高考物理二轮力的平衡专题.docx
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高考物理二轮力的平衡专题
第一讲力的平衡(2课时)
一、课前问题:
1、对于不同类型的平衡问题,解题的关键在哪里?
2、如何全面、深刻的理解平衡问题的本质及特点?
3、如何区分平衡状态和平衡位置的不同?
4、如何区分一对作用力和一对平衡力的不同?
5、处理平衡问题的常见方法有哪些?
二、课前热身练习:
1.(2002江苏高考)如图所示,物体a、b、c叠放在水平桌面上,水平力Fb=5N,Fc=10N分别作用在b、c上,a、b、c仍保持静止,以F1、F2、F3分别表示a与b、b与c、c与桌面间的静摩擦力大小,则()
A、F1=5N,F2=0,F3=5NB、
B、F1=5N,F2=5N,F3=0
C、
C、F1=0,F2=5N,F3=5ND、F1=0,F2=10N,F3=5N
2、如图所示,质量为m的物体,用水平的轻质绳AB拉住静止在倾角为θ的固定斜面上,求物体对斜面的压力的大小。
3、如图所示,挡板AB和竖直的墙壁之间夹有小球,球的质量为m,则当挡板与竖直墙壁间的夹角θ缓慢增加时,AB板及墙壁对球的压力如何变化?
4.如图甲所示,装置中OA、OB是两根轻绳,AB是轻杆,它们构成一个正三角形,在A、B两处分别固定质量均为m的小球,此装置悬挂在O点,开始时装置自然下垂。
现对小球B施加一个水平力F,使装置静止在图乙所示的位置,此时OA竖直。
设在图甲所示的状态下绳OB对小球B的作用力大小为FT,在图乙所示的状态下绳OB对小球B的作用力大小为FT′,下列判断正确的是()
A.FT′=
FTB.FT′=2FTC.FT′=
FTD.FT′=
FT
5、如图所示,一个质量为m、电荷量为+Q的小球,用丝线悬挂在水平方向的匀强电场中,场强为E,平衡时丝线与竖直方向间的夹角为α=30⁰,若将匀强电场E的方向逆时针转过β=45⁰,小球重新平衡时,丝线与竖直方向的夹角又为多大?
6、一带电体受重力G、电场力F电、洛仑兹力F洛作用处于匀速运动状态,下列关于力的图示,正确的是()
三、
三、课堂教学记录:
例1.如图所示,质量为1kg的重物上系着一条长30cm的细绳子,细绳子的另一端连着圆环,圆环套在水平的棒AB上可以滑动,环重力不计,环与棒AB间的动摩擦因素为0.75,另有一条细绳子在其一端跨过定滑轮,定滑轮固定在距离圆环0.5m的地方,当细绳子的端点挂上重物G,而圆环将要开始滑动时,试问
(1)长为30cm的细绳子的张力是多少?
(2)圆环将要开始滑动时重物G的质量是多少?
(3)角θ多大?
例2、(2004江苏)如图所示,半径为R、圆心为O的大圆环固定在竖直平面内,两个轻质小圆环套在大圆环上,一根轻质长绳穿过两个小圆环,它的两端都系上质量为M的重物,忽略小圆环的大小.
(1)将两个小圆环固定在大圆环竖直对称轴的两侧θ=30˚的位置上(如图).在两个小圆环间的绳子的中点C处,挂上一个质量M=⇃2m的重物,使两个小圆环间的绳子水平,然后无初速释放重物M,设绳子与大、小圆环间的摩擦均可忽略,求重物M下降的最大距离.
(2)若不挂重物M,小圆环可以在大圆环上自由移动,且绳子与大、小圆环之间的摩擦均可以忽略,问两个小圆环分别在哪些位置时,系统可处于平衡状态?
例3、如图所示,a、b是两根平行直导轨,MN和OP是垂直跨在a、b上并可左右滑动的两根平行直导线,每根长为L,导轨上接入阻值分别为R和2R的两个电阻和一个板长为L’、间距为d的平行板电容器,整个装置放在磁感应强度为B垂直导轨平面的匀强磁场中,当用外力使MN以速率2v向右匀速滑动、OP以速率v向左匀速滑动时,两板间正好能平衡一个质量为m的带电微粒,试问
(1)微粒带何种电荷?
电荷量是多少?
(2)外力的机械功率和电路中的电功率各是多少?
例4、有三根长度皆为L=1.00m的不可伸长的绝缘轻线,其中两根的一端固定在天花板上的O点,另一端分别挂有质量皆为M=1.00X10-2kg的带电小球A和B,它们的电荷量分别为-Q和+Q,Q=1.00X10-7C,AB之间用第三根线连接起来,空间中存在大小为E=1.00X106N/C的匀强电场,场强方向沿水平向右,平衡时A、B球的位置如图所示,现将OB之间的线烧断,由于有空气阻力,A、B球会达到新的平衡位置,求最后两球的机械能与电势能的总和与烧断前相比改变了多少?
(不计两带电小球间相互作用的静电力)
例5、如图所示,在倾角为θ且用绝缘材料做成的斜面上,放一个质量为m电荷量为+q的小滑块,滑块与斜面的动摩擦因数为μ(μ 求小滑块在斜面上运动达到稳定时的速度大小和方向。 例6.一根弹性细绳原长为l,劲度系数为k,将其一端穿过一个光滑小孔O(其在水平地面上的投影点为O’),系在一个质量为m的滑块A上,A放在水平地面上.小孔O离绳固定端的竖直距离为l,离水平地面高度为h(h 1)当滑块与O’点距离为r时,弹性细绳对滑块A的拉力为多大? (2)滑块处于怎样的区域内时可以保持静止状态? 例7、在研究摩擦力特点的实验中,将木块放在水平长木板上,如图a所示,用力沿水平方向拉木块,拉力从0开始逐渐增大.分别用力传感器采集拉力和木块所受到的摩擦力,并用计算机绘制出摩擦力Ff随拉力F的变化图像,如图b所示.已知木块质量为0.78kg.取重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80. (1)求木块与长木板间的动摩擦因数. (2)若木块在与水平方向成37°角斜向右上方的恒定拉力F作用下,以a=2.0m/s2的加速度从静止开始做匀变速直线运动,如图c所示.拉力大小应为多大? (3)在 (2)中力作用2s后撤去拉力F,求运动过程中摩擦力对木块做的功. 四、竞赛链接 1.如图4所示,A物的质量为2×104kg,放在倾角为 30º的斜面上,轮轴B的质量为1×104kg,放置在水平面上,A、B用绕过滑轮C的细线相连接,绳CE处于水平位置。 现在轮轴的边缘上绕一细绳,绳的一端D施加一水平力F,设滑轮C和绳的质量以及绳与滑轮间的摩擦不计。 重物A与斜面间的动摩擦因数为0.7,轮轴B与水平面间的摩擦系数为0.5,图中R=2r。 试求;欲使此系统保持平衡状态,力F的取值范围为多少? 2、质量分别为m1和m2的两个小物块用轻绳连结,绳跨过位于倾角=30的光滑斜面顶端的轻滑轮,滑轮与转轴之间的磨擦不计,斜面固定在水平桌面上,如图所示。 第一次,m1悬空,m2放在斜面上,用t表示m2自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间。 第二次,将m1和m2位置互换,使m2悬空,m1放在斜面上,发现m1自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间为t/3。 求ml与m2之比。 3、现有一个弹簧测力计(可随便找地方悬挂),一把匀质的长为l的有刻度、零点位于端点的直尺,一个木块及质量不计的细线.试用这些器件设计一实验装置(要求画出示意图),通过一次测量(弹簧测力计只准读一次数),求出木块的质量和尺的质量.(已知重力加速度为g) 五、课后巩固练习: 1.如图所示,A、B为竖直墙面上等高的两点,AO、BO为长度相等的两根轻绳,CO为一根轻杆.转轴C在AB中点D的正下方,AOB在同一水平面内.∠AOB=120°,∠COD=60°.若在O点处悬挂一个质量为m的物体,则平衡后绳AO所受的拉力和杆OC所受的压力分别为 A. B. C. D. 2.如图所示,支杆BC一端用铰链固定于B点,另一端连 接滑轮C,重物P上系一根轻绳子经C固定于墙上A点,若 杆子BC、滑轮C及绳子的质量、摩擦均不计,将绳端A点 沿着墙壁稍向下移,再使之平衡时,绳的拉力和BC杆受到 的压力如何变化? 3.质量为M的木楔倾角为θ,在水平面上保持静止,当将一质量为M的木块放在斜面上时正好匀速下滑,如果用沿与斜面成 α角的力F拉着木块匀速上升,如图所示。 (1) 当α=θ时,拉力F有最小值,并求出此最小值; (2)此时水平面对木楔M的摩擦力是多大? 4.如图所示,细绳子CO与竖直方向成30°角,A、B两物体用跨过滑轮的细绳子相连,处于静止状态,已知物体B所受到的重力为100N,地面对物体B的支持力为80N,试求: (1)物体A所受到的重力; (2)物体B与地面间的摩擦力;(3)细绳子CO受到的拉力。 5、如图所示,两平行光滑导轨相距为20cm,金属棒MN的质量为0.01kg,电阻R=8Ω,匀强磁场方向竖直向下,磁感应强度B=0.8T,电源电动势E=10V,内电阻r=1Ω,当电键S闭合时,MN处于平衡状态,求变阻器R1的阻值。 (设θ=45°) 参考答案 1、C2、mg/cosθ 3、AB板及墙壁对球的压力都减小 6、BC 例1、 (1)8N; (2)m=0.6kg;(3)θ=90° ( 例6解: (1)∆X= T=k∆X=k (2)设A静止时离O’的距离为r,此位置处A将受到四个力的作用,有N+Fcosα=mg Fsinα=f 而F=kh/cosαfmax=μN ∴kr=f≤fmax=μ(mg-kh)即r≤μ(mg-kh)/k 这表明,滑块可以静止在以O’为圆心,μ(mg-kh)/k为半径的圆域内的任意位置 例7、 (1)由(b)图可知,木块所受到的滑动摩擦力Ff=3.12N(1分) 由Ff=μFN(1分) 得μ= = = =0.4(1分) (2)物体受重力G、支持力FN、拉力F和摩擦力Ff作用.将F分解为水平和竖直两方向,根据牛顿运动定律 Fcosθ-Ff=ma(1分) Fsinθ+FN=mg(1分) Ff=μFN(1分) 联立各式得F=4.5N(1分) (3)全过程应用动能定理 WF+Wf=0(1分) WF=Fxcosθ(1分) x= (1分) 代入数据得Wf=-14.4J 竞赛链接 1.解: 本题考查一般物体的平衡条件: 同时满足力的平衡条件和力矩平衡条件。 (1)物A放在斜面上,摩擦角 故当沿斜面方向的绳的拉力T=0时A也能静止在斜面上,即作用在轮轴边缘D处的水平力最小值为 (2)当水平力F由零逐渐增大时,A有沿斜面上滑趋势,考虑当A受到最大静摩擦力 时,由摩擦定律和力的平衡条件(受力如图5) 有: 所以 这时假设轮轴能平衡,以H为转轴由力矩平衡条件有 而R=2r 所以 B受的静摩擦力 而 故轮轴B不能保持平衡,由此可见,欲使系统处于平衡状态,A不可能达到极限平衡状态。 由(3)式有: (4) 又 (5) 所以 而 所以A能平衡。 综上所述,F的取值范围是 2、第一次,小物块受力情况如图所示,设T1为绳中张力,a1为两物块加速度的大小,l为斜面长,则有 (1) (2) (3) 第二次,m1与m2交换位置.设绳中张力为T2,两物块加速度的大小为a2,则有 (4) (5) (6) 由 (1)、 (2)式注意到=30得 (7) 由(4)、(5)式注意到=30得 (8) 由(3)、(6)式得 (9) 由(7)、(8)、(9)式可解得 (10) 3、找个地方把弹簧测力计悬挂好,取一段细线做成一环,挂在弹簧测力计的挂钩上,让直尺穿在细环中,环与直尺的接触点就是直尺的悬挂点,它将尺分为长短不等的两段.用细线栓住木块挂在直尺较短的一段上,细心调节直尺悬挂点及木块悬挂点的位置,使直尺平衡在水平位置(为提高测量精度,尽量使二悬挂点相距远些),如图所示.设木块质量为m,直尺质量为M.记下二悬挂点在直尺上的读数x1、x2,弹簧测力计读数G.由平衡条件和图中所设的直尺零刻度线的位置有 (1) (2) (1)、 (2)式联立可得 (3)
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- 高考 物理 二轮 平衡 专题