2019-2020学年高中物理 第三章 章末优化总结课件 新人教版必修1

第三章相互作用章末优化总结对杆、绳弹力的进一步分析杆的弹力自由转动的杆弹力一定沿杆方向，可提供拉力，也可提供推力固定不动的杆弹力不一定沿杆方向，由物体所处的状态决定绳的弹力“死结”绳可理解为把绳子分成两段，结点不可沿绳滑动，两侧看成两根独立的绳子，弹力大小不一定相等“活结”绳一般是由绳跨过滑轮或绳上挂一光滑挂钩，实际上是同一根绳子．结点可沿绳滑动，两侧绳上的弹力大小相等如图甲所示，轻绳AD跨过固定的水平横梁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°，轻杆的G点用细绳GF拉住一个质量为M2的物体，求：(1)轻绳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1和2所示，根据平衡规律可求解．(1)图1中轻绳AD跨过定滑轮拉住质量为M1的物体，物体处于平衡状态，轻绳AC段的拉力FTAC＝FTCD＝M1g，图2中由FTEGsin30°＝M2g，得FTEG＝2M2g.所以FTACFTEG＝M12M2.(2)图1中，三个力之间的夹角都为120°，根据平衡规律有FNC＝FTAC＝M1g，方向和水平方向成30°，指向右上方．(3)图2中，根据平衡方程有FTEGsin30°＝M2g，FTEGcos30°＝FNG，所以FNG＝M2gcot30°＝3M2g，方向水平向右．[答案](1)M12M2(2)M1g，方向和水平方向成30°指向右上方(3)3M2g，方向水平向右(1)绳杆支架问题中一定先判断绳是“死结”还是“活结”，杆是“自由杆”还是“固定杆”，一般选结点为研究对象受力分析．(2)杆的弹力与绳的弹力不同，绳的弹力始终沿绳指向绳收缩的方向，但杆的弹力方向不一定沿杆的方向，其大小和方向的判断要根据物体的运动状态来确定，可以理解为“按需提供”，即为了维持物体的状态，由受力平衡求解得到所需弹力的大小和方向．如图所示，水平轻杆的一端固定在墙上，轻绳与竖直方向的夹角为37°，小球的重力为12N，轻绳的拉力为10N，水平轻弹簧的弹力为9N，求轻杆对小球的作用力．解析：(1)弹簧对小球向左拉时，设杆的弹力大小为F，与水平方向的夹角为α，小球受力如图甲所示．由平衡条件知：Fcosα＋F1sin37°＝F2Fsinα＋F1cos37°＝G代入数据解得：F≈5N，α＝53°甲即杆对小球的作用力大小约为5N，方向与水平方向成53°角斜向右上方．(2)弹簧对小球向右推时，小球受力如图乙所示，乙由平衡条件知：Fcosα＋F1sin37°＋F2＝0Fsinα＋F1cos37°＝G代入数据解得：F≈15.5N，α＝π－arctan415.即杆对小球的作用力大小约为15.5N，方向与水平方向成arctan415斜向左上方．答案：见解析摩擦力的“突变”问题摩擦力突变的常见情况分类说明案例图示静—静“突变”物体在摩擦力和其他力作用下处于平衡状态，当作用在物体上的其他力发生突变时，如果物体仍能保持静止状态，则物体受到的静摩擦力的大小或方向将会发生“突变”在水平力F作用下物体静止于斜面，F突然增大时物体仍静止，则所受静摩擦力大小或方向将“突变”分类说明案例图示静—动“突变”物体在摩擦力和其他力作用下处于静止状态，当其他力变化时，如果物体不能保持静止状态，则物体受到的静摩擦力将“突变”为滑动摩擦力放在粗糙水平面上的物体，水平作用力F从零逐渐增大，物体开始滑动时，物体受到地面的摩擦力由静摩擦力“突变”为滑动摩擦力分类说明案例图示动—静“突变”在摩擦力和其他力作用下，做减速运动的物体突然停止滑行时，物体将不受摩擦力作用，或滑动摩擦力“突变”为静摩擦力滑块以v0冲上斜面做减速运动，当到达某位置静止时，滑动摩擦力“突变”为静摩擦力分类说明案例图示动—动“突变”某物体相对于另一物体滑动的过程中，若突然相对运动方向变了，则滑动摩擦力方向发生“突变”水平传送带的速度v1大于滑块的速度v2，滑块受到的滑动摩擦力方向向右，当传送带突然被卡住时滑块受到的滑动摩擦力方向“突变”为向左把一重为G的物体，用一个水平的推力F＝kt(k为恒量，t为时间)压在竖直的足够高的平整的墙面上，如图所示，从t＝0开始物体所受的摩擦力Ff随t的变化关系是图中的哪一个()[解析]由于物体受的水平推力为F＝kt，由二力平衡得，墙与物体间的压力FN＝kt.当F比较小时，物体受到的摩擦力Ff小于物体的重力G，物体将沿墙壁下滑，此时物体间的摩擦力为滑动摩擦力．由Ff＝μFN得，滑动摩擦力Ff＝μkt，当摩擦力Ff大小等于重力G时，由于惯性作用，物体不能立即停止运动，物体受到的摩擦力仍然是滑动摩擦力．随着摩擦力的增大，摩擦力将大于重力，物体做减速运动直至静止，摩擦力将变为静摩擦力，静摩擦力与正压力无关，跟重力始终平衡．[答案]B物体受到的外力发生变化时，物体受到的摩擦力就有可能发生突变．解决这类问题的关键是：正确对物体进行受力分析和运动状态分析，从而找到物体摩擦力的突变“临界点”．(2019·辽宁铁岭高一月考)如图所示，粗糙长木板l的一端固定在铰链上，木块放在木板上，开始木板处于水平位置．当木板向下转动，θ角逐渐增大的过程中，木块所受摩擦力Ff的大小随θ角变化最有可能的是()解析：选B.使铁块沿着斜面下滑的力是F＝mgsinθ，对于一个确定的角度θ，最大静摩擦力是fm＝μmgcosθ，当然，θ改变了，fm也改变．如果，F＜fm，那么，铁块受到的摩擦力是静摩擦力，摩擦力f＝F＝mgsinθ，随θ的增大，摩擦力f增大；当θ增大到某一值时，会出现F＞fm，此时铁块在木板上滑动，铁块受到的摩擦力是滑动摩擦力，滑动摩擦力摩擦力f＝μmgcosθ，随θ的增大，cosθ变小，滑动摩擦力变小，但f与θ不是线性关系，故B正确．物体平衡中的临界和极值问题1．临界问题(1)临界状态：物体的平衡状态将要发生变化的状态．(2)当某物理量发生变化时，会引起其他物理量的变化，从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”，这类问题的描述中经常出现“刚好”“恰好”等词语．(3)处理这类问题的最有效方法是假设推理法，也就是先假设，再根据平衡条件及有关知识列平衡方程，最后求解．2．极值问题：也就是指平衡问题中，力在变化过程中的最大值和最小值问题．解决这类问题常用以下两种方法：(1)解析法：根据物体的平衡条件列方程，在解方程时，采用数学知识求极值或者根据物理临界条件求极值．(2)图解法：根据物体的平衡条件作出物体的受力分析图，画出平行四边形或矢量三角形进行动态分析，确定最大值或最小值．如图所示，物体的质量为2kg，两根轻绳AB和AC的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体上，在物体上另施加一个方向与水平线成θ＝60°的拉力F，若要使两绳都能伸直，求拉力F的大小范围(g取10m/s2)．[解析]A的受力情况如图，由平衡条件得Fsinθ＋F1sinθ－mg＝0Fcosθ－F2－F1cosθ＝0由上述两式得F＝mgsinθ－F1F＝F22cosθ＋mg2sinθ令F1＝0，得F最大值Fmax＝mgsinθ＝4033N令F2＝0，得F最小值Fmin＝mg2sinθ＝2033N综合得F的取值范围2033N≤F≤4033N.[答案]2033N≤F≤4033N解决临界极值问题时应注意的问题(1)求解平衡中的临界问题和极值问题时，首先要正确地进行受力分析和变化过程分析，找出平衡的临界点和极值点．(2)临界条件必须在变化中去寻找，不能停留在一个状态来研究临界问题，而是把某个物理量推向极端，即极大和极小，并依此做出科学的推理分析，从而给出判断或导出一般结论．一个人最多能提起质量m0＝20kg的重物．如图所示，在倾角θ＝15°的固定斜面上放置一物体(可视为质点)，物体与斜面间的动摩擦因数μ＝33.设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，图中F是人拖重物的力，求人能够向上拖动该重物质量的最大值m.已知sin15°＝6－24，cos15°＝6＋24.解析：设F与斜面的夹角为α时，人能拖动重物的最大质量为m，由平衡条件可得Fcosα－mgsin15°－μFN＝0①FN＋Fsinα－mgcos15°＝0②由已知可得F＝m0g③联立①②③式得m＝m0（cosα＋μsinα）sin15°＋μcos15°即m＝m01＋μ2sin（α＋φ）sin15°＋μcos15°，其中μ为定值代入μ＝33得重物质量的最大值为202kg.答案：202kg