福建省高考物理二輪專題總復(fù)習(xí) 專題1 相互作用課件

專題一 相互作用一、力的合成與分解一、力的合成與分解 在舊考綱中本知識(shí)點(diǎn)為級(jí)要求，而在新考綱中將其提升為級(jí)要求，必須引起足夠的重視 本知識(shí)點(diǎn)主要要求掌握矢量的合成與分解的方法，特別對(duì)于三力平衡問題，善于應(yīng)用二力合成、正交分解，或轉(zhuǎn)化為矢量三角形等方法求解求解中應(yīng)注意多解、臨界值與最值問題 例例1：尤其是雪災(zāi)天氣容易造成輸電線被厚厚的冰層包裹，如圖111(a)，使相鄰兩個(gè)鐵塔間的拉力大大增加，導(dǎo)致鐵塔被拉倒、壓塌如圖111(b)，電力設(shè)施被嚴(yán)重?fù)p毀，給這些地方群眾的生產(chǎn)生活造成了極大不便和巨大損失 圖111 當(dāng)若干相同鐵塔等高、等距時(shí)，可將之視為如圖111(c)所示的結(jié)構(gòu)模型已知相鄰鐵塔間輸電線的長(zhǎng)度OA為L(zhǎng)，其單位長(zhǎng)度的質(zhì)量為m0，輸電線頂端的切線與豎直方向成角已知冰的密度為，設(shè)冰層均勻包裹在輸電線上，且冰層的橫截面為圓形，其半徑為R(輸電線的半徑可忽略) (1)每個(gè)鐵塔塔尖所受的壓力將比原來增大多少？ (2)被冰層包裹后，輸電線在最高點(diǎn)、最低點(diǎn)所受的拉力大小分別為多少？ 【解析】本題以日常生活問題為背景，通過所提供的信息將實(shí)際問題抽象為物理模型為解題的關(guān)鍵建立起物理模型后再應(yīng)用力的合成與分解法則進(jìn)行求解 解：(1)輸電線冰層的體積 由對(duì)稱關(guān)系可知，塔尖所受壓力的增加值等于一根導(dǎo)線上冰層的重力，即 (2)輸電線與冰層的總質(zhì)量 輸電線受力如圖甲所示 2VR L冰2NV gR Lg冰20,Mm LR L 兩個(gè)F1的豎直分力與重力平衡，得：所以半根輸電線的受力如圖乙所示 的水平分力與 平衡，得：所以2102cosFm LgR Lg2012cosmRFLg1F2F21sinFF202tan2mRFLg 本題的關(guān)鍵在于物理建模的過程，從實(shí)際問題抽象出物理的理想化模型，進(jìn)行求解時(shí)有許多方法可選，如圖甲中，可對(duì)所有力正交分解，也可將Mg按效果分解，還可將兩個(gè) 進(jìn)行合成1F 小明想推動(dòng)家里的衣櫥，但使盡全力也推不動(dòng)，他便想了個(gè)妙招，如圖112所示，用A、B兩塊木板，搭成一個(gè)底角較小的人字形架，然后往中央一站，衣櫥居然被推動(dòng)了！若小明體重約40kg，墻角到衣櫥間距離AB約2m，質(zhì)量可忽略的兩木板完全相同，長(zhǎng)為1.05m，假設(shè)AB只與墻面和衣櫥壁接觸，試根據(jù)這些數(shù)據(jù)分析木板對(duì)衣櫥會(huì)產(chǎn)生多大的力 圖112【解析】將小明的重力沿兩板方向分解，所得分力的大小就等于所求力的大小 如圖所示，有：兩式聯(lián)立可得1cos1.05sin2AGG625NAG 二、物體的受力分析二、物體的受力分析 對(duì)物體進(jìn)行受力分析可以說是力學(xué)的基石，滲透了幾乎所有的力學(xué)問題分析物體受力時(shí)應(yīng)注意選取適當(dāng)?shù)难芯繉?duì)象，多物體時(shí)要靈活選用整體法與隔離法分析時(shí)追問施力者可避免多力先畫場(chǎng)力和已知力，再尋求接觸處受力可避免漏力，有些力無法確定其有無時(shí)一般可用假設(shè)法再結(jié)合平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行求解 例例2 2：如圖113所示，傾角為 的斜面A固定在水平面上木塊B、C的質(zhì)量分別為M、m，始終保持相對(duì)靜止，共同沿斜面下滑B的上表面保持水平，A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為.(1)當(dāng)B、C共同勻速下滑；(2)當(dāng)B、C共同加速下滑時(shí)，分別求B、C所受的各力 圖113【解析】本題為力學(xué)中常見的斜面模型，因物體所受的彈力與靜摩擦力均為因變力，必須由物體的運(yùn)動(dòng)特征來確定彈力與摩擦力的特征與有無 解：(1)勻速下滑時(shí) 先分析C受的力這時(shí)以C為研究對(duì)象，重力 ，B對(duì)C的彈力豎直向上，大小N1=mg，由于C在水平方向沒有加速度，所以B、C間無摩擦力，即 . 10f 1Gmg 再分析B受的力，在分析B與A間的彈力 和摩擦力 時(shí)，以BC整體為對(duì)象較好，如圖甲所示A對(duì)該整體的彈力和摩擦力就是A對(duì)B的彈力 和摩擦力 ，得到B受4個(gè)力作用：重力G2=Mg，C對(duì)B的壓力豎直向下，大小 A對(duì)B的彈力N2=(M+m)gcos ，A對(duì)B的摩擦力f2=(M+m)gsin . 1,Nmg甲甲2N2f2N2f (2) 加速下滑時(shí) 由于B、C共同加速下滑，加速度相同，所以先以B、C整體為對(duì)象求A對(duì)B的彈力N2、摩擦力f2，并求出a；再以C為對(duì)象求B、C間的彈力、摩擦力如圖乙所示，N2=(M+m)gcos ，f2=N2=(M+m)gcos沿斜面方向用牛頓第二定律：(M+m)gsin -(M+m)gcos =(M+m)a可得：a=g(sin -cos )乙乙 B、C間的彈力N1、摩擦力f1則應(yīng)以受力較簡(jiǎn)單的C為對(duì)象求得 如圖丙，由于C所受合力沿斜面向下，而所受的3個(gè)力的 方 向 都 在 水 平 或 豎 直 方向這種情況下，比較簡(jiǎn)便的方法是以水平、豎直方向建立直角坐標(biāo)系，分解加速度a. 丙丙 分別沿水平、豎直方向用牛頓第二定律： f1=macos ， mgN1=masin ， 可得：f1=mg(sin cos )cos N1=mg(cos +sin )cos 由本題可以知道：靈活地選取研究對(duì)象可以使問題簡(jiǎn)化；靈活選定坐標(biāo)系的方向也可以使計(jì)算簡(jiǎn)化；在物體的受力圖的旁邊標(biāo)出物體的速度、加速度的方向，有助于確定摩擦力方向，也有助于用牛頓第二定律建立方程時(shí)保證使合力方向和加速度方向相同 1F 一航天探測(cè)器完成對(duì)月球的探測(cè)任務(wù)后，在離開月球的過程中，由靜止開始沿著與月球表面成一傾斜角的直線飛行，先加速運(yùn)動(dòng)，再勻速運(yùn)動(dòng)探測(cè)器通過噴氣而獲得推動(dòng)力以下關(guān)于噴氣方向的描述中正確的是( )A探測(cè)器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿直線向后噴氣B探測(cè)器加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直向下噴氣C探測(cè)器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，豎直向下噴氣D探測(cè)器勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，不需要噴氣 C【解析】如圖所示，探測(cè)器沿直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受合力F合方向與運(yùn)動(dòng)方向相同，而重力方向豎直向下，由平行四邊形定則知推力方向必須斜向上方，因 此 噴 氣 方 向 斜 向 下方勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受合力為零，因此推力方向必須豎直向上，噴氣方向豎直向下選C. 三、共點(diǎn)力的平衡三、共點(diǎn)力的平衡 此類問題往往結(jié)合受力分析、力的合成與分解共同考查，常涉及動(dòng)態(tài)平衡、臨界、極值等問題，處理時(shí)靈活選用整體法、隔離法、圖解法、正交分解法、相似形法等多種方法解決 例例3：(2010浙江卷)如圖114所示，一矩形輕質(zhì)柔軟反射膜可繞過O點(diǎn)垂直紙面的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其在紙面上的長(zhǎng)度OA為L(zhǎng)1，垂直紙面的寬度為L(zhǎng)2.在膜的下端(圖中A處)掛有一平行于轉(zhuǎn)軸，質(zhì)量為m，長(zhǎng)為L(zhǎng)2的導(dǎo)體棒使膜繃緊成平面在膜下方水平放置一足夠大的太陽(yáng)能光電池板，能接收到經(jīng)反射膜反射到光電池板上的所有光能，并將光能轉(zhuǎn)化成電能光電池板可等效為一個(gè)電池，輸出電壓恒定為U；輸出電流正比于光電池板接收到的光能(設(shè)垂直于入射光單位面積上的光功率保持恒定)導(dǎo)體棒處在方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，并與光電池構(gòu)成回路，流經(jīng)導(dǎo)體棒的電流垂直紙面向外(注：光電池與導(dǎo)體棒直接相連，連接導(dǎo)線未畫出) 圖114 (1)現(xiàn)有一束平行光水平入射，當(dāng)反射膜與豎直方向成 =60時(shí)，導(dǎo)體棒處于受力平衡狀態(tài)，求此時(shí)電流強(qiáng)度的大小和光電池的輸出功率 (2)當(dāng) 變成45時(shí)，通過調(diào)整電路使導(dǎo)體棒保持平衡，光電池除維持導(dǎo)體棒力學(xué)平衡外，還能輸出多少額外電功率？ 【解析】本題為力電光綜合題，具有較強(qiáng)綜合性，但各部分知識(shí)本身單獨(dú)出題時(shí)并不是那么難，組合在一起仍可以各塊知識(shí)獨(dú)立解決，再抓住它們間的聯(lián)系點(diǎn)處理 【解析】(1) 導(dǎo)體棒受力如圖，由平衡知識(shí)可得： 光電池輸出功率(即光電池板接收到的光能對(duì)應(yīng)的功率)為 222tantan3BILmgmgmgIBLBL故23mgUPIUBL【解析】 (2) 維持導(dǎo)體棒平衡需要的電流為 因?yàn)镮I而當(dāng) 變?yōu)?5時(shí)光電池板因被照射面積增大使電池輸出的電流也增大，所以需要在導(dǎo)體棒兩端并聯(lián)一個(gè)電阻，題目要求的就是這個(gè)電阻上的功率 22tan45mgmgIIBLBL 由并聯(lián)電路特點(diǎn)得：光電池提供的總電流 I總=I+I額外 光電池輸出功率為P=I總U(P為當(dāng) 變成45時(shí)，光電池板接收到的光能對(duì)應(yīng)的功率) 已知垂直于入射光單位面積上的光功率保持恒定(設(shè)為P0) 由下圖可知，P=P0 L1L2cos60P=P0 L1L2cos45已知電池輸出電流正比于光電池板接收到的光能故光電池能提供的額外功率為：2cos601cos45262IPIPmgIIBL總總所以即：2( 61)mgUPIUBL額額 本題涉及知識(shí)綜合性較強(qiáng)，物理過程較復(fù)雜，關(guān)鍵在于理清各部分物理知識(shí)，弄清物理過程，得到安培力的大小這類題目往往是重點(diǎn)考查電磁現(xiàn)象、電磁力的確定，而平衡條件的應(yīng)用是工具 1F (2010四川卷)(多選)如圖115所示，電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌固定在一絕緣斜面上，兩相同的金屬導(dǎo)體棒a、b垂直于導(dǎo)軌靜止放置，且與導(dǎo)軌接觸良好，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過導(dǎo)軌平面現(xiàn)用一平行于導(dǎo)軌的恒力F作用在a的中點(diǎn)，使其向上運(yùn)動(dòng)若b始終保持靜止，則它所受摩擦力可能( ) A變?yōu)? B先減小后不變 C等于F D先增大再減小 AB圖115【解析】對(duì)a棒所受合力為Fa=F- f mgsin -BIL說明a做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度為0后勻速運(yùn)動(dòng)，所以a所受安培力先增大后不變