2027届高三物理一轮复习课件：第二章　相互作用_含解析

这是一份2027届高三物理一轮复习课件：第二章　相互作用_含解析，共102页。
目 录 CONTENTS
第1节 重力　弹力　摩擦力
一、重力1.产生:由于地球的吸引而使物体受到的力。点拨提醒　重力不是物体受到的万有引力。2.公式:G=mg。海拔越高g越小;纬度越高g越大。3.方向:竖直向下。
4.重心:物体的各部分都受到重力的作用,从效果上看,可以认为各部分受到的重力作用集中于一点,这一点叫作重心。点拨提醒(1)重心位置不一定在物体上。(2)用“悬挂法”确定不规则薄板形物体的重心。
二、弹力1.定义:发生形变的物体,要恢复原状,对与它接触的物体会产生力的作用。2.产生的条件(1)物体间直接接触;(2)接触处发生弹性形变。3.方向:总是与施力物体形变的方向相反。4.常见模型中的弹力方向
5.弹力有无的判断方法
典例1    (2025届湖南岳阳云溪月考)如图所示为仰韶文化时期的一款尖底瓶,该瓶装水后“虚则欹、中则正、满则覆”,下面有关瓶(包括瓶中的水)的说法正确的是(         ) A.瓶所受重力就是地球对瓶的吸引力B.瓶所受重力的作用线一定可以与两条绳子的延长线交于同一点C.重力只作用在瓶的重心上D.装入瓶中的水越多,瓶的重心一定越高
解析　　瓶所受重力是地球对瓶的吸引力的一个分力,A错误。根据三力平衡汇交定理【点拨:物体受三个不平行且共面的力作用而平衡时,三力的作用线必共点】,瓶所受重力的作用线一定可以与两条绳子的延长线交于同一点,B正确。重心是重力的等效作用点,重力作用在瓶的各个部分,C错误。瓶本身的重心位置不变,将水装入瓶中,随着水量的增加,瓶与水整体的重心可能先降低后逐渐升高,D错误。
典例2    (2025届河北部分学校考评三)如图甲所示,粗细、长短均不同的两个轻弹簧1、2竖直固定在水平面上的同一点,细弹簧2嵌套在粗弹簧1内部,弹簧1的自由端有一质量为m的木板,此时木板到地面的距离为d。竖直向下的力F作用在木板上,缓慢压缩弹簧,力F的大小与木板的位移x的关系如图乙所示。已知重力加速度为g,两个弹簧始终处于弹性限度内。下列说法正确的是 (         ) 　     
A.弹簧1的原长为dB.弹簧2的原长为d+ -aC.弹簧1的劲度系数为 D.弹簧2的劲度系数为 - 
解析　　开始时弹簧1的压缩量为 (k1为弹簧1的劲度系数),则弹簧1的原长为 +d,A错误。木板下降a后与弹簧2接触,可知弹簧2的原长为d-a,B错误。由题图乙可知F1=k1a,F2-F1=(k1+k2)(b-a),解得弹簧1的劲度系数为k1= 、弹簧2的劲度系数为k2= - ,C错误,D正确。
提分关键·模型突破弹簧串联和并联时等效劲度系数的计算串联: = + +…+ (串联后,弹簧的等效劲度系数更小)。并联:k总=k1+k2+…+kn(并联后,弹簧的等效劲度系数更大)。
·········· 教考衔接 ··········
典例3    (人教版必修一P71,T4改编)如图1所示,质量分别为m和M的两粗糙长方体木块A、B叠在一起,放在水平桌面上。A、B之间的动摩擦因数为μ1,B与桌面之间的动摩擦因数为μ2。B木块受到一个水平方向的拉力F,在拉力F的作用下,A、B一起向右做匀速直线运动。重力加速度为g。问:(1)(回归教材)A、B之间的摩擦力有多大?B受到的拉力F又是多大? (2)(情境变式)如图2所示,若拉力F作用在木块A上,已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,若木块B能相对桌面滑动,μ1、μ2、m、M应满足什么关系?
(3)(拓展变式)撤去拉力F,将木块B一端缓慢抬起,使其与桌面成一定角度,将其固定(可看作斜面),如图3所示,已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,木块B与水平桌面的夹角为θ。
①求μ1>tan θ、μ1=tan θ及μ1 μ2    (3)见解析    (4)C
解析(1)由于A、B均做匀速直线运动,故A、B所受的合力均为0,对A、B分别受力分析,如图1、图2所示,可知A不受摩擦力,故A、B之间摩擦力为0B与桌面之间有滑动摩擦力,故B受的摩擦力f=μ2FN=μ2(m+M)g,根据平衡条件可知拉力F=f=μ2(m+M)g。 　     　     
(2)对B受力分析,如图3所示若要B能相对桌面滑动,则由受力分析有f1>f,所以有f1m>fm,即μ1mg>μ2(m+M)g,解得μ1> μ2。(3)①假设木块A相对木块B静止,对木块A受力分析可知Ff=mg sin θ,由题意可知,木块A相对木块B的最大静摩擦力为Ffm=μ1mg cs θ。当μ1>tan θ时,有Ff )。现调整N端位置,将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角α不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中 (         )A.MN上的张力逐渐增大B.MN上的张力先增大后减小C.OM上的张力逐渐增大D.OM上的张力先增大后减小
解析　    解法一    辅助圆法以重物为研究对象分析其受力情况,受重力mg、MN绳的拉力F1、OM绳的拉力F2,由题意知,三个力的合力始终为零,矢量三角形如图所示,F1、F2的夹角不变,在F2转至水平的过程中,矢量三角形在同一外接圆上,由图可知,F1逐渐增大,F2先增大后减小,A、D正确,B、C错误。 
解法二    正弦定理法根据正弦定理有 = = ,mg与sin θ3保持不变,sin θ1变大,则F1变大,sin θ2先增大后减小,则F2先增大后减小,A、D正确。 
提分关键·归纳总结利用正弦定理法解决动态平衡问题的思路(1)先受力分析,判断物体受力情况。(2)作出辅助线构建力的矢量三角形。(3)分析题目给出的信息,根据正弦定理确定边角关系,再根据角和边的变化情况判断力的大小变化情况。
题型2　平衡中的临界、极值问题1.临界问题当某物理量变化时,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”,在问题的描述中常用“刚好”“恰能”“恰好”等。2.临界问题常见的几种情况(1)由静止到运动,摩擦力达到最大静摩擦力。(2)绳子恰好绷紧,拉力F=0。(3)刚好离开接触面,支持力FN=0。
3.极值问题平衡中的极值问题,一般是指在力的变化过程中的最大值和最小值的问题。4.解决平衡中极值问题的常用方法(1)物理分析法根据平衡条件,作出力的矢量图,通过对物理过程的分析,利用平行四边形定则或三角形定则进行动态分析,确定最大值或最小值。(2)数学分析法通过对问题的分析,根据物体的平衡条件列出物理量之间的函数关系,用数学方法求极值(如二次函数求极值、三角函数求极值等)。
(3)极限分析法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;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,要把某个物理量推向极端,即极大或极小。
A.m=1 kg,θ1= B.当θ1=θ2时,细绳OB的拉力F2=10 NC.缓慢顺时针旋转过程中,细绳OB的拉力F2的最小值为5 ND.缓慢顺时针旋转过程中,细绳OB的拉力F2会一直变大
典例5　如图甲所示,用两根细绳连接一质量为m的小球,让小球始终处于静止状态,细绳OA与竖直方向的夹角为θ1,且保持不变,拉力用F1表示。细绳OB从竖直位置缓慢顺时针旋转,细绳OB的拉力F2和OB与竖直方向的夹角θ2的关系如图乙,g取10m/s2,下列说法正确的是 (         )
解析　　当θ2=0,细绳OA的拉力F1为0,由题图乙可知,F2=mg=10 N,m=1 kg;当θ2= 时,拉力F2最小,对小球受力分析,如图所示,缓慢顺时针旋转过程中,细绳OB的拉力F2先减小后增大,当F1和F2垂直时,拉力F2最小,可得θ1= ,则细绳OB拉力F2的最小值为F2min=mg sin θ1=5 N,C正确,A、D错误。当θ1=θ2= 时,F1=F2,根据平衡条件可得2F2 cs θ1=mg,可得此时细绳OB的拉力为F2=  N,B错误。 
典例6　如图所示,质量为M的木楔倾角为θ,在水平面上保持静止,当将一质量为m的木块放在木楔斜面上时,它正好匀速下滑。如果用与木楔斜面成α角的力F拉着木块,木块能匀速上升,已知木楔在整个过程中始终静止,重力加速度为g。求:当α为多大时,F有最小值,及F的最小值。
答案θ    mg sin 2θ
解析解法一　木块在木楔斜面上匀速向下运动时,有mg sin θ=μmg cs θ,解得μ=tan θ,施加外力后,对木块受力分析如图1所示,设FN和Ff的合力为F合,将木块所受的四个力转化为mg、F合和F三个力,可得当F与F合垂直时F最小,则tan α= ,由于Ff=μFN,可得tan α=μ,又tan θ=μ,可得α=θ【点拨:F合与FN的夹角一直等于θ,θ称为摩擦角】、F=mg sin(θ+α)=mg sin 2θ。
解法二　对木块受力分析,木块在木楔斜面上匀速向下运动时,有mg sin θ=μmg cs θ,解得μ=tan θ,木块在拉力F的作用下沿斜面向上匀速运动,有F cs α=mg sin θ+Ff,F sin α+FN=mg cs θ,又Ff=μFN,解得F= = = ,则当α=θ时,F有最小值【点拨:θ为定值,当cs(θ-α)有最大值时,F有最小值】,为Fmin=mg sin 2θ。
实验2 探究弹簧弹力与形变量的关系
一、实验原理和装置图 在弹簧下端悬挂钩码,平衡时记下弹簧的总长度和钩码重力。改变钩码的个数,重复上述实验过程,将数据填入表格,分析弹力大小与弹簧的形变量之间的关系。
二、操作要领及注意事项1.如何控制钩码质量:所挂钩码不要过重,以免弹簧被过度拉伸,超出弹簧的弹性限度。2.如何测量弹簧的原长:考虑弹簧自身受重力的影响,实验时要将弹簧竖直悬挂测量原长,不可以将弹簧放置在水平桌面上测量原长。3.如何测量弹簧的长度:一定要在弹簧竖直悬挂且处于稳定状态时测量弹簧的长度,刻度尺要保持竖直并靠近弹簧,以免增大读数误差。4.如何作图:坐标轴标度要适中,单位要标注。(横坐标x是指形变量,不是长度)描点画线时,所描的点不一定都落在一条直线上,但应注意一定要使各点均匀分布在直线的两侧。
四、误差分析1.钩码标值不准确、弹簧长度测量不准确及画图时描点连线不准确等都会引起实验误差。
2.悬挂钩码数量过多,导致弹簧的形变过大,超出其弹性限度,不再符合胡克定律(F=kx),故图像发生弯曲,如图甲所示。
3.水平放置弹簧测量其原长,由于弹簧有自重,将其悬挂起来后会有一定的伸长量,故图像横轴截距不为0,如图乙所示。
五、改进方案方案一　横向测量 弹簧水平放置,消除弹簧自身重力对原长测量的影响,减小测量误差。
方案二　实验仪器的改进
实验3 探究两个互成角度的力的合成规律
一、实验原理及装置图互成角度的两个力F1和F2共同作用的效果与一个力F'单独作用的效果相同。若用平行四边形定则将F1和F2合成后的力F与F'相差不大,则说明力的平行四边形定则成立。      
二、操作步骤1.等效:同一次实验中两次把橡皮条拉长后的结点(小圆环)所处的位置O点必须保持不变。2.拉力:沿弹簧测力计轴线方向拉(与板面平行),两分力F1、F2的夹角不要太大或太小。3.记录:记下每次各力的大小和方向,标记方向的点离O点尽量远些。4.作图:按力的图示的要求作出平行四边形。注意同一标度。
三、数据处理1.用铅笔和刻度尺从O点沿两个细绳套方向画直线,按选定的标度作出这两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示,作平行四边形,过O点画对角线,即合力F的图示。2.用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一个弹簧测力计时拉力F'的图示。
四、注意事项1.使用弹簧测力计前,要先调整指针使其指在零刻度线处,再将两个弹簧测力计的挂钩钩在一起,向相反方向拉,示数相同方可使用。2.长度合适:实验中的两个细绳套不能太短。3.位置不变:在同一次实验中,橡皮条拉长时结点到达的位置一定要相同。4.角度合适:用两个弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮条时,其夹角不宜太小,也不宜太大,以60°~120°为宜。5.同一平面:在用力拉弹簧测力计时,拉力应沿弹簧测力计的轴线方向。弹簧测力计中弹簧轴线、橡皮条、细绳套应该位于与纸面平行的同一平面内。6.统一标度:画力的图示选定的标度要相同,要恰当选定标度,使力的图示稍大一些。
五、误差分析1.弹簧测力计使用前没调零会造成误差。2.使用中,弹簧测力计的弹簧和外壳之间或指针和外壳之间有摩擦存在会造成误差。3.两次测量拉力时,橡皮条的结点没有拉到同一点会造成误差。4.读数时眼睛一定要正视,要按有效数字的保留规则正确读数和记录,否则会造成误差。5.在应用平行四边形定则作图时,F1、F2及F作图不准确造成误差。