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1、专题二 相互作用,高考物理（课标专用）,考点一 常见的三种力、力的合成与分解,考点清单,考向基础 一、力 1.力的概念 (1)力是物体间的 相互作用 ,力总是 成对 出现的,这一对力 的性质 相同 ,不接触的物体间也可以有力的作用,如重力、电磁 力等。 (2)力是矢量,其作用效果由大小、方向及作用点三个要素决定。力的 作用效果是使物体产生 形变 或 加速度 。,2.力的分类:按力的性质可分为重力、弹力、摩擦力等。按力的效果可 分为动力、阻力、向心力、回复力、浮力、压力、支持力等。即使力 的作用效果相同,这些力产生的条件及性质也不一定相同。,二、常见的三种力 1.重力 (1)产生:由于地球对物体
2、的吸引而使物体受到的力。 (2)大小:G=mg,大小与物体的运动状态无关,与物体所在的纬度、高度 有关 。 (3)方向: 竖直向下 。 2.弹力 (1)产生条件: 物体直接接触 ; 有弹性形变 。 (2)常见弹力的方向,(2)常见弹力的方向,注意 弹力的方向总是与作用在物体上使物体发生形变的外力方向相反。 (3)弹力的大小 .弹簧类胡克定律 内容:实验表明,弹簧发生 弹性形变 时,弹力的大小跟弹簧伸长(或 缩短)的长度x成正比,即F=kx。 k称为弹簧的劲度系数,单位是牛顿每米,符号用N/m表示。 .非弹簧类依据物体所处的 状态 求解。,3.摩擦力,三、力的合成 1.遵循的规律:力的合成遵循矢
3、量运算法则,即遵循 平行四边形 定则。 2.力的合成:两个共点力F1和F2的大小均不变,它们之间的夹角为,其合 力的大小为F合,当夹角变化时,合力的取值范围是 |F1-F2| F合 F1+F2 。 当两个分力F1和F2大小相等,且它们之间的夹角=120时,合力大小 等于 每个分力的大小,合力的方向沿两个分力夹角的角平分线。 四、力的分解 1.遵循的规律:力的分解是力的合成的 逆运算 ,同样遵循矢量运 算的规律,即遵循 平行四边形 定则。,2.分解原则:分解某个力时,一般要根据这个力产生的实际效果进行分解。 3.力的正交分解 将一个力分解为两个相互垂直的分力的方法称为力的正交分解法。力 的正交分
4、解法的优点是借助数学中的直角坐标系对力进行描述,其优点 是几何图形关系简单,容易求解。,考向突破,考向一 常见的三种力 一、弹力方向的判定 总则:弹力的方向与接触面的切面垂直,与施力物体的形变方向相反。 具体可以分为以下几种情况: 1.平面与平面之间的弹力方向,与平面垂直。 例如A受水平地面的弹力方向与地面垂直,如图所示。 2.平面与曲面之间的弹力方向,过接触点与平面垂直。如果曲面为圆弧 面,弹力的方向在接触点与圆心的连线上。,例如A所受弹力方向在P、O的连线上。(P为接触点,O为圆心) 3.曲面与曲面之间的弹力方向,过接触点垂直于两曲面的公切面。如果 两曲面为圆弧面,弹力的方向在两圆心的连线
5、上。,例如A所受的弹力方向在两圆心O1、O2的连线上。 4.点与平面之间的弹力方向,过点与平面垂直。 例如A所受两墙面的弹力N1和N2的方向如图所示。,5.点与曲面之间的弹力方向,过点垂直于曲面的切面,如果曲面为圆弧 面,弹力方向在接触点与圆心的连线上。 例如放在半球形碗中的杆C处所受弹力方向在C、O的连线上。 6.点与杆之间的弹力方向,过点垂直于杆。 如上图杆D处所受弹力方向过D点垂直于杆。 7.绳子的弹力方向沿绳并指向绳收缩的方向。,例如绳子对物块与天花板的弹力分别为T1、T2,方向如图所示。 8.弹簧弹力的方向是沿弹簧并与弹簧的形变方向相反。 例如A物块所受弹簧的弹力N的方向如图所示。,
6、例1 画出图中静止的各球或杆受到的弹力。 (4),解题导引,答案 如图所示,(4),例2 (2014广东理综,14,4分)如图所示,水平地面上堆放着原木,关于原 木P在支撑点M、N处受力的方向,下列说法正确的是 ( ),A.M处受到的支持力竖直向上 B.N处受到的支持力竖直向上 C.M处受到的静摩擦力沿MN方向 D.N处受到的静摩擦力沿水平方向,解析 M处受到的支持力垂直于地面竖直向上,N处受到的支持力过N 垂直于切面,A项正确、B项错;静摩擦力方向平行于接触面与相对运动 趋势的方向相反,因此M处受到的静摩擦力沿水平方向,N处受到的静摩 擦力沿MN方向,C、D项都错误。,答案 A,二、对静摩擦
7、力的判定 相对运动趋势不如相对运动直观,具有很强的隐蔽性,所以静摩擦力的 判定较困难,为此总结了下面几种常用的判定方法: 1.“假设法”和“反推法”,假设法 即先假定没有静摩擦力,看相对静止的物体间能否发生相对运 动。若能,则有静摩擦力,方向与相对运动方向相反;若不能,则没有静摩 擦力。,反推法 从物体表现出的运动状态反推它必须具有的条件,分析组成条 件的相关因素中摩擦力所起的作用,判断摩擦力的方向。,例3 如图所示,物体A、B在力F作用下一起以相同速度沿F方向匀速运 动,关于物体A所受的摩擦力,下列说法正确的是 ( ) A.甲、乙两图中物体A均受摩擦力,且方向均与F相同 B.甲、乙两图中物体
8、A均受摩擦力,且方向均与F相反 C.甲、乙两图中物体A均不受摩擦力 D.甲图中物体A不受摩擦力,乙图中物体A受摩擦力,方向和F相同,解析 用假设法分析:甲图中,假设A受摩擦力,与A做匀速运动在水平方 向合力为零不符,所以A不受摩擦力;乙图中,假设A不受摩擦力,A将相对 B沿斜面向下运动,从而知A应受沿F方向的摩擦力。正确选项是D。,答案 D,2.根据“物体的运动状态”来判定 此法关键是先明确物体的运动状态(即加速度的方向),再利用牛顿第二 定律(F=ma)确定合力,然后通过受力分析确定静摩擦力的大小及方向。,例4 如图,物体B叠放在物体A上,水平地面光滑,外力F作用于物体A上, 使它们一起运动
9、,试分析两物体受到的静摩擦力的方向。,解题导引,解析 由于水平地面光滑,则物体A与B在外力F的作用下一起向右加速 运动。因为物体B在水平方向有向右的加速度,故必受A对它的水平向 右的静摩擦力,根据牛顿第三定律,物体A受到物体B对它的水平向左的 静摩擦力,如图所示。 答案 见解析,3.利用牛顿第三定律(即作用力与反作用力的关系)来判定 此法关键是抓住“力是成对出现的”,先确定受力较少的物体受到的静 摩擦力的方向,再确定另一物体受到的静摩擦力的方向。 例4中,先分析出受力较少的B受到A水平向右的静摩擦力,再由牛顿第三 定律确定A受到B水平向左的静摩擦力。 三、“形同质异”问题 1.动杆和定杆问题的
10、思考方法 杆所受到的弹力方向可以沿着杆,也可以不沿杆,因此在分析问题时,要 注意是动杆还是定杆。,甲,若轻杆用转动轴或铰链连接,当处于平衡时杆所受到的弹力方向一定沿 着杆,否则会引起杆的转动。如图甲所示,若C为转动轴,则轻杆在缓慢 转动中,弹力方向始终沿杆的方向。,若轻杆被固定不发生转动,则杆所受到的弹力方向不一定沿杆的方向。 如图乙所示,水平横梁的一端A插在墙壁内,另一端装有一个小滑轮B,一 轻绳的一端C固定于墙壁上,另一端跨过滑轮后悬挂一质量m=10 kg的 重物,CBA=30。,滑轮受到绳子的作用力应为图中两段绳中拉力F1和F2的合力F,如图丙 所示,因为同一根绳子张力处处相等,都等于重
11、物的重力,即F1=F2=G=mg= 100 N。用平行四边形定则作图,可知合力F=100 N,所以滑轮受绳的作 用力为100 N,方向与水平方向成30角斜向左下方,故可判断弹力的方 向不沿杆。,例5 如图所示,绳与杆均不计重力,承受力的最大值一定。杆的A端用 铰链固定,滑轮O在A点正上方(滑轮大小及摩擦均可忽略),B端挂一重物 P,现施加拉力T将B缓慢上拉(绳和杆均未断),在杆达到竖直前 ( ),A.绳子越来越容易断 B.绳子越来越不容易断 C.杆越来越容易断 D.杆越来越不容易断,解析 以B点为研究对象,B受三个力:绳沿BO方向的大小为T的拉力F1, 绳沿竖直向下方向的大小为GP的拉力F2,
12、AB杆沿AB方向的支持力N,这 三个力构成封闭的矢量三角形,如图所示,该三角形与几何三角形OAB 相似,得到 = = ,由此可知,N不变,F1随OB的减小而减小。 答案 B,2.“活结”和“死结”问题的思考方法 当绳绕过滑轮或挂钩时,由于滑轮或挂钩对绳无约束,因此绳上各处的 力是相等的,即滑轮或挂钩只改变力的方向不改变力的大小。例如“动 杆和定杆问题的思考方法”中图乙,两段绳中的拉力F1=F2=mg。 若结点不是滑轮,是称为“死结”的结点,则两侧绳上的弹力不一定相 等。例如“动杆和定杆问题的思考方法”中图甲,B点下面绳中的拉力 大小始终等于mg,而B点上侧绳AB中的拉力随杆的转动而变化。,甲,
13、例6 (2017山西五校四联,16)如图所示,轻绳OA一端固定在天花板上,另 一端系一光滑的圆环,一根系着物体的轻绳穿过圆环后,另一端固定在 墙上B点,且OB处于水平。现将A点缓慢沿天花板水平向右移动,且OB 段的轻绳始终保持水平,则OA、OB段轻绳所受的拉力的大小TA、TB的 变化情况是 ( ) A.TA增大,TB不变 B.TA、TB均不变 C.TA不变,TB增大 D.TA、TB均减小,解析 因为圆环光滑,则OC、OB段轻绳所受的拉力的大小TC、TB始终 相等,且等于物体的重力。又OB段轻绳始终保持水平,OC段轻绳始终保 持竖直,则A点缓慢右移,圆环也随之右移,角不变,由平衡条件可知OA 段
14、轻绳所受的拉力不变。故B项正确。,答案 B,名师点拨 BC轻绳穿过光滑圆环,O点并非结点。当A点向右移时,光滑圆环也向右移,保持OB水平,物体下降。TC=TB=mg,而TA= mg保持不变。 在A点缓慢移动过程中误以为O点不动从而造成错解。,考向二 力的合成与分解 一、三种特殊情况的共点力合成,二、合力范围的确定 1.两个共点力的合力范围:两个力的大小不变时,其合力随夹角的增大而 减小。当两力反向时,合力最小,为|F1-F2|;当两力同向时,合力最大,为F1+ F2,|F1-F2|F合F1+F2。 2.三个共面共点力的合力范围 (1)三个力共线且同向时,其合力最大,为F1+F2+F3。 (2)
15、以这三个力的大小为边,如果能组成封闭的三角形(即任意一个力在 另外两个力的合力范围内),则其合力最小为零,若不能组成封闭的三角 形(即任意一个力不在另外两个力的合力范围内),则合力最小值的大小 等于最大的一个力减去另外两个力的和。,例7 (2017安徽江南十校联考,15)如图所示,竖直面光滑的墙角有一个 质量为m,半径为r的半球体A。现在A上放一密度和半径与A相同的球体 B,调整A的位置使得A、B保持静止状态,已知A与地面间的动摩擦因数 为0.5。则A的球心距墙角的最远距离是 ( ) A.2r B. r C. r D. r,解析 由题可知B球质量为2m,当A球球心距墙角最远时,A受地面水平 向
16、右的摩擦力f=3mg,此时以B球为研究对象,对其受力分析如图所示, 有F2= ,以A和B整体为研究对象,在水平方向有3mg=F2,则tan = ,代入数据得=53。由几何关系可知,A的球心到墙角的最远距离 l=r+2r cos = r,选项C正确。,答案 C,解题指导 A为半球体,B为球体,密度和半径均相同,说明mB=2mA=2m。 A的球心距墙角距离最远时,地面对A的摩擦力f=3mg。 三、正交分解法 1.将已知力按互相垂直的两个方向进行分解的方法叫正交分解法。正 交分解法是高考的热点。 2.分解原则:以少分解力和容易分解力为原则。 3.方法:物体受到多个力F1、F2、F3作用,求合力F时,可把各力沿相互 垂直的x轴、y轴分解。,x轴上的合力Fx=Fx1+Fx2+Fx3+ y轴上的合力Fy=Fy1+Fy2+Fy3+ 合力大小:F= 合力方向:与x轴
