教科版高中物理必修第一册第3章相互作用整合课件

本

章

整

合第三章内容索引0102知识网络·系统构建重点题型·归纳剖析知识网络·系统构建重点题型·归纳剖析一对杆、绳弹力的进一步分析1.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。2.绳的弹力(1)“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。(2)“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。【例题1】

如图(a)所示,轻绳AD跨过固定的水平横梁BC右端的轴光滑的定滑轮挂住一个质量为m1的物体,∠ACB=30°;图(b)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:(a)(b)(1)轻绳AC段的拉力TAC与细绳EG的拉力TEG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(a)和(b)中的两个物体都处于平衡状态,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(c)和(d)所示,根据平衡规律可求解。(c)(d)(1)图(c)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TAC=TCD=m1g图(d)中由TEGsin30°=m2g,得TEG=2m2g(2)图(c)中,三个力之间的夹角都为120°,根据平衡规律有NC=TAC=m1g,方向和水平方向成30°,指向右上方。(3)图(d)中,根据平衡方程有TEGcos30°=N【变式训练1】下图所示为三种形式的吊车示意图,OA为重力不计的杆,其O端固定,A端带有一轴光滑的小滑轮,AB为重力不计的缆绳。当它们吊起相同重物时,缆绳对滑轮作用力的大小关系是(

)(a)(b)(c)A.Na>Nb>Nc

B.Na>Nb=NcC.Na=Nb>Nc

D.Na=Nb=Nc答案:B解析:分别对三种形式的滑轮进行受力分析,设绳子的作用力分别为Na、Nb、Nc,各图中绳子拉力均为mg。在图(a)中,Na=2mgcos30°=在图(b)中,Nb=2mgcos60°=mg在图(c)中,Nc=2mgcos60°=mg可知Na>Nb=Nc,故B正确,A、C、D错误。(a)(b)(c)二摩擦力的“突变”问题摩擦力突变的常见情况

【例题2】

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f随t的变化关系是图中的哪一个(

)答案:B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N=kt。当F比较小时,物体受到的摩擦力f小于物体的重力G,物体将沿墙壁下滑,此时物体受到的摩擦力为滑动摩擦力。由f=μN得,滑动摩擦力f=μkt。当摩擦力f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。【变式训练2】如图所示,质量为1kg的物块在水平地面上以6m/s的初速度向右滑行,物块与地面间的动摩擦因μ=0.2;从t=0时刻开始,物块受到一水平向左的恒力F=1N的作用,以大小为3m/s2的加速度做匀减速运动。则反映物块所受摩擦力f随时间t变化的图像是(取向右为正方向,g取10m/s2)(

)答案:A解析:从t=0开始物块以一定初速度6

m/s向右滑行时,物块受到水平向左的滑动摩擦力,由公式f=μN得摩擦力为f1=-μN=-μmg=-0.2×1×10=-2

N。物体的最大静摩擦力f静max≤μmg=0.2×1×10=2

N,由于F<f静max,所以当物体的速度减小到零时,物体将停止运动,受到水平向右的静摩擦力。由平衡条件得,物体受到的静摩擦力为f2=F=1

N,故A正确,B、C、D错误。三物体的受力分析1.受力分析的方法:整体法与隔离法

2.受力分析时需要注意的问题(1)只分析所受的力在进行受力分析时,一定要注意,我们分析的是物体“受到”的力,而不是物体对外施加的力,也不要把作用在其他物体上的力,错误地认为通过“力的传递”而作用在研究对象上。(2)只分析外力对几个物体的整体进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内力,不能在受力图中出现;当把某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成了外力,要画在受力分析图上。(3)合力与分力进行受力分析时,同一物体受到的合力与分力是“等效替代”的关系,不能同时出现。(4)力与物体的运动状态分析物体受力时,要注意物体所处的状态,物体所处的状态不同,其受力情况一般也不相同。如:放在水平传送带上的物体随传送带一起运动时,若传送带加速运动,物体受到的摩擦力向前;若传送带减速运动,物体受到的摩擦力向后;若传送带匀速运动,物体不受摩擦力作用。【例题3】如图所示,斜面体放在水平地面上,A、B两个长方体物块叠放在斜面上,用跨过轴光滑的定滑轮的细绳将物块B与物块C连接,滑轮左侧细绳与斜面平行,斜面体和各物体均静止,各接触面均粗糙。下列说法正确的是(

)A.物块B与斜面体间一定有摩擦力B.斜面体与水平地面间无摩擦力C.斜面体对物块B的摩擦力大小可能等于物块C的重力D.物块A对物块B的摩擦力方向一定沿接触面向上答案:BC解析:设A、B、C的质量分别为mA、mB、mC,斜面倾角为θ。若mCg=(mA+mB)gsinθ,A、B相对于斜面没有运动趋势,不受到斜面的摩擦力,故A错误;以整体为研究对象,由于整体不受外力,故整体水平方向没有运动趋势,不受地面的摩擦力,故B正确;若(mA+mB)gsinθ=2mCg,斜面体对物块B的摩擦力大小方向沿斜面向上,大小等于物块C的重力,故C正确;物块B对A的摩擦力方向沿接触面向上,则物块A对物块B的摩擦力方向一定沿接触面向下,故D错误。【变式训练3】

如图所示,竖直放置的轻弹簧一端固定在地面上,另一端与斜面体P连接,P的斜面与固定挡板MN接触且处于静止状态,则斜面体P此刻所受的外力的个数(

)A.P可能受到三个力B.P不是受到两个力,就是受到四个力C.P可能受到一个力D.P一定受到两个力答案:B解析:(1)如果弹力N=G,物体受力可以平衡,故P可能受2个力的作用。如图所示:(2)如果弹力N<G,P不可能平衡。(3)如果弹力N>G,物体会受到挡板MN的弹力F和摩擦力f,受力分析如图:

故P可能受4个力的作用。综上所述,P可能的受力个数是2个或4个,故B正确,A、C、D错误。四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。(4)常见的临界状态

2.极值问题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三种方法:【例题4】

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:设绳AB弹力为F1,绳AC弹力为F2,A的受力情况如图,由平衡条件得Fsinθ+F1sinθ-mg=0Fcosθ-F2-F1cosθ=0【变式训练4】如图所示,一根轻绳跨过轴光滑的定滑轮,连接着质量分别为m'和m的两个物体,滑轮左侧的绳和斜面平行,两物体都保持静止不动。已知斜面倾角为37°(sin37°=0.6,cos37°=0.8),质量为m'的物体和静止斜面间的动摩擦因数为0.125,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力。则m'与m的比值范围是(

)答案:A解析:依题意,对质量为m的物体受力分析,根据平衡条件,绳子的拉力