物理学与人类文明优质课教案

专题1 力与物体的平衡

1.常见力特点

(1)弹力方向沿绳指向绳收缩的方向或垂直于接触面，但杆受的弹力不一定沿杆；弹力大小一般结合平衡条件求解，弹簧弹力可用胡克定律求解．

(2)摩擦力的方向与相对运动或相对运动趋势的方向相反，滑动摩擦力大小F＝μFN；静摩擦力大小和方向随运动状态及外力情况而变化，静摩擦力的大小范围：0≤F≤Fmax．

(3)电场力F＝qE，安培力F＝BIL，洛伦兹力F＝qvB.

物体的静态平衡

(2013·全国卷Ⅱ)

如图1-1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．物块对斜面的正压力

【答案】

C 发散1

单个物体平衡

1．(2015·衡水模拟)国内首台新型墙壁清洁机器人“蜘蛛侠”是由青岛大学学生自主设计研发的，“蜘蛛侠”利用8只“爪子”上的吸盘吸附在接触面上，通过“爪子”交替伸缩，就能在墙壁和玻璃上自由移动，如图1-2所示，“蜘蛛侠”在竖直玻璃墙面上由A点沿直线匀速“爬行”到右上方B点，在这一过程中，关于“蜘蛛侠”在竖直面内的受力分析正确的是(

)

图1-2

【答案】

B 发散2

多个物体系统平衡的受力分析

2．(2015·山东高考)如图1-3所示，滑块A置于水平地面上，滑块B在一水平力作用下

紧靠滑块A(A、B接触面竖直)，此时A恰好不滑动，B刚好不下滑．已知A与B间的动摩擦因数为μ1，A与地面间的动摩擦因数为μ2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．A与B的质量之比为(

)

1A.

μ1μ21＋μ1μ2C.

μ1μ2【答案】

B

发散3 平衡物体的受力计算问题

3．如图1-4所示，质量分别为3m和m的两个可视为质点的小球a、b，中间用一细线连接，并通过另一细线将小球a与天花板上的O点相连，为使小球a和小球b均处于静止状态，且连接O点与小球a的细线向右偏离竖直方向的夹角恒为37°，需要对小球b朝某一方向施加一拉力F.已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，重力加速度为g，则当F的大小达到最小时，连接O点与小球a的细线对小球a的拉力大小为(

)

A．4mg

C．2.4mg

【答案】

B

物体的动态平衡

(2014·山东高考)如图1-5所示，用两根等长轻绳将木板悬挂在竖直木桩上等高的两点，制成一简易秋千．某次维修时将两轻绳各剪去一小段，但仍保持等长且悬挂点不变．木板静止时，F1表示木板所受合力的大小，F2表示单根轻绳对木板拉力的大小，则维修后(

)

A．F1不变，F2变大

C．F1不变，F2变小

【答案】

A

1．如图1-6所示，质量为m的小球用细线拴住放在光滑斜面上，斜面足够长，倾角为α，斜面体置于光滑水平面上，用水平力F推斜面体使斜面体缓慢地向左移动，小球沿斜面缓慢升高．当线的拉力最小时，推力F等于(

)

A．mgsin α

C．mgsin 2α

【答案】

D

2．(多选)(2015·宜宾模拟)如图1-7所示，用一段绳子把轻质滑轮吊装在A点，一根轻绳跨过滑轮，绳的一端拴在井中的水桶上，人用力拉绳的另一端，滑轮中心为O点，人所1B.mgsin α

21D.mgsin 2α

2B．F1变大，F2变大

D．F1变小，F2变小

B．3.2mg

D．3mg 1－μ1μ2B.

μ1μ22＋μ1μ2D.

μ1μ2

拉绳子与OA的夹角为β，拉水桶的绳子与OA的夹角为α.人拉绳沿水平面向左运动，把井中质量为m的水桶匀速提上来，人的质量为M，重力加速度为g，在此过程中，以下说法正确的是(

) A．α始终等于β

B．吊装滑轮的绳子的拉力逐渐变大

C．地面对人的摩擦力逐渐变大

D．地面对人的支持力逐渐变大

【答案】

ACD

3．(多选)如图1-8所示，两块光滑的挡板在竖直平面内组成“V”形装置，夹角恒为60°，OC是其角平分线，装置内放有一重为G的小球，开始时OB板处于竖直状态，现让装置在竖直平面内绕O点沿顺时针方向缓慢转动，在转至OA板处于竖直状态的过程中有(

)

23A．刚开始时OA板对球的支持力大小为G

3GB．当OC线竖直时，两挡板对球的弹力大小均为

2C．OB板对球的弹力先减小后增大

D．OA板对球的弹力一直在减小

【答案】

AD

(2015·全国卷Ⅰ)如图1-9所示，一长为10 cm的金属棒ab用两个完全相同的弹簧水平地悬挂在匀强磁场中；磁场的磁感应强度大小为0.1 T，方向垂直于纸面向里；弹簧上端固定，下端与金属棒绝缘．金属棒通过开关与一电动势为12 V的电池相连，电路总电阻为2 Ω.已知开关断开时两弹簧的伸长量为0.5 cm；闭合开关，系统重新平衡后，两弹簧的伸长量与开关断开时相比均改变了0.3 cm.重力加速度大小取10 m/s2.判断开关闭合后金属棒所受安培力的方向，并求出金属棒的质量．

【答案】

安培力的方向竖直向下，金属棒的质量为0.01 kg

发散1

安培力作用下的平衡问题

1．(2015·衡水模拟)如图1-10所示，绝缘细线下面悬挂一质量为m、长为l的导线，导线置于方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中，当在导线中通以垂直纸面向里的恒定电流I时，绝缘细线偏离竖直方向θ角而静止．现将磁场方向由图示方向沿逆时针方向缓慢转动，转动时保持磁感应强度的大小不变，则在磁场转过90°的过程中，下列说法正确的是(

)

A．导线受到的安培力F安逐渐变大 B．绝缘细线的拉力FT逐渐变大

C．绝缘细线与竖直方向的夹角θ先增大后减小

D．导线受到的安培力F安与绝缘细线的拉力FT的合力大小不变，方向随磁场的方向而改变

【答案】

B

2．(多选)(2015·浙江高考)如图1-11所示，用两根长度相同的绝缘细线把一个质量为0.1 kg的小球A悬挂到水平板的M、N两点，A上带有Q＝3.0×106 C的正电荷．两线夹角为120°，－两线上的拉力大小分别为F1和F2.A的正下方0.3 m处放有一带等量异种电荷的小球B，B与绝缘支架的总质量为0.2 kg(重力加速度取g＝10 m/s2；静电力常量k＝9.0×109 N·m2/C2，A、B球可视为点电荷)，则(

) A．支架对地面的压力大小为2.0 N

B．两线上的拉力大小F1＝F2＝1.9 N

C．将B水平右移，使M、A、B在同一直线上，此时两线上的拉力大小F1＝1.225 N，F2＝1.0 N

D．将B移到无穷远处，两线上的拉力大小F1＝F2＝0.866 N

【答案】

BC

3. (多选)(2015·浙江名校联考)质量为m、电荷量为q的微粒以速度v与水平方向成θ角从O点进入方向如图1-12所示的正交的匀强电场和匀强磁场组成的混合场区，该微粒在电场力、洛伦兹力和重力的共同作用下，恰好沿直线运动到A，下列说法中正确的是(

)

A．该微粒一定带负电荷

B．微粒从O到A的运动可能是匀变速运动

mgC．该磁场的磁感应强度大小为

qvcos θD．该电场的场强为Bvcos θ

【答案】

AC