山东省2021高考物理一轮复习 专题二 相互作用课件

考点清单考点一常见的三种力、力的合成与分解一、常见的三种力1.力的概念(1)力是物体间的①相互作用,力总是成对出现的,这一对力的性质相同,不接触的物体间也可以有力的作用,如重力、电磁力等。(2)力是矢量,其作用效果由大小、方向及作用点三个要素决定。力的作用效果是使物体产生②形变或加速度。2.重力:由于地球的吸引而使物体受到的力。大小为G=mg;方向总是竖直向下。3.弹力(1)产生的条件:两物体③相互接触;发生④弹性形变。(2)常见弹力的方向弹力弹力的方向轻绳的弹力沿绳指向绳收缩的方向弹簧两端的弹力沿弹簧指向弹簧恢复原状的方向面(或点)与面(或点)接触垂直于接触面(或切面),指向受力物体杆的弹力可能沿杆,也可能不沿杆,应具体情况具体分析注意弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。(3)胡克定律:弹簧发生弹性形变时,弹簧弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成⑤正比。即F=kx。a.k是弹簧的劲度系数,单位为N/m;k的大小由弹簧自身性质决定。b.x是弹簧长度的⑥变化量,不是弹簧形变以后的长度。静摩擦力滑动摩擦力定义两个具有相对运动趋势的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动趋势的力两个具有相对运动的物体间在接触面上产生的阻碍相对运动的力产生条件(必要条件)(1)接触面粗糙(2)接触处有弹力(3)两物体间有相对运动趋势(仍保持相对静止)(1)接触面粗糙(2)接触处有弹力(3)两物体间有相对运动大小(1)静摩擦力为被动力,与正压力无关,满足0F≤Fmax(2)最大静摩擦力Fmax大小与正压力大小有关滑动摩擦力:F=μFN(μ为动摩擦因数,取决于接触面材料及粗糙程度,FN为正压力)4.摩擦力方向沿接触面与受力物体相对运动趋势的方向相反沿接触面与受力物体相对运动的方向相反作用点实际上接触面上各点都是作用点,常把它们等效到一个点上,在作力的图示或示意图时,一般把力的作用点画到物体的重心上二、力的合成与分解1.合力与分力的关系:等效替代关系。2.运算法则:⑦平行四边形定则或三角形定则。3.力的效果分解法(1)根据力的实际作用效果确定两个实际分力的方向;(2)根据两个实际分力的方向画出平行四边形;(3)由平行四边形和数学知识求出两分力的大小。考点二受力分析、共点力的平衡一、物体的受力分析对物体进行受力分析是解决力学问题的基础,也是研究力学问题的重要方法。受力分析的程序:1.根据题意选取研究对象,选取研究对象的原则是要使对问题的研究尽量简便,它可以是单个物体或物体的某一部分,也可以是由几个物体组成的系统。2.把研究对象从周围环境中隔离出来。3.一般的受力分析顺序:先找重力,再找接触力(弹力、摩擦力),最后分析其他力。简记为:“重力一定有,弹力看四周,分析摩擦力,不忘电磁浮。”4.检验:对分析情况进行检验,既不能多力也不能少力。二、平衡状态及平衡条件1.平衡状态:物体保持⑧静止或⑨匀速直线运动的状态。2.共点力作用下物体的平衡条件物体所受合外力为零即F合=0,若正交分解则 。三、平衡条件重要推论1.二力平衡如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小⑩相等,方向 相反,为一对 平衡力。2.三力平衡(1)如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态,其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反。(2)物体在三个共点力作用下处于平衡状态时,表示这三个力的有向线段通00xyFF合合过平移可构成封闭三角形。(3)物体在三个共点力作用下处于平衡状态时,如图所示,则有(拉密定理): = = 。 (4)三力汇交原理如果一个物体受到三个非平行力作用而平衡,这三个力的作用线必定在 同一平面内,而且必为 共点力。1sin1F2sin2F3sin3F注意处理多力平衡问题时,常采用合成的方法简化成二力平衡或三力平衡问题。3.多力平衡(1)如果物体在多个力作用下处于平衡状态,则其中任何一个力与其余力的 合力大小相等,方向相反。(2)物体在多个力作用下处于平衡状态,则表示这些力的有向线段通过平移,必定构成一个封闭多边形。知能拓展拓展一弹力的分析与计算1.弹力有无的判断方法(1)条件法:根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力,此方法多用来判断形变较明显的情况。(2)假设法:对形变不明显的情况,可假设两个物体间弹力不存在,看物体能否保持原有的状态。若状态不变,则此处不存在弹力;若状态改变,则此处一定有弹力。(3)状态法:根据物体的状态,利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在。2.弹力方向的确定3.计算弹力的四种方法(1)根据胡克定律计算。(2)根据力的平衡条件计算。(3)根据牛顿第二定律计算。(4)根据动能定理计算。例1如图所示,小车内一根沿竖直方向的轻质弹簧和一条与竖直方向成α角的细绳拴接一小球。当小车和小球相对静止,一起在水平面上运动时,下列说法正确的是 () A.细绳一定对小球有拉力的作用B.轻弹簧一定对小球有弹力的作用C.细绳不一定对小球有拉力的作用,但是轻弹簧对小球一定有弹力的作用D.细绳不一定对小球有拉力的作用,轻弹簧对小球也不一定有弹力的作用解析若小球与小车一起做匀速直线运动,则细绳对小球无拉力的作用;若小球与小车有向右的加速度,大小为a=gtanα,则轻弹簧对小球无弹力的作用,D正确。答案D拓展二摩擦力的分析与计算1.静摩擦力的有无和方向的判断方法(1)假设法:利用假设法判断的思维程序如下。 (2)状态法:先判断物体的状态(即加速度的方向),再利用牛顿第二定律(F=ma)确定合力,然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向。(3)牛顿第三定律法:先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向,再根据“力的相互性”确定另一物体受到的静摩擦力的方向。2.静摩擦力大小的计算(1)物体处于平衡状态(静止或匀速运动),利用力的平衡条件来判断静摩擦力的大小。(2)物体有加速度时,若只有静摩擦力,则Ff=ma。若除静摩擦力外,物体还受其他力,则F合=ma,先求合力再求静摩擦力。3.滑动摩擦力大小的计算滑动摩擦力的大小用公式Ff=μFN来计算,应用此公式时要注意以下几点:(1)μ为动摩擦因数,其大小与接触面的材料、表面的粗糙程度有关;FN为两接触面间的正压力,其大小不一定等于物体的重力。(2)滑动摩擦力的大小与物体的运动速度和接触面的大小均无关。例2如图所示为武警战士用头将四块砖顶在墙上苦练头功的照片。假设每块砖的质量均为m,砖与墙面、砖与头间的动摩擦因数均为μ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。要使砖恰好静止不动,则武警战士的头对砖施加的水平力大小为 () A. B. C. D. mgμ2mgμ3mgμ4mgμ解析以四块砖为研究对象,进行受力分析。砖恰好静止不动,则砖所受到的摩擦力(砖与墙面、头之间的摩擦力之和)刚好与其重力相等,即f1+f2=4mg,又f1=f2=μF,联立两式可得F= ,即武警战士施加的水平力大小为F= ,选项B正确。2mgμ2mgμ答案B拓展三力的合成与分解1.合力的大小范围的确定(1)两个共点力的合力:|F1-F2|≤F合≤F1+F2①两个分力一定时,夹角θ越大,合力越小。②合力一定,两等大分力的夹角越大,两分力越大。③合力可以大于分力,等于分力,也可以小于分力。(2)三个共点力的合力:①三个力共线且同向时,其合力最大,为F1+F2+F3。②任取两个力,求出其合力大小的范围,如果第三个力在这个范围之内,则这三个力的合力的最小值为零,如果第三个力不在这个范围内,则合力的最小值为最大的一个力减去另外两个较小的力的和。类型作图合力的计算两力互相垂直 F= tanθ= 两力等大,夹角为θ F=2F1cos F与F1夹角为 2212FF12FFθ2θ22.三种特殊情况的共点力的合成两力等大且夹角为120° 合力与分力等大3.正交分解法(1)定义:将已知力按互相垂直的两个方向进行分解的方法。(2)建立坐标轴的原则:一般选共点力的作用点为原点,以少分解力和容易分解力为原则(即尽量多的力在坐标轴上)。(3)方法:物体受到多个力作用F1、F2、F3…,求合力F时,可把各力沿相互垂直的x轴、y轴分解。x轴上的合力:Fx=Fx1+Fx2+Fx3+…;y轴上的合力:Fy=Fy1+Fy2+Fy3+…;合力大小:F= ;合力方向:与x轴夹角为θ,且tanθ= 。22xyFFyxFF例3如图所示,用绳AC和BC吊起一重100N的物体,两绳AC、BC与竖直方向的夹角分别为30°和45°。求绳AC和BC对物体的拉力的大小。  解析解法一:实际效果分解法对物体所受重力G分解如图甲,由正弦定理得 = = 解得:FA=100( -1)N,FB=50 ( -1)N故FAC=100( -1)NFBC=50 ( -1)Nsin45?AFsin30?BFsin105?G323323 解法二:正交分解法以物体为研究对象,受力分析并建立如图乙所示的直角坐标系,由平衡条件得x轴:FBCsin45°-FACsin30°=0 ①y轴:FBCcos45°+FACcos30°-G=0 ②由①②式得FAC=100( -1)N,FBC=50 ( -1)N323答案见解析拓展四受力分析1.受力分析的一般步骤 注意受力分析时,有些力的大小和方向不能确定,必须根据物体受到的能够确定的几个力的情况和物体的运动状态进行判断,总之,要确保受力分析时不漏力、不添力、不错力。2.受力分析的注意事项(1)只分析研究对象所受的力,不分析研究对象对其他物体所施的力。(2)只分析性质力,不分析效果力。(3)每分析一个力,都应找出施力物体。(4)合力和分力不能同时作为物体所受的力。例4如图所示,物体B与竖直墙面接触,在竖直向上的力F的作用下A、B均保持静止,则物体B的受力个数为 () A.2个B.3个C.4个D.5个解析物体A处于静止状态,其受到的合外力为零,受力分析如图甲所示;对物体A、B整体受力分析如图乙所示,竖直墙面对物体B没有弹力作用,则墙面也不会提供静摩擦力;对物体B受力分析,如图丙所示,则物体B受到4个力的作用,选项C正确。 答案C拓展五“轻绳”“轻杆”“轻弹簧”模型轻绳模型“活结”:跨过光滑滑轮(或杆、钉子)的轻绳,其两端张力大小相等“死结”:如果几段轻绳系在一个结点上,那么这几段轻绳的张力大小不一定相等轻杆模型“活杆”:即一端由铰链相连的轻质活动杆,它的弹力方向一定沿杆的方向“死杆”:即轻质固定杆,它的弹力方向不一定沿杆的方向,需要结合平衡方程或牛顿第二定律求得轻弹簧模型轻弹簧既可伸长提供拉力,也可压缩提供推力,形变量确定后各处弹力大小相等轻弹簧的弹力不能发生突变(突然消失除外),而轻绳、轻杆的弹力可以发生突变例5如图甲所示,细绳AD跨过固定的水平轻杆BC右端的定滑轮挂住一个质量为M1的物体,∠ACB=30°;图乙中轻杆HG一端用铰链固定在竖直墙上,另一端G通过细绳EG拉住,EG与水平方向也成30°,在轻杆的G点用细绳GF拉住一个质量为M2的物体,重力加速度为g,求:(1)细绳AC段的张力FTAC与细绳EG的张力FTEG之比;(2)轻杆BC对C端的支持力;(3)轻杆HG对G端的支持力。解析题图甲和乙中的两个物体M1、M2都处于平衡状态,根据平衡条件,首先判断与物体相连的细绳,其拉力大小等于物体的重力;分别取C点和G点为研究对象,进行受力分析如图丙和丁所示。(1)图丙中细绳AD跨过定滑轮挂住质量为M1的物体,物体处于平衡状态,细绳AC段的拉力大小FTAC=FTCD=M1g图丁中由FTEGsin30°=M2g,得FTEG=2M2g。所以 = 。(2)图丙中,三个力之间的夹角都为120°,根据平衡条件有FNC=FTAC=M1g,方向与水平方向成30°角,指向右上方。(3)图丁中,根据平衡条件有FTEGsin30°=M2g,FTEGcos30°=FNG,所以FNG= = M2g,方向水平向右。TTACEGFF122MM2tan30?Mg3答案(1) (2)M1g,方向与水平方向成30°角指向右上方(3) M2g,方向水平向右122MM3应用一平衡问题中