2019版高考物理总复习 专题二 相互作用课件.ppt

专题二相互作用 高考帮 物理 专题二相互作用 考情精解读 A 考点帮 知识全通关 目录CONTENTS 考纲要求 命题规律 命题分析预测 考点1常见的几种力 考点2力的合成与分解 考点3共点力平衡问题 考点4实验 探究弹力和弹簧伸长的关系 考点5实验 验证力的平行四边形定则 方法1物体的受力分析方法 方法2力的合成和分解的应用方法 方法3共点力平衡问题的求解方法 方法4探究弹力和弹簧伸长关系的实验数据的处理方法 方法5验证力的平行四边形定则的实验方法 B 方法帮 题型全突破 C 考法帮 考向全扫描 考向1重力 弹力 摩擦力及物体受力分析的考查 考向2力的合成与分解的应用 考向3共点力平衡问题的考查 考向4考查实验验证 力的平行四边形定则 物理专题二 相互作用 考情精解读 考纲要求命题规律命题分析预测 物理专题二 相互作用 1 滑动摩擦力 动摩擦因数 静摩擦力 2 形变 弹性 胡克定律 3 矢量和标量 4 力的合成和分解 5 共点力的平衡 6 实验 探究弹力和弹簧伸长的关系7 实验 验证力的平行四边形定则 考纲要求 命题规律 1 高考命题主要涉及对重力 弹力 摩擦力的理解和应用 对物体的受力分析 共点力平衡等内容 2 试题联系实际 特别是平衡状态下的极值 临界及动态平衡问题 往往对能力要求较高 命题分析预测 A 考点帮 知识全通关 考点1常见的几种力考点2力的合成与分解考点3共点力平衡问题考点4实验 探究弹力和弹簧伸长的关系考点5实验 验证力的平行四边形定则 物理专题二 相互作用 重力 弹力 摩擦力是力学中最基本而又最常见的性质力 也是历年高考命题的重要考点 主要考查对重力 弹力和摩擦力的理解及应用 复习备考时要特别注意明确以下几点 1 弹力有无的判断方法 考点1常见的几种力 2 弹力方向的判断方法 1 弹力的方向与施力物体形变的方向相反 弹力作用在迫使物体发生形变的那个物体上 2 由物体的运动状态判断弹力的方向物体的受力情况必须与物体的运动状态相符合 可根据物体的运动状态 先假设一个弹力的方向 由共点力的平衡条件或牛顿第二定律列方程 求出弹力 若所得结果为正值 其方向与假设方向相同 若为负值 其方向与假设方向相反 物理专题二 相互作用 3 静摩擦力的有无及方向的判断方法 物理专题二 相互作用 1 力的合成和力的分解互为逆运算 都遵循平行四边形定则 用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形 那么 这两个邻边之间的对角线就表示合力F的大小和方向 如图所示 显然把图1中的F2平移就得到图2中力的三角形 力的三角形是由力的平行四边形简化而来的 本质相同 但在解决某些问题时运用起来更简便 考点2力的合成和分解 图1图2 物理专题二 相互作用 物理专题二 相互作用 物理专题二 相互作用 3 力的分解原则及特例分析力的分解原则 通常按照力产生的实际效果分解或正交分解 有时也按照题设条件 解题实际需要分解 下面是几种将重力按效果分解的情况 物理专题二 相互作用 物理专题二 相互作用 考点3共点力平衡问题 高考对共点力平衡问题的考查几乎年年都有 题型有选择题也有计算题 要求掌握物体的受力分析 合成与分解 力的正交分解等方法 特别是涉及临界 极值及动态平衡等问题 对能力要求较高 分析求解共点力平衡问题时首先应掌握如下内容 特别提醒理解平衡条件时常有同学误认为 物体速度为零时 物体就一定处于平衡状态 事实上物体的瞬时速度为零时 其合外力并不一定为零 例如 做竖直上抛运动的物体到达最高点时 速度为零 但合外力不为零 不能保持静止状态 物理专题二 相互作用 考点4实验 探究弹力和弹簧伸长的关系 探究弹力和弹簧伸长的关系实验 在近年高考试题中频频出现 主要考查实验过程 数据的处理及创新实验方法等 分析和求解问题时要注意明确如下的 一个关系 两类图线 三个不要 四个注意事项 1 实验原理的 一个关系 如图所示 弹簧在下端悬挂钩码时会伸长 平衡时弹簧产生的弹力与所挂钩码的重力大小相等 通过计算钩码的重力并根据二力平衡关系 即可得出弹簧产生的弹力 从而探究弹力和弹簧伸长的关系 2 实验数据处理的 两类图线 根据测量数据 画出弹力F与弹簧伸长量x的关系图线 或弹力F与弹簧长度l的关系图线 F x图线和F l图线的斜率等于弹簧的劲度系数 但图线的形状特征是不同的 实验时根据钩码质量与弹簧伸长量的关系作出图线 或根据钩码质量与弹簧长度的关系作出图线 由相关物理量求出弹簧的劲度系数和原长 3 实验过程中的 三个不要 1 实验过程中 拉力不要超过弹簧的弹性限度 2 测量弹簧长度时 不要用手拉弹簧 在弹簧自然竖直状态下测量 3 画F l图线时 不要画成折线 物理专题二 相互作用 4 实验的 四个注意事项 1 只知道弹力大小时 要注意弹簧可能被压缩也可能被拉伸 弹簧对应的长度有两个值 2 安装装置时 要保持刻度尺竖直并靠近弹簧 3 为了减小误差 要尽量多测几组数据取平均值 4 在处理实验数据时 要以弹簧弹力为纵轴 以弹簧伸长量 或弹簧长度 为横轴画出坐标轴 然后描点连线 根据图线得出结论 物理专题二 相互作用 考点5实验 验证力的平行四边形定则 验证力的平行四边形定则实验 是近年高考命题的热点内容 主要考查实验原理及方法 弹簧测力计的读数 误差分析等综合实验内容 分析求解本实验问题时 必须把握好如下几点 1 理解实验原理本实验采用的方法是等效替代法 即一个力产生的作用效果与两个力共同作用产生的效果相同 实验原理如图所示 比较F和F 的大小和方向是否相同 从而验证结论 2 掌握实验方法 1 同一实验中 选用的两只弹簧测力计的规格要尽量相同 可将两测力计调零后互钩对拉来检验 2 在同一次实验中 橡皮筋拉长后 结点O的位置必须保持不变 3 用两只弹簧测力计钩住细绳套互成角度地拉橡皮筋时 夹角不宜太大也不宜太小 在60 100 为宜 4 读数时应注意使弹簧测力计与木板平行 并使细绳套与弹簧测力计的轴线在同一条直线上 避免弹簧测力计的外壳与限位卡之间有摩擦 在合力不超过量程及橡皮筋弹性限度的前提下 拉力的数值应尽量大些 5 细绳套应适当长一些 便于确定力的方向 不要直接沿细绳套的方向画直线 应在细绳套末端用铅笔画一个点 去掉细绳套后 再将所标点与O点连接 即可确定力的方向 6 在同一次实验中 画力的图示时所选定的标度要相同 并且要恰当选取标度 使所作力的图示稍大一些 物理专题二 相互作用 3 知道误差来源本实验的误差来源很多 主要误差是读数误差和作图误差 减小这些误差 可以使作图更准确些 有利于得出实验结论 1 减小读数误差的方法 选择相同的弹簧测力计并进行调零 在弹簧测力计允许的情况下 数据尽量大一些 读数时眼睛一定要正视 要正确读数和记录 2 减小作图误差的方法 作图时两力的对边一定要平行 两个分力F1 F2间的夹角越大 用平行四边形作出的合力F的误差就越大 所以实验时不要把F1 F2间的夹角取得太大 一般在60 100 为宜 物理专题二 相互作用 B 方法帮 题型全突破 方法1物体的受力分析方法方法2力的合成和分解的应用方法方法3共点力平衡问题的求解方法方法4探究弹力和弹簧伸长关系的实验数据的处理方法方法5验证力的平行四边形定则的实验方法 物理专题二 相互作用 方法1物体的受力分析方法 方法解读 受力分析是正确处理力学问题的关键 对物体进行受力分析时应把握如下几点 1 只分析研究对象所受的力 不分析研究对象对其他物体所施的力 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 作用在所研究的对象上 2 只分析根据性质命名的力 不用分析根据效果命名的力 如动力 阻力 下滑力等 3 每分析一个力 都应找出施力物体 以防止多分析某些不存在的力 4 如果一个力的有无难以确定 可用假设法分析或转换研究对象分析 方法1物体的受力分析方法 5 物体的受力情况会随运动状态的改变而改变 必要时要根据学过的知识通过计算确定 6 合力与分力不同时分析 合力和分力不能同时作为物体所受的力 只分析实际存在的力 不分析它们的合力或分力 7 受力分析需严谨 外部作用看整体 互相作用要隔离 找施力物体防 添力 按顺序分析防 漏力 题型1弹力的分析与计算考法示例1 多选 如图所示 两个完全相同的轻弹簧a b 一端固定在水平面上 另一端均与质量为m的小球相连接 轻杆c一端固定在天花板上 另一端与小球拴接 弹簧a b和轻杆互成120 角 且弹簧a b的弹力大小均为mg g为重力加速度 如果将轻杆突然撤去 则撤去瞬间小球的加速度大小为A 0B gC 1 5gD 2g 专题二 相互作用 物理专题二 相互作用 解析弹簧a b的弹力大小均为mg 当弹簧的弹力为拉力时 其合力方向竖直向下 大小为mg 轻杆对小球的拉力为2mg 将轻杆突然撤去时 小球受到的合力为2mg 此时加速度为2g 故选项D正确 当弹簧的弹力为压力时 其合力方向竖直向上 大小为mg 根据平衡条件 可知轻杆对小球的作用力为0 将轻杆突然撤去时 小球受到的合力为0 此时加速度为0 故选项A正确 B C错误 答案AD 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 特别提醒1 绳对物体只能产生拉力 不能产生推力 且弹力的方向一定沿着绳并指向绳收缩的方向 这是由绳本身的特点决定的 2 杆既可以产生拉力 也可以产生推力 弹力的方向可以沿杆 也可以不沿杆 这是杆和绳两种模型的最大区别 3 弹簧既可能处于压缩状态 也可能处于拉伸状态 无论处于哪种状态 只要是在弹性限度内 胡克定律都适用 如果题目中只告诉弹簧的形变量 或只告诉弹簧弹力的大小 而没有指出弹簧处于拉伸状态还是压缩状态 则要分情况进行讨论 另外弹簧秤所显示的弹力只能是伸长形变产生的 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 题型2摩擦力的分析与计算考法示例2如图所示 倾角为 的斜面体C置于水平地面上 一条细线一端与斜面上的物体B相连 另一端绕过质量不计的光滑定滑轮与物体A相连 定滑轮用另一条细线悬挂在天花板上的O点 细线与竖直方向成 角 A B C始终处于静止状态 下列说法正确的是A 若仅增大A的质量 B对C的摩擦力一定减小B 若仅增大A的质量 地面对C的摩擦力一定增大C 若仅增大B的质量 悬挂定滑轮的细线的拉力可能等于A的重力D 若仅将C向左缓慢移动一点 角将增大 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 解析对物体B进行受力分析 因不能确定mAg和mBgsin 的大小关系 故斜面体C对B的静摩擦力大小 方向无法确定 选项A错误 对B C整体受力分析 若仅增大A的质量 细线中拉力增大 根据平衡条件 地面对C向右的摩擦力一定增大 选项B正确 当悬挂定滑轮的细线的拉力等于mAg时 滑轮两侧细线的夹角等于120 若仅增大B的质量 不能改变悬挂定滑轮的细线的拉力 由于题述没有明确倾角 的数值 所以选项C错误 若仅将C向左缓慢移动一点 角将减小 选项D错误 答案B 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 关键能力1 摩擦力方向的判断静摩擦力 总是起着阻碍物体间相对运动趋势的作用 滑动摩擦力 总是阻碍物体间的相对运动 但不总是阻碍物体的运动 可能是动力 也可能是阻力 2 摩擦力大小的判断首先判断是静摩擦力还是滑动摩擦力 1 若已知相对运动的物体间的动摩擦因数 及正压力FN 滑动摩擦力Ff的大小可以根据公式Ff FN直接计算 2 由于受力或运动情况的不同 静摩擦力的大小具有不确定性和被动适应性 静摩擦力的大小会随着引起相对运动趋势的外力的变化而变化 在0 fmax范围内 静摩擦力的大小可根据二力平衡条件求得 它的大小总是与引起相对运动趋势的外力大小相等 当两物体一起做加速运动 具有加速度时 可用牛顿第二定律确定静摩擦力的大小 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 题型3整体法和隔离法的灵活应用考法示例3 多选 如图所示 两相同轻质硬杆OO1 OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O O1 O2转动 在O点悬挂一重物M 将两相同木块m紧压在竖直挡板上 此时整个系统保持静止 Ff表示木块与挡板间摩擦力的大小 FN表示木块与挡板间正压力的大小 若挡板间的距离稍许增大后 系统仍静止且O1 O2始终等高 则A Ff变小B Ff不变C FN变小D FN变大 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 素养提升整体法是以系统整体为研究对象进行受力分析的方法 一般用来研究不涉及系统内部某物体的力和运动 隔离法是将所确定的研究对象从周围物体中隔离出来进行受力分析的方法 一般用来研究系统内物体之间的作用及运动情况 对隔离法和整体法的选择 当研究系统 或连接体 内物体之间的作用及运动情况时 通常选择隔离法 不涉及系统内部某物体的力和运动时 通常选择整体法 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 方法2力的合成和分解的应用方法 方法解读 力的合成和分解是分析求解力学问题的基本方法 也是历年高考命题的热点 力的合成和分解互为逆运算 都遵循平行四边形定则 需要注意的是 1 合力与分力之间是一种等效替代的关系 几个分力共同作用的效果 可以用一个力 合力 作用的效果来代替 当然 合力作用的效果也可由几个分力共同作用来代替 但合力与分力不是同时作用在物体上的 在受力分析时一定要特别注意 2 在分析求解问题时 力的合成与分解法 正交分解法及三角形法等都是常见的解题方法 1 力的合成与分解法 一般用于求解三个力的平衡问题 可将其中一个力分解到另外两个力的方向上 根据该力的分力分别与另外两个力平衡来列方程求解分力的大小 方法1匀变速直线运动规律的应用方法 2 正交分解法 一般用于求解三个及三个以上的力的平衡问题 可将所有的力分解到两个正交的轴上 在这两个轴上分别列出平衡方程求解未知的力 3 矢量三角形法 一般用于求解三个力的共点力平衡问题 将三个力围成一个首尾相接的矢量三角形 用几何关系来解决力的大小问题 4 相似三角形法 一般用于求解三个力的共点力平衡问题 将三个力围成一个首尾相接的矢量三角形 该三角形与实际物体所处的几何三角形相似 用正弦定理或相似比来求解未知的力 方法2力的合成和分解的应用方法 题型4力的合成和分解问题的数理分析考法示例4已知两个共点力的合力为50N 分力F1的方向与合力F的方向成30 角 分力F2的大小为30N 则A F1的大小是唯一的B F2的方向是唯一的C F2有两个可能的方向D F2可取任意方向解析如图所示 因为F2 30N Fsin30 25N 以F的矢尖为圆心 以30N为半径画一个圆弧 与F1有两个交点 这样F2有两个可能的方向 F1有两个可能的大小 因此C正确 答案C 物理专题二 相互作用 方法提炼研究合力与分力的关系问题可转化为分析平行四边形或矢量三角形的边 角几何关系问题 关于合力与分力的讨论如下 1 F2 Fsin 时 无解 2 F2 Fsin 时 唯一解 3 Fsin F2 F时 两解 4 F2 F时 唯一解 物理专题二 相互作用 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 特别提醒正交分解法是解决平衡问题或动力学问题常用的方法之一 特别是处理物体受多个互成角度的共点力作用的情况 其应用的关键是合理选择坐标轴的方向建立坐标系 在具体运用时需要注意如下两点 1 一般情况下 应使尽可能多的力 落 在坐标轴上或关于坐标轴对称 若物体具有加速度 一般沿加速度方向建立坐标轴 2 若物体所受各力分布于两个互相垂直的方向上 而加速度却不在这两个方向上时 以这两个方向为坐标轴 分解加速度而不分解力 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 特别提醒在物体受三个共点力作用而处于平衡状态时 这三个力的有向线段首尾相接后恰好能组成一个封闭的矢量三角形 在已知某力的大小及绳 杆等模型的长度 高度时 常用力的矢量三角形与几何三角形相似 对应边成比例求解未知物理量 此类题常以选择题形式出现 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 方法3共点力平衡问题的求解方法 方法解读 处理共点力平衡问题时 常常有如下基本方法 1 物体的受力分析方法 整体法 隔离法 2 力的合成和分解法 注意力的作用效果 3 力的正交分解法 Fx 0 Fy 0 4 力的三角形法 三力矢量首尾相接 5 图解分析法 处理动态平衡问题 其关键是善于对具体问题进行正确的受力分析 并根据共点力平衡条件求解 物理专题二 相互作用 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 方法提炼1 对于有 结点 的绳子 若是 死结 则绳内张力不一定相等 若是 活结 则绳内张力处处相等 例如 绳上套的是轻环 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 如图所示 当动点P移至P 时 绳长保持不变 夹角 也保持不变 Q移至Q 这与绳 死结 模型截然不同 2 对轻质杆 若与墙壁通过转轴相连 则杆产生的弹力方向一定沿杆 若轻质杆一端固定 则杆产生的弹力有可能沿杆 也有可能不沿杆 杆的弹力方向可根据平衡方程或牛顿第二定律求解 数学第四章 三角函数 物理专题二 相互作用 题型8动态平衡问题的求解考法示例8如图所示 一小球放置在木板与竖直墙面之间 设墙面对球的压力大小为N1 球对木板的压力大小为N2 以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴 将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置 不计摩擦 在此过程中A N1始终减小 N2始终增大B N1始终减小 N2始终减小C N1先增大后减小 N2始终减小D N1先增大后减小 N2先减小后增大 物理专题二 相互作用 解析本题考查物体的动态平衡 对球受力分析并作出其矢量图如图甲 乙 由矢量图可知 当木板缓慢转到水平位置的过程中 N1的方向不变 大小始终减小 N2的方向变化 大小始终减小 故B正确 答案B 物理专题二 相互作用 方法提炼本题主要考查运用动态矢量三角形分析力的大小变化 先对小球进行正确的受力分析 再结合小球的平衡状态来分析力的大小 注意运用图解法求解 具体步骤是 1 确定研究对象 并对研究对象进行受力分析 2 根据平行四边形定则画出不同状态下的力的矢量图 为了便于比较 画在同一个图上 关键是分析三角形中哪个点是移动的 移动规律是什么 3 根据有向线段 表示力 的长度变化判断各个力的大小变化情况 物理专题二 相互作用 题型9平衡问题中的临界与极值考法示例9拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具 如图所示 设拖把头的质量为m 拖杆质量可忽略 拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数 重力加速度为g 某同学用该拖把在水平地板上拖地时 沿拖杆方向推拖把 拖杆与竖直方向的夹角为 1 若拖把头在地板上匀速移动 求推拖把的力的大小 2 设能使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力与此时地板对拖把的正压力的比值为 已知存在一临界角 0 若 0 则不管沿拖杆方向的推力多大 都不可能使拖把从静止开始运动 求这一临界角的正切tan 0 物理专题二 相互作用 物理专题二 相互作用 方法提炼解决极值问题和临界问题的基本方法1 图解法 根据物体的平衡条件 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进行动态分析 确定最大值与最小值 2 数学解法 通过对问题的分析 依据物体的平衡条件写出物理量之间的函数关系 或画出函数图象 用数学方法求极值 如求二次函数极值 公式极值 三角函数极值 物理专题二 相互作用 方法4探究弹力和弹簧伸长关系的实验数据的处理方法 方法解读 对探究弹力和弹簧伸长的关系的实验 处理实验数据的方法有列表法 图象法 函数法 其中用图象法处理实验数据可以减小偶然误差 是物理实验中常用的方法之一 处理问题时注意 1 连线时使尽可能多的点在所连的直线上 不在直线上的点要尽可能分布在直线的两侧 且到直线的距离大致相等 2 图线斜率是纵轴物理量变化量与横轴物理量变化量的比值 3 要灵活应用数学知识 即数形结合 理解图线斜率和截距的物理意义 题型10应用列表法和图象法处理实验数据考法示例10某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系 1 将弹簧悬挂在铁架台上 将刻度尺固定在弹簧一侧 弹簧轴线和刻度尺都应在 选填 水平 或 竖直 方向 2 弹簧自然悬挂 待弹簧时 长度记为L0 弹簧下端挂上砝码盘时 长度记为Lx 在砝码盘中每次增加10g砝码 弹簧长度依次记为L1至L6 数据如下表 物理专题二 相互作用 表中有一个数值记录不规范 代表符号为 由表可知所用刻度尺的最小分度为 3 如图是该同学根据表中数据作的图 纵轴是砝码的质量 横轴是弹簧长度与 选填 L0 或 Lx 的差值 4 由图可知弹簧的劲度系数为N m 通过图和表可知砝码盘的质量为g 结果保留两位有效数字 重力加速度取9 8m s2 物理专题二 相互作用 物理专题二 相互作用 特别提醒分析求解实验问题 必须把握如下几点 1 明确实验原理 如在 验证力的平行四边形定则 实验中 其实验原理是等效思想 等效替代法是物理学研究中的重要方法 2 明确实验操作中应注意的问题 如为了保证力的作用等效 必须使橡皮筋伸长到同一结点 在运用弹簧测力计测力时 要注意其读数 该估读时必须估读 3 掌握实验数据的处理方法 如探究弹力与弹簧伸长的关系实验中 运用列表法 图象法及函数法等处理实验数据 同时还要善于对误差进行分析 物理专题二 相互作用 题型11对实验数据处理及误差分析考法示例11某同学做实验探究弹力和弹簧伸长的关系 并测量弹簧的劲度系数k 他先将待测弹簧的一端固定在铁架台上 然后将分度值是1毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧 并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺面上 当弹簧自然下垂时 指针指示的刻度数值记作L0 弹簧下端挂一个50g的钩码时 指针指示的刻度数值记作L1 弹簧下端挂两个50g的钩码时 指针指示的刻度数值记作L2 挂七个50g的钩码时 指针指示的刻度数值记作L7 1 下表记录的是该同学已测出的6个数值 其中有两个数值在记录时有误 它们的代表符号分别是和 物理专题二 相互作用 2 实验中 L3和L7两个数值还没有测定 请你根据如图示数将这两个测量值填入记录表中 3 为充分利用测量数据 该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差 分别计算出了三个差值 d1 L4 L0 6 90cm d2 L5 L1 6 90cm d3 L6 L2 7 00cm 请你给出第四个差值 d4 cm 4 根据以上差值 可以求出每增加50g钩码 弹簧平均伸长量 L L用d1 d2 d3 d4表示的式子为 L 代入数据解得 L cm 5 计算弹簧的劲度系数k N m g取9 8m s2 物理专题二 相互作用 物理专题二 相互作用 易错提示对第 3 问中的差值进行分析发现所求差值是通过每增加四个钩码弹簧的伸长量来确定每增加一个50g钩码弹簧的平均伸长量 同时为了减小实验误差 注意利用逐差法来求 L的平均值 物理专题二 相互作用 方法5验证力的平行四边形定则的实验方法 方法解读 1 会正确使用弹簧测力计测量力 注意读数时的精确度要求 2 明确利用等效法验证力的平行四边形定则的实验原理及方法 3 知道误差的主要来源 并能尽量减小误差 4 能分析处理实验原理及方法迁移与创新的实验问题 题型12实验方法的迁移与创新考法示例12某同学在家中尝试验证力的平行四边形定则 他找到三条相同的橡皮筋 遵循胡克定律 和若干小重物 以及刻度尺 三角板 铅笔 细绳 白纸 钉子 设计了如下实验 如图所示 将两条橡皮筋的一端分别挂在墙上的两个钉子A B上 另一端与第三条橡皮筋连接 结点为O 将第三条橡皮筋的另一端通过细绳挂一重物 1 为完成实验 下述操作中必需的是 a 测量细绳的长度b 测量橡皮筋的原长c 测量悬挂重物后橡皮筋的长度d 记录悬挂重物后结点O的位置 2 钉子位置固定 欲利用现有器材 改变条件再次验证 可采用的方法是 物理专题二 相互作用 解析 1 必需测量橡皮筋的原长和悬挂重物后橡皮筋的长度 这样才能确定橡皮筋的伸长量 确定各力的大小 还需记录悬挂重物后结点O的位置 同时记录下三条橡皮筋所在的方向 以便确定各拉力的方向 根据平行四边形定则作出FOA和FOB合力的图示 并与第三个拉力FG相比较 因此必需操作的是b c d 2 改变条件再次验证可采用更换不同小重物的方法 即改变FG的大小 答案 1 b c d 2 更换不同的小重物 即改变FG的大小特别提醒本题实验创新之处 在于没有用弹簧测力计确定分力 而是用三条遵循胡克定律的橡皮筋通过悬挂重物 达到三个力在共点O处平衡 从而来验证力的平行四边形定则 理解实验原理后 求解应该就不困难了 因此 在复习备考中要注意实验方法的迁移和创新 物理专题二 相互作用 题型13实验综合能力的考查考法示例13某同学用如图所示的实验装置来验证 力的平行四边形定则 弹簧测力计A挂于固定点P 下端用细线挂一重物M 弹簧测力计B的一端用细线系于O点 手持另一端向左拉 使结点O静止在某位置 分别读出弹簧测力计A和B的示数 并在贴于竖直木板的白纸上记录O点的位置和拉线的方向 1 本实验用的弹簧测力计示数的单位为N 图中A的示数为N 2 下列不必要的实验要求是 请填写选项前对应的字母 A 应测量重物M所受的重力B 弹簧测力计应在使用前校零C 拉线方向应与木板平面平行D 改变拉力 进行多次实验 每次都要使O点静止在同一位置 物理专题二 相互作用 物理专题二 相互作用 3 某次实验中 该同学发现弹簧测力计A的指针稍稍超出量程 请您提出两个解决办法 解析 1 图中弹簧测力计A的示数为3 60N 2 验证力的平行四边形定则 需要分别测量各个力的大小和方向 所以A选项是必要的 根据仪器使用常识 弹簧测力计在使用前需校零 B选项是必要的 实验中力必须在同一平面内 C选项也是必要的 实验是验证三个力的关系 只要测出三个力就可以了 所以不需要固定O点位置 D选项不必要 本题应该选D 答案 1 3 60 2 D 3 改变弹簧测力计B拉力的大小 减小重物M的质量 或将A更换成较大量程的弹簧测力计 改变弹簧测力计B拉力的方向等 特别提醒本题重点考查实验综合能力 该实验是利用三力平衡的特点验证力的平行四边形定则 实验时并没有必要每次都使O点静止在同一位置 这点与原有实验原理不同 需要灵活迁移 切勿教条套用 C 考法帮 考向全扫描 考向1重力 弹力 摩擦力及物体受力分析的考查考向2力的合成与分解的应用考向3共点力平衡问题的考查考向4考查实验验证 力的平行四边形定则 物理专题二 相互作用 本专题有三大考查方向 一是对重力 弹力 摩擦力的考查 以选择题为主 重点考查各个力的特点 二是对贯穿整个高中物理的力的合成与分解的考查 三是对共点力作用下物体平衡问题的考查 就本专题而言 对共点力作用下物体平衡问题的考查直接涉及了重力 弹力 摩擦力的特性以及力的合成与分解 考情揭秘 命题透视 受力分析是物理学的基础 因此高考对本章的考查主要是通过与其他知识综合的形式出现 在常见的三种性质力中 弹力和摩擦力是高考的热点 其中弹力大小和方向的判断 尤其是 弹簧模型 的综合应用在高考中频繁出现 摩擦力的存在与否 静摩擦力的方向的判断是高考考点中的热点 考向1重力 弹力 摩擦力及物体受力分析的考查 示例14 考查运用整体法和隔离法分析受力 2016海南高考 2 3分 如图所示 在水平桌面上放置一斜面体P 两长方体物块a和b叠放在P的斜面上 整个系统处于静止状态 若将a与b b与P P与桌面之间摩擦力的大小分别用f1 f2和f3表示 则A f1 0 f2 0 f3 0B f1 0 f2 0 f3 0C f1 0 f2 0 f3 0D f1 0 f2 0 f3 0 考向1重力 弹力 摩擦力及物体受力分析的考查 命题立意本题考查了研究对象的选取和受力分析 如果受力分析时不能灵活运用整体法和隔离法 则解题过程不仅很麻烦 而且容易出错 因此 对力和运动的问题 受力分析既是重要基础 也是正确求解的关键 解析首先对整体受力分析可知 整体相对地面没有相对运动趋势 故f3 0 再将a和b看成一个整体 ab整体有相对斜面向下运动的趋势 故b与P之间有摩擦力 即f2 0 再对a进行受力分析 由于a处于静止状态 故a相对于b有向下运动的趋势 故a和b之间存在摩擦力作用 即f1 0 答案C 考向1运用图象描述求解问题 示例15 静摩擦力的临界问题分析 2013全国卷 15 6分 如图所示 在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用 F平行于斜面向上 若要物块在斜面上保持静止 F的取值应有一定的范围 已知其最大值和最小值分别为F1和F2 F2 0 由此可求出A 物块的质量B 斜面的倾角C 物块与斜面间的最大静摩擦力D 物块对斜面的压力 考向1重力 弹力 摩擦力及物体受力分析的考查 考向1重力 弹力 摩擦力及物体受力分析的考查 命题透视 力的合成与分解是分析处理力学问题的重要方法 高考虽然不会直接考查它们的概念 但是它们与受力分析方法一起 成为分析求解力学问题的基础和关键 因此高考试题中年年都有涉及 必须通过一定的训练 好好掌握 考向2力的合成与分解的应用 示例16 运用力的分解法求解平衡问题 2016全国卷 19 6分 多选 如图 一光滑的轻滑轮用细绳OO 悬挂于O点 另一细绳跨过滑轮 其一端悬挂物块a 另一端系一位于水平粗糙桌面上的物块b 外力F向右上方拉b 整个系统处于静止状态 若F方向不变 大小在一定范围内变化 物块b仍始终保持静止 则A 绳OO 的张力也在一定范围内变化B 物块b所受到的支持力也在一定范围内变化C 连接a和b的绳的张力也在一定范围内变化D 物块b与桌面间的摩擦力也在一定范围内变化 考向2力的合成与分解的应用 命题立意本题着重考查受力分析和力的分解的基本方法 涉及物体的平衡知识 要求学生善于运用力的分解 平衡知识分析求解连接体问题 对综合分析能力有较高要求 解析系统处于静止状态 连接a和b的绳的张力大小T1等于物块a的重力Ga C项错误 以O 点为研究对象 受力分析如图甲所示 T1恒定 夹角 不变 由平衡条件知 绳OO 的张力T2恒定不变 A项错误 以b为研究对象 受力分析如图乙所示 则FN T1cos Fsin Gb 0 f T1sin Fcos 0 FN f均随F的变化而变化 故B D项正确 答案BD 考向2力的合成与分解的应用 示例17 考查实际生活中静力学问题 2015广东高考 19 6分 多选 如图所示 三条绳子的一端都系在细直杆顶端 另一端都固定在水平地面上 将杆竖直紧压在地面上 若三条绳长度不同 下列说法正确的有A 三条绳中的张力都相等B 杆对地面的压力大于自身重力C 绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零D 绳子拉力的合力与杆的重力是一对平衡力 考向2力的合成与分解的应用 命题立意本题联系生产 生活实际 考查受力分析及平衡问题 审题时要注意理解三根绳长度不同的含意 并且明确张力 压力 重力 拉力 合力及平衡力等在所研究问题中表示的是什么力 解析三条绳长度不同 它们与杆的夹角不同 在水平方向上 三条绳的拉力的合力为零 所以三条绳上的张力不同 选项A错误 C正确 三条绳的拉力在竖直方向上的合力竖直向下 与杆的重力方向相同 二者不可能是平衡力 选项D错误 由于三条绳的拉力的作用 杆对地面的压力大于自身重力 选项B正确 答案BC 考向2力的合成与分解的应用 命题透视 本专题知识是高考考查的重点内容 主要考查点是牛顿运动定律与平衡力的综合应用 经常包含重力 弹力 摩擦力等相关知识 涉及平衡条件 正交分解 临界条件 极值分析等规律 考查的题型经常有两种 一是一个运动物体有多个运动过程 二是两个物体之间有相对运动的过程 无论是哪种情况 都要分析清楚物体的运动过程 特别是做好动态平衡问题的受力分析 考向3共点力平衡问题的考查 示例18 应用图解法分析动态平衡问题 2013天津高考 5 6分 如图所示 小球用细绳系住 绳的另一端固定于O点 现用水平力F缓慢推动斜面体 小球在斜面上无摩擦地滑动 细绳始终处于直线状态 当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平 此过程中斜面对小球的支持力FN以及绳对小球的拉力FT的变化情况是A FN保持不变 FT不断增大B FN不断增大 FT不断减小C FN保持不变 FT先增大后减小D FN不断增大 FT先减小后增大 考向3共点力平衡问题的考查 命题立意本题考查物体动态平衡问题 斜面体缓慢被力F推动 要求能认识到小球在斜面上处于平衡状态 小球所受的合外力仍为零 关键是要明确在动态变化过程中哪些力不变 哪些力改变及如何改变 对分析能力要求较高 属中档题 解析由于用水平力F缓慢推动斜面体 故小球处于动态平衡状态 小球受到大小方向不变的重力 方向不变的斜面支持力 方向大小均变化的细线的拉力 三个力构成封闭的矢量三角形 画出小球受力示意图 如图所示 当细线与斜面 考向3共点力平衡问题的考查 考向3共点力平衡问题的考查 考向3共点力平衡问题的考查 考向3共点力平衡问题的考查 答案AD易错警示求解三力动态平衡问题时 我们通常运用图解法进行求解 但对于本题如果只运用一个图很难做出准确的判断 这里需要转换思维 运用数形结合的思想 通过对力的矢量三角形的分析 结合正弦定理 我们就不难做出正确的判断了 考向3共点力平衡问题的考查 命题透视 验证力的平行四边形定则 和 探究弹力与弹簧伸长量的关系 的实验是力学的重点实验 在高考中考查的频率较高 主要涉及实验原理 步骤 数据处理等方面 切实提高实验综合能力 在学习中应引起足够的重视 考向4考查实验验证 力的平行四边形定则 和 胡克定律 示例20 考查实验方法及图线分析能力 2015福建高考 19 1 6分 某同学做 探究弹力和弹簧伸长量的关系 的实验 1 图甲是不挂钩码时弹簧下端指针所指的标尺刻度 其示数为7 73cm 图乙是在弹簧下端悬挂钩码后指针所指的标尺刻度 此时弹簧的伸长量 l为cm 2 本实验通过在弹簧下端悬挂钩码的方法来改变弹簧的弹力 关于此操作 下列选项中规范的做法是 填选项前的字母 考向4考查实验验证 力的平行四边形定则 和 胡克定律 A 逐一增挂钩码 记下每增加一只钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重B 随意增减钩码 记下增减钩码后指针所指的标尺刻度和对应的钩码总重 3 图丙是该同学描绘的弹簧的伸长量 l与弹力F的关系图线 图线的AB段明显偏离直线OA 造成这种现象的主要原因是 命题立意本题考查探究弹力与弹簧伸长量关系的实验 意在考查学生的实验能力 解析 1 题图乙的示数为14 66cm 所以此时弹簧的伸长量为 14 66 7 73 cm 6 93cm 2 为了得到较多的数据点 应逐一增挂钩码 记下每增加一只钩码弹簧的长度和钩码的总重力 即A正确 3 不遵循胡克定律 说明超出了弹簧的弹性限度 答案 1 6 93 2 A 3 超出了弹簧的弹性限度 考向4考查实验验证 力的平行四边形定则 和 胡克定律 示例21 考查实验原理及综合实验能力 2016浙江高考 21 10分 某同学在 探究弹力和弹簧伸长的关系 的实验中 测得图中弹簧OC的劲度系数为500N m 如图甲所示 用弹簧OC和弹簧秤a b做 探究求合力的方法 实验 在保持弹簧伸长1 00cm不变的条件下 图甲图乙 1 若弹簧秤a b间夹角为90 弹簧秤a的读数是N 图乙中所示 则弹簧秤b的读数可能为N 考向4考查实验验证 力的平行四边形定则 和 胡克定律 2 若弹簧秤a b间夹角大于90 保持弹簧秤a与弹簧OC的夹角不变 减小弹簧秤b与弹簧OC的夹角 则弹簧秤a的读数 弹簧秤b的读数 填 变大 变小 或 不变 命题立意本题涉及两个实验问题 重点考查学生对实验原理的理解及知识迁移能力 解析 1 由题图乙可直接读出弹簧秤a的示数3 00N 注意估读 合力F kx 5 00N 结合两弹簧秤垂直的特点通过计算得出Fb 4 00N 2 利用力的合成 如图所示 在减小弹簧秤b与OC的夹角的过程中 即相当于Fb所表示的边由M向N移动 故Fa和Fb均增大 答案 1 3 00 3 00 3 02 4 00 3 90 4 10 2 变大变大 考向4考查实验验证 力的平行四边形定则 和 胡克定律