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專題二相互作用,高考物理（浙江專用）,考點(diǎn)一常見的三種力、受力分析考向基礎(chǔ)一、重力1.產(chǎn)生:由于地球?qū)ξ矬w的吸引而使物體受到的力。2.大小:G=mg,與物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān),與物體所在的緯度、高度有關(guān)。3.方向:豎直向下。4.作用點(diǎn):重心。5.測量:可以用彈簧測力計,測量時物體必須處于平衡狀態(tài)。,考點(diǎn)清單,二、彈力1.產(chǎn)生條件:①物體直接接觸;②有彈性形變。2.彈力的方向:與作用在物體上使物體發(fā)生形變的外力方向相反。常見彈力的方向,3.彈力的大小——胡克定律(1)內(nèi)容:實(shí)驗(yàn)表明,彈簧發(fā)生彈性形變時,彈力的大小跟彈簧伸長(或縮短)的長度x成正比,即③F=kx。k稱為彈簧的勁度系數(shù),單位是N/m。一般來說,k越大,彈簧越“硬”;k越小,彈簧越“軟”。k的大小與彈簧的粗細(xì)、長度、材料、匝數(shù)等因素有關(guān)。(2)彈力與彈簧伸長量的關(guān)系可用F-x圖像表示,如圖所示。,三、摩擦力1.摩擦力產(chǎn)生的條件:直接接觸并發(fā)生形變、粗糙接觸面之間存在相對運(yùn)動(滑動摩擦力)或相對運(yùn)動的趨勢(靜摩擦力)。所以有摩擦力的兩物體之間必有彈力,而反之則未必。2.靜摩擦力:靜摩擦力隨著外力的增大而增大,大小可在0~Fmax之間變化。一般應(yīng)根據(jù)物體的運(yùn)動狀態(tài)由平衡條件或牛頓運(yùn)動定律來計算它的大小。靜摩擦力的方向與物體間相對運(yùn)動趨勢的方向相反。3.滑動摩擦力:大?、蹻f=μFN,方向與物體間相對運(yùn)動的方向相反。,考向突破考向一彈力彈力有無的判斷對于形變明顯的情況可由形變直接判斷,形變不明顯的情況通常用下面三種方法判斷。(1)“假設(shè)法”分析物體間的彈力欲分析一物體和另一物體的接觸處是否有彈力作用,可先假設(shè)沒有所接觸的物體,看看被研究的物體有怎樣的運(yùn)動趨勢。a.若被研究的物體倒向原接觸物體的一邊,則兩者之間有擠壓的彈力,它們之間的彈力方向必與接觸面(或接觸點(diǎn)的切面)垂直,且指向受力物體的內(nèi)部。,b.若被研究的物體倒向遠(yuǎn)離接觸物的一邊,則兩者之間只可能產(chǎn)生拉伸的彈力,倘若僅是物體與細(xì)繩連接,它們之間的彈力方向必定沿繩指向各自的外部。c.若被研究的物體不動,則兩者之間無彈力。(2)“替換法”分析物體間的彈力用細(xì)繩替換裝置中的桿件,看能不能維持原來的力學(xué)狀態(tài),如果能維持,則說明這個桿提供的是拉力。否則,提供的是支持力。(3)根據(jù)“物體的運(yùn)動狀態(tài)”分析彈力由運(yùn)動狀態(tài)分析彈力,即物體的受力必須與物體的運(yùn)動狀態(tài)相符合,依據(jù)物體的運(yùn)動狀態(tài),由平衡條件(或牛頓第二定律)列方程,求解物體間的彈力。,例1(2017浙江慈溪期中)如圖所示各種情況下,a、b兩者之間一定有彈力的是(a、b接觸面光滑)(),解析假設(shè)A中a、b間有彈力,則兩球?qū)⑾騼蛇呥\(yùn)動,與題矛盾,故a、b間無彈力,A錯誤。若B中兩球間無彈力,則兩球都將向下擺動,與題矛盾,說明a、b間有彈力,故B正確。假設(shè)C中a、b間有彈力,則a受力不平衡,故a、b間無彈力,C錯誤。假設(shè)D中b對a球有彈力,方向必定水平向右,則a球受力不平衡,a不可能處于靜止?fàn)顟B(tài),與題矛盾,故a、b間一定沒有彈力,D錯誤。故選B。,答案B,考向二摩擦力1.滑動摩擦力與靜摩擦力的比較,2.靜摩擦力有無及方向的判定靜摩擦力發(fā)生在兩個相互擠壓且有相對運(yùn)動趨勢的物體間,但相對運(yùn)動趨勢不如相對運(yùn)動直觀,具有很強(qiáng)的隱蔽性。所以靜摩擦力有無及方向的判定較困難,為此常用下面兩種方法判定。(1)假設(shè)法:即先假定沒有靜摩擦力的作用,看相對靜止的物體間能否發(fā)生相對運(yùn)動。若能,則有靜摩擦力,方向與相對運(yùn)動方向相反;若不能,則沒有靜摩擦力。(2)反推法:從物體表現(xiàn)出的運(yùn)動狀態(tài)反推它必須具有的條件,分析組成條件的相關(guān)因素中靜摩擦力所起的作用,就容易判斷靜摩擦力的方向了。,例2(2018浙江溫州九校聯(lián)盟期末,6)如圖所示,物體A和B的質(zhì)量分別為mA、mB且相對靜止,它們以共同的速度沿斜面勻速下滑,則()A.B受到的靜摩擦力方向沿斜面向上B.B受到的靜摩擦力的大小為mBgsinθC.B受到的滑動摩擦力的大小為(mA+mB)gsinθD.取走A物體后,B物體將勻加速下滑,解析物體A、B相對靜止,對A受力分析可知,A受到沿斜面向上的靜摩擦力,大小為mAgsinθ,故可知B受到沿斜面向下的靜摩擦力,大小為mAgsinθ,所以A、B錯誤;取AB整體研究,因?yàn)閯蛩傧禄芍狟受到斜面對其的滑動摩擦力大小為(mA+mB)gsinθ,故C正確;A與B一起勻速下滑有(mA+mB)gsinθ=μ(mA+mB)gcosθ,即μ=tanθ,則當(dāng)取走A物體后,B物體受到的滑動摩擦力f=μmBgcosθ=mBgsinθ,仍將勻速下滑,故D錯誤。,答案C,考向三受力分析1.受力分析的一般程序,2.受力分析的角度和依據(jù),例3(2018浙江東陽中學(xué)月考)如圖所示,物體A置于水平地面上,力F豎直向下作用于物體B上,A、B保持靜止,則物體A的受力個數(shù)為()A.3B.4C.5D.6,解析對A、B整體進(jìn)行受力分析,整體受重力、地面對A的彈力、推力F,三力平衡,所以A與地面之間沒有摩擦。再對A進(jìn)行受力分析,受重力、地面的支持力、B對A的壓力和B對A沿接觸面向下的靜摩擦力,所以A受四個力作用。故B正確。,答案B,考點(diǎn)二力的合成與分解、共點(diǎn)力的平衡考向基礎(chǔ)一、力的合成與分解1.力的合成(1)遵循的規(guī)律:力的合成遵循矢量運(yùn)算的規(guī)律,即遵循①平行四邊形定則。(2)二力的合成:兩個共點(diǎn)力F1和F2的大小均不變,它們之間的夾角為θ,其合力的大小為F合,當(dāng)夾角θ變化時,合力的取值范圍是|F1-F2|≤F合≤F1+F2。當(dāng)兩個分力F1和F2大小相等,且它們之間的夾角θ=120時,合力大小等于每個分力的大小,合力的方向沿兩個分力夾角的角平分線。,2.力的分解(1)遵循的規(guī)律:力的分解是力的合成的逆運(yùn)算,同樣遵循矢量運(yùn)算的規(guī)律,即遵循平行四邊形定則。(2)分解原則:分解某個力時,一般要根據(jù)這個力產(chǎn)生的實(shí)際效果進(jìn)行分解。(3)力的正交分解:將一個力分解為兩個②相互垂直的分力的方法稱為力的正交分解法。二、共點(diǎn)力的平衡1.一個物體在共點(diǎn)力作用下,如果保持③靜止或④勻速直線運(yùn)動狀態(tài),則該物體處于平衡狀態(tài)。2.平衡條件:物體所受合外力為零。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:F合=0或Fx合=0、Fy合,=0。其中Fx合為物體在x軸方向上所受的合外力,Fy合為物體在y軸方向上所受的合外力。3.若物體受到兩個力的作用處于平衡狀態(tài),則這兩個力等值反向;三個或三個以上的共點(diǎn)力作用下物體處于平衡狀態(tài),某一個力(或其中幾個力的合力)跟其余力的合力等值反向。物體在三個互不平行的力的作用下處于平衡狀態(tài),則這三個力必為同一平面內(nèi)的共點(diǎn)力,且表示這三個力的矢量首尾相接,恰能組成一個封閉三角形。,考向突破考向一力的合成共點(diǎn)力合成的方法(1)作圖法:作出幾個共點(diǎn)力的圖示,按照平行四邊形定則作出表示合力的有向線段的方法。(2)計算法:根據(jù)平行四邊形定則作出示意圖,然后利用解三角形的方法求出合力,是解題的常用方法。,例4(2018浙江寧波期末,9)如圖是某物體受到同一平面內(nèi)三個共點(diǎn)力作用的四種情形的力的圖示(坐標(biāo)紙中每格邊長表示大小為1N的力),則下列對該物體所受合力大小的描述中正確的是()A.甲圖中物體所受的合力大小等于4NB.乙圖中物體所受的合力大小等于5NC.丙圖中物體所受的合力大小等于0D.丁圖中物體所受的合力大小等于6N,解析甲圖中合力大小為5N,故A錯誤;乙圖中合力為5N,故B正確;丙圖中合力為6N,故C錯誤;丁圖中合力為0,故D錯誤。,答案B,考向二力的分解1.力的分解的唯一性的討論力分解時有解或無解,關(guān)鍵是看代表合力的對角線與給定的代表分力的有向線段是否能構(gòu)成平行四邊形(或三角形)。若可以構(gòu)成平行四邊形(或三角形),說明合力可以分解成給定的分力,即有解。如果不能構(gòu)成平行四邊形(或三角形),說明該合力不能按給定的力分解,即無解。具體情況有以下幾種:,2.力的分解的常用方法(1)實(shí)際效果法力的分解既具有多樣性,又具有唯一性,在沒有條件限定的情況下可以任意分解,但在實(shí)際情況下,應(yīng)按力的實(shí)際作用效果進(jìn)行分解。重力常見的分解情景如下:,(2)正交分解法①這是一種很有用的方法,分解是為了求合力,尤其適用于物體受多個力的情況。物體受到F1、F2、F3、…,求合力F時,可把各力沿相互垂直的x軸、y軸分解,F1分解為F1x和F1y、F2分解為F2x和F2y、F3分解為F3x和F3y、…,則x軸上的合力Fx=F1x+F2x+F3x+…,y軸上的合力Fy=F1y+F2y+F3y+…。合力F=,設(shè)合力與x軸夾角為θ,則tanθ=。②正交分解時建立坐標(biāo)軸的原則a.在靜力學(xué)中,以少分解力和容易分解力為原則;b.在動力學(xué)中,以平行于加速度方向的直線和垂直于加速度方向的直線,為坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系,這樣牛頓第二定律表達(dá)式變?yōu)榛?c.盡量不分解未知力。,例5(2018浙江東陽中學(xué)月考)圖中物體的質(zhì)量m=30kg,細(xì)繩一端與物體相連,另一端繞過光滑的輕質(zhì)定滑輪,當(dāng)人用100N的力斜向下拉繩子時,滑輪兩側(cè)細(xì)繩與水平方向的夾角均為30,物體在水平面上保持靜止,滑輪上端的懸繩豎直(取g=10m/s2)。求:(1)物體對地面的壓力大小;(2)物體受到的摩擦力大小;(3)滑輪上方豎直懸繩對滑輪的拉力大小。,解析(1)(2)如圖所示,對物體受力分析并由正交分解法得:Fsin30+FN=mg①Fcos30=Ff②由①②式得FN=mg-Fsin30=300N-100N0.5=250N,Ff=50N由牛頓第三定律得物體對地面的壓力大小為FN=FN=250N,(3)如圖對滑輪受力分析有,FT=2Fcos60,解得FT=100N,答案(1)250N(2)50N(3)100N,試題分析分析物體的受力情況,運(yùn)用正交分解法求解地面對物體的彈力大小和摩擦力大小,滑輪兩側(cè)繩子的拉力大小相等,與水平方向的夾角相同,由力的合成法求解滑輪上方豎直懸繩對滑輪的拉力大小。,方法1平行四邊形(三角形)定則——根本方法該方法多用于解決三力平衡的問題。例1如圖,一質(zhì)量為m的小球用繩子懸掛于天花板上,AB繩與水平天花板的夾角為60,AC繩與天花板的夾角為30。(1)求平衡時繩AB、AC上的拉力F1與F2的大小;(2)若兩繩的最大承受力相同,則當(dāng)小球質(zhì)量增大時,哪條繩先斷?,方法技巧,答案見解析,方法2隔離法與整體法——交叉運(yùn)用1.隔離法:為了弄清系統(tǒng)(連接體)內(nèi)某個物體的受力和運(yùn)動情況,一般可采用隔離法。運(yùn)用隔離法解題的基本步驟:(1)明確研究對象或過程、狀態(tài);(2)將某個研究對象或某段運(yùn)動過程、某個狀態(tài)從全過程中隔離出來;(3)畫出某狀態(tài)下的受力圖或運(yùn)動過程示意圖;(4)選用適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律列方程求解。2.整體法:當(dāng)只涉及研究系統(tǒng)而不涉及系統(tǒng)內(nèi)部某些物體的力和運(yùn)動時,一般可采用整體法。運(yùn)用整體法解題的基本步驟:(1)明確研究的系統(tǒng)和運(yùn)動的全過程;(2)畫出系統(tǒng)整體的受力圖和運(yùn)動全過程的示意圖;(3)選用適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律列方程求解。隔離法和整體法常常需交叉運(yùn)用,從而優(yōu)化解題思路和方法。,例2有一個直角支架AOB,AO水平放置,表面粗糙;OB豎直向下,表面光滑。AO上面套有小環(huán)P,OB上面套有小環(huán)Q,兩環(huán)質(zhì)量均為m,兩環(huán)間由一根質(zhì)量可忽略、不可伸長的細(xì)繩相連,并在某一位置上平衡,如圖所示?，F(xiàn)將P環(huán)向左移動一小段距離,兩環(huán)再次達(dá)到平衡狀態(tài),那么將移動后的平衡狀態(tài)和原來的平衡狀態(tài)相比較,AO桿對P環(huán)的支持力N和細(xì)繩上的拉力T的變化情況是()A.N不變,T變大B.N不變,T變小C.N變大,T變大D.N變大,T變小,解析方法一:隔離法,方法二:整體法,答案B,方法總結(jié)靈活地選取研究對象可以使問題簡化;對于都處于平衡狀態(tài)的兩個物體組成的系統(tǒng),在不涉及內(nèi)力時,優(yōu)先選用整體法。,方法3“動態(tài)圖”法——速解動態(tài)平衡問題所謂動態(tài)平衡問題,是指通過控制某些物理量,使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢變化,而在這個過程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài)。利用圖解法解決此類問題的基本方法:對研究對象在狀態(tài)變化過程中的若干狀態(tài)進(jìn)行受力分析,依據(jù)某一參量的變化,在同一圖中作出物體在若干狀態(tài)下的平衡受力圖(力的平行四邊形或三角形),再由動態(tài)的力的平行四邊形(三角形)各邊長度變化及角度變化,確定力的大小及方向的變化情況。,例3如圖所示,質(zhì)量為m的小球用細(xì)線懸掛在O點(diǎn),并置于傾角為α的光滑斜面上,細(xì)線與豎直方向的夾角為θ,開始時θ>-α。試分析:在斜面緩慢右移使θ逐漸減至0的過程中,小球受到的細(xì)線拉力和斜面的支持力如何變化?它們的極值各是多少?,解析以小球?yàn)檠芯繉ο?受力如圖所示。力FN與T,其合力與mg等大反向,在θ逐漸減小的過程中,小球在三個共點(diǎn)力作用下始終處于平衡狀態(tài),重力mg總豎直向下,支持力FN大小變化而方向始終垂直斜面,而拉力T的大小和方向都在變化。從三力構(gòu)成的矢量圖形可以看出,拉力T先減小后增大,當(dāng)T與FN垂直,即θ+α=90,T與斜面平行時,拉力最小,為Tmin=mgsinα,而支持力不斷減小,當(dāng)θ=0時,支持力減小為零,即FNmin=0。,答案見解析,方法總結(jié)用圖解法分析力的動態(tài)變化,具有直觀、便于比較的特點(diǎn),它一般適用于研究對象受三個力作用的情況,且其中一個力大小、方向不變,另一個力方向不變,第三個力大小、方向均變化。應(yīng)用時應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)明確要分解大小、方向均不變的力,把它分解到另外兩個力的反方向上;(2)明確哪個力的方向是不變的;(3)明確哪個力的大小、方向均變化,變化的范圍如何。,方法4假設(shè)法——臨界問題某種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象的轉(zhuǎn)折狀態(tài)叫做臨界狀態(tài)。平衡物體的臨界狀態(tài)是指物體所處的平衡狀態(tài)將要破壞、而尚未破壞的狀態(tài)。解決平衡物體的臨界問題時可用假設(shè)法。運(yùn)用假設(shè)法解題的基本步驟:①明確研究對象;②畫出受力示意圖;③假設(shè)可發(fā)生的臨界現(xiàn)象;④列出滿足所發(fā)生的臨界現(xiàn)象的平衡方程并求解。,例4如圖所示,能承受最大拉力為10N的細(xì)線OA與豎直方向成45角,能承受最大拉力為5N的細(xì)線OB水平,細(xì)線OC能承受足夠大的拉力,為使OA、OB均不被拉斷,OC下端所懸掛物體的最大重力是多大？,解析當(dāng)OC下端所懸掛物體的重力不斷增大時,細(xì)線OA、OB所受的拉力同時增大。為了判斷哪根細(xì)線先被拉斷,可選O點(diǎn)為研究對象,其受力情況如圖所示,利用假設(shè)法,分別假設(shè)OA或OB達(dá)最大值時,看另一細(xì)線是否達(dá)到最大值,從而得到結(jié)果。假設(shè)OB不會被拉斷,且OA上的拉力先達(dá)到最大值,即F1max=10N,根據(jù)平衡條件有F2=F1maxsin45=10N≈7.07N,由于F2大于OB能承受的最大拉力,所以在物重逐漸增大時,細(xì)線OB先被拉斷。再假設(shè)OB線上的拉力剛好達(dá)到最大值(即F2max=5N),處于將被拉斷的臨界狀態(tài),根據(jù)平衡條件有F1sin45=F2max,F1cos45=F3再選物體為研究對象,根據(jù)平衡條件有F3=Gmax以上三式聯(lián)立解得懸掛物體的最大重力為Gmax=F2max=5N,答案5N,