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文档简介
1、力的平衡http:/ 1 1、对物体平衡状态的认识、对物体平衡状态的认识专题思想专题思想匀速转动:匀速转动:=恒量;恒量;2 2、常见的平衡问题、常见的平衡问题涉及到绳、杆的平衡问题(注意弹力)涉及到绳、杆的平衡问题(注意弹力)平面、斜面上的物体平面、斜面上的物体平衡问题平衡问题(注意摩擦(注意摩擦力)力)带电粒子在电、磁场中的平衡(注意洛仑带电粒子在电、磁场中的平衡(注意洛仑兹力)兹力)相关模型:速度选择器、电磁流量计、磁流相关模型:速度选择器、电磁流量计、磁流体发电机、霍尔效应,体发电机、霍尔效应,F电电=F洛洛)导体棒在磁场中的导体棒在磁场中的平衡平衡(注意安培力)(注意安培力)3 3、
2、处理步骤与方法、处理步骤与方法 选择研究对象(选择研究对象(先整体后隔离、先简单后先整体后隔离、先简单后复杂复杂)结合运动情况分析受力情况(先场力结合运动情况分析受力情况(先场力重重力、电场力、洛仑兹力,后接触力力、电场力、洛仑兹力,后接触力弹力、弹力、摩擦力)摩擦力)处理方法(合成法、分解法处理方法(合成法、分解法三力平衡三力平衡,正交分解法,直角三角形的边角关系,正弦正交分解法,直角三角形的边角关系,正弦与余弦定理、相似三角形、矢量三角形等)与余弦定理、相似三角形、矢量三角形等)2008年高考理综山东卷年高考理综山东卷16 1、用轻弹簧竖直悬挂的质量为、用轻弹簧竖直悬挂的质量为m物体,静止
3、时弹物体,静止时弹簧伸长量为簧伸长量为L,现用该弹簧沿斜面方向拉住质量为,现用该弹簧沿斜面方向拉住质量为2m的物体,系统静止时弹簧伸长量也为的物体,系统静止时弹簧伸长量也为L ,斜面,斜面倾角为倾角为30,如图所示则物体所受摩擦力如图所示则物体所受摩擦力 ( )A等于零等于零B大小为大小为 ,方向沿斜面向下,方向沿斜面向下C大于为大于为 ,方向沿斜面向上,方向沿斜面向上D大小为大小为mg,方向沿斜面向上,方向沿斜面向上 mg21mg232m30AFkxmg0230sinFkxmgf2008年高考理综全国卷年高考理综全国卷 16BA 16如图,一固定斜面上两个质量相同的小物块如图,一固定斜面上两
4、个质量相同的小物块A和和B紧挨着匀速下滑,紧挨着匀速下滑,A与与B的接触面光滑。己知的接触面光滑。己知A与斜与斜面之间的动摩擦因数是面之间的动摩擦因数是B与斜面之间动摩擦因数的与斜面之间动摩擦因数的2倍,斜面倾角为倍,斜面倾角为。B与斜面之间的动摩擦因数是与斜面之间的动摩擦因数是( )A B C D tan32 cot32 tan cotA22:sincoscosmgumgumg整体2、如图,质量为、如图,质量为M的楔形物块静置在水平地面上,的楔形物块静置在水平地面上,其斜面的倾角为其斜面的倾角为斜面上有一质量为斜面上有一质量为m的小物块的小物块,小小物块与斜面之间存在摩擦物块与斜面之间存在摩
5、擦. 用恒力用恒力F沿斜面向上拉小沿斜面向上拉小物块,使之匀速上滑在小物块运动的过程中,楔物块,使之匀速上滑在小物块运动的过程中,楔形物块始终保持静止地面对楔形物块的支持力为形物块始终保持静止地面对楔形物块的支持力为 ( ) A(Mm)g B(Mm)gF C(Mm)gFsin D(Mm)gFsin2008年高考物理海南卷年高考物理海南卷 2mFMD解见下页解见下页 本题可用整体法的牛顿第二定律解题,本题可用整体法的牛顿第二定律解题,N + Fsin = Mg + mg N= (M+m)g F sin 竖直方向由平衡条件:竖直方向由平衡条件:【解析】【解析】mFM 动态与静态等效转化动态与静态等
6、效转化静态平衡静态平衡 处于静止的物体处于静止的物体动态平衡动态平衡 处于匀速直线运动的物体处于匀速直线运动的物体解题基本思路:动态平衡解题基本思路:动态平衡 静态平衡静态平衡等效变形等效变形 M+m2008年高考理综宁夏卷年高考理综宁夏卷20 3、一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动,、一有固定斜面的小车在水平面上做直线运动,小球通过细绳与车顶相连小球某时刻正处于图示小球通过细绳与车顶相连小球某时刻正处于图示状态设斜面对小球的支持力为状态设斜面对小球的支持力为N,细绳对小球的,细绳对小球的拉力为拉力为T,关于此时刻小球的受力情况,下列说法,关于此时刻小球的受力情况,下列说法正确的是正确的是
7、 ( )A若小车向左运动,若小车向左运动,N可能为零可能为零B若小车向左运动,若小车向左运动,T可能为零可能为零C若小车向右运动,若小车向右运动,N不可能为零不可能为零D若小车向右运动,若小车向右运动,T不可能为零不可能为零左左右右A B解见下页解见下页 左左右右【解析】【解析】本题考查牛顿运动定律。本题考查牛顿运动定律。对小球受力分析,当对小球受力分析,当N为零时,小球的合外力水平为零时,小球的合外力水平向右,加速度向右,向右,加速度向右,故小车可能向右加速运动或向左减速运动,故小车可能向右加速运动或向左减速运动,A对对C错;错;当当T为零时,小球的合外力水平向左,加速度向左,为零时,小球的
8、合外力水平向左,加速度向左,故小车可能向右减速运动或向左加速运动,故小车可能向右减速运动或向左加速运动,B对对D错。错。解题时抓住解题时抓住N、T为零时受力分析的临界条件,小球为零时受力分析的临界条件,小球与车相对静止,说明小球和小车只能有水平的加速与车相对静止,说明小球和小车只能有水平的加速度,作为突破口。度,作为突破口。 2008年高考江苏卷年高考江苏卷 74、如图所示,两光滑斜面的倾角分别为、如图所示,两光滑斜面的倾角分别为30和和45,质量分别为,质量分别为2m和和m的两个滑块用不可伸长的的两个滑块用不可伸长的轻绳通过滑轮连接(不计滑轮的质量和摩擦),分轻绳通过滑轮连接(不计滑轮的质量
9、和摩擦),分别置于两个斜面上并由静止释放;若交换两滑块位别置于两个斜面上并由静止释放;若交换两滑块位置,再由静止释放则在上述两种情形中正确的有置,再由静止释放则在上述两种情形中正确的有 ( )A质量为质量为2m的滑块受到重力、绳的张力、沿斜面的滑块受到重力、绳的张力、沿斜面的下滑力和斜面的支持力的作用的下滑力和斜面的支持力的作用B质量为质量为m的滑块均沿斜面向上运动的滑块均沿斜面向上运动C绳对质量为绳对质量为m滑块的拉力滑块的拉力均大于该滑块对绳的拉力均大于该滑块对绳的拉力D系统在运动中机械能均守恒系统在运动中机械能均守恒2m m3045B D解见下页解见下页对系统除了重力之外,支持力对系统每
10、个滑块不做功对系统除了重力之外,支持力对系统每个滑块不做功,绳子拉力对每个滑块的拉力等大反向,且对滑块的位绳子拉力对每个滑块的拉力等大反向,且对滑块的位移必定大小相等,故绳子拉力作为系统的内力对系统移必定大小相等,故绳子拉力作为系统的内力对系统做功总和必定为零,故只有重力做功的系统,机械能做功总和必定为零,故只有重力做功的系统,机械能守恒,守恒,D对。对。解析:解析:考查受力分析、连接体整体法处理复杂问题的能力。考查受力分析、连接体整体法处理复杂问题的能力。每个滑块受到三个力:重力、绳子拉力、斜面的支持每个滑块受到三个力:重力、绳子拉力、斜面的支持力,受力分析中应该是按性质分类的力,沿着斜面下
11、力,受力分析中应该是按性质分类的力,沿着斜面下滑力是分解出来的按照效果命名的力,滑力是分解出来的按照效果命名的力,A错;错;对对B选项,物体是上滑还是下滑要看两个物体的重力选项,物体是上滑还是下滑要看两个物体的重力沿着斜面向下的分量的大小关系沿着斜面向下的分量的大小关系,由于由于2m质量的滑块质量的滑块的重力沿着斜面的下滑分力较大,故质量为的重力沿着斜面的下滑分力较大,故质量为m的滑块的滑块必定沿着斜面向上运动,必定沿着斜面向上运动,B对;对;任何一个滑块受到的绳子拉力与绳子对滑块的拉力等任何一个滑块受到的绳子拉力与绳子对滑块的拉力等大反向,大反向,C错;错;2008年高考江苏卷年高考江苏卷
12、35、一质量为、一质量为M的探空气球在匀速下降,若气球所受的探空气球在匀速下降,若气球所受浮力浮力F始终保持不变始终保持不变,气球在运动过程中所受阻力仅气球在运动过程中所受阻力仅与速率有关与速率有关,重力加速度为重力加速度为g.现欲使该气球以同样速现欲使该气球以同样速率匀速上升率匀速上升,则需从气球吊篮中减少的质量为则需从气球吊篮中减少的质量为 ( )gFM( 2gFM2 gFM 2 A B C D0A匀速下降时,匀速下降时,)gFM(m 2kvFMg 匀速上升时,匀速上升时,Fkvg)mM( 解得解得解析:解析:考查牛顿运动定律。考查牛顿运动定律。设减少的质量为设减少的质量为m,复合场平衡复
13、合场平衡v1、分析思想:、分析思想:v带电粒子在复合场(重力场、电场、磁场)带电粒子在复合场(重力场、电场、磁场)中的运动问题,是力、电知识的综合应用问中的运动问题,是力、电知识的综合应用问题。其分析方法和力学问题的分析方法类似,题。其分析方法和力学问题的分析方法类似,不同之处是多了电场力和磁场力,因此要注不同之处是多了电场力和磁场力,因此要注意这两个力的特性在改变运动状态中所起的意这两个力的特性在改变运动状态中所起的作用。作用。v2、带电粒子在复合场中的运动情况:、带电粒子在复合场中的运动情况:v1)直线运动:)直线运动:v常见的情况有:常见的情况有:v洛伦兹力为零(即洛伦兹力为零(即V与与
14、B平行),重力与电场力平平行),重力与电场力平衡时,做匀速直线运动;合外力恒定时做匀变速直衡时,做匀速直线运动;合外力恒定时做匀变速直线运动。线运动。v洛伦兹力与洛伦兹力与V垂直,且与重力和电场力的合力垂直,且与重力和电场力的合力(或其中的一个力)平衡,做匀速直线运动。(或其中的一个力)平衡,做匀速直线运动。v2)圆周运动:)圆周运动:v当带电粒子所受到合外力充当向心力时,带电粒子当带电粒子所受到合外力充当向心力时,带电粒子做匀速圆周运动。此时一般情况下是重力恰好与电做匀速圆周运动。此时一般情况下是重力恰好与电场力平衡,洛伦兹力充当向心力。场力平衡,洛伦兹力充当向心力。v3)一般的曲线运动:)
15、一般的曲线运动:v当带电粒子所受的合力在大小、方向均不断变化时,当带电粒子所受的合力在大小、方向均不断变化时,则粒子将做非匀变速曲线运动。则粒子将做非匀变速曲线运动。3. 3.带电粒子在复合场中的运动带电粒子在复合场中的运动带电微粒在重力、电场力、磁场力共同作用下的带电微粒在重力、电场力、磁场力共同作用下的运动(电场、磁场均为匀强场)运动(电场、磁场均为匀强场)带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动带电微粒在三个场共同作用下做匀速圆周运动: 必然是电场力和重力平衡,而洛伦兹力充当向心力必然是电场力和重力平衡,而洛伦兹力充当向心力.带电微粒在三个场共同作用下做直线运动带电微粒在三个场共同作用下
16、做直线运动:重力和电场力是恒力,它们的合力也是恒力。重力和电场力是恒力,它们的合力也是恒力。当带电微粒的速度平行于磁场时,不受洛伦兹力,因当带电微粒的速度平行于磁场时,不受洛伦兹力,因此可能做匀速运动也可能做匀变速运动;此可能做匀速运动也可能做匀变速运动;当带电微粒的速度垂直于磁场时,一定做匀速运动。当带电微粒的速度垂直于磁场时,一定做匀速运动。与力学紧密结合的综合题,要认真分析受力情况和与力学紧密结合的综合题,要认真分析受力情况和运动情况(包括速度和加速度)。必要时加以讨论。运动情况(包括速度和加速度)。必要时加以讨论。v例例1、如图,上下不等宽的平行金属导轨的如图,上下不等宽的平行金属导轨
17、的EF和和GH两部分导轨间的距离为两部分导轨间的距离为2L,IJ和和MN两部分导轨间两部分导轨间的距离为的距离为L,导轨竖直放置,整个装置处于水平向,导轨竖直放置,整个装置处于水平向里的匀强磁场中,里的匀强磁场中, 金属杆金属杆ab和和cd的质量均为的质量均为m,都,都可在导轨上无摩擦地滑动,且与导轨接触良好,现可在导轨上无摩擦地滑动,且与导轨接触良好,现对金属杆对金属杆ab施加一个竖直向上的作用力施加一个竖直向上的作用力F,使其匀,使其匀速向上运动,此时速向上运动,此时cd处于静止状态,则处于静止状态,则F的大小为的大小为( )Amg B2mg C3mg D4mg FmgF安2FmgBILB
18、ILmgBv2.西安市重点中学西安市重点中学如图所示,匀强磁场沿水如图所示,匀强磁场沿水平方向,垂直纸面向里,磁感强度平方向,垂直纸面向里,磁感强度B=1T,匀,匀强电场方向水平向右,场强强电场方向水平向右,场强N/C。一带正电。一带正电的微粒质量的微粒质量m=210-6kg,电量,电量q=210-6C,在此空间恰好作直线运动,问:在此空间恰好作直线运动,问:v(1)带电微粒运动速度的大小和方向怎样?)带电微粒运动速度的大小和方向怎样?v(2)若微粒运动到)若微粒运动到P点的时刻,突然将磁场点的时刻,突然将磁场撤去,那么经多少时间微粒到达撤去,那么经多少时间微粒到达Q点?(设点?(设PQ连线与
19、电场方向平行)连线与电场方向平行)QPE解:(解:(1)由于微粒恰好作直线运动,所)由于微粒恰好作直线运动,所以合力为以合力为0。微粒受重力、电场力和洛仑。微粒受重力、电场力和洛仑兹力如图示兹力如图示 qEmgqvBvNqEF51032NmgG51023tanqEmg060Ncos/mgqvB5010460s/mv20方向与水平方向成方向与水平方向成60角斜向右上方角斜向右上方v(2)撤去磁场后,微粒在电场力和重力作用)撤去磁场后,微粒在电场力和重力作用下作类平抛运动(竖直方向作竖直上抛运动,下作类平抛运动(竖直方向作竖直上抛运动,水平方向作匀加速运动)经时间水平方向作匀加速运动)经时间t微粒
20、到达微粒到达Q点,则点,则y=002160200gttsinvyst32【例【例3 3】如图】如图3-13-1所示,在某个空间内有水平所示,在某个空间内有水平方向相互垂直的匀强磁场和匀强电场,电场方向相互垂直的匀强磁场和匀强电场,电场强度强度E=10E=103 3V/mV/m,又有一个质量,又有一个质量m=2m=21010-6-6kgkg、带电量带电量q=2q=21010-6-6C C的微粒,在这个空间做匀的微粒,在这个空间做匀速直线运动速直线运动. .假如在这个微粒经过某条电场假如在这个微粒经过某条电场线时突然撤去磁场,那么,当它再次经过同线时突然撤去磁场,那么,当它再次经过同一条电场线时,
21、微粒在电场线方向上移动了一条电场线时,微粒在电场线方向上移动了多大距离多大距离(g(g取取10m/s10m/s2 2) )图3-1【解析】微粒开始是在三种场叠加【解析】微粒开始是在三种场叠加的空间做匀速直线运动,由平衡条的空间做匀速直线运动,由平衡条件知重力、电场力和磁场力三力平件知重力、电场力和磁场力三力平衡,且三力方向应如图所示衡,且三力方向应如图所示. . 撤去磁场后,微粒所受重力、电撤去磁场后,微粒所受重力、电场力的合力为恒力,且与速度垂直,场力的合力为恒力,且与速度垂直,微粒做匀变速曲线运动,可分解为微粒做匀变速曲线运动,可分解为水平和坚直两方向的两个匀变速直水平和坚直两方向的两个匀
22、变速直线运动如图所示线运动如图所示 微粒在电、磁场中做匀速直线运动时,三力应微粒在电、磁场中做匀速直线运动时,三力应满足如图满足如图3-23-2所示关系,得所示关系,得tantan = =qE/mg=qE/mg= , f= f= ,f=qvBf=qvB,解之得,解之得v=2m/s.v=2m/s.撤撤去磁场后,将微粒运动分解为水平、竖直两方向去磁场后,将微粒运动分解为水平、竖直两方向的匀变速直线运动,水平方向只受电场力的匀变速直线运动,水平方向只受电场力qEqE,初,初速度速度v vx x,竖直方向只受重力,竖直方向只受重力mgmg,初速度,初速度v vy y,如图,如图3-33-3所示,微粒回
23、到同一条电场线的时间所示,微粒回到同一条电场线的时间t=2vt=2vy y/g=2vsin(/g=2vsin( /3)/g= /5s.则微粒在电场线方向移动距离则微粒在电场线方向移动距离: : s=33a22)()(mgqE3mtmqEvtmqEtvx534213cos212207年年1月海淀区期末练习月海淀区期末练习154如图所示,两块带电金属板如图所示,两块带电金属板a、b水平正对放置,水平正对放置,在板间形成匀强电场,电场方向竖直向上。板间同在板间形成匀强电场,电场方向竖直向上。板间同时存在与电场正交的匀强磁场,假设电场、磁场只时存在与电场正交的匀强磁场,假设电场、磁场只存在于两板间的空
24、间区域。一束电子以一定的初速存在于两板间的空间区域。一束电子以一定的初速度度vo从两板的左端中央,沿垂直于电场、磁场的方从两板的左端中央,沿垂直于电场、磁场的方向射入场中,无偏转的通过场区。向射入场中,无偏转的通过场区。已知板长已知板长l=10.0cm,两板间距,两板间距d=3.0cm,两板间电,两板间电势差势差U=150V,v0=2.010-7m/s。电子所带电荷量与。电子所带电荷量与其质量之比其质量之比e/m=1.761011C/kg,电子电荷量,电子电荷量e=1.6010-19C,不计电子所受,不计电子所受重力和电子之间的相互作用力。重力和电子之间的相互作用力。ldeabv0 (1)电子进入正交的电、磁场不发生偏转,)电子进入正交的电、磁场不发生偏转,受力平衡,即受力平衡,即 所以所以(1)求磁感应强度)求磁感应强度B的大小;的大小;(2)若撤去磁场,求电子离开电场时偏离入射方)若撤去磁场,求电子离开电场时偏离入射方向的距离向的距离y ; (3)若撤去磁场,求电子穿过电场的整个过程中)若撤去磁场,求电子穿过电场的整个过程中动能的增加量动能的增加量Ek。解解:d/UeBveo T10524 .dvUBo(2)电子在电场中运动的加速度大小)电子在电场中运动的加速度大小mdeUa 运动时间运动时间vlt 所以电子离开电场时偏转的距离所以电子离开电场时偏转的距离m1
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