適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第2章相互作用共點(diǎn)力的平衡研專項(xiàng)素養(yǎng)提升課件

研專項(xiàng)素養(yǎng)提升第二章一、情境化主題突破:生活中的物體平衡問題【背景資料】風(fēng)箏是中國古代勞動人民的發(fā)明。相傳墨翟以木頭制成木鳥,研制三年而成,是人類最早的風(fēng)箏起源。后來魯班用竹子,改進(jìn)墨翟的風(fēng)箏材質(zhì),直至東漢期間,蔡倫改進(jìn)造紙術(shù)后,坊間才開始以紙做風(fēng)箏,稱為“紙鳶”。風(fēng)力的方向基本是水平方向,而風(fēng)箏受風(fēng)的角度和上揚(yáng)力的大小,可以由提線方便地控制。放風(fēng)箏的時(shí)候,一般是一抽一放。抽的時(shí)候,因?yàn)轱L(fēng)箏提線一般放在風(fēng)箏面靠上的位置,加大牽引力可以控制風(fēng)箏角度變小,上揚(yáng)力增加,風(fēng)箏穩(wěn)步上升;放的時(shí)候,即平衡的風(fēng)箏牽引力變小,在風(fēng)力和上揚(yáng)力的合力作用下,風(fēng)箏會飛高飛遠(yuǎn),但是必須很快又抽,以再次保持風(fēng)箏的角度穩(wěn)定。風(fēng)箏借助均勻的風(fēng)力和牽線對其作用力,才得以在空中處于平衡狀態(tài)?！究枷蚍治觥肯耧L(fēng)箏這樣的問題情境,在生活生產(chǎn)中有很多,通過生活中的平衡問題,考查力學(xué)平衡問題歷來是高考的熱點(diǎn),近年來更突出強(qiáng)調(diào)用共點(diǎn)力的平衡條件分析解決生活中的實(shí)際問題。這就要求同學(xué)們深刻領(lǐng)會平衡的知識和方法,以便靈活運(yùn)用到具體事例中,以所學(xué)知識為基礎(chǔ),從豐富翔實(shí)的背景材料中抽象出物理模型,選好研究對象,利用平衡知識解決實(shí)際問題?！景咐骄俊咳鐖D所示,風(fēng)箏借助均勻的風(fēng)力和牽線的作用,在空中處于平衡狀態(tài)。圖中所示風(fēng)箏質(zhì)量為400g,某時(shí)刻風(fēng)箏平面與水平面的夾角為30°,主線對風(fēng)箏的拉力與風(fēng)箏平面成53°角。已知風(fēng)對風(fēng)箏的作用力與風(fēng)箏平面相垂直,sin53°=0.8,g取10m/s2。(1)求此時(shí)風(fēng)對風(fēng)箏的作用力的大小和線對風(fēng)箏的拉力大小。(2)若拉著風(fēng)箏勻速運(yùn)動時(shí),主線與水平面成53°角保持不變,這時(shí)拉主線的力為10N,則風(fēng)對風(fēng)箏的作用力為多大?風(fēng)箏平面與水平面的夾角為多大?

思維點(diǎn)撥

選風(fēng)箏為研究對象,構(gòu)建平衡模型,受力分析,根據(jù)平衡條件列方程。注意風(fēng)力對風(fēng)箏的作用力垂直于風(fēng)箏平面。答案

(1)6.13N

3.33N

(2)13.4N

arctan解析

(1)風(fēng)箏平衡時(shí)共受到三個(gè)力的作用,即重力mg、風(fēng)對它的作用力F和主線對它的拉力FT,如圖所示,以風(fēng)箏平面方向?yàn)閤軸,F方向?yàn)閥軸,建立坐標(biāo)系,將重力和拉力FT正交分解在x軸方向,mgsin

30°-FTcos

53°=0在y軸方向,F=FTsin

53°+mgcos

30°聯(lián)立兩式,解得F=6.13

N,FT=3.33

N。(2)同理以水平方向?yàn)閤軸,豎直方向?yàn)閥軸建立坐標(biāo)系。設(shè)風(fēng)對風(fēng)箏的作用力水平分力為Fx,豎直分力為Fy,由平衡條件,知Fx=FT'cos

53°=10×0.6

N=6

NFy=FT'sin

53°+mg=10×0.8

N+4

N=12

N【創(chuàng)新訓(xùn)練】(多選)(2023廣東二模)耙在中國已有1500年以上的歷史,北魏賈思勰著《齊民要術(shù)》稱之為“鐵齒楱”,將使用此農(nóng)具的作業(yè)稱作耙。如圖甲所示,牛通過兩根耙索拉耙沿水平方向勻速耙地。兩根耙索等長且對稱,延長線的交點(diǎn)為O1,夾角∠AO1B=60°,拉力大小均為F,平面AO1B與水平面的夾角為30°(O2為AB的中點(diǎn)),如圖乙所示。忽略耙索質(zhì)量,下列說法正確的是(

)BC二、重要科學(xué)思維方法指導(dǎo):整體法和隔離法在平衡問題中的應(yīng)用【方法概述】1.整體法(1)選取原則:只涉及系統(tǒng)外力不涉及系統(tǒng)內(nèi)部物體之間的相互作用力。(2)適用條件:系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的運(yùn)動狀態(tài)必須相同。(3)優(yōu)、缺點(diǎn):整體法解題一般比較簡單,但不能求內(nèi)力。2.隔離法(1)選取原則:分析系統(tǒng)內(nèi)某個(gè)物體的受力情況,一般先從受力簡單的物體入手。(2)優(yōu)、缺點(diǎn):系統(tǒng)內(nèi)物體受到的內(nèi)力、外力均能求解,但比較麻煩,易出錯(cuò)。【考向分析】受力分析與物體平衡幾乎是每年必考的內(nèi)容,近年來著重考查連接體的平衡,而連接體平衡問題涉及整體法、隔離法的應(yīng)用,選題不避常規(guī)模型,沒有偏難怪題。選擇題中物理情景較簡單,難度在中等偏易到中等難度之間?！景咐骄俊咳鐖D所示,質(zhì)量為mA的物塊A放在傾角為θ的直角三角形斜面體B上面,質(zhì)量為mB的物體B放在彈簧上面并緊挨著豎直墻壁,初始時(shí)A、B靜止,現(xiàn)用力F沿斜面向上推A,但A、B仍未動。已知重力加速度為g,施加力F后,下列說法正確的是(

)A.A、B之間的摩擦力一定變大B.B與墻面間的彈力等于FsinθC.B與墻面間可能沒有摩擦力D.彈簧彈力等于(mA+mB)g答案

D

解析

對A進(jìn)行受力分析,開始時(shí)受重力、B對A的支持力和靜摩擦力,當(dāng)施加F后,仍然處于靜止。開始A所受的靜摩擦力大小為mAgsin

θ,若F=2mAgsin

θ,則A、B之間的摩擦力大小不變,如果F<2mAgsin

θ,摩擦力變小,故A錯(cuò)誤。對A、B整體進(jìn)行受力分析,開始時(shí)B與墻面間的彈力為零,后來加F后,由于力F具有沿水平方向的分量,則墻壁對B的彈力增大,大小等于F沿水平方向的分量,為F彈=Fcos

θ,故B錯(cuò)誤。對A、B整體進(jìn)行受力分析,由于整體不動,彈簧的形變量不變,則彈簧的彈力不變,開始時(shí)彈簧的彈力等于A、B的總重力,施加F后,彈簧的彈力不變,總重力不變,根據(jù)平衡條件知,B與墻之間一定有摩擦力,故C錯(cuò)誤。沒有施加F時(shí),整體只受到重力和彈簧彈力,根據(jù)平衡條件可得彈簧彈力F'=(mA+mB)g,施加力F后,彈簧的形變量不變,彈力不變,故D正確。【創(chuàng)新訓(xùn)練】1.如圖所示,物體A左側(cè)為粗糙的豎直墻面,在豎直輕彈簧作用下,A、B保持靜止。若在A的上方施加一豎直向下的作用力F,使A緩慢下移一小段距離,則在此過程中(

)A.A可能相對B向下滑動B.墻對A的彈力會慢慢變大C.墻壁對A的摩擦力變小D.B對A的作用力不斷變大,方向始終為豎直向上答案

D解析

開始時(shí)整體受力平衡,豎直方向受到重力和彈簧的彈力,水平方向不受力,所以A與墻之間沒有彈力,也沒有摩擦力。以A為研究對象,A受到重力、支持力和摩擦力,設(shè)B斜面的傾角為θ,則有mAgsin

θ≤μmAgcos

θ,若在A的上方施加一豎直向下的作用力F,一定有(F+mAg)sin

θ≤μ(F+mAg)cos

θ,所以A相對于B不會向下運(yùn)動,故A錯(cuò)誤;水平方向系統(tǒng)不受外力作用,墻壁對A的彈力仍為零,所以摩擦力仍為零,保持不變,故B、C錯(cuò)誤;若在A的上方施加一豎直向下的作用力F,A、B一起向下運(yùn)動,當(dāng)A、B再次達(dá)到靜止時(shí),彈簧的壓縮量增大,所以彈簧對B的彈力變大,因mBg+FAB=F彈,則A對B的作用力逐漸變大,所以B對A的作用力也不斷變大,方向始終為豎直向上,故D正確。2.(2023湖南高三月考)小明同學(xué)學(xué)習(xí)了相互作用力知識后,設(shè)計(jì)了一個(gè)簡易裝置來研究懸掛物的平衡問題。他在一根粗糙的固定水平橫桿上套上A、B兩個(gè)輕環(huán),用一根不可伸長的輕繩穿過書本上的硬質(zhì)光滑小孔后系在A、B環(huán)上。調(diào)整位置使書處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖所示,現(xiàn)將兩環(huán)距離變小后書本仍處于靜止?fàn)顟B(tài),則(

)A.細(xì)繩對A的拉力變小、桿對A環(huán)的支持力變大B.細(xì)繩對B的拉力變小、B環(huán)對桿的摩擦力變小C.細(xì)繩對A的拉力變大、桿對A環(huán)的力不變D.細(xì)繩對B的拉力變大、與B環(huán)相連的細(xì)繩對書本的拉力變大答案

B解析

兩繩子拉力F大小相等,設(shè)F與豎直方向的夾角為θ,根據(jù)平衡條件,兩繩子的合力和重力大小相等,即有F=,兩環(huán)距離變小,因θ變小,所以F變小,故C、D錯(cuò)誤;把環(huán)A、B及書本看成一個(gè)整體,桿對A環(huán)的支持力大小總是等于書本重力的一半,兩環(huán)距離變小的過程中,桿對A環(huán)的支持力不變,故A錯(cuò)誤;對B環(huán)受力分析,桿對B環(huán)的摩擦力和細(xì)線對B的拉力F在水平方向上的分量平衡,設(shè)細(xì)線拉力與豎直方向的夾角為θ,有Ff=Fsin

θ,因?yàn)棣茸冃?F變小,所以摩擦力Ff變小,根據(jù)牛頓第三定律可知B環(huán)對桿的摩擦力變小,故B正確。三、典型物理模型指導(dǎo)突破:共點(diǎn)力平衡中的立體空間模型【模型概述】

很多物理問題來源于生活中的實(shí)實(shí)在在的物理情境。在解析物理問題時(shí)要將具體的物理情境轉(zhuǎn)化為具體的物理模型來分析解決。在高中物理的學(xué)習(xí)中,我們碰到共點(diǎn)力平衡中的立體空間模型問題時(shí)總覺得無從下手,圖形畫不清楚,對這里面的幾何關(guān)系很難把握,即使簡單的物理問題也很容易出錯(cuò)。要快速準(zhǔn)確地解決這一類問題,較好的方法是將立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖來解決。例如,如圖甲所示,ABCD為一傾角為θ=30°的粗糙斜面,AD邊與BC邊平行。斜面上有一重G=10N的物體,當(dāng)對物體作用一與AD邊平行的拉力F時(shí),物體恰能做勻速直線運(yùn)動。我們?nèi)绻蠼饫,那么我們在處理此類問題時(shí)對物體先沿豎直平面進(jìn)行受力分析,如圖乙,再沿斜面方向分析,如圖丙,這樣分別在豎直平面與沿斜面方向建立方程即可求出拉力F?！究枷蚍治觥抗颤c(diǎn)力平衡中的立體空間模型是近些年高考與高考模擬中經(jīng)常出現(xiàn)的題型,此類題型難度較大,要求考生具有較好的立體空間思維與想象力。【案例探究】(2023四川遂寧三模)如圖所示,將三根長均為l的完全相同的輕質(zhì)細(xì)桿連接到同一個(gè)頂點(diǎn)O,另一端分別連接到豎直墻壁上的A、B、C三個(gè)點(diǎn),BC連線沿水平方向,△ABC的三邊邊長也均為l。其中O、A、B、C點(diǎn)處,分別是四個(gè)可以向各個(gè)方向自由轉(zhuǎn)動的輕質(zhì)光滑鉸鏈(未畫出)。在O點(diǎn)用細(xì)繩懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的重物,則AO桿對墻壁的作用力為(

)B思維點(diǎn)撥

(1)本題中選哪一個(gè)物體或結(jié)點(diǎn)為研究對象?該研究對象受幾個(gè)力?這幾個(gè)力在同一個(gè)平面內(nèi)嗎?(2)OA、OB、OC三桿對O的力大小相同嗎?有兩個(gè)大小相同的力嗎?(3)我們在分析解答立體空間問題時(shí),通常將立體空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題來分析,本題如何將立體空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題來分析?提示

(1)選O點(diǎn)為研究對象,該點(diǎn)受四個(gè)力,四個(gè)力并不在同一個(gè)平面內(nèi)。(2)OA、OB、OC三桿對O的力大小不相同,其中OB、OC兩桿對O的力大小相同。(3)本題中OB、OC兩桿對O的力大小相同,可將兩個(gè)力合成等效為一個(gè)力FBC,這樣就將O受到的四個(gè)空間力轉(zhuǎn)換為三個(gè)在同一個(gè)平面內(nèi)的力,即OA對O的力FA,繩的拉力及等效力FBC。解析

本題涉及立體空間問題轉(zhuǎn)化為平面問題。(1)等效法的應(yīng)用。在平面OBC上,應(yīng)用等效法將OB與OC兩桿對O點(diǎn)的作用力等效為FBC,如圖甲所示,將空間內(nèi)四力平衡轉(zhuǎn)化為三力平衡。(2)相似三角形法的應(yīng)用。如圖甲所示,從O點(diǎn)作BC邊的高,與BC邊相交于D點(diǎn),由圖甲可知,OB桿和OC桿對O點(diǎn)的作用力的合力FBC沿著DO方向向