2025屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第二章研究物體間的相互作用核心素養(yǎng)提升學(xué)案粵教版

PAGE6-其次章探討物體間的相互作用1.科學(xué)思維(整體法、隔離法在平衡問(wèn)題中的應(yīng)用)1.整體法與隔離法方法整體法隔離法概念將加速度相同的幾個(gè)物體作為一個(gè)整體來(lái)分析的方法將探討對(duì)象與四周物體分隔開的方法選用原則探討系統(tǒng)外的物體對(duì)系統(tǒng)整體的作用力或系統(tǒng)整體的加速度探討系統(tǒng)內(nèi)物體之間的相互作用力2.整體法整體法是探討力學(xué)問(wèn)題的重要方法，它將幾個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物體看成一個(gè)整體(系統(tǒng))，把這一整體作為探討對(duì)象。這種探討方法與隔離法各有特長(zhǎng)，假如不求系統(tǒng)的內(nèi)力，則用整體法更簡(jiǎn)便。3.基本思路eq\x(\a\al(確定,平衡狀態(tài)))eq\o(→,\s\up7(整體法),\s\do5(隔離法))eq\x(\a\al(巧選,探討對(duì)象))→eq\x(受力分析)→eq\x(\a\al(力的處理方法：,合成法或正交,分解法))→eq\x(建立平衡方程)→eq\x(求解或探討)【典例】(2024·杭州七校聯(lián)考)圖1如圖1所示，甲、乙兩個(gè)小球的質(zhì)量均為m，兩球間用細(xì)線連接(細(xì)線的質(zhì)量不計(jì))，甲球用細(xì)線懸掛在天花板上?，F(xiàn)分別用大小相等的力F水平向左、向右拉兩球，平衡時(shí)細(xì)線都被拉緊。則平衡時(shí)兩球的可能位置是下面的()解析用整體法分析，把兩個(gè)小球看做一個(gè)整體，此整體受到的外力為豎直向下的重力2mg、水平向左的力F(甲受到的)、水平向右的力F(乙受到的)和細(xì)線1的拉力，兩水平力相互平衡，故細(xì)線1的拉力肯定與重力2mg等大反向，即細(xì)線1肯定豎直；再用隔離法，分析乙球受力的狀況，乙球受到豎直向下的重力mg，水平向右的拉力F，細(xì)線2的拉力F2。要使得乙球受力平衡，細(xì)線2必需向右傾斜。選項(xiàng)A正確。答案A【提升練1】把【典例】圖中的乙球放在光滑的斜面上，系統(tǒng)保持靜止(線的質(zhì)量不計(jì))，以下圖示正確的是()答案B【提升練2】在【典例】中，假如作用在乙球上的力大小為F，作用在甲球上的力大小為2F，則此裝置平衡時(shí)的位置可能是()解析將甲、乙兩個(gè)小球作為一個(gè)整體，受力分析如圖所示，設(shè)上面的繩子與豎直方向的夾角為α，則依據(jù)平衡條件可得tanα＝eq\f(F,2mg)；再單獨(dú)探討乙球，設(shè)下面的繩子與豎直方向的夾角為β，依據(jù)平衡條件可得tanβ＝eq\f(F,mg)，可得β>α，因此甲球在豎直線的右側(cè)，而乙球在豎直線的左側(cè)，選項(xiàng)C正確。答案C【提升練3】在【典例】中，用力F拉小球b，使兩個(gè)小球都處于靜止?fàn)顟B(tài)，且細(xì)線Oa與豎直方向的夾角保持θ＝30°，如圖2所示，重力加速度為g，則F達(dá)到最小值時(shí)Oa繩上的拉力大小為()圖2A.eq\r(3)mg B.mgC.eq\f(\r(3),2)mg D.eq\f(1,2)mg解析以兩個(gè)小球組成的整體為探討對(duì)象，分析受力，作出F在三個(gè)方向時(shí)整體的受力圖，如圖所示，依據(jù)平衡條件得知：F與FT的合力與重力mg總是大小相等、方向相反，由力的合成圖可知，當(dāng)F與繩子Oa垂直時(shí)，F(xiàn)有最小值，即圖中2位置，F(xiàn)有最小值，依據(jù)平衡條件得F＝2mgsin30°＝mg，F(xiàn)T＝2mgcos30°＝eq\r(3)mg，選項(xiàng)A正確。答案A2.科學(xué)思維(數(shù)學(xué)方法在平衡中的應(yīng)用)解直角三角形法當(dāng)物體只受三個(gè)力作用，且這三個(gè)力經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換可以構(gòu)成直角三角形時(shí)，常依據(jù)邊角關(guān)系，利用三角函數(shù)求解?！镜淅?】如圖3所示，兩根輕彈簧a、b的上端固定在豎直墻壁上，下端連接在小球上。當(dāng)小球靜止時(shí)，彈簧a、b與豎直方向的夾角分別為53°和37°。已知a、b的勁度系數(shù)分別為k1、k2，sin53°＝0.8，則a、b兩彈簧的伸長(zhǎng)量之比為()圖3A.eq\f(4k2,3k1) B.eq\f(3k2,4k1)C.eq\f(3k1,4k2) D.eq\f(4k1,3k2)解析作出小球的受力分析圖如圖所示，依據(jù)平衡條件有F＝mg，彈簧a的彈力F1＝Fcos53°＝eq\f(3,5)mg，彈簧b的彈力F2＝Fsin53°＝eq\f(4,5)mg，依據(jù)胡克定律有x＝eq\f(F,k)，則a、b兩彈簧的伸長(zhǎng)量之比為eq\f(x1,x2)＝eq\f(\f(F1,k1),\f(F2,k2))＝eq\f(3k2,4k1)，選項(xiàng)B正確。答案B核心素養(yǎng)解讀以輕彈簧為載體，創(chuàng)設(shè)三力平衡的情境，通過(guò)受力分析，運(yùn)用共點(diǎn)力的平衡條件，采納力的合成法或力的分解法，解決實(shí)際問(wèn)題，促進(jìn)相互作用觀念的形成，體現(xiàn)了對(duì)“物理觀念”的考查；另外，對(duì)質(zhì)點(diǎn)、輕彈簧模型的建構(gòu)，對(duì)實(shí)際情境的分析綜合、推理，結(jié)合數(shù)學(xué)方法進(jìn)行求解，體現(xiàn)了對(duì)“科學(xué)思維”的考查。相像三角形法在共點(diǎn)力平衡問(wèn)題中，常會(huì)出現(xiàn)力三角形和幾何三角形相像的狀況，精確作圖、細(xì)致視察、敏捷選用相像三角形的邊角關(guān)系是解題的關(guān)鍵?！镜淅?】(2024·河北石家莊模擬)如圖4所示，豎直墻壁上固定有一個(gè)光滑的半圓形支架(AB為直徑)，支架上套著一個(gè)小球，輕繩的一端P懸于墻上某點(diǎn)，另一端與小球相連。已知半圓形支架的半徑為R，輕繩長(zhǎng)度為L(zhǎng)，且R＜L＜2R?，F(xiàn)將輕繩的上端點(diǎn)P沿墻壁緩慢下移至A點(diǎn)，此過(guò)程中輕繩對(duì)小球的拉力F1及支架對(duì)小球的支持力F2的大小改變狀況為()圖4A.F1和F2均增大B.F1保持不變，F(xiàn)2先增大后減小C.F1先減小后增大，F(xiàn)2保持不變D.F1先增大后減小，F(xiàn)2先減小后增大解析小球受重力、繩的拉力和支架供應(yīng)的支持力，由于平衡，三個(gè)力可以構(gòu)成矢量三角形，如圖所示，依據(jù)平衡條件，該矢量三角形與幾何三角形POC相像，故eq\f(G,PO)＝eq\f(F1,L)＝eq\f(F2,R)，解得F1＝eq\f(L,PO)G，F(xiàn)2＝eq\f(R,PO)G，當(dāng)P點(diǎn)下移時(shí)，PO減小，L、R不變，故F1增大，F(xiàn)2增大，A正確。答案A正(余)弦定理的應(yīng)用三角函數(shù)、正(余)弦定理反映了三角形邊與角之間的定量關(guān)系。在合成或分解物理量時(shí)會(huì)構(gòu)成矢量三角形，若為直角三角形，可干脆用三角函數(shù)或勾股定理分析計(jì)算，若為斜三角形，則通常要用到正(余)弦定理分析求解?！镜淅?】近年來(lái)，智能手機(jī)的普及使“低頭族”應(yīng)運(yùn)而生。探討發(fā)覺，玩手機(jī)時(shí)有可能讓頸椎承受270N的重量。不當(dāng)?shù)淖藨B(tài)會(huì)引起一系列的健康問(wèn)題。當(dāng)人體直立時(shí)，頸椎所承受的壓力等于頭部的重量；但當(dāng)?shù)皖^時(shí)，頸椎受到的壓力會(huì)隨之改變?，F(xiàn)將人低頭時(shí)頭頸部簡(jiǎn)化為如圖5所示的模型：重心在頭部的P點(diǎn)，頸椎OP(輕桿)可繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，人的頭部在頸椎的支持力和沿PA方向肌肉拉力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)。假設(shè)低頭時(shí)OP與豎直方向的夾角為45°，PA與豎直方向的夾角為60°，此時(shí)頸椎受到的壓力約為直立時(shí)頸椎受到的壓力的(eq\r(2)≈1.414，eq\r(3)≈1.732)()圖5A.4.2倍 B.3.3倍C.2.8倍 D.2.0倍解析設(shè)頭部的質(zhì)量為m，當(dāng)人體直立時(shí)，頸椎受到的壓力F＝mg；當(dāng)?shù)皖^時(shí)，設(shè)頸椎受到的壓力為F1，以P點(diǎn)為探討對(duì)象，受力分析如圖所示，由正弦定理得eq\f(F1,sin120°)＝eq\f(mg,sin15°)，解得F1≈3.3mg，選項(xiàng)B正確。答案B利用三角函數(shù)求極值(1)二倍角公式法：假如所求物理量的表達(dá)式可以化成y＝Asinθcosθ，則依據(jù)二倍角公式，有y＝eq\f(A,2)sin2θ，當(dāng)θ＝45°時(shí)，y有最大值，ymax＝eq\f(A,2)。(2)和差角公式法：假如所求物理量的表達(dá)式為y＝asinθ＋bcosθ，通過(guò)和差角公式轉(zhuǎn)化為y＝eq\r(a2＋b2)sin(θ＋φ)，當(dāng)θ＋φ＝90°時(shí)，y有最大值，ymax＝eq\r(a2＋b2)?！镜淅?】水平地面上有一木箱，木箱與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ(0＜μ＜1)?，F(xiàn)對(duì)木箱施加一拉力F，使木箱做勻速直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)F的方向與水平地面的夾角為θ，如圖6所示，在θ從0漸漸增大到90°的過(guò)程中，木箱的速度保持不變，則()圖6A.F先減小后增大 B.F始終增大C.F始終減小 D.F先增大后減小解析由于木箱的速度保持不變，因此木箱始終處于平衡狀態(tài)，受力分析如圖所示，