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第 - 1 - 页 共 150 页高中物理 10 大难点强行突破 目录 难点之一:物体受力分析1难点之二:传送带问题难点之三:圆周运动的实例分析难点之四:卫星问题分析难点之五:功与能.难点之六:物体在重力作用下的运动.难点之七:法拉第电磁感应定律难点之八:带电粒子在电场中的运动难点之九:带电粒子在磁场中的运动.难点之十:电学实验. 第 - 2 - 页 共 150 页 难点之一难点之一物体受力分析物体受力分析一、难点形成原因:一、难点形成原因: 1、力是物体间的相互作用。受力分析时,这种相互作用只能凭着各力的产 生条件和方向要求,再加上抽象的思维想象去画,不想实物那么明显,这对于刚 升入高中的学生来说,多习惯于直观形象,缺乏抽象的逻辑思惟,所以形成了难 点。 2、有些力的方向比较好判断,如:重力、电场力、磁场力等,但有些力的 方向难以确定。如:弹力、摩擦力等,虽然发生在接触处,但在接触的地方是否 存在、方向如何却难以把握。 3、受力分析时除了将各力的产生要求、方向的判断方法熟练掌握外,同时 还要与物体的运动状态相联系,这就需要一定的综合能力。由于学生对物理知识 掌握不全,导致综合分析能力下降,影响了受力分析准确性和全面性。 4、教师的教学要求和教学方法不当造成难点。教学要求不符合学生的实际, 要求过高,想一步到位,例如:一开始就给学生讲一些受力个数多、且又难以分 析的物体的受力情况等。这样势必在学生心理上会形成障碍。二、难点突破策略:二、难点突破策略:物体的受力情况决定了物体的运动状态,正确分析物体的受力,是研究力学 问题的关键。受力分析就是分析物体受到周围其它物体的作用。为了保证分析结 果正确,应从以下几个方面突破难点。1.1.受力分析的方法:受力分析的方法:整体法和隔离法2.2.受力分析的依据:受力分析的依据:各种性质力的产生条件及各力方向的特点 3.3.受力分析的受力分析的步骤步骤 : 为了在受力分析时不多分析力,也不漏力,一般情况下按下面的步骤进行: (1)确定研究对象 可以是某个物体也可以是整体。 (2)按顺序画力 a先画重力:作用点画在物体的重心,方向竖直向下。 b次画已知力 c再画接触力(弹力和摩擦力) :看研究对象跟周围其他物体有几个接触整体法整体法隔离法隔离法概念概念将几个物体作为一个整体来分将几个物体作为一个整体来分析的方法析的方法将研究对象与周围物体分隔将研究对象与周围物体分隔开的方法开的方法选用原则选用原则研究系统外的物体对系统整体研究系统外的物体对系统整体的作用力的作用力研究系统内物体之间的相互研究系统内物体之间的相互作用力作用力注意问题注意问题分析整体周围其他物体对整体分析整体周围其他物体对整体的作用。而不画整体内部物体的作用。而不画整体内部物体间的相互作用。间的相互作用。分析它受到周围其他物体对分析它受到周围其他物体对它的作用力它的作用力第 - 3 - 页 共 150 页点(面) ,先对某个接触点(面)分析,若有挤压,则画出弹力,若还有相对运 动或相对运动的趋势,则再画出摩擦力。分析完一个接触点(面)后,再依次分 析其他的接触点(面) 。 d再画其他场力:看是否有电、磁场力作用,如有则画出。 (3)验证: a每一个力都应找到对应的施力物体b.受的力应与物体的运动状态对 应。 说明:说明: (1)只分析研究对象受的根据性质命名的实际力(如:重力、弹力、摩擦力 等),不画它对别的物体的作用力。 (2)合力和分力不能同时作为物体所受的力。 (3)每一个力都应找到施力物体,防止“漏力”和“添力”。 (4)可看成质点的物体,力的作用点可画在重心上,对有转动效果的物体, 则力应画在实际位置上。 (5)为了使问题简化,常忽略某些次要的力。如物体速度不大时的空气阻 力、物体在空气中所受的浮力等。 (6)分析物体受力时,除了考虑它与周围物体的作用外,还要考虑物体的 运动情况(平衡状态、加速或减速),当物体的运动情况不同时,其情况也不同。 4.4. 受力分析的受力分析的辅助手段辅助手段 (1)物体的平衡条件(共点力作用下物体的平衡条件是合力为零) (2)牛顿第二定律(物体有加速度时) (3)牛顿第三定律(内容:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相 等,方向相反,作用在一条直线上) 5.5.常见的错误及防范的办法:常见的错误及防范的办法: (1)多画力。 a.研究对象不明,错将其他物体受到的力画入。 b.虚构力,将不存在的力画入。 c.将合力和分力重复画入。 要防止多画力。第一,彻底隔离研究对象。第二,每画一个力要心中默念受 力物体和施力物体。 (2) 少画力。 少画力往往是由受力分析过程混乱所致,因此 a.要严格按顺序分析。 b.分析弹力和摩擦力时,所有接触点都要分析到。 (3) 错画力。即把力的方向画错。防范办法是要按规律作 三、分类例析三、分类例析 1 1 1 1弹力有、无的判断弹力有、无的判断 弹力的产生条件是接触且发生弹性形变。但有的形变明显,有的不明显。 那 么如何判断相互接触的物体间有无弹力? 法法 1 1 1 1: “假设法假设法” ,即假设接触物体撤去,判断研究对象是否能维持现状。 若维持现状则接触物体对研究对象没有弹力, 因为接触物体使研究对象维持现状 等同于没有接触物, 即接触物形同虚设, 故没有弹力。 若不能维持现状则有弹力, 因为接触物撤去随之撤去了应该有的弹力,从而改变了研究对象的现状。可见接 触物对研究对象维持现状起着举足轻重的作用,故有弹力。第 - 4 - 页 共 150 页例例 1 1:如图所示,判断接触面对球有无弹力,已知球静止,接触面光滑。【审题【审题】在 a、b 图中,若撤去细线,则球都将下滑,故细线中均有拉力, a 图中若撤去接触面,球仍能保持原来位置不动,所以接触面对球没有弹力;b 图 中若撤去斜面,球就不会停在原位置静止,所以斜面对小球有支持力。 【解析】【解析】图 a 中接触面对球没有弹力;图 b 中斜面对小球有支持力法法 2 2:根据根据“物体的运动状态物体的运动状态”分析分析弹力弹力。即可以先假设有弹力,分析是否 符合物体所处的运动状态。 或者由物体所处的运动状态反推弹力是否存在。 总之, 物体的受力必须与物体的运动状态符合。同时依据物体的运动状态,由二力平衡 (或牛顿第二定律)还可以列方程求解弹力。 例例 2 2:如图所示,判断接触面 MO、ON 对球有无弹力,已知球静止,接触面光 滑。【审题【审题】图中球由于受重力,对水平面 ON 一定有挤压,故水平面 ON 对球一 定有支持力,假设还受到斜面 MO 的弹力,如图 13 所示,则球将不会静止, 所 以斜面 MO 对球没有弹力。【解析】【解析】水平面 ON 对球有支持力,斜面 MO 对球没有弹力。再如例 1 的 a 图中,若斜面对球有弹力,其方向应是垂直斜面且指向球,这样球 也不会处于静止状态,所以斜面对球也没有弹力作用。 【总结【总结】弹力有、无的判断是难点,分析时常用“假设法假设法”并结合“物体的物体的 运动状态运动状态”分析。 2. 2. 2. 2.弹力的方向弹力的方向 弹力是发生弹性形变的物体由于要恢复原状, 而对它接触的物体产生的力的 作用 。所以弹力的方向为物体恢复形变的方向。图 11ab图 12图 13第 - 5 - 页 共 150 页平面与平面、 点、 曲面接触时,弹力方向垂直于平面, 指向被压或被支持的物体; 曲面与点、曲面接触时,弹力方向垂直于过接触点的曲面的切面,特殊的曲面, 如圆面时,弹力方向指向圆心。弹力方向与重心位置无关。 绳子的弹力方向为:沿着绳子且指向绳子收缩的方向;且同一条绳子内各处的弹 力相等 杆产生的弹力方向比较复杂,可以沿杆指向杆伸长或收缩的方向,也可不沿杆, 与杆成一定的夹角。 例例 3 3:如图 14 所示,画出物体 A 所受的弹力a 图中物体 A 静止在斜面上 b 图中杆 A 静止在光滑的半圆形的碗中 c 图中 A 球光滑O 为圆心, O为重心。 【审题【审题】图 a 中接触处为面面接触,由于物体受重力作用,会对斜面斜向下 挤压,斜面要恢复形变,应垂直斜面斜向上凸起,对物体有垂直斜面且指向物体 斜向上的弹力。 图 b 中 B 处为点与曲面接触,发生的形变为沿半径方向向外凹,要恢复形变就得 沿半径向上凸起,C 处为点与平面接触, C 处碗的形变的方向为斜向下压,要恢 复形变就得沿垂直杆的方向向上, 所以 B 处杆受的弹力为垂直过接触点的切面沿 半径指向圆心,C 处杆受的弹力为垂直杆向上。 图 c 中接触处为点与曲面接触,发生的形变均为沿半径分别向下凹,要恢复形变 就得沿半径方向向上凸起,所以在 M、N 两接触处对 A 球的弹力为垂直过接触点 的切面沿半径方向向上,作用线均过圆心 O,而不过球的重心 O 。 【解析】【解析】如图 15 所示【总结【总结】 弹力的方向为物体恢复形变的方向。 分析时首先应明确接触处发生 的形变是怎样的,恢复形变时应向哪个方向恢复。另外应记住平面与平面、点、 曲面接触,曲面与点、曲面接触,绳、杆弹力方向的特点,才能得以正确分析。例例 4 4 4 4:如图 16 所示,小车上固定着一根弯成角的曲杆,杆的另一端固定一 个质量为 m 的球,试分析下列情况下杆对球的弹力的大小和方向: (1)小车静 止; (2)小车以加速度 a 水平向右运动; (3)小车以加速度 a 水平向左运动。图 14abc图 15abc图 16图 17第 - 6 - 页 共 150 页【审题【审题】此题杆对球的弹力与球所处的运动状态有关。分析时应根据不同的 运动状态具体分析。 (1)小车静止时,球处于平衡状态,所受合外力为零,因重 力竖直向下,所以杆对球的弹力 F 竖直向上,大小等于球的重力 mg,如图 17 甲所示。 (2)当小车向右加速运动时,因球只受弹力和重力,所以由牛顿第二定律 F=ma 得,两力的合力一定是水平向右。由平行四边形法则得,杆对球的弹力 F 的方向应斜向右上方,设弹力 F 与竖直方向的夹角为,则由三角知识得:F= (mg)2+(ma)2tan=a/g如图 17 乙所示。(3)当小车向左加速运动时,因球只受弹力和重力,所以由牛顿第二定律 F=ma 得,两力的合力一定是水平向左,由平行四边形法则得,杆对球的弹力 F 的方向应斜向左上方,设弹力 F 与竖直方向的夹角为,则由三角知识得:F= (mg)2+(ma)2tan=a/g如图 17 丙所示可见,弹力的方向与小车运动的加速度的大小有关,并不一定沿杆的方向。 【解析【解析】 (1)球处于平衡状态,杆对球产生的弹力方向竖直向上,且大小等 于球的重力 mg。 (2)当小车向右加速运动时,球受合力方向一定是水平向右,杆对球的弹 力方向应斜向右上方, 与小车运动的加速度的大小有关, 其方向与竖直杆成 arctana/g 角,大小等于 (mg)2+(ma)2。 (3)当小车向左加速运动时,球受合力方向一定是水平向左,杆对球的弹力方向应斜向左上方,与小车运动的加速度的大小有关,其方向与竖直杆成 arctan a/g 角,大小等于 (mg)2+(ma)2。【总结【总结】杆对球的弹力方向不一定沿杆,只有当加速度向右且 a= gtan时, 杆对小球的弹力才沿杆的方向,所以在分析物体与杆固定连接或用轴连接时, 物 体受杆的弹力方向应与运动状态对应并根据物体平衡条件或牛顿第二定
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