高中物理 第4章 力與平衡本章整合課件 魯科必修1

1、2021/8/11 星期三1本章整合BENZHANG ZHENGHE2021/8/11 星期三22021/8/11 星期三3專題一專題二專題三動態(tài)平衡問題的分析方法所謂動態(tài)平衡問題就是通過控制某一物理量,使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢變化。從宏觀上看,物體是運動的,但從微觀上理解,物體是平衡的,即任一時刻物體均處于平衡狀態(tài)。分析此類問題時,常用方法有:1.圖解法:對研究對象進行受力分析,再根據(jù)平行四邊形定則或三角形定則畫出不同狀態(tài)下力的矢量圖(畫在同一個圖中),然后根據(jù)有向線段(表示力)長度的變化判斷各個力的變化情況。2.解析法:對研究對象的任一狀態(tài)進行受力分析,建立平衡方程,求出因變參量與自變參量的一

2、般函數(shù),然后根據(jù)自變參量的變化確定因變參量的變化。2021/8/11 星期三4專題一專題二專題三【例題1】如圖所示,把球夾在豎直墻面AC和木板BC之間,不計摩擦,球對墻的壓力為N1,球對板的壓力為N2,在將木板BC逐漸放至水平的過程中,下列說法中,正確的是()A.N1和N2都增大B.N1和N2都減小C.N1增大,N2減小D.N1減小,N2增大2021/8/11 星期三5專題一專題二專題三解析:此為一動態(tài)平衡問題。受力情況雖有變化,但球始終處于平衡狀態(tài)。解法一:圖解法對球受力分析如圖所示,受重力G、墻對球的支持力N1和木板對球的支持力N2而平衡。作出N1和N2的合力F,它與G等大反向。當板BC逐

3、漸放至水平的過程中,N1的方向不變,大小逐漸減小,N2的方向發(fā)生變化,大小也逐漸減小,如圖所示,由力的作用是相互的可知N1=N1,N2=N2,故選項B正確。2021/8/11 星期三6專題一專題二專題三解法二:解析法對球受力分析如圖所示,受重力G、墻對球的支持力N1和木板對球的支持力N2而平衡,而F=G,N1=Ftan ,所以N1=Gtan 。 ,當木板BC逐漸放至水平的過程中,逐漸減小,所以由上式可知,N1減小,N2也減小,由牛頓第三定律可知,N1=N1,N2=N2,故選項B正確。答案:B2021/8/11 星期三7專題一專題二專題三變式訓練1如圖所示,輕繩的一端系在質量為m的物體上,另一端

4、系在一個輕質圓環(huán)上,圓環(huán)套在粗糙水平桿MN上,現(xiàn)用水平力F拉繩上一點,使物體處于圖中實線位置,然后改變F的大小使其緩慢下降到圖中虛線位置,圓環(huán)仍在原來的位置不動,則在這一過程中,水平拉力F、環(huán)與桿的摩擦力f和環(huán)對桿的壓力N的變化情況是()A.F逐漸增大,f保持不變,N逐漸增大B.F逐漸增大,f逐漸增大,N保持不變C.F逐漸減小,f逐漸增大,N逐漸減小D.F逐漸減小,f逐漸減小,N保持不變2021/8/11 星期三8專題一專題二專題三解析:方法一:解析法以結點O為研究對象,受力如圖所示,由平衡條件可知mg、F的合力與繩子的拉力T等大反向,F大小滿足關系式F=mgtan ,在物體緩慢下降過程中,物

5、體的受力情況及平衡狀態(tài)保持不變,所以關系式F=mgtan 仍然成立,但逐漸減小,所以F也隨之減小,f也隨之減小,N=mg不變。選項D正確。2021/8/11 星期三9專題一專題二專題三方法二:圖解法物體在三個力的作用下處于平衡狀態(tài),力F和繩子的拉力T的合力與重力平衡,即F和T的合力大小恒定,方向豎直向上,且F的方向保持不變,根據(jù)力的三角形法則可用圖示的方法來確定力F的變化規(guī)律,如圖所示,減小,F隨之減小,f=F也隨之減小,N=mg不變,選項D正確。2021/8/11 星期三10專題一專題二專題三方法三:極限法在物體緩慢下降過程中,細繩與豎直方向的夾角不斷減小,可把這種減少狀態(tài)推到極限狀態(tài),即細

6、繩與豎直方向的夾角=0,此時系統(tǒng)仍處于平衡狀態(tài),由平衡條件可知:當=0時,F=0,f=0,N=mg不變,所以可得出結論:在物體緩慢下降過程中,F逐漸減小,f也隨之減小。選項D正確。答案:D2021/8/11 星期三11專題一專題二專題三整體法與隔離法在平衡中的應用在實際問題中,常常會碰到幾個連接在一起的物體在外力作用下運動,需要求解它們所受的外力或它們之間的相互作用力,這類問題被稱為連接體問題。與求解單一物體的力學問題相比較,連接體問題要復雜得多。有相同加速度的連接體問題是比較簡單的,目前我們只限于討論這類問題。連接體問題常見的求解方法有兩個,即整體法和隔離法。1.整體法:以幾個物體構成的系統(tǒng)

7、為研究對象進行求解的方法。在許多問題中用整體法比較方便,但整體法不能求解系統(tǒng)的內力。2.隔離法:把系統(tǒng)分成若干部分并隔離開來,分別以每一部分為研究對象進行受力分析,分別列出方程,再聯(lián)立求解的方法。3.選用原則:通常在分析外力對系統(tǒng)的作用時,用整體法;在分析系統(tǒng)內各物體之間的相互作用時,用隔離法。有時在解答同一個問題時要多次選取研究對象,需要整體法與隔離法交替使用。2021/8/11 星期三12專題一專題二專題三【例題2】如圖所示,小球被輕質細繩系住斜吊著放在靜止的光滑斜面體上,設小球質量為m,斜面傾角=30,細繩與豎直方向夾角=30,斜面體的質量M=3m,置于粗糙水平面上。(1)當斜面體靜止時

8、,求細繩對小球拉力的大小;(2)求地面對斜面體摩擦力的大小和方向;(3)若地面對斜面體的最大靜摩擦力等于地面對斜面體支持力的k倍,為了使整個系統(tǒng)始終處于靜止狀態(tài),k值必須滿足什么條件?2021/8/11 星期三13專題一專題二專題三解析:(1)以小球為研究對象,受力分析如圖甲所示。 2021/8/11 星期三14專題一專題二專題三2021/8/11 星期三15專題一專題二專題三變式訓練2在粗糙水平地面上與墻平行放著一個截面為半圓的柱狀物體A,A與豎直墻之間放一光滑圓球B,整個裝置處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)對B加一豎直向下的力F,F的作用線通過球心,設墻對B的作用力為F1,A對B的作用力為F2,地面對A的

9、作用力為F3。若F緩慢增大而整個裝置仍保持靜止,截面如圖所示,在此過程中()A.F1保持不變,F3緩慢增大B.F1緩慢增大,F3保持不變C.F2緩慢增大,F3緩慢增大D.F2緩慢增大,F3保持不變2021/8/11 星期三16專題一專題二專題三解析:A、B始終保持靜止,對B進行受力分析,如圖甲所示,設A、B圓心連線與豎直方向夾角為,由F2sin =F1,F2cos =F+GB可得,當F增大時,F2增大,F1也增大。將A、B看成整體,進行受力分析如圖乙所示,設地面對A的支持力為N,對A的摩擦力為f,則由整體平衡得GA+GB+F=N,且f=F1,由此可知,當F增大時,N、f均增大,N與f的合力F3

10、也增大。所以只有選項C正確,A、B、D均錯誤。答案:C2021/8/11 星期三17專題一專題二專題三平衡中的臨界與極值問題1.臨界問題(1)臨界狀態(tài):物體的平衡狀態(tài)將要發(fā)生變化的狀態(tài)。(2)當某物理量發(fā)生變化時,會引起其他物理量的變化,從而使物體所處的平衡狀態(tài)“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”,這類問題的描述中經(jīng)常出現(xiàn)“剛好”“恰好”等詞語。(3)處理這類問題的最有效方法是假設推理法,也就是先假設,再根據(jù)平衡條件及有關知識列平衡方程,最后求解。2021/8/11 星期三18專題一專題二專題三2.極值問題也就是指平衡問題中,力在變化過程中的最大值和最小值問題。解決這類問題常用以下兩種方法:(1)解析

11、法:根據(jù)物體的平衡條件列方程,在解方程時,采用數(shù)學知識求極值或者根據(jù)物理臨界條件求極值。(2)圖解法:根據(jù)物體的平衡條件作出物體的受力分析圖,畫出平行四邊形或矢量三角形進行動態(tài)分析,確定最大值或最小值。2021/8/11 星期三19專題一專題二專題三2021/8/11 星期三20專題一專題二專題三【例題3】輕繩的兩端A、B固定在天花板上,繩能承受的最大拉力為120 N?，F(xiàn)用掛鉤將一重物掛在繩子上,掛鉤停在C點,如圖所示,兩端與豎直方向的夾角分別為37和53。求:(1)此重物所受最大重力(sin 37=0.6,cos 37=0.8)。(2)若將掛鉤換成一個光滑的小滑輪,此重物所受最大重力。202

12、1/8/11 星期三21專題一專題二專題三解析:(1)取C點為研究對象進行受力分析,如圖甲所示,由圖可知,物體平衡時AC上的張力比BC上大,所以當AC上的張力為最大值120 N時,BC上的張力小于120 N,由平行四邊形定則得重物所受最大重力為2021/8/11 星期三22專題一專題二專題三(2)在圖甲中,設AB=s,則由幾何關系可知繩長l=0.6s+0.8s=1.4s;若將掛鉤換成滑輪,則兩根繩子的張力大小相等,對C點進行受力分析,如圖乙所示,由幾何關系可知cos = ,由平行四邊形定則得重物所受最大重力為G=2Tcos =168 N。答案:(1)150 N(2)168 N2021/8/11 星期三23專題一專題二專題三變式訓練3如圖所示,物體