面）内无摩擦地转动，工件C固定在AB杆上，其质量m2=1.5kg，工件的重心、工件与砂轮的接触点P以及O点都在过AB中点的竖直线上，P到AB杆的垂直距离d=0.1m，AB杆始终处于水平位置，砂轮与工件之间的动摩擦因数μ=0.6.

（1）当砂轮静止时，要使工件对砂轮的压力F0=100N，则施于B端竖直向下的力FB应是多大?

（2）当砂轮逆时针转动时，要使工件对砂轮的压力仍为F0=100N，则施于B端竖直向下的力FB′应是多大?

练习链接：

跟进练习5

6、右图所示，一块楔形物体质量为M，放在水平地面上，质量为m的物体放楔形物体斜面上，在一个平行于斜面的拉力F作用下，沿斜面匀速向上运动。

求地面对M的支持力和摩擦力。

练习链接：

跟进练习6

7、一个物体放在倾角为的斜面上，当稍稍推它一下后即能沿斜面匀速下滑，则物体和斜面间的动摩擦因素。

练习链接：

跟进练习7

8、右图所示，一绳子跨过定滑轮与光滑球连接，现用力F绳子一端使球沿竖直墙壁向上匀速移动，则在移动过程中，拉力F的大小和竖直墙壁对小球的弹力N的大小，下列说法正确的是（）

A、F不变，N增大；B、F增大，N增大；

C、F减小，N减小；D、F减小，N不变。

练习链接：

跟进练习8

9、如图所示，用两根长度相等的轻绳，下端悬挂一个质量为m的物体，上端分别固定在水平天花板上的M、N点，M、N间距为s，已知两绳所能承受的最大拉力为T，则每根绳的长度不得短于______.

练习链接：

跟进练习9

10、如图所示，光滑的半球形物体固定在水平地面上，球心正上方有一光滑的小滑轮，轻绳的一端系一小球.靠放在半球上的A点，另一端绕过定滑轮后用力拉住，使小球静止.现缓慢地拉绳，在使小球使球面由A到半球的顶点B的过程中，半球对小球的支持力N和绳对小球的拉力T的大小变化情况是（）.

（A）N变大，T变小（B）N变小，T变大

（C）N变小，T先变小后变大（D）N不变，T变小

练习链接：

跟进练习10

11、长均L、质量均为m的均匀直杆OA、OB，在O点用光滑铰链铰接，在距O为2L/3处用光滑铰链M、N与圆弧形轻质弯杆铰接，OA与OB间的夹角为2，如图示所。

可知弯杆对OA的作用力方向为_________，作用力大小为______________。

练习链接：

跟进练习5

*12、如图所示，一根重为G的均匀硬杆AB，杆的A端被细绳吊起，在杆的另一端B作用一水平力F，把杆拉向右边，整个系统平衡后，细线、杆与竖直方向的夹角分别为α、β求证:

tanβ=2tanα.练习链接跟进练习11

13、如图所示，轻质T形支架的O与墙壁连接并可自由转动，OA长为L，BC长为L/4，质量为m的小球（可视作质点）固定于C处，在A处加一个方向始终与OA垂直的力F，使T形支架从图示虚线位置缓慢逆时针转动90的过程，问F的力矩大小如何变化？

F的大小如何变化？

七、跟进练习

1、右图中，A、B叠放在一起放在倾角为斜面上，物体A的质量为m，下滑时A、B保持相对静止，请分析下列情况下图甲和图乙中的物体A的受力。

（1）斜面光滑；

（2）A、B一起匀速下滑

（3）A、B一起加速下滑，B与斜面的动摩擦因素为。

2、一航天探测器完成对月球探测任务后，在离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一倾斜角的直线飞行，先加速运动，再匀速运动。

探测器通过喷气而获得推动力。

以下关于喷气方向的描述中正确的是[]

A、探测器加速运动时，沿直线向后喷气；B、探测器加速运动时，竖直向下喷气；

C、探测器匀速运动时，竖直向下喷气；D、探测器匀速运动时，不需要喷气。

3、

如图所示，物体G用两根绳子悬挂，开始时绳OA水平，现将两绳同时沿顺时针方向转过90°，且保持两绳之间的夹角α不变（α>90°），物体保持静止状态.在旋转过程中，设绳OA的拉力为T1，绳OB的拉力为T2，则（）.

（A）T1先减小后增大（B）T1先增大后减小

（C）T2逐渐减小（D）T2最终变为零

4、右图所示，物体A用轻绳系住，轻绳的另一端跨过定滑轮用一力F拉住，并使A沿水平面做向右匀速运动，若A与水平面间的动摩擦因素为定值，则A在向右运动的过程中，拉力F的大小变化是[]

A、可能一直增大；B、可能一直减小；

C、可能先增大后减小；D、可能先减小后增大。

5、右图所示，OAB与OCD是两块完全相同的轻质薄板，OA长30cm,AB长40cm,两板在O处用光滑铰链铰接，BD用光滑铰链与地面铰接，用水平力F＝100N垂直作用在AB的中点上，求薄板OAB对别一薄板的作用力的大小和方向。

6、如图所示，质量均为m的三块木块A、B、C，其中除A的左侧面光滑外，其余各侧面均粗糙.当受到水平外力F时，三木块均处于静止状态。

则B对C的摩擦力大小为___________，方向____________。

7、如图所示，用绳AC和BC吊起一个物体，绳AC与竖直方向的夹角为60°，能承受的最大拉力为100N绳BC与竖直方向的夹角为30°，能承受的最大拉力为150N.欲使两绳都不断，物体的重力不应超过多少?

8、如图所示，三段不可伸长的细绳OA、OB、OC,能承受的最大拉力相同，它们共同悬挂一重物，其中OB是水平的，A端、B端固定.若逐渐增加C端所挂物体的质量，则最先断的绳（）

（A）必定是OA（B）必定是OB

（C）必定是OC（D）可能是OB，也可能是OC

9、如图所示，相距4m的两根柱子上拴着一根5m长的细绳，细绳上有一光滑的小滑轮，吊着180N的重物，静止时AO、BO绳所受的拉力各是多大?

10、如图所示，竖直绝缘墙壁上有个固定的质点A，在A的正上方的P点用丝线悬挂另一质点B，A、B两质点因为带电而相互排斥，致使悬线与竖直方向成θ角.由于漏电，使A、B两质点的带电量逐渐减少，在电荷漏完之前悬线对悬点P的拉力大小（）.

（A）逐渐减小（B）逐渐增大

（C）保持不变（D）先变大后变小

11、如右图所示，均匀杆AB重为G、长为L，静置于半径为R的半球形光滑碗内。

已知R

求证：

（1）P＝LG/4R；

（2）cos2/cos＝L/4R。

12、如右图所示，一均匀杆AB，能绕过O点的转动轴转动，杆的A端与杆相切焊接着一个重为G、半径为R的均匀圆环，O到A、B的距离相等。

现在B端施加一个始终竖直向下的力F，使杆缓慢顺时针转动，则在杆由水平位置转向竖直位置的过程中，F的力矩MF和F的大小的变化，下列结论正确的是（）

（A）MF和F均变大；（B）MF和F均变小；

（C）MF先变大后变小，F始终变大；（D）MF和F均先变在，后变小。

第十单元磁场、电磁感应

一、学习内容

目录

1磁场1

1.1磁场的描述2

1.1.1磁感线2

1.1.1.1磁铁的磁感线2

1.1.1.1.1条形磁铁2

1.1.1.1.2蹄形磁铁2

1.1.1.2电流的磁感线2

1.1.1.2.1直线电流2

1.1.1.2.2环形电流2

1.1.1.2.3通电螺旋管2

1.1.1.2.4匀强磁场2

1.1.2磁感应强度：

B=F/IL2

1.1.3磁通量：

φ=BS2

1.2磁场对电流的作用3

1.2.1方向：

左手定则3

1.2.2大小：

安培力F＝BIL3

1.2.3直流电动机3

1.3磁场对运动电荷的作用力3

1.3.1洛伦兹力：

f=qυB3

2电磁感应4

2.1感应电流产生的条件4

2.1.1闭合电路中的磁通量发生变化4

2.2感应电流的方向4

2.2.1右手定则：

切割产生电流4

2.2.2楞次定律：

电场变化产生电流4

2.3感应电动势4

2.3.1法拉第电磁感应定律：

ε=NΔφ/Δt4

2.3.2导线切割磁感线：

ε=BLυ5

1磁场

1、磁场定义：

磁铁和电流周围存在磁场，磁铁之间、电流之间、磁铁与电流是通过磁场作为媒介而发生相互作用的。

磁场是一种物质。

2、磁现象的电本质：

磁场是由运动的电荷产生的。

3、磁场的方向规定：

小磁针北极静止时所指的方向。

4、磁场的基本性质：

对放入磁场中的磁铁或电流有力的作用。

1.1磁场的描述

1.1.1磁感线

1、在磁体的外部，磁感线N极出发到S极；在磁体的内部，磁感线从S极到N极，形成封闭的曲线。

2、磁感线上某点的切线方向，就是该点的磁场方向。

3、磁感线越密的地方向，磁场越强。

磁感是用来形象地描述磁场而引入的假想模型，不是实际存在的。

磁感线分布特征：

近密远疏，内密外疏，内外反向。

1.1.1.1磁铁的磁感线

1.1.1.1.1条形磁铁

1.1.1.1.2蹄形磁铁

1.1.1.2电流的磁感线

右手螺旋定则

1.1.1.2.1直线电流

1.1.1.2.2环形电流

1.1.1.2.3通电螺旋管

1.1.1.2.4匀强磁场

1.1.2磁感应强度：

B=F/IL

1、物理意义：

用力描述磁场的强弱和方向。

2、矢量性：

磁感强度是矢量，它的方向就是磁场方向，与电流受力方向垂直。

3、独立性：

磁感强度B与式中的F、I、L无关，I称为检验电流。

4、条件性：

本定义式只适用于电流放置方向与磁场垂直的情况，在非匀强磁场中还必须要求L足够短。

1.1.3磁通量：

φ=BS

1、定义：

穿过某一截面的磁感线的多少，就叫做穿过这截面的磁通量。

2、条件性：

本式仅只适用于B与S垂直的情况，只适用匀强磁场的计算。

3、磁通密度：

Φ/S称作为磁通密度，磁通密度与磁感应强度大小相等。

1.2磁场对电流的作用

1.2.1方向：

左手定则

1、电流之间通过磁场发生相互作用，其作用特点是：

同相电流相吸，反向电流相斥。

2、适用的因果关系：

因：

电流（通电导线在磁场）果：

受力（有时表现为运动）

电流是“因”，受力（运动）是“果”。

1.2.2大小：

安培力F＝BIL

公式适用的条件：

1、匀强磁场中电流的受力；

2、电流方向与磁场方向垂直；当电流方向与磁场方向平行时，磁场对电流没有力的作用。

3、式中的L是通电导线在磁场中的等效长度：

导线在垂直于磁场方向的投影长度。

1.2.3直流电动机

1、原理：

电流在磁场中受安培力矩而转动。

2、主要部件：

转子（线圈）、定子（磁体）、换向器（线圈过平衡位置时改变线圈中的电流方向）、电刷。

3、将电能转化为机械能的装置：

转化效率η＝P出/P入=（UI－I2r）/UI

1.3磁场对运动电荷的作用力

1.3.1洛伦兹力：

f=qB

1、矢量性：

洛伦兹力的方向遵循左手定则。

2、条件性：

适用于带电粒子的速度方向与磁场方向垂直，两者平行时不受力。

3、带电粒子垂直射入匀强磁场时，在不计重力条件下，洛伦兹力提供向心力，粒子在磁场中做匀速圆周运动。

2电磁感应

2.1感应电流产生的条件

2.1.1闭合电路中的磁通量发生变化

磁通变化的三种情形：

1、闭合电路的回路面积变化；

2、闭合电路所在处的磁场强弱发生变化；

3、闭合电路的截面与磁感线夹角发生变化（线圈在磁场中转动）。

2.2感应电流的方向

2.2.1右手定则：

切割产生电流

适用的因果关系是：

因：

导线运动（切割磁感线）果：

（闭合电路的一部分导体）产生电流

运动是“因”，电流是“果”

注意与左手定则适应的因果关系恰好相反。

2.2.2楞次定律：

电场变化产生电流

应用楞次定律要点：

1、增“反”减“同”

2、来“拒”去“留”

3、结果“阻碍”原因

2.3感应电动势

2.3.1法拉第电磁感应定律：

ε=N

1、磁能量的变化率ΔΦ/Δt反映的磁通量变化的快慢，与磁通量Φ、磁通量变化量ΔΦ无关。

2、在Φ－t图上，图线的斜率即为磁通量的变化率。

3、适用于计算平均电动势。

2.3.2导线切割磁感线：

ε=BL

1、产生感应电动势导体，相当于一个电流，其电阻即为电流内阻，其两端的电压即为端电压，而非电动势。

2、条件性

（1）适用于导线在匀强电场中且B与υ垂直情形

（2）式中的L可理解为导线在垂直于磁场方向的投影长度。

二、学习要求

1、知道磁场，磁场对电流的作用：

知道磁场，知道电流周围存在磁场，知道磁场对电流有力作用。

知道磁感线，知道几种典型的磁感受线分布，知道磁感线与电场线的区别。

会用右手螺旋定则。

2、左手定则：

会用左手定则判断磁场对电流作用力的方向。

3、理解磁感应强度，磁通量：

理解磁感受应强度的概念及其定义式，记住磁感应强度的单位。

理解磁通量的概念及定义式，记住磁通量的单位。

知道磁通量与磁感受应强度的关系，认识用比值定义物理量的方法。

4、理解安培力：

理解安培力的概念，会用安培力公式进行相关计算，了解我国磁浮列车的建设成就，感悟我国经济建设的巨大成就。

5、理解洛伦兹力：

知道洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力，理解洛伦兹力大小的计算公式，会判断洛伦兹力的方向。

6、学会测定直流电动机的效率：

知道实验目的和器材，会按照实验目的、实验步骤，独立完成实验测量，除了测定直流电动机在正常工作条件下的效率外，还可以另设方案，探究影响直流电动机效率的因素。

7、知道电磁感应现象：

了解电磁感应现象的发现过程。

8、理解感应电流产生的条件：

会用实验探究感应电流产生的条件，在探究中能适当运用猜想、假设、归纳等方法。

9、理解导体切割磁感线时感应电流的方向——右手定则：

会用右手定则判断导体切割磁感线时，感应电流的方向。

10、理解导体切割磁感线时感应电动势的大小：

理解导体切割磁感线时产生感应电动势的大小的表达式。

11、掌握楞次定律：

掌握楞次定律的内容，会用楞次定律判断感应电流方向：

会用实验研究楞次定律。

12、掌握法拉第电磁感应定律：

掌握法拉第电磁感应定律的内容，能将电磁感应规律与欧姆定律、安培力公式结合起来进行简单的综合运用，学会运用分析、综合、类比等方法。

能初步应用电磁感应原理说明生活与技术中的有关现象，从法拉第的发现到信息化时代的发展历程中感情科学技术是社会生产力发展的动力。

13、

（1）学会研究感应电流的产生：

知道实验目的和器材，会根据提供器材设计观察实验，得出只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生的结论。

（2）学会设计感应电流方向的判定实验：

知道实验目的和器材，会设计记录表格和操作步骤，通过实验，归纳得出判定感应电流方向的规律性表述。

三、结识结构

四、思路与方法

（一）对称性与等效替代

物理量的计算，很多时候可根据确定的物理定律、物理原理，通过确定的公式和方程进行计算。

但有时，在没有确定的物理公式相对时要计算物理量的大小时，此时往往要借助物理思想方法进行逻辑推理获得计算结果。

而等效替代和对称性在这种情境下可帮助我们顺利解决问题。

例题1．如图所示，同一平面内有两根互相平行的长直导线1和2，通有大小相等、方向相反的电流，a、b两点与两导线共面，a点在两导线的中间与两导线的距离均为r，b点在导线2右侧，与导线2的距离也为r．现测得a点磁感应强度的大小为B，则去掉导线1后，b点的磁感应强度大小为，方向．

链接练习题1：

（二）安培力的空间特征（化三维为二维）

安培力的方向、磁场方向、电流放置方向，构一个三维空间，因此在研究磁相互作用，注意建立物理过程的空间情境，建立相应的空间模型，往往是制约问题解决的关键。

在特定的问题中，巧妙地选择角度，用二维受力力表达三维的空间关系，可以做到事半功倍的效果。

例题1：

两根平行光滑的金属导轨与水平方向成角，金属导体ab垂直横跨在两根导轨上，导轨、导体、电阻和电源组成如图所示的闭合电路。

已知导体中的电流强度为I，两导轨的间距为L，若使导体静止在导轨上，所施加的匀强磁场的最小场强大小为___________，方向是____________。

要使导体ab对导轨无压力表静止在导轨上，则所施加的匀强磁场的磁感强度大小为_______________，方向是______________