高考物理总复习第二章相互作用力章末核心素养提升

一、物理建模能力的培养1．轻杆、轻绳和轻弹簧的模型(1)轻杆、轻绳、轻弹簧都是忽略质量的理想化模型。(2)分析轻杆上的弹力时必须结合物体的运动状态。(3)讨论轻弹簧上的弹力时应明确弹簧处于伸长还是压缩状态。【例1(2021·山东泰安市检测)如图1所示，两质量均为m的小球a、b固定在轻杆两端，用等长的细线悬挂在O点，整个系统静止时，细线和轻杆构成正三角形。用力F缓慢拉动小球b，保持两细线张紧，最终使连接a球的细线竖直。重力加速度大小为g。则连接a球的细线竖直时，力F的最小值是()图1A.eq\f(1,2)mg B.eq\f(\r(3),2)mgC．mg D.eq\r(3)mg解析受力分析如图，轻杆对a的作用力只能沿杆方向，因为连接a球的细线竖直，所以为了保持a受力平衡，杆对a无作用力，则杆对b也无作用力，对b受力分析有Fmin＝mgsin60°＝eq\f(\r(3),2)mg，B项正确。答案B【例2(2021·江苏昆山市适应性检测)如图2所示，放在粗糙的固定斜面上的物块A和悬挂的物体B均处于静止状态。轻绳AO绕过光滑的定滑轮与轻弹簧的右端及轻绳BO的上端连接于O点，轻弹簧中轴线沿水平方向，轻绳的OC段与竖直方向的夹角θ＝53°，斜面倾角α＝37°，物块A和B的质量分别为mA＝5kg，mB＝1.5kg，弹簧的劲度系数k＝500N/m(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，重力加速度g＝10m/s2)，求：图2(1)弹簧的伸长量x；(2)物块A受到的摩擦力。解析(1)对结点O受力分析如图甲所示。甲乙根据平衡条件，有FTcosθ－mBg＝0，FTsinθ－F＝0，且F＝kx，解得x＝4cm。(2)设物体A所受摩擦力沿斜面向下，对物体A受力分析如图乙所示。根据平衡条件，有FT－Ff－mAgsinα＝0解得Ff＝－5N即物体A所受摩擦力大小为5N，方向沿斜面向上。答案(1)4cm(2)5N，方向沿斜面向上2．轻绳套轻环的动态平衡模型图3如图3所示，绳上套的是光滑轻环，作用在绳上形成“活结”，此时绳上的拉力处处相等，平衡时与水平面所成夹角相等，即α＝β。当动点P移至P′时，绳长保持不变，夹角α＝β也保持不变，Q移至Q′，这与绳“死结”模型截然不同。此类问题破题关键有两点：(1)不计轻环与绳间的摩擦时，左右两段绳中张力相等，左右两段绳与竖直方向的夹角也相等。(2)绳总长度不变时，sinθ＝eq\f(d,l)，绳中张力和绳与竖直方向的夹角θ随两悬点水平距离d的变化而变化。【例3如图4所示为建筑工地一个小型起重机起吊重物的示意图。一根轻绳跨过光滑的动滑轮，轻绳的一端系在位置A处，动滑轮的下端挂上重物，轻绳的另一端挂在起重机的吊钩C处，起吊重物前，重物处于静止状态。起吊重物过程是这样的：先让吊钩从位置C竖直向上缓慢地移动到位置B，然后再让吊钩从位置B水平向右缓慢地移动到D，最后把重物卸在某一个位置。则关于轻绳上的拉力大小变化情况，下列说法正确的是()图4A．吊钩从C向B移动过程中，轻绳上的拉力不变B．吊钩从B向D移动过程中，轻绳上的拉力变小C．吊钩从C向B移动过程中，轻绳上的拉力变大D．吊钩从B向D移动过程中，轻绳上的拉力不变解析由C到B时，两绳夹角不变，由滑轮受力平衡知，绳子拉力不变，由B到D时，两绳夹角θ增大，由滑轮受力平衡得2FTcoseq\f(θ,2)＝mg，绳子拉力变大，故A正确。答案A【例4(2021·四川德阳市诊断)如图5所示，一轻质细绳一端固定于竖直墙壁上的O点，另一端跨过光滑且大小可忽略的定滑轮P悬挂物块B，OP段的绳子水平，长度为L。现将一带光滑挂钩的物块A挂到OP段的绳子上，当A、B物块平衡时，物块B上升的高度为L。则A、B的质量之比为()图5A.eq\r(3) B．2C.eq\f(\r(3),3) D．1解析对挂钩处进行力的分析如图所示，对B进行力的分析可得绳子拉力FT＝mBg对A有2FTcosθ＝mAg，由几何关系可知，B上升的高度为2(eq\f(\f(L,2),sinθ)－eq\f(L,2))＝L，解得θ＝30°，eq\f(mA,mB)=eq\r(3)。答案A二、科学思维能力的培养“整体法”和“隔离法”处理连接体平衡问题整体法隔离法概念将处于平衡状态或加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法将单个物体作为研究对象与周围物体分隔开来分析的方法选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度研究系统内物体之间的相互作用力注意事项①受力分析时不要再考虑系统内部物体间的相互作用；②整体法和隔离法有时需要交叉使用一般隔离受力较少的物体【例5(多选)(2021·武汉5月联考)用三根轻质细线a、b、c将质量相同的两个小球1和2悬挂，当两小球静止时，细线a与竖直方向的夹角为30°，细线c水平，如图6所示。保持小球1、2位置不变，将细线c逆时针缓慢转过60°的过程中()图6A．细线b上的张力逐渐减小B．细线b上的张力先减小后增大C．细线c上的张力逐渐减小D．细线c上的张力先减小后增大解析对两小球整体受力分析，其受重力2mg、a线的拉力Ta、c线的拉力Tc，将三力平移构成一矢量三角形，如图甲所示，细线c逆时针缓慢转过60°的过程中，细线c上的张力先减