2018届高考物理知识点第二轮复习学案25(专题一_力与物体的平衡)

专题一力与物体的平衡江苏卷考情导向考点考题考情力学中的平衡问题2016年T1考查弹簧的劲度系数2015年T14考查缓慢状态的平衡1平衡问题命题方式以选择为主，与其他知识相结合也可以计算题的形式命题2本专题命题点集中在受力分析、力的合成与分解及共点力平衡的应用电磁学中的平衡问题2014年T13考查匀强磁场中导体棒与涂层间的动摩擦因数考点1| 力学中的平衡问题难度：中档题 题型：选择题 五年2考(对应学生用书第1页)1(2011·江苏高考T1)如图1­1所示，石拱桥的正中央有一质量为m的对称楔形石块，侧面与竖直方向的夹角为，重力加速度为g，若接触面间的摩擦力忽略不计，求石块侧面所受弹力的大小为() 【导学号：17214000】ABCmgtan Dmgcot 【解题关键】对石块受力分析，根据共点力平衡条件，运用合成法列式求解A对石块受力分析，如图根据共点力平衡条件，将弹力F1、F2合成，结合几何关系，有F1F2F，mg2×Fcos(90°)，所以F2(2016·江苏高考T1)一轻质弹簧原长为8 cm，在4 N的拉力作用下伸长了2 cm，弹簧未超出弹性限度则该弹簧的劲度系数为() 【导学号：17214001】A40 m/N B40 N/mC200 m/N D200 N/mD由Fkx知，弹簧的劲度系数k N/m200 N/m，选项D正确3(2016·全国丙卷T17)如图1­2所示，两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上；一细线穿过两轻环，其两端各系一质量为m的小球在a和b之间的细线上悬挂一小物块平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径不计所有摩擦小物块的质量为()ABmCm D2m【解题关键】关键语句信息解读“细线穿过两轻环”，“不计所有摩擦”细绳上张力处处相等且等于mg平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径平衡时，利用对称性分析各力的方向C如图所示，由于不计摩擦，线上张力处处相等，且轻环受细线的作用力的合力方向指向圆心由于a、b间距等于圆弧半径，则aOb60°，进一步分析知，细线与aO、bO间的夹角皆为30°取悬挂的小物块研究，悬挂小物块的细线张角为120°，由平衡条件知，小物块的质量与小球的质量相等，即为m故选项C正确1受力分析的技巧(1)一般按照“一重、二弹、三摩擦，再其他外力”的程序；(2)分析物体的受力情况时结合整体法与隔离法；(3)平衡状态下结合平衡条件2解平衡问题常用的方法(1)正交分解法多用于物体受三个以上力而平衡；(2)合成法F0适用于物体受三个力而平衡3解决动态平衡问题方法的选取(1)图解法：如果物体受到三个力的作用，其中一个力的大小、方向均不变，另一个力的方向不变，此时可用图解法，画出不同状态下力的矢量图，判断各个力的变化情况(2)解析法：如果物体受到多个力的作用，可进行正交分解，利用解析法，建立平衡方程，根据自变量的变化确定因变量的变化(3)相似三角形法：如果物体受到三个力的作用，其中的一个力大小、方向均不变，另外两个力的方向都发生变化，可以用力三角形与几何三角形相似的方法考向1物体的受力分析1(2017·徐州模拟)如图1­3所示，水平面上的长方体物块被沿对角线分成相同的A、B两块物块在垂直于左边的水平力F作用下，保持原来形状沿力F的方向匀速运动，则() 【导学号：17214002】A物块A受到4个力作用B物块A受到水平面的摩擦力为C物块B对物块A的作用力为FD若增大力F，物块A和B将相对滑动B对物块A分析受力情况：A受重力、水平面的支持力、滑动摩擦力f、B的弹力NBA和摩擦力fBA，即知物块A共受5个力作用，故A错误；A、B受到水平面的摩擦力大小相等，对A、B整体，由平衡条件：F2f，得物块A受到水平面的摩擦力f，故B正确；如图所示，物块B对物块A的作用力是弹力NBA和摩擦力fBA的合力，对A，在水平方向受力平衡可知，弹力NBA和摩擦力fBA的合力与f大小相等，所以物块B对物块A的作用力等于f，故C错误；整体匀速运动，有 fBANBA，得 ，若增大力F，物块A和B不会发生相对滑动，故D错误考向2物体的静态平衡2(2017·南京一模)如图1­4所示，高空走钢丝的表演中，若表演者走到钢丝中点时，使原来水平的钢丝下垂与水平面成角，此时钢丝上的弹力应是表演者和平衡杆重力的() 【导学号：17214003】ABC DC以人为研究对象，分析受力情况，作出受力分析图，根据平衡条件：两钢丝合力与重力等大反向，则有：2Fsin mg，解得：F，故钢丝上的弹力应是表演者和平衡杆重力的，故C正确，A、B、D错误3(2017·南京江苏二模)质量为M的磁铁，吸在竖直放置的磁性黑板上静止不动某同学沿着黑板面，用水平向右的恒力F轻拉磁铁，磁铁向右下方做匀速直线运动，则磁铁受到的摩擦力f()A大小为Mg B大小为C大小为F D方向水平向左B由题意可知，磁铁受向下的重力、向右的拉力的作用，二力的合力为：F合；由力的平衡条件可知，摩擦力应与合力大小相等、方向相反，故A、C、D错误，B正确考向3物体的动态平衡4(多选)(2017·苏锡常二模)如图1­6所示，将长为l的橡皮筋上端O固定在竖直放置的木板上，另一端M通过细线悬挂重物某同学用水平力F在M处拉住橡皮筋，缓慢拉动M至A点处，松开后，再次用水平力拉M，缓慢将橡皮筋也拉至OA直线上，此时M位于图中的B点处，则下列判断正确的是()【导学号：17214004】A当M被拉至A点处时，橡皮筋长度OA可能小于lB当M被分别拉到A、B两点处时，橡皮筋的弹力TATBC当M被分别拉到A、B两点处时，所用水平拉力FAFBD上述过程中此橡皮筋的弹力不遵循胡克定律BD物体受三个力，设橡皮筋与竖直方向的夹角为，根据平衡条件，三个力平移后可以构成首尾相连的矢量三角形，如图所示：根据平衡条件，有：T，FGtan ；橡皮筋竖直时拉力等于重力G，而TG，故橡皮筋长度OA一定是大于l，故A错误；由于重力和角度不变，故水平拉力和橡皮筋的拉力均不变，即TATB、FAFB，故B正确，C错误；橡皮筋第二次拉到与竖直方向成时，橡皮筋的拉力大小不变，但长度变大了，说明超出了弹性限度，不遵循胡克定律，故D正确考点2| 电磁学中的平衡问题难度：中档 题型：选择题 计算题，五年1考(对应学生用书第2页)4(2014·江苏高考T13)如图1­7所示，在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨，导轨间距为L，长为3d，导轨平面与水平面的夹角为，在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放，在滑上涂层之前已经做匀速运动，并一直匀速滑到导轨底端导体棒始终与导轨垂直，且仅与涂层间有摩擦，接在两导轨间的电阻为R，其他部分的电阻均不计，重力加速度为g求： 【导学号：17214005】图1­7(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数；(2)导体棒匀速运动的速度大小v；(3)整个运动过程中，电阻产生的焦耳热Q【解题关键】关键语句信息解读中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层无安培力存在导体棒从导轨顶端由静止释放初速度为零下滑的总距离为3d导体棒在滑上涂层之前已经做匀速运动沿斜面方向安培力与重力分力大小相等并一直匀速滑到底端在中间刷绝缘涂层部分沿斜面方向合力也为零【解析】根据平衡条件、法拉第电磁感应定律、能量守恒定律解题(1)在绝缘涂层上导体棒受力平衡：mgsin mgcos 解得导体棒与涂层间的动摩擦因数tan (2)在光滑导轨上感应电动势：EBLv感应电流：I安培力：F安BIL受力平衡的条件是：F安mgsin 解得导体棒匀速运动的速度v(3)摩擦生热：QTmgdcos 根据能量守恒定律知：3mgdsin QQTmv2解得电阻产生的焦耳热Q2mgdsin 【答案】(1)tan (2)(3)2mgdsin 处理电学中的平衡问题的技巧(1)与纯力学问题的分析方法一样，学会把电学问题力学化，分析方法是： (2)几点提醒电荷在电场中一定受电场力作用，电流或电荷在磁场中不一定受磁场力作用；分析电场力或洛伦兹力时，一定要注意带电体是正电荷还是负电荷考向1电场中的平衡问题5(2017·海安期末)如图1­8所示，小球A固定在绝缘支架上，电荷量为Q，小球B用丝线悬挂，电荷量为q，B偏转后两球距离为r，A、B均视为点电荷下列说法正确的是() 【导学号：17214006】AA带负电BB对A的作用力大小为CA在B处产生的场强大小为D减小B的电荷量，丝线与竖直方向的夹角变大B依据同种电荷相斥，异种电荷相吸，结合题图可知，A带正电，故A错误；根据库仑定律F，B对A的作用力大小为，故B正确；依据点电荷电场强度公式E可知，A在B处产生的场强大小为，故C错误；当减小B的电荷量时，依据库仑定律可知，库仑力减小，则有丝线与竖直方向的夹角变小，故D错误考向2磁场中的平衡问题6(2017·徐州模拟)被弯成正弦函数图象形状的导体棒a和直导体棒b放置在如图所示的坐标系中，a、b的右端通过导线与阻值R5 的电阻连接，导体棒c与y轴重合，整个装置处在方向垂直坐标系向里、磁感应强度B1 T的匀强磁场中(图1­9中未画出)，除R外不计一切电阻现使导体棒c在水平力F作用下从图示位置以v5 m/s的速度匀速运动至a、b右端，整个过程中导体棒a、b和c保持良好接触，不计一切摩擦则()A流过电阻R的电流方向如图1­9中箭头所示B水平力F的最小值为032 NC水平力F的最大功率为72 WD电阻R产生的总热量为256 JC导体棒c向右运动时，穿过回路的磁通量减小，根据楞次定律“增反减同”知，感应电流的磁场垂直坐标系向里，由安培定则可知，流过电阻R的电流方向与图中箭头所示的方向相反，故A错误；c棒有效切割的长度最小值为 Lmin04 m，产生的感应电动势最小值为 EminBLminv1×04×5 V2 V，感应电流最小值为 Imin A04 A，c棒所受安培力的最小值为 F安minBIminLmin1×04×04 N016 N，金属棒匀速运动，由平衡条件可得，水平力F的最小值为 FminF安min016 N，故B错误；c棒有效切割的长度最大值为 Lmax12 m，产生的感应电动势最大值为 EmaxBLmax v1×12×5 V6 V，感应电流最大值为 Imax A12 A，c棒所受安培力的最大值为 F安maxBImaxLmax1×12×12 N144 N，金属棒匀速运动，由平衡条件可得，水平力F的最大值为FmaxF安max144 N，水平力F的最大功率为 PmaxFmaxv144×5 W72 W，故C正确；在回路中c棒产生的瞬时电动势为 eBLvB