2025高考物理專項(xiàng)復(fù)習(xí)第四章 1.牛頓第一定律含答案

2025高考物理專項(xiàng)復(fù)習(xí)第四章1.牛頓第一定律含答案1.牛頓第一定律【課程標(biāo)準(zhǔn)】1.理解牛頓第一定律。2.能用牛頓第一定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象、解決有關(guān)問題?！局R(shí)導(dǎo)圖】情境引入《周禮》中有“勸登馬力,馬力既竭,辀(zhou)猶能一取焉”,意思是馬拉車的時(shí)候,馬雖然對(duì)車不再施力了,但車還能繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)一段距離。請(qǐng)同學(xué)們思考,這一現(xiàn)象符合伽利略的觀點(diǎn)還是亞里士多德的觀點(diǎn)?學(xué)完本節(jié)你就會(huì)明白。必備知識(shí)·認(rèn)知導(dǎo)學(xué)一、“運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系”的歷史認(rèn)知1.亞里士多德認(rèn)為:必須有力作用在物體上,物體才能運(yùn)動(dòng);沒有力的作用,物體就要靜止在一個(gè)地方。2.伽利略的理想實(shí)驗(yàn)(1)斜面實(shí)驗(yàn):讓靜止的小球從第一個(gè)斜面滾下,沖上第二個(gè)斜面,如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r(shí)的高度;減小第二個(gè)斜面的傾角,小球滾動(dòng)的距離增大,但所達(dá)到的高度相同;當(dāng)?shù)诙€(gè)斜面放平,小球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動(dòng)下去。(2)推理結(jié)論:力不是(選填“是”或“不是”)維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。二、牛頓第一定律1.內(nèi)容:一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。2.意義(1)指出力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,即力是產(chǎn)生加速度的原因。(2)指出了一切物體都有慣性,因此牛頓第一定律又稱慣性定律。3.慣性(1)定義:物體具有保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。(2)量度:質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度,質(zhì)量大的物體慣性大,質(zhì)量小的物體慣性小。(3)普遍性:慣性是物體的固有屬性,一切物體都有慣性,與物體的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況無關(guān)。[提醒]任何物體、任何時(shí)候都有慣性。動(dòng)手求真在驗(yàn)證“伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)”的描述中,是由于摩擦作用導(dǎo)致小車停止,設(shè)計(jì)以下情景演示,讓一個(gè)小車從同一斜面上同一高度處滑下,水平面上分別放置毛巾、木板和玻璃板,水平面與斜面平滑連接,小車行駛距離最大的是玻璃表面,其次是木板表面,距離最小的是毛巾表面。明辨是非1.運(yùn)動(dòng)速度大的物體不能很快地停下來,是因?yàn)槲矬w的速度越大,慣性也越大。(×)提示:慣性的大小與速度無關(guān)。2.靜止的火車啟動(dòng)時(shí),速度變化慢,是因?yàn)殪o止的物體慣性大。(×)提示:慣性的大小與物體運(yùn)動(dòng)或者靜止無關(guān)。3.乒乓球可以快速抽殺,是因?yàn)槠古仪虻膽T性小。 (√)4.在宇宙飛船中的物體不存在慣性。 (×)提示:慣性是物體的固有屬性。關(guān)鍵能力·探究導(dǎo)思學(xué)習(xí)任務(wù)一伽利略理想實(shí)驗(yàn)探錨——情境創(chuàng)設(shè)啟發(fā)設(shè)問如圖所示為冰壺比賽中,運(yùn)動(dòng)員為了使冰壺到達(dá)某一固定位置,會(huì)給冰壺一個(gè)速度,當(dāng)速度略小時(shí),隊(duì)員會(huì)用力摩擦冰壺前進(jìn)的路線,使其更加光滑,這樣冰壺就可以滑得“更遠(yuǎn)”。請(qǐng)思考:(1)“冰壺”在冰面上運(yùn)動(dòng)的遠(yuǎn)近與摩擦力的關(guān)系是什么?(2)如果沒有摩擦,冰壺將怎樣運(yùn)動(dòng)?提示:(1)摩擦力越小,冰壺運(yùn)動(dòng)越遠(yuǎn);(2)沒有摩擦,冰壺將一直運(yùn)動(dòng)下去。解錨——要點(diǎn)歸納規(guī)律概括1.伽利略理想實(shí)驗(yàn)的意義(1)伽利略用“實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理”的方法推翻了亞里士多德的觀點(diǎn)。(2)第一次確立了物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)研究中的基礎(chǔ)地位。(3)揭示了力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。2.真實(shí)實(shí)驗(yàn)與理想實(shí)驗(yàn)的比較真實(shí)實(shí)驗(yàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)踐活動(dòng),是可以通過一定的實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)方法來實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)理想實(shí)驗(yàn)理想實(shí)驗(yàn)是一種思維活動(dòng),是從抽象思維中設(shè)想出來的、無法做到的實(shí)驗(yàn)起錨——典題突破學(xué)以致用【典例1】(2024·北京海淀區(qū)高一檢測(cè))理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究中的一種重要方法,如圖所示的是伽利略根據(jù)可靠的事實(shí)進(jìn)行的理想實(shí)驗(yàn)和推論的示意圖。請(qǐng)?jiān)诳崭窭锾钊肭‘?dāng)?shù)膬?nèi)容,完成對(duì)各示意圖的說明。如圖(1)所示,把兩個(gè)斜面對(duì)接,讓小球由靜止開始從左側(cè)斜面上高為h處滾下,如果沒有摩擦,小球?qū)⒌竭_(dá)右側(cè)斜面相同高度的地方。如圖(2)所示,如果減小右側(cè)斜面的傾角,小球到達(dá)右側(cè)斜面上的高度要________(選填“大于”“等于”或“小于”)原來的高度h,但要通過更長(zhǎng)的距離。如圖(3)所示,繼續(xù)減小右側(cè)斜面的傾角,直到使它成為水平面,小球不可能到達(dá)原來的高度h,就要沿著水平面以________(選填“恒定”或“變化”)的速度持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。

【解析】如圖(1)所示,把兩個(gè)斜面對(duì)接,讓小球由靜止開始從左側(cè)斜面上高為h處滾下,如果沒有摩擦,小球?qū)⒌竭_(dá)右側(cè)斜面相同高度的地方。如圖(2)所示,如果減小右側(cè)斜面的傾角,小球到達(dá)右側(cè)斜面上的高度要等于原來的高度h,但要通過更長(zhǎng)的距離。如圖(3)所示,繼續(xù)減小右側(cè)斜面的傾角,直到使它成為水平面,小球不可能到達(dá)原來的高度h,就要沿著水平面以恒定的速度持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。答案:等于恒定【補(bǔ)償訓(xùn)練】理想實(shí)驗(yàn)有時(shí)能更深刻地反映自然規(guī)律。伽利略設(shè)想了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn),如圖所示。下面是關(guān)于該實(shí)驗(yàn)被打亂的步驟:①減小第二個(gè)斜面的傾角,小球在這個(gè)斜面上仍然要到達(dá)原來的高度。②如圖為兩個(gè)對(duì)接的斜面,讓小球沿一個(gè)斜面從靜止?jié)L下,小球?qū)L上另一個(gè)斜面。③如果沒有摩擦,小球?qū)⒌竭_(dá)原來的高度。④繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角,最后使它成為水平面,小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速運(yùn)動(dòng)。(1)請(qǐng)將上述理想實(shí)驗(yàn)的設(shè)想步驟按照正確的順序排列____________(填寫序號(hào)即可)。

(2)在上述的設(shè)想實(shí)驗(yàn)步驟中,有的屬于可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí),有的則是理想化的推論,請(qǐng)問步驟②屬于____________________。

【解析】(1)本題向我們展示了科學(xué)史上著名的理想實(shí)驗(yàn)的思想方法,即在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過合理的推理、想象,獲取結(jié)論,正確的排列順序是②③①④。(2)針對(duì)題目所述的實(shí)驗(yàn)步驟,步驟②屬于可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。答案:(1)②③①④(2)可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)學(xué)習(xí)任務(wù)二牛頓第一定律探錨——情境創(chuàng)設(shè)啟發(fā)設(shè)問如圖所示,小鳥先可看作靜止在空中,然后在空中沿直線(圖中虛線)勻速飛行過程中受到重力和空氣作用力的作用,這兩個(gè)力滿足的條件是什么?由此我們可以得到什么結(jié)論?提示:小鳥受重力和空氣作用力的合力為0;結(jié)論:物體所受合力為0時(shí),物體將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者靜止?fàn)顟B(tài)。解錨——要點(diǎn)歸納規(guī)律概括牛頓第一定律:一切物體總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。特別提醒:(1)牛頓第一定律所描述的是物體不受外力作用時(shí)的狀態(tài),與物體所受合外力為零是等效的。(2)牛頓第一定律不是實(shí)驗(yàn)定律,它是在理想實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)得出的。起錨——典題突破學(xué)以致用【典例2】(2024·瀘州高一檢測(cè))關(guān)于牛頓第一定律的理解,下列說法中正確的是()A.物體所受合外力為零時(shí),一定處于靜止?fàn)顟B(tài)B.物體所受合外力不為零時(shí),一定會(huì)使物體的速度發(fā)生變化C.伽利略提出的理想斜面實(shí)驗(yàn)在科學(xué)發(fā)達(dá)的今天是可以實(shí)現(xiàn)的D.速度越大的汽車越不容易停下來,是因?yàn)槠囁俣仍酱?慣性越大【解析】選B。物體所受合外力為零時(shí),可能處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),故A錯(cuò)誤;物體所受合外力不為零時(shí),一定會(huì)使物體的速度發(fā)生變化,故B正確;伽利略提出的理想斜面實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)和邏輯推理的結(jié)合,在科學(xué)發(fā)達(dá)的今天也不可以實(shí)現(xiàn),故C錯(cuò)誤;物體的質(zhì)量是慣性的唯一量度,故D錯(cuò)誤。[思維升華]物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的三種情況(1)速度的方向不變,只有大小改變。(物體做直線運(yùn)動(dòng))(2)速度的大小不變,只有方向改變。(物體做勻速曲線運(yùn)動(dòng))(3)速度的大小和方向同時(shí)發(fā)生改變。(物體做變速曲線運(yùn)動(dòng))【補(bǔ)償訓(xùn)練】(2023·陜西學(xué)業(yè)考)關(guān)于牛頓第一定律,下列說法正確的是 ()A.牛頓第一定律是在伽利略、笛卡兒等前人工作的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的B.不受力作用的物體是不存在的,故牛頓第一定律的建立毫無意義C.牛頓第一定律表明,物體只有在不受外力作用時(shí)才具有慣性D.牛頓第一定律表明,物體不受外力作用時(shí),速度可以發(fā)生改變【解析】選A。牛頓第一定律是在伽利略、笛卡兒等前人工作的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出來的,故A正確;實(shí)際中,若物體受平衡力,合力為0,相當(dāng)于不受力,牛頓第一定律給出了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,故B錯(cuò)誤;牛頓第一定律表明物體具有保持原來速度不變的性質(zhì),即慣性,慣性的大小與物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況無關(guān),故C錯(cuò)誤;牛頓第一定律表明,物體不受外力作用時(shí)速度不變,D錯(cuò)誤。學(xué)習(xí)任務(wù)三對(duì)慣性的理解探錨——情境創(chuàng)設(shè)啟發(fā)設(shè)問“安全帶是生命帶”,在行車過程中駕乘人員必須系好安全帶。請(qǐng)思考為什么“安全帶是生命帶”,“安全帶”是否改變了人的慣性。提示:安全帶對(duì)駕乘人員有力的作用,可以改變駕乘人員的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),關(guān)鍵時(shí)候可以挽救人的生命,但不會(huì)改變駕乘人員的慣性。解錨——要點(diǎn)歸納規(guī)律概括1.慣性與質(zhì)量的關(guān)系(1)慣性是物體的固有屬性,一切物體都具有慣性。(2)質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度,質(zhì)量越大,慣性越大。2.慣性與力的關(guān)系:慣性與物體是否受力、受力的大小無關(guān)。3.慣性與速度的關(guān)系:慣性與物體是否運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)速度的大小無關(guān)。特別提醒:(1)在不受力(或合外力為零)的條件下,慣性表現(xiàn)為保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)在受力條件下,慣性表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度。起錨——典題突破學(xué)以致用【典例3】“復(fù)興號(hào)”高鐵在某段水平軌道上勻速行駛,假設(shè)高鐵上固定著盛滿水的紙杯。若突然發(fā)現(xiàn)紙杯中的水向右灑出,如圖所示,則關(guān)于高鐵在此種情況下的運(yùn)動(dòng),下列描述正確的是 ()A.高鐵勻速向左運(yùn)動(dòng)B.高鐵可能突然向左加速運(yùn)動(dòng)C.高鐵可能突然向左減速運(yùn)動(dòng)D.高鐵可能突然向右加速運(yùn)動(dòng)【解析】選B。若高鐵勻速向左運(yùn)動(dòng),則水也勻速運(yùn)動(dòng),速度相等,水不會(huì)從紙杯中灑出,故A錯(cuò)誤;高鐵突然向左加速,由于慣性,水還沒有來得及加速,所以高鐵向左的速度大于水向左的速度,可以出現(xiàn)題圖所示情況,故B正確;同理可知,D錯(cuò)誤;高鐵突然向左減速,由于慣性,水還沒有來得及減速,所以高鐵向左的速度小于水向左的速度,水應(yīng)向左灑出,故C錯(cuò)誤。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.打水漂是人類最古老的游戲之一。如圖所示,僅需要一塊小瓦片,在手上呈水平放置后,用力使它水平飛出,瓦片擦水面飛行,不斷地在水面上向前彈跳,直至下沉。下列判斷正確的是 ()A.瓦片飛出時(shí)的初速度越大,它的慣性一定越大B.瓦片飛行時(shí)所用時(shí)間越長(zhǎng),它的慣性一定越大C.瓦片飛出去的距離越長(zhǎng),它的慣性一定越大D.瓦片的質(zhì)量越大,它的慣性一定越大【解析】選D。慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān),D正確。2.(2024·晉中高一檢測(cè))關(guān)于慣性,下列說法中正確的是 ()A.戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)斗前拋棄副油箱,是為了減小戰(zhàn)斗機(jī)的慣性,提高作戰(zhàn)性能B.航天員在空間站中因失重而處于飄浮狀態(tài),所以沒有慣性C.公交車急剎車時(shí)站在車內(nèi)的乘客摔倒是因?yàn)闆]有控制住慣性D.在渣土車上加裝限速器,其目的是減小速度來使慣性減小【解析】選A。物體的慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān),質(zhì)量越小,慣性越小,所以戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)斗前拋棄副油箱,是為了減小戰(zhàn)斗機(jī)的慣性,提高作戰(zhàn)的靈活性,故A正確;物體的慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān),與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、所在位置均無關(guān),故B錯(cuò)誤;公交車急剎車時(shí)站在車內(nèi)的乘客摔倒是由于慣性,乘客有保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì),故C錯(cuò)誤;慣性大小與物體的質(zhì)量有關(guān),質(zhì)量越大,慣性越大,與速度無關(guān),故D錯(cuò)誤。隨堂檢測(cè)·自我診斷1.(伽利略理想實(shí)驗(yàn))如圖所示的斜面和水平面平滑連接,將滑塊從斜面上固定點(diǎn)O由靜止釋放,當(dāng)在水平面上分別放置毛巾、木板、玻璃時(shí),滑塊靜止時(shí)的位置分別為位置1、2、3。通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能直接說明 ()A.如果水平面光滑,物體將一直運(yùn)動(dòng)下去B.沒有外力的作用,物體就不會(huì)運(yùn)動(dòng)C.物體的加速度是由外力產(chǎn)生的D.物體所受的外力越大,加速度越大【解析】選A?；瑝K從同一位置由靜止釋放,到達(dá)水平面時(shí)速度大小相同,水平面材料不同,滑塊所受阻力不同,阻力越小運(yùn)動(dòng)的距離越遠(yuǎn),則如果水平面光滑,物體將一直運(yùn)動(dòng)下去。2.(牛頓第一定律)如圖所示,一個(gè)劈形物體M,各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面水平。在水平面上放一光滑小球m,劈形物體從靜止開始釋放,則小球在碰到斜面前的運(yùn)動(dòng)軌跡是 ()A.沿斜面向下的直線B.豎直向下的直線C.無規(guī)則曲線 D.拋物線【解析】選B。根據(jù)題意,小球是光滑的,豎直方向上受到重力和M的支持力,當(dāng)劈形物體從靜止開始釋放后,M對(duì)小球的支持力減小,小球的合力方向豎直向下,則小球沿豎直方向向下運(yùn)動(dòng),直到碰到斜面,故其運(yùn)動(dòng)軌跡是豎直向下的直線。故選B。3.(對(duì)慣性的理解)在向前高速行駛的客車上駕駛員若緊急剎車,駕駛員和乘客的身體由于慣性將向前倒。因此我國(guó)《道路交通安全法》中規(guī)定:機(jī)動(dòng)車行駛時(shí),駕駛?cè)?、乘坐人員應(yīng)當(dāng)按規(guī)定使用安全帶。以下敘述正確的是 ()A.系好安全帶可以減小慣性B.系好安全帶可以增大人和車的慣性C.系好安全帶可以防止因車的慣性而造成的傷害D.系好安全帶可以防止因人的慣性而造成的傷害【解析】選D。物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì),稱為慣性,慣性是物體的一種固有屬性,表現(xiàn)為物體對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的一種阻抗程度,質(zhì)量是對(duì)物體慣性大小的量度,即慣性只與質(zhì)量有關(guān),故A、B錯(cuò)誤;在向前高速行駛的客車上駕駛員若緊急剎車,乘客要保持繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),若不系安全帶,乘客會(huì)跌出去受傷,所以系好安全帶可以防止因人的慣性而造成的傷害,故C錯(cuò)誤,D正確。第三章相互作用——力大單元·初高銜接初高中在相互作用一章內(nèi)容均從重力、彈力與摩擦力這三種常見的作用力入手,研究物體的平衡條件。初中對(duì)三種常見的力從感性認(rèn)知入手,認(rèn)識(shí)三種力的性質(zhì),只能在特定情境下通過二力平衡條件,求解一維空間情境下力的大小;高中的情境更加貼近生活,更具有普遍性,側(cè)重對(duì)力的條件的挖掘,平衡問題從一維空間拓展到二維空間甚至是三維空間,對(duì)矢量的計(jì)算不再局限于一維。以共點(diǎn)力的平衡條件為例比較情境受力個(gè)數(shù)空間維度運(yùn)算法則解決方法初中物理兩個(gè)一維轉(zhuǎn)為標(biāo)量代數(shù)法則F1=F2高中物理三個(gè)及以上二維、三維矢量法則正交分解大單元·情境引領(lǐng)第三章階段提升課思維脈圖·構(gòu)建體系答案速填:①吸引②形變③與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反④Ff=μFN⑤與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向相反⑥0<F<Fmax⑦兩⑧平行四邊形⑨|F1-F2|≤F≤F1+F2⑩F合=0核心考點(diǎn)·整合貫通考點(diǎn)一平衡中的臨界、極值問題(科學(xué)思維——科學(xué)推理)1.臨界問題(1)問題界定:物體所處平衡狀態(tài)將要發(fā)生變化的狀態(tài)為臨界狀態(tài),涉及臨界狀態(tài)的問題為臨界問題。(2)問題特點(diǎn)①當(dāng)某物理量發(fā)生變化時(shí),會(huì)引起其他幾個(gè)物理量的變化。②注意某現(xiàn)象“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”的條件。(3)處理方法:基本方法是假設(shè)推理法,即先假設(shè)某種情況成立,然后根據(jù)平衡條件及有關(guān)知識(shí)進(jìn)行論證、求解。2.極值問題(1)問題界定:物體平衡的極值問題,一般指在力的變化過程中涉及力的最大值和最小值的問題。(2)處理方法①解析法:根據(jù)物體的平衡條件列出方程,在解方程時(shí),采用數(shù)學(xué)知識(shí)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力的矢量圖,畫出平行四邊形或者矢量三角形進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,確定最大值或最小值。典題例析【典例1】(2024·重慶高一檢測(cè))2023年夏季的重慶驕陽似火,為保證空調(diào)冷氣不外漏,很多辦公室都安裝了簡(jiǎn)易自動(dòng)關(guān)門器,該裝置的原理可以簡(jiǎn)化為用一彈簧拉著的門。某次門在關(guān)閉時(shí)被卡住,細(xì)心的小明發(fā)現(xiàn)了門下縫隙處塞緊了一個(gè)木楔,側(cè)面如圖所示,已知木楔質(zhì)量為m,其上表面可視作光滑,下表面與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,木楔上表面與水平地面間夾角為θ,重力加速度為g,木楔尺寸比門小很多,最大靜摩擦力近似等于滑動(dòng)摩擦力。(1)若門推動(dòng)木楔在地面上緩慢勻速移動(dòng),求門下端對(duì)木楔上表面的壓力大小;(2)小明研究發(fā)現(xiàn),存在臨界角θ0,若木楔傾角θ≤θ0,不管用多大力推門,塞在門下縫隙處的木楔都能將門卡住而不再運(yùn)動(dòng),求這一臨界角的正切值tanθ0。【解析】(1)對(duì)木楔受力分析,其受到重力,壓力,支持力和摩擦力,如圖所示若門推動(dòng)木楔在地面上緩慢勻速移動(dòng),豎直方向N=Fcosθ+mg水平方向f=Fsinθ最大靜摩擦力近似等于滑動(dòng)摩擦力f=μN(yùn)=μ(Fcosθ+mg)聯(lián)立解得F=μmg(2)不管用多大力推門,塞在門下縫隙處的木楔都能將門卡住而不再運(yùn)動(dòng),即Fsinθ≤μ(Fcosθ+mg)因?yàn)槟拘ㄙ|(zhì)量較小,可得tanθ≤μ故臨界角的正切值為tanθ0=μ答案:(1)μmgsinθ-[思維升華]臨界問題往往是和極值問題聯(lián)系在一起的。解決此類問題重在形成清晰的物理情境,用動(dòng)態(tài)變化的思維找出臨界條件或達(dá)到極值的條件。解此類問題要特別注意可能出現(xiàn)的多種情況。具體分析技巧:(1)求解平衡中的臨界問題和極值問題時(shí),首先要正確地進(jìn)行受力分析和變化過程分析,找出平衡中的臨界點(diǎn)和極值點(diǎn)。(2)臨界條件必須在變化中尋找,不能停留在一個(gè)狀態(tài)來研究臨界問題,而是要把某個(gè)物理量推向極端,即極大或極小,并依此作出科學(xué)的推理分析,從而給出判斷或結(jié)論。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.(2024·合肥高一檢測(cè))筷子是中華飲食文化的標(biāo)志之一,我國(guó)某著名物理學(xué)家曾夸贊說:“筷子,如此簡(jiǎn)單的兩根木頭,卻精妙絕倫地應(yīng)用了物理學(xué)上的杠桿原理?！比鐖D所示,用筷子夾住質(zhì)量為m的小球,兩根筷子均在豎直平面內(nèi),且小球靜止,筷子和豎直方向的夾角均為θ。已知小球與筷子之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度為g。下列說法正確的是 ()A.小球受到3個(gè)力作用B.當(dāng)θ增大時(shí),兩根筷子對(duì)小球的作用力增大C.當(dāng)θ減小時(shí),兩根筷子對(duì)小球的作用力增大D.筷子對(duì)小球的最小壓力是mg【解析】選D。小球受到重力、兩根筷子的壓力、兩根筷子的摩擦力共5個(gè)力作用,A錯(cuò)誤;無論θ增大還是減小,只要小球不掉下來,筷子對(duì)小球的作用力,一定與重力等大反向,B、C錯(cuò)誤;小球的受力如圖所示筷子對(duì)小球的壓力最小時(shí),小球受到的摩擦力等于最大靜摩擦力,由平衡條件,得mg+2Fminsinθ=2fcosθf=μFmin由兩式解得Fmin=mg22.豎直門閂簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖如圖所示。下方部件A可以在水平槽內(nèi)向前推進(jìn)。槽表面光滑,摩擦力可以不計(jì);部件A與部件B界面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,且最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,界面與水平面成45°夾角。部件B質(zhì)量為m,重力加速度為g,為了使門閂啟動(dòng),施加在部件A上的水平力F至少是 ()A.11+μmgB.C.1+μ1-μmg 【解析】選C。設(shè)A、B剛好發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),A、B的受力如圖所示以B為研究對(duì)象,則有mg+f'sin45°=FABcos45°以A為研究對(duì)象,則有F=fcos45°+FBAsin45°又f=f'=μFAB=μFBA聯(lián)立解得施加在部件A上的水平力F的最小值為F=1+μ1【補(bǔ)償訓(xùn)練】新疆是我國(guó)最大的產(chǎn)棉區(qū),在新疆超出70%的棉田都是通過機(jī)械自動(dòng)化采收,如圖甲所示。自動(dòng)采棉機(jī)能夠在采摘棉花的同時(shí)將棉花打包成圓柱形棉包,通過采棉機(jī)后側(cè)可以旋轉(zhuǎn)的支架平穩(wěn)將其放下。放下棉包的過程可以簡(jiǎn)化為如圖乙所示模型,質(zhì)量為m的棉包放在“V”形擋板上,兩板間夾角為120°固定不變,“V”形擋板可繞P處水平軸在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。在使BP板由水平位置緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到豎直位置的過程中,忽略“V”形擋板對(duì)棉包的摩擦力,已知重力加速度為g,下列說法正確的是 ()A.AP板對(duì)棉包的支持力逐漸增大B.BP板對(duì)棉包的支持力先減小后增大C.AP板對(duì)棉包的支持力最大為mgD.BP板對(duì)棉包的支持力最小為12【解析】選C。由題意可知,BP板由水平位置緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)至豎直位置的過程中,轉(zhuǎn)動(dòng)的角度θ從0°逐漸增大到90°,由幾何關(guān)系可知,當(dāng)BP板由水平位置緩慢轉(zhuǎn)過60°角時(shí),AP板剛好水平。θ從0°逐漸增大到60°的過程,AP板對(duì)棉包的支持力FA始終垂直AP板向上,BP板對(duì)棉包的支持力FB始終垂直BP板向上,由幾何關(guān)系可知,FA與FB的夾角始終為60°,使BP板由水平位置緩慢轉(zhuǎn)過θ角時(shí),棉包受力平衡,畫出棉包所受力的矢量三角形如圖,根據(jù)正弦定理知mgsin120°=FAsinθ=FBsin(60°-θ),可知此過程FA逐漸增大到mg,FB逐漸減小到0。θ從60°棉包在垂直于AP板的方向受力平衡,AP板對(duì)棉包的支持力FA=mgcos(θ-60°),逐漸減小?？芍麄€(gè)過程中FA先增大后減小,FB先逐漸減小后為零,故A、B、D錯(cuò)誤,C正確?？键c(diǎn)二整體法與隔離法在平衡問題中的應(yīng)用(科學(xué)思維——科學(xué)推理)1.整體法:把幾個(gè)物體(如一列火車)看成一個(gè)整體,分析整體外的物體對(duì)整體中各個(gè)物體的作用力(外力),稱為整體法,一般用來研究不涉及整體內(nèi)部物體之間作用的情況。2.隔離法:將所確定的研究對(duì)象(如火車的其中一節(jié)車廂)從周圍物體中隔離出來,單獨(dú)分析該物體所受到的力的方法,一般用來研究系統(tǒng)內(nèi)物體之間的作用。3.選用原則:(1)當(dāng)求系統(tǒng)內(nèi)部間的相互作用力時(shí),用隔離法。(2)當(dāng)求系統(tǒng)受到的外力時(shí),用整體法。4.解題步驟:(1)明確研究對(duì)象、過程或狀態(tài)(系統(tǒng)或個(gè)體)。(2)畫出該研究對(duì)象的受力分析圖或運(yùn)動(dòng)示意圖。(3)選擇適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律列方程求解。注意:整體法和隔離法有時(shí)要交叉使用,必須使用力的相互作用原理才能從整體法過渡到隔離法。典題例析【典例2】如圖所示,某人用輕繩牽住一質(zhì)量m=0.05kg的氫氣球,因受水平風(fēng)力的作用,系氫氣球的輕繩與水平方向成37°角。已知空氣對(duì)氣球的浮力豎直向上,恒為F浮=15.5N,人的質(zhì)量M=50kg,人受的浮力和風(fēng)力忽略不計(jì)。(sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2)求:(1)水平風(fēng)力的大小;(2)地面對(duì)人的支持力大小及摩擦力大小?！窘馕觥?1)設(shè)氫氣球所受繩子拉力大小為FT,水平風(fēng)力大小為F風(fēng),對(duì)氫氣球隔離進(jìn)行受力分析,如圖甲,由共點(diǎn)力的平衡條件有FTcos37°=F風(fēng)F浮=mg+FTsin37°代入數(shù)據(jù)解得F風(fēng)=20N,FT=25N。(2)解法一(隔離法):設(shè)地面對(duì)人的支持力大小為FN,摩擦力大小為Ff,對(duì)人進(jìn)行受力分析,如圖乙,繩對(duì)人的拉力大小為FT'=FT,由共點(diǎn)力的平衡條件有FT'sin37°+FN=MgFT'cos37°=Ff代入數(shù)據(jù)解得FN=485N,Ff=20N。解法二(整體法):設(shè)地面對(duì)人的支持力大小為FN,摩擦力大小為Ff,對(duì)人和氣球整體受力分析,由共點(diǎn)力的平衡條件有Ff=F風(fēng),FN+F浮=(m+M)g代入數(shù)據(jù)解得FN=485N,Ff=20N。答案:(1)20N(2)485N20N[思維升華]整體法和隔離法的比較項(xiàng)目整體法隔離法優(yōu)缺點(diǎn)(1)優(yōu)點(diǎn):一般受力分析的個(gè)數(shù)較少,計(jì)算簡(jiǎn)單;(2)缺點(diǎn):不能分析系統(tǒng)內(nèi)物體間的力(1)優(yōu)點(diǎn):能分析系統(tǒng)內(nèi)物體間的力;(2)缺點(diǎn):一般受力分析較復(fù)雜,計(jì)算復(fù)雜選用原則需要分析系統(tǒng)整體所受系統(tǒng)外物體的力時(shí)需要分析系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用時(shí)注意事項(xiàng)畫受力分析圖時(shí),注意不能再分析系統(tǒng)內(nèi)物體間的力一般選擇受力較少的物體為研究對(duì)象求解具體問題時(shí),很多情況下需要同時(shí)運(yùn)用兩種方法,應(yīng)根據(jù)已知條件靈活選用整體法和隔離法,一般遵從“先整體、后部分”的原則;若已知某個(gè)物體的受力,則遵從“先部分、后整體”的原則對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.(2024·昆明高一檢測(cè))如圖所示為兩塊相互垂直的光滑擋板OP、OQ,OP豎直放置,小球a、b固定在輕彈簧的兩端,水平力F作用于b時(shí),a、b緊靠擋板處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)緩慢推動(dòng)b球向左移動(dòng)一小段距離,則 ()A.彈簧變短B.擋板OQ的支持力變大C.力F變小D.a對(duì)擋板的壓力增大【解析】選C。隔離并對(duì)a分析受力,設(shè)此時(shí)彈簧彈力F1與水平方向的夾角為θ,如圖所示:由力的平衡條件可得F1sinθ=mg,N=mgtanθ,將小球b稍微向左水平移動(dòng)一小段距離,若小球a保持靜止,則θ將增大,則F1減小,N減小,根據(jù)胡克定律可知彈簧的形變量變小,所以彈簧長(zhǎng)度變長(zhǎng),故A、D錯(cuò)誤;對(duì)由共點(diǎn)力的平衡條件可知,a、b重新處于靜止?fàn)顟B(tài)前后,OQ擋板對(duì)b的支持力始終和a、b的總重力相等保持不變,推力F=N在減小,故C正確,B錯(cuò)誤。2.如圖所示,A、B兩物體疊放在一起,靜止在水平地面上,GA=220N,GB=240N,A與B、B與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.5(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8)。(1)按甲圖所示,用外力使A與B一起在水平地面上勻速運(yùn)動(dòng),則A與B、B與地面間的摩擦力多大?(2)按乙圖所示,用細(xì)繩將A拴在豎直墻壁上,且繩與水平面的夾角為α=37°,將物體B沿水平方向抽出,至少需要多大的水平外力F'?【解析】(1)因?yàn)锳與B一起做勻速運(yùn)動(dòng),將A、B物體看成一個(gè)整體,所以地面對(duì)B的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力,根據(jù)滑動(dòng)摩擦力的公式,由牛頓第三定律可知,整體對(duì)地面的正壓力大小等于兩物體的重力之和,有f地=μ(GA+GB)解得f地=230N因?yàn)锳物體也做勻速運(yùn)動(dòng),所以A物體處于平衡態(tài),對(duì)其進(jìn)行受力分析,其豎直方向受到重力以及B對(duì)A物體的支持力,在水平方向上沒有力的作用,所以A與B之間的摩擦力為零。(2)因?yàn)樵趯拉出的過程中,A相對(duì)于地面靜止不動(dòng),所以A處于平衡態(tài),設(shè)A與B之間的摩擦力為fBA,繩子上的拉力為T,B對(duì)A的支持力為FNA,對(duì)A進(jìn)行受力分析,水平方向有Tcosα=fBA豎直方向有Tsinα+FNA=GA因?yàn)锳與B之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng),由牛頓第三定律可知,A物體對(duì)B物體的正壓力大小等于FNA,所以有fBA=μFNA設(shè)A物體對(duì)B物體的壓力為F壓B,A物體對(duì)B物體的摩擦力為fAB,地面對(duì)B物體的支持力為FNB,地面對(duì)B的摩擦力為f地B,由牛頓第三定律有F壓B=FNA,fBA=fAB,當(dāng)勻速拉出B物體時(shí),其拉力的大小最小,所以水平方向有F'=fAB+