1.彈力(1)大小:彈簧在彈性限度內(nèi),彈力的大小可由胡克定律F=kx計算;一般情況下物體間相互作用的彈力可由平衡條件或牛頓運(yùn)動定律來求解。(2)方向:一般垂直于接觸面(或切面)指向形變恢復(fù)的方向,繩的拉力沿繩指向繩收縮的方向。2.摩擦力(1)大小:滑動摩擦力Ff=μF壓,與接觸面的面積無關(guān);靜摩擦力的增大有一個限度,具體值根據(jù)牛頓運(yùn)動定律或平衡條件來求。(2)方向:沿接觸面的切線方向,并且跟物體的相對運(yùn)動或相對運(yùn)動趨勢的方向相反。
(2)方向:正電荷所受靜電力方向與電場強(qiáng)度方向一致,負(fù)電荷所受靜電力方向與電場強(qiáng)度方向相反。4.安培力(1)大小:F=BIL,此式只適用于B⊥I的情況,且L是導(dǎo)線的有效長度。當(dāng)B∥I時,F=0。(2)方向:用左手定則判斷,安培力垂直于B、I確定的平面。
5.洛倫茲力(1)大小:F=qvB,此式只適用于B⊥v的情況。當(dāng)B∥v時,F=0。(2)方向:用左手定則判斷,洛倫茲力垂直于B、v確定的平面,洛倫茲力永不做功。6.共點(diǎn)力的平衡(1)平衡狀態(tài):物體靜止或做勻速直線運(yùn)動。(2)平衡條件:F合=0或Fx=0,Fy=0。
模型建構(gòu)滑塊與斜面模型如圖所示,斜面固定,物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ,將物塊輕放在斜面上,若μ=tan θ,物塊剛好不下滑;若μ>tan θ,物塊靜止;若μmg,FN=2mgB.Fa>mg,FN>2mgC.Fb=Fc,Fa=Fb+0.5mgD.Fa=Fb+Fc
解析:對整體受力分析,由平衡條件得FN=2mg,由對稱性可知Fb=Fc,對上方木模受力分析,受到自身向下的重力mg,兩根長線向下的拉力Fb、Fc和短線a向上的拉力Fa,有Fa=mg+Fc+Fb,則Fa>mg,Fa≠Fb+Fc,故選A。
1.動態(tài)平衡物體在緩慢移動過程中,可認(rèn)為其速度、加速度均為零,物體處于平衡狀態(tài)。2.思路方法把“動”化為“靜”,“靜”中求“動”。動態(tài)平衡問題的常用方法有圖解法、解析法和相似三角形法。(1)圖解法:一個力恒定,另一個力的方向恒定時可用此法。例:擋板P由豎直位置向水平位置緩慢旋轉(zhuǎn)時小球受力的變化。(如圖所示)(2)解析法:如果物體受到多個力的作用,可進(jìn)行正交分解,利用解析法,建立平衡方程,根據(jù)自變量的變化確定因變量的變化。
(3)相似三角形法:一個力恒定、另外兩個力的方向同時變化,當(dāng)所作矢量三角形與空間的某個幾何三角形總相似時用此法。(如表所示)
3.(2022·遼寧沈陽模擬)如圖所示為一簡易起重裝置,AC是上端帶有滑輪的固定支架,BC為質(zhì)量不計的輕桿,桿的一端C用鉸鏈固定在支架上,另一端B懸掛一個重力為G的重物,并用鋼絲繩跨過滑輪連接在卷揚(yáng)機(jī)上。開始時,桿BC與支架AC的夾角∠BCA>90°,現(xiàn)使∠BCA緩緩變小,直到∠BCA=30°。在此過程中,桿BC所受的力(不計鋼絲繩所受重力及一切阻力,且滑輪和鉸鏈大小可不計)(　　)A.大小不變 B.逐漸增大C.先減小后增大 D.先增大后減小
4.(2021·湖南卷,5) 質(zhì)量為M的凹槽靜止在水平地面上,內(nèi)壁為半圓柱面,截面如圖所示,A為半圓的最低點(diǎn),B為半圓水平直徑的端點(diǎn)。凹槽恰好與豎直墻面接觸,內(nèi)有一質(zhì)量為m的小滑塊。用推力F推動小滑塊由A點(diǎn)向B點(diǎn)緩慢移動,力F的方向始終沿圓弧的切線方向,在此過程中所有摩擦均可忽略,下列說法正確的是(　　)A.推力F先增大后減小B.凹槽對滑塊的支持力先減小后增大C.墻面對凹槽的壓力先增大后減小D.水平地面對凹槽的支持力先減小后增大
考點(diǎn)三　電磁場中的平衡問題
1.“三種”電磁力的對比
2.涉及靜電力、磁場力的平衡問題的解題思路(1)記憶口訣:一場二彈三摩擦,各力方向準(zhǔn)確畫。(2)思維導(dǎo)圖。3.解題常見誤區(qū)及提醒(1)安培力方向的判斷要先判斷磁場方向、電流方向,再用左手定則判斷,同時注意立體圖轉(zhuǎn)化為平面圖。(2)靜電力或安培力的出現(xiàn),可能會對壓力或摩擦力產(chǎn)生影響。(3)涉及電路問題時,要注意閉合電路歐姆定律的使用。
5.(2022·廣東廣州二模)如圖,在光滑絕緣斜面上有帶電小球a與b,兩球同時釋放瞬間,a球的加速度剛好為零。則下列關(guān)于a、b的電性及初始位置,符合要求的是(　　)
解析:帶電小球a在光滑絕緣斜面上,對其受力分析,受重力、支持力和帶電小球b對它的庫侖力。兩球同時釋放瞬間,a球的加速度剛好為零,即帶電小球b對它的庫侖力與重力和支持力的合力平衡,故帶電小球b對小球a的庫侖力沿斜面向上。綜上所述只有B圖符合題意。
6.(2022·湖南卷,3)如圖a,直導(dǎo)線MN被兩等長且平行的絕緣輕繩懸掛于水平軸OO′上,其所在區(qū)域存在方向垂直指向OO′的磁場,與OO′距離相等位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等且不隨時間變化,其截面圖如圖b所示。導(dǎo)線通以電流I,靜止后,懸線偏離豎直方向的夾角為θ。下列說法正確的是(　　)A.當(dāng)導(dǎo)線靜止在圖a右側(cè)位置時,導(dǎo)線中電流方向由N指向MB.電流I增大,靜止后,導(dǎo)線對懸線的拉力不變C.tan θ與電流I成正比D.sin θ與電流I成正比
考點(diǎn)四　平衡問題中的臨界、極值問題
1.臨界問題當(dāng)某物理量變化時,會引起其他物理量的變化,從而使物體所處的平衡狀態(tài)“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”,在問題的描述中常用“剛好”“剛能”“恰好”等詞語。力的平衡中常見的臨界狀態(tài)有:(1)兩接觸物體脫離與不脫離的臨界條件是相互作用力為零(主要體現(xiàn)為兩物體間的彈力為零)。(2)繩子斷與不斷的臨界條件為作用力達(dá)到最大值。(3)存在摩擦力作用的兩物體間發(fā)生相對滑動或相對靜止的臨界條件為靜摩擦力達(dá)到最大值。
2.極值問題平衡物體的極值一般指在力的變化過程中的最大值和最小值問題。3.解決臨界、極值問題的思路4.解決臨界、極值問題的三種方法(1)解析法:根據(jù)物體的平衡條件列出平衡方程,在解方程時采用數(shù)學(xué)方法求極值。(2)圖解法:此種方法通常適用于物體只在三個力作用下的平衡問題。(3)極限法:極限法是一種處理臨界問題的有效方法,它是指通過恰當(dāng)選取某個變化的物理量將問題推向極端(如“極大”“極小”等),從而把比較隱蔽的臨界現(xiàn)象暴露出來,快速求解。
7.(2022·安徽蕪湖階段測試)(多選)如圖所示,質(zhì)量均為m的小球a、b之間用輕繩相連,小球a固定在輕桿的一端,輕桿的另一端固定在左側(cè)豎直墻壁上,輕桿與豎直墻壁間的夾角為30°?，F(xiàn)改變作用在小球b上的外力F的大小和方向,使輕繩與豎直方向的夾角保持60°不變。已知重力加速度為g。則(　　)A.外力F可能水平偏上,也可能水平偏下B.外力F的最小值為0.5mgC.輕桿對小球a的作用力沿桿方向不變而大小改變D.輕桿對小球a的作用力的最小值為mg
8.(2022·河北省級聯(lián)測)如圖所示,a、b、c三塊質(zhì)量均為m的物塊疊放在一起,物塊a、b間的動摩擦因數(shù)為0.6,物塊b、c間的動摩擦因數(shù)為0.4,物塊c與地面間的動摩擦因數(shù)為0.2,物塊a、c用輕繩通過固定在墻面上的兩個光滑定滑輪連接,物塊與滑輪間輕繩水平,現(xiàn)用逐漸增大的水平力F向左拉c,直到使物塊c發(fā)生運(yùn)動。設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,則拉力F至少為(　　)
解析:物塊之間產(chǎn)生相對滑動,需要達(dá)到對應(yīng)點(diǎn)的最大靜摩擦力,a、b間的最大靜摩擦力為0.6mg,b、c間的最大靜摩擦力為0.8mg,所以a、b間更易產(chǎn)生相對滑動,即拉動c,系統(tǒng)內(nèi)物體間產(chǎn)生滑動時b、c作為一個整體一起運(yùn)動。當(dāng)c要發(fā)生運(yùn)動時,對b、c整體受力分析,a對整體是向右的最大靜摩擦力,為Ffa=0.6mg,地面對整體是向右的摩擦力,為Ff地=0.2×3mg=0.6mg,輕繩對整體向右的拉力FT=0.6mg,所以F≥FT+Ffa+Ff地=1.8mg,B正確,A、C、D錯誤。
類型一　科技前沿問題新高考試題注重體現(xiàn)時代特色,引導(dǎo)學(xué)生秉持家國情懷,更注重情境化的命題趨勢,試題命制中涉及科技前沿問題的日漸增多,這對同學(xué)們的解題素養(yǎng)提出了更高的要求。遇到這些問題時,需要將所學(xué)知識與實際習(xí)題情境聯(lián)系起來,抓住問題的實質(zhì),從情境中抽象出物理模型,運(yùn)用物理學(xué)基本規(guī)律解決。
解析:根據(jù)題意,升力F2與速度方向垂直,因此可以排除選項B、D;空氣阻力f與速度方向相反,可以排除選項C,故選項A正確。

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