高考物理第一轮同步导学复习023。
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高考物理第一轮复习导学
§1．4直线运动的图象及应用
【考点自清】
一、位移—时间图象：
1、图象的物理意义：表示做直线运动物体的位移随时间变化的关系。
横坐标表示从计时开始各个时刻，纵坐标表示从计时开始任一时刻物体的位置，即从运动开始的这一段时间内，物体相对于坐标原点的位移。
2、图线斜率的意义：图象的斜率表示物体的速度。
如果图象是曲线则其某点切线的斜率表示物体在该时刻的速度，曲线的斜率将随时间而变化，表示物体的速度时刻在变化。
斜率的正负表示速度的方向；
斜率的绝对值表示速度的大小。
3、匀速运动的位移—时间图象是一条直线，而变速直线运动的图象则为曲线。
4、图象的交点的意义是表示两物体在此时到达了同一位置即两物体“相遇”。
5、静止的物体的位移—时间图象为平行于时间轴的直线，不是一点。
6、图象纵轴的截距表示的是物体的初始位置，而横轴的截距表示物体开始运动的时刻，或物体回到原点时所用的时间。
7、图象并非物体的运动轨迹。
二、速度—时间图象：
1、图象的物理意义：表示做直线运动物体的速度随时间变化的关系。
横坐标表示从计时开始各个时刻，纵坐标表示从计时开始任一时刻物体的速度。
2、图线斜率的意义：图象的斜率表示物体加速度。
斜率的正负表示加速度的方向；
斜率的绝对值表示加速度大小。
如果图象是曲线，则某一点切线的斜率表示该时刻物体的加速度，曲线的斜率随时间而变化表示物体加速度在变化。
3、匀速直线运动的速度图线为一条平行于时间轴的直线，而匀变速直线运动的图象则为倾斜的直线，非匀变速运动的速度图线的曲线。
4、图象交点意义表示两物体在此时刻速度相等，而不是两物体在此时相遇。
5、静止物体的速度图象是时间轴本身，而不是坐标原点这一点。
6、图象下的面积表示位移，且时间轴上方的面积表示正位移，下方的面积表示负位移。
7、图象纵轴的截距表示物体的初速度，而横轴的截距表示物体开始运动的时刻或物体的速度减小到零所用时间。
8、速度图象也并非物体的运动轨迹。
【重点精析】
一、物理图象的识图方法：一轴、二线、三斜率、四面积、五截距、六交点
运动学图象主要有x-t图象和v-t图象，运用运动学图象解题总结为“六看”：一看“轴”，二看“线”，三看“斜率”，四看“面积”，五看“截距”，六看“特殊点”。
1、“轴”：先要看清坐标系中横轴、纵轴所代表的物理量，即图象是描述哪两个物理量间的关系，是位移和时间关系，还是速度和时间关系？同时还要注意单位和标度。
2、“线”：“线”上的一个点一般反映两个量的瞬时对应关系，如x-t图象上一个点对应某一时刻的位移，v-t图象上一个点对应某一时刻的瞬时速度；“线”上的一段一般对应一个物理过程，如x-t图象中图线若为倾斜的直线，表示质点做匀速直线运动，v-t图象中图线若为倾斜直线，则表示物体做匀变速直线运动。
3、“斜率”：表示横、纵坐标轴上两物理量的比值，常有一个重要的物理量与之对应，用于求解定量计算中对应物理量的大小和定性分析中对应物理量变化快慢的问题。如x-t图象的斜率表示速度大小，v-t图象的斜率表示加速度大小。
4、“面积”：图线和坐标轴所围成的面积也往往表示一个物理量，这要看两轴所代表的物理量的乘积有无实际意义。这可以通过物理公式来分析，也可以从单位的角度分析。如x和t乘积无实际意义，我们在分析x-t图象时就不用考虑“面积”；而v和t的乘积vt=x，所以v-t图象中的“面积”就表示位移。
5、“截距”：表示横、纵坐标轴上两物理量在“初始”（或“边界”）条件下的物理量的大小，由此往往能得到一个很有意义的物理量。
6、“特殊点”：如交点，拐点（转折点）等。如x-t图象的交点表示两质点相遇，而v-t图象的交点表示两质点速度相等。
【例1】如图所示，为A、B、C三物体从同一地点、同时出发沿同一方向做直线运动的x－t图象，在0～t0时间内()
A、平均速度
B、平均速率
C、A一直在B、C的后面
D、A的速度一直比B、C的速度大
【解析】从x-t图象知，在t0时刻A、B、C离起点O的位移相同，故A正确.由A在时刻t0已经返回到终点，故路程关系是sAsC＝sB，故平均速率vAvC＝vB，B不正确。答案A
【规律总结】对于图象问题，首先要弄清坐标轴表示的意义，然后再弄清图线所描述的规律.本题的图线描述的是位移随时间变化的规律，而不是物体的运动轨迹.
【变式练习1】一宇宙空间探测器从-5a0某一星球表面垂直升空，假设探测器的质量恒为1500kg，发动机的推力为恒力，宇宙探测器升空到某一高度时，发动机突然关闭，如图所示为其速度随时间变化的规律.
⑴、升高后9s、25s、45s，即在图线上A、B、C三点探测器的运动情况如何？
⑵、求探测器在该行星表面达到的最大高度
⑶、计算该行星表面的重力加速度及发动机的推动力(假设行星表面没有空气).
二、x-t图象与v-t图象的比较
形状相同的图线，在不同的图象中所表示的物理规律不同，通过下图中的例子体会x-t图象和v-t图象中图线表示的物理规律。
【例2】做直线运动的物体的v-t图象如图所示.由图象可知()
A、前10s物体的加速度为0.5m/s2，后5s物体的加速度为－1m/s2
B、15s末物体回到出发点
C、10s末物体的运动方向发生变化
D、10s末物体的加速度方向发生变化
【解析】从图线的斜率可知物体在前10s内的加速度为0.5m/s2，后5s内的加速度为－1m/s2，A正确.物体先沿正方向做匀加速直线运动，10s末开始做匀减速直线运动，运动方向不变，加速度方向发生了变化，15s末物体速度为零，离出发点距离37.5m，选项D正确，B、C错误。答案AD
【规律总结】应用v-t图象分析物体的运动时，要抓住图线的特征与运动性质的关系，要抓住图线的“点”、“线”、“面积”和“斜率”的意义。
【变式练习2】若将上题中的图象的纵轴(v轴)换成x轴，其他条件不变，试回答下列问题：
⑴、物体在0～10s和10s～15s两个阶段分别做什么运动？
⑵、物体何时距出发点最远，何时回到出发点？
【解析】⑴、0～10s内，物体的速度为v1＝k1＝0.5m/s，物体沿x轴正方向做匀速直线运动.10s～15s内，物体的速度为v2＝k2＝－1m/s，物体沿x轴负方向做匀速直线运动.
⑵、从图可直接判断，物体10s末离出发点最远，最远距离为5m；第15s时，物体位移为0，回到出发点.
三、应用图象分析问题
【例3】摩托车在平直公路上从静止开始启动，a1＝1.6m/s2，稍后匀速运动，然后减速，a2＝6.4m/s2，直到停止，共历时130s，行程1600m，试求：
⑴、摩托车行驶的最大速度；
⑵、若摩托车从静止启动，a1、a2不变，直至停止，行程不变，所需最短时间为多少.
【规律总结】利用公式和图象，都可以求出最大速度、最短时间等极值问题，但用图象法显然更直观、简洁。
【变式练习3】物体沿一直线运动在t时间内通过的路程为S。它在中间位置S处的速度为v1，在中间时刻t时的速度为v2，则v1、v2的关系为
A、当物体作匀加速直线运动时，v1＞v2
B、当物体作匀减速直线运动时，v1＜v2
C、当物体作匀速直线运动时，v1＝v2
D、当物体作匀减速直线运动时，v1＞v2-
【解析】由题意，作出物体的v一t关系图，S点处的虚线把梯形面积一分为二，如图所示，由图可知，无论物体作匀加速直线运动还是作匀减速直线运动。在路程中间位置的速度v1始终大于中间时刻的速度v2，当物体作匀速直线运动时，在任何位置和任何时刻的速度都相等。故正确答案A、C、D。
四、速度—时间图象的迁移与妙用
【例4】如图所示，两个光滑的斜面高度相同，右边由两部分组成且AB＋BC＝AD，两小球a、b分别从A点沿两侧斜面由静止滑下，不计转折处的能量损失，哪一边的小球先滑到斜面底端.
【解析】两小球从等高处沿光滑的斜面下滑(由静止)，由于两边斜面倾角不同，下滑的加速度不同(aABaADaBC)，根据机械能守恒定律，两球达到底端的速度大小相等，因此画出其vt图象如图所示，其中折线为沿ABC斜面下滑的a球的速度图象，直线为沿AD斜面下滑的b球的速度图象。要满足a、b两图线下方的面积相等，必须使图中画有斜线部分的两块面积相等，那就一定有tatb，即沿ABC下滑的小球先到达底端。
【规律总结】图象在中学物理中应用十分广泛，它能形象地表达物理规律，直观地叙述物理过程，并鲜明地表示物理量间的各种关系。利用图象解决物理问题，是学好物理的一种重要方法，由于其具有直观形象、简捷实用的特点，高考更加重视对图象的理解与应用，利用图象法解决问题的知识点明显增多，高考中命题的几率也明显提高。
【变式练习4】一只老鼠从洞口爬出后沿一直线运动，其速度大小与其离开洞口的距离成反比。当其到达距洞口为d1的A点时速度为v1．若B点离洞口的距离为d2（d2＞d1），求老鼠由A运动至B所需的时间。-
【同步作业】
1、(20xx聊城模拟)如图所示的x－t图象和v－t图象中，给出的四条曲线1、2、3、4代表四个不同物体的运动情况，关于它们的物理意义，下列描述正确的是()
A．图线表示物体做曲线运动
B．x－t图象中t1时刻物体1的速度大于物体2的速度
C．v－t图象中0至t3时间内物体4的平均速度大于物体3的平均速度
D．两图象中，t2、t4时刻分别表示物体2、4开始反向运动
【解析】运动图象只能用来描述直线运动，A错；x－t图象中，t1时刻物体1的斜率大于物体2，故B对；v－t图象，0至t3时间内由速度——时间图象所围的面积可知v4＞v3，C对；t2时刻物体2开始反向，t4时刻物体4的速度方向不变，加速度开始反向，D错．答案：BC
2、某物体的位移图象如图所示，则下列叙述正确的是()
A．物体运动的轨迹是抛物线
B．物体运动的时间为8s
C．物体运动所能达到的最大位移为80m
D．在t＝4s时刻，物体的瞬时速度为零
【解析】位移随时间的变化关系曲线并非为物体运动的轨迹．由图象可知，在0～4s内物体沿正方向前进80m，非匀速；4s～8s内物体沿与原来相反的方向运动至原点．在t＝4s时，图线上该点处切线的斜率为零，故此时速度为零．由以上分析知A错，B、C、D均正确．答案：BCD
3、小球从空中自由下落，与水平地面相碰后弹到空中某一高度，其速度随时间变化的关系如图所示，取g＝10m/s2。则()
A．小球下落的最大速度为5m/s
B．小球第一次反弹的初速度的大小为3m/s
C．小球能弹起的最大高度为0.45m
D．小球能弹起的最大高度为1.25m
【解析】结合题给v－t图，可以确定是以竖直向下为正方向的．由题图知0～0.5s过程为下落过程，最大速度为5m/s，A正确；0.5s～0.8s过程为反弹过程，初速度大小为3m/s，B正确；由v－t图线与坐标轴所围面积为位移可得反弹的最大高度为h＝12(0.8－0.5)×3÷2m＝0.45m，C正确，D错．答案：ABC
4．(20xx东城模拟)一质点自x轴原点出发，沿x轴正方向以加速度a加速，经过t0时间速度变为v0，接着以－a加速度运动，当速度变为－v0／2时，加速度又变为a，直至速度为v0／4时，加速度再变为－a，直到速度变为－v0／8…，其v－t图象如图所示，则下列说法正确的是()
A．质点一直沿x轴正方向运动
B．质点将在x轴上一直运动，永远不会停止
C．质点最终静止时离开原点的距离一定大于v0t0
D．质点运动过程中离原点的最大距离为v0t0
【解析】由v－t图可知，质点先沿x轴正向运动，经2t0时间反向加速后减速，接着又正向加速后减速，如此反复，但每次位移总比前一次小，最终停止，质点在运动过程中在2t0时刻离原点最远，其位移大小等于大三角形面积v0／２2t0＝v0t0，只有D对．答案：D
5．小李讲了一个龟兔赛跑的故事，按照小李讲的故事情节，兔子和乌龟的位移图象如图所示，由图可知()
A．兔子和乌龟是同时同地出发
B．兔子和乌龟在比赛途中相遇过两次
C．乌龟做的是匀速直线运动，兔子是沿着折线跑的
D．乌龟先通过预定位移到达终点
【解析】由题图可知，兔子和乌龟在同一地点，但不是同时出发，兔子自认为自己跑得快，肯定赢，所以比乌龟晚出发时间t1，故选项A错．图中乌龟和兔子的x－t图象两次相交，表示在比赛途中它们相遇两次：第一次是t2时刻兔子追上乌龟，第二次是t4时刻乌龟又追上了兔子，故选项B正确．乌龟一直做匀速直线运动，而兔子也在做直线运动，只是中间停了一段，结果是乌龟先通过预定的位移到达终点，乌龟赢了．综上所述，正确的选项为B、D。答案：BD
6．甲、乙两辆汽车在平直的公路上沿同一方向做直线运动，t=0时刻同时经过公路旁的同一个路标。在描述两车运动的v-t图象中(如图)，直线a、b分别描述了甲、乙两车在0～20s的运动情况。关于两车之间的位移关系，下列说法正确的是()
A．在0～10s内两车逐渐靠近
B．在10～20s内两车逐渐远离
C．在5～15s内两车的位移相等
D．在t=10s时两车在公路上相遇
【解析】甲车做速度为5m/s的匀速直线运动，乙车做初速度为10m/s的匀减速直线运动.在t=10s时，两车的速度相同，在此之前，甲车的速度小于乙车的速度，两车的距离越来越大;在此之后，甲车的速度大于乙车的速度，两车的距离又逐渐减小，在t=20s时两车相遇，故选项A、B、D均错.5～15s内，两图线与时间轴所围成的面积相等，故两车的位移相等，选项C正确.答案C
7．（2008海南卷8）t＝0时，甲乙两汽车从相距70km的两地开始相向行驶，它们的v－t图象如图所示．忽略汽车掉头所需时间．下列对汽车运动状况的描述正确的是
A．在第1小时末，乙车改变运动方向
B．在第2小时末，甲乙两车相距10km
C．在前4小时内，乙车运动加速度的大小总比甲车的大
D．在第4小时末，甲乙两车相遇
【解析】速度图像在t轴下的均为反方向运动，故2h末乙车改变运动方向，A错；2h末从图像围成的面积可知乙车运动位移为30km，甲车位移为30km，相向运动，此时两车相距70km-30km-30km=10km，B对；从图像的斜率看，斜率大加速度大，故乙车加速度在4h内一直比甲车加速度大，C对；4h末，甲车运动位移120km，乙车运动位移30m，两车原来相距70km，故此时两车还相距20km，D错。答案：BC
8．（2008广东卷10）某人骑自行车在平直道路上行进，图中的实线记录了自行车开始一段时间内的v-t图像，某同学为了简化计算，用虚线作近似处理，下列说法正确的是
A．在t1时刻，虚线反映的加速度比实际的大
B．在0－t1时间内，由虚线计算出的平均速度比实际的大
C．在t1-t-2时间内，由虚线计算出的平均速度比实际的大
D．在t3-t-4时间内，虚线反映的是匀速运动
【解析】v－t图线的斜率表示物体的加速度，v－t图线与坐标轴围成的面积表示物体的位移，据此判断选项B、D正确。需要注意的是若为曲线，则曲线的切线的斜率表示物体的加速度。答案BD
9．甲、乙、丙三辆汽车以相同的速度同时经过某一路标，从此时开始，甲车一直做匀速直线运动，乙车先加速后减速，丙车先减速后加速，它们经过下一路标时速度又相-218同，则哪一辆车先经过下一个路标？
【解析】由题可知这三辆汽车的初、末速度相同，它们发生的位移相同，而题中并不知乙、丙两车在各阶段是否做匀速直线运动，因此，我们只能分析它们的一般运动，即变速直线运动，这样匀变速直线运动的规律就无法求解这一问题，如果我们利用图象法，即在同一坐标系中，分别做出这三辆车的v-t图象，如图所示，由此可知：乙车到达下一个路标的时间最短，即乙车最先通过下一个路标。-
10．两支完全相同的光滑直角弯管(如图所示)现有两只相同小球a和a/同时从管口由静止滑下，问谁先从下端的出口掉出？(假设通过拐角处时无机械能损失)
【解析】首先由机械能守恒可以确定拐角处v1v2，而两小球到达出口时的速率v相等。又由题薏可知两球经历的总路程s相等。由牛顿第二定律，小球的加速度大-，小球a第一阶段的加速度跟小球a/第二阶段的加速-9f0b度大小相同（设为a1）；小球a第二-阶段的加速度跟小球a/第一阶段的加速度大小相同（设为a2），根据图中管的倾斜程度，显然有a1a2。根据这些物理量大小的分析，在同一个v-t图象中两球速度曲线下所围的面积应该相同，且末状态速度大小也相同（纵坐标相同）。开始时a球曲线的斜率大。由于两球两阶段加速度对应相等，如果同时到达（经历时间为t1）则必然有s1s2，显然不合理。考虑到两球末速度大小相等（图中vm），球a/的速度图象只能如实线所示。因此有t1t2，即a球先到。
11．甲、乙两车同时同向沿直线驶向某地，甲在前一半时间以v1匀速运动，后一半时间以v2匀速运动.乙在前一半路程以v1匀速运动，后一半路程以v2匀速运动，先到目的地的是____.
【解析】图中画出了甲与乙的x-t图线，图象画好答案也出现了，t乙＞t甲，所以甲先到达目的地；图中假设v1＞v2，若v2＞v1可得到同样的结果，此题也能用v－t图象求解，无论用x－t图象还是v－t图象，都要比用计算的方法简捷得多.
12．质点P以O点为平衡位置竖直向上作简谐运动，同时质点Q也从O点被竖直上抛，它们恰好同时到达最高点，且高度相同，在此过程中，两质点的瞬时速度vP与vQ的关系应该是()
A.vP＞vQB.先vP＞vQ，后vP＜vQ，最后vP=vQ=0.
C.vP＜vQD.先vP＜vQ，后vP＞vQ，最后vP=vQ=0.
【解析】这也是用解析方法很难下手的题目，但若能利用题设条件，画好、分析好两个质点的v－t图线，就能很快找到答案.
先在图中画出Q作匀减速运动的v－t图象.由于P作简谐运动，当它由平衡位置向极端位置运动过程中，受到的回复力从零开始不断变大，它的加速度也从零开始不断变大，速度不断变小，P作加速度不断增大的减速运动，其v－t图线是一条曲线.根据v－t图线上任一点的切线的斜率数值上等于质点在该时刻的加速度，由于P的加速度由零开始不断变大，画出曲线切线斜率的绝对值也应由零开始不断增大，即曲线的切线应从呈水平状态开始不断变陡，那么只有向右边凸出的下降的曲线才能满足这样的条件.又因P与Q的运动时间相等，所以曲线的终点也应在t，P与Q的路程相等，所以曲线包围的面积应等于三角形vQ0Ot的面积，根据这些要求，曲线的起点，即质点P的初速度vP0必定小于Q的初速vQ0，且两条v－t图线必定会相交，如图7中的实线所示.图7的两条虚线表示的质点P的v－t图线都不满足题设条件（P与Q的路程相等），所以（D）选项正确.
13．如图所示为汽车刹车痕迹长度x(即刹车距离)与刹车前车速v(汽车刹车前匀速行驶)的关系图象。例如，当刹车痕迹长度为40m时，刹车前车速为80km/h。
(1)假设刹车时，车轮立即停止转动，尝试用你学过的知识定量推导并说明刹车痕迹与刹车前车速的关系.
(2)在处理一次交通事故时，交警根据汽车损坏程度估计出碰撞时的车速为40km/h，并且已测出刹车痕迹长度为20m，请你根据图象帮助交警确定出该汽车刹车前的车速，并在图象中的纵轴上用字母A标出这一速度，由图象知，汽车刹车前的速度为多少?
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§2．8实验3：验证力的平行四边形定则
【考点自清】
【实验目的】
验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则.
【实验原理】
等效法：使一个力F′的作用效果和两个力F1、F2的作用效果都是让同一条一端固定的橡皮条伸长到某点，所以这一个力F′就是两个力F1和F2的合力，作出F′的图示，再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示，比较F和F′的大小和方向是否都相同．
【实验器材】
方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔．
【实验步骤】
⑴用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上，并用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套．
⑵用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉像皮条，使橡皮条伸长到某一位置O，如图所示，记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向．
⑶只用一只弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向．
⑷用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1和F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线即为合力F的图示．
⑸用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计的拉力F′的图示．
⑹比较一下，力F′与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向是否相同．
锦囊妙诀：白纸钉在木板处，两秤同拉有角度，读数画线选标度，再用一秤拉同处，作出力的矢量图．
交流与思考：每次实验都必须保证结点的位置保持不变，这体现了怎样的物理思想方法？若两次橡皮条的伸长长度相同，能否验证平行四边形定则？
提示：每次实验保证结点位置保持不变，是为了使合力的作用效果与两个分力共同作用的效果相同，这是物理学中等效替换的思想方法．由于力不仅有大小，还有方向，若两次橡皮条的伸长长度相同但结点位置不同，说明两次效果不同，不满足合力与分力的关系，不能验证平行四边形定则．
【误差分析】
⑴用两个测力计拉橡皮条时，橡皮条、细绳和测力计不在同一个平面内，这样两个测力计的水平分力的实际合力比由作图法得到的合力小．
⑵结点O的位置和两个测力计的方向画得不准，造成作图的误差．
⑶两个分力的起始夹角α太大，如大于120°，再重做两次实验，为保证结点O位置不变（即保证合力不变)，则α变化范围不大，因而测力计示数变化不显著，读数误差大．
⑷作图比例不恰当造成作图误差．
交流与思考：实验时由作图法得到的合力F和单个测力计测量的实际合力F′忘记标注而造成错乱，你如何加以区分?
提示：由弹簧测力计测量合力时必须使橡皮筋伸直，所以与AO共线的合力表示由单个测力计测量得到的实际合力F′，不共线的合力表示由作图法得到的合力F．
【注意事项】
⑴不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点O的位置．
⑵使用弹簧秤前，应先调节零刻度，使用时不超量程，拉弹簧秤时，应使弹簧秤与木板平行．
⑶在同一次实验中，橡皮条伸长时的结点位置要相同．
⑷被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦．
⑸读数时应正对、平视刻度．
⑹两拉力F1和F2夹角不宜过小，作力的图示，标度要一致．
交流与思考：如何设计实验探究两力合力随角度的变化规律？如何观察合力的变化规律？
提示：保持两力的大小不变，改变两力之间的夹角，使两力的合力发生变化，可以通过观察结点的位置变化，判断合力大小的变化情况，结点离固定点越远，说明两力的合力越大．
【正确使用弹簧秤】
⑴弹簧秤的选取方法是：将两只弹簧秤调零后互钩水平对拉，若两只弹簧在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换弹簧，直至相同为止．
⑵弹簧秤不能在超出它的测量范围的情况下使用．
⑶使用前要检查指针是否指在零刻度线上，否则应校正零位(无法校正的要记录下零误差)．
⑷被测力的方向应与弹簧秤轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦．
⑸读数时应正对、平视刻度．
【重点精析】
【例1】在做“互成角度的两个力的合成”实验时，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧秤把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，以下操作中错误的是()
A、同一次实验过程中，O点位置允许变动
B、实验中，弹簧秤必须与木板平行，读数时视线要正对弹簧秤刻度
C、实验中，先将其中一个弹簧秤沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧秤拉力的大小和方向，把橡皮条另一端拉到O点
D、实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两弹簧秤之间夹角应取90°，以便于算出合力的大小
思路点拨：(1)该实验中怎样使合力与分力产生的效果相同?
(2)实验操作中要注意哪些问题?
解析：从橡皮条固定点到O点的连线方向，是合力的作用线方向，如果O点变动，那么合力的大小、方向都要变化，就不能验证力的平行四边形定则，故A选项错．C选项中，因一个弹簧秤已拉到最大量程，再通过另一个弹簧秤拉橡皮条到O点时，另一个弹簧秤可能超过最大量程，造成损坏，或读数不准，故C选项错．互成角度的两个力的合成，是利用平行四边形定则合成的，两个分力成任意角度都适用，不必成90°角，故D选项错．
答案：ACD．
【例2】将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，每根细绳分别连着一个量程为5N、最小刻度为0.1N的弹簧测力计．沿着两个不同的方向拉弹簧测力计．当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如图所示．这时弹簧测力计的读数可从图中读出．
(1)由图可读得两个相互垂直的拉力的大小分别为N和N．
(2)在图所示的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力．
(3)图(A)(B)两图是两位同学得到的实验结果，其中哪一个图符合实际？若合力测量值F′是准确的，则F与F′有误差的原因可能是哪些？
思路点拨：(1)读数时要符合有效数字的要求．
(2)合理选取标度，作出两分力，再应用平行四边形定则作出合力．
(3)F′是用一个测力计拉橡皮条所得到的，应在什么方向上？
解析：(1)弹簧测力计的最小刻度为0.1N，读数时应估读一位，所以读数分别为2.50N和4.00N．
(2)取一个小方格的边长表示0.50N，作出两个力及它们的合力．
(3)F′是用一个测力计拉橡皮条所得到的，其方向一定在橡皮条所在直线上，所以B图符合实际，误差的原因主要是弹簧测力计读数误差，确定分力方向不够准确等原因．
答案：(1)2.50，4.00；(2)见解析图；(3)B图误差原因见解析．
【例3】在“验证力的平行四边形定则”的实验中
(1)其中两个实验步骤分别是
A、在水平放置的方木板上固定一张白纸，用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上，另一端拴上两个绳套，通过细绳的同时用两个弹簧测力计(弹簧测力计与方木板平面平行)互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置O点，在白纸上用铅笔记下O点的位置并读出两个弹簧测力计的示数F1和F2．
B、只用一只弹簧测力计，通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两个弹簧测力计拉时相同，读出此时弹簧测力计的示数F′并记下细绳的方向．
请指出以上步骤中的错误或疏漏：A中是；B中是．
(2)在某次实验中，两个弹簧测力计的拉力F1、F2已在图中画出，图中的方格的边长表示为2N，O点是橡皮条的结点，请用两个直角三角板严格作出合力F的图示，并求出合力的大小为N．
解析：当用两个弹簧测力计互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置O点，在白纸上用铅笔记下O点的位置，读出两个弹簧测力计的示数F1和F2及记下此时两细绳套的方向．
当只用一只弹簧测力计拉时，应使结点拉到同样的位置O，并记下弹簧测力计的读数和细绳的方向．
答案：(1)未记下两条细绳的方向；应将橡皮条与细绳的结点拉到原来的位置O点(2)10倍根号2．
思维提升：对于验证的平行四边形定则的实验，要在熟悉实验原理、掌握实验过程的基础上，理解并记忆相关的注意事项，否则就会出现错误．用图象法处理实验数据时，重在规范作图．
【例4】如图所示，是两位同学在研究“验证力的平行四边形定则”时所得到的实验结果，若F′的作用效果与F1、F2共同作用效果相同，则尊重实验事实的结果为()
解析：F′一定沿橡皮条伸长方向，故B、D错误．C是硬凑数据，事实上，实验要有一定事实上的误差，包括大小和方向，故A正确．
答案：A
思维提升：在做实验题的时候应该尊重实验事实，不可以想当然.在复习实验时重点是理解实验原理和掌握实验方法，特别是实验原理，任何变化都离不开实验原理，要注意从原理出发找方法、选器材、定方案．
【同步作业】
1、在“验证力的平行四边形定则”的实验中，某同学的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，OB和OC为细绳．
(1)图乙是在白纸上根据实验结果画出的力的图示，下列说法中正确的是()
A、图乙中的F是力F1和F2合力的理论值，F′是力F1和F2合力的实际测量值
B、图乙的F′是力F1和F2合力的理论值，F是力F1和F2合力的实际测量值
C、在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，那么对实验结果没有影响
D、在实验中，如果将细绳也换成橡皮条，那么对实验结果有影响
(2)本实验采用的科学方法是______(填字母代号)
A、理想实验法B、等效替代法
C、控制变量法D、建立物理模型法
解析：(1)从图乙中可以看出，F′是根据平行四边形定则作出的理论值，F为合力的实际测量值;本实验用两个弹簧秤拉像皮条和一个弹簧秤拉橡皮条效果相同，都使结点O到达同一位置，至于OB、OC是细绳还是橡皮条则没有关系，故B、C正确．
(2)本实验采用的科学方法是等效替代法，B项正确．
答案：(1)BC；(2)B．
2、在“验证力的平行四边形定则”中，采取下列哪些方法和步骤可减小实验误差()
A、两个分力F1、F2间的夹角要适当大些
B、两个分力F1、F2的大小要适当大些
C、拉橡皮条的细绳要稍长一些
D、实验前先把两个弹簧秤的钩子互相钩住，平放在桌子上，向相反方向拉动，检查读数是否相同
答案：ABCD
3、某同学在做“验证力的平行四边形定则”的实验中，主要实验步骤如下：
A、在桌面上放一块木板，在木板上铺一张白纸，用图钉把白纸钉在木板上
B、用图钉把橡皮条的一端固定在木板上的A点，在橡皮条的另一端拴上两条细绳，细绳的另一端打成绳套
C、用两个弹簧秤分别勾住绳套，平行于木板且互成角度地拉橡皮条，把橡皮条的结点拉到某一位置O，记录下O点的位置和两条细绳的方向，读出两个弹簧秤的示数
D、按选好的比例，用铅笔和刻度尺作出两个弹簧秤的拉力F1和F2的图示，并用平行四边形定则求出合力F
E、只用一个弹簧秤，通过细绳套拉橡皮条使其伸长，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按同一比例作出这个力F′的图示
F、比较力F′和F的大小和方向，看它们是否相同，得出结论
上述步骤中：
(1)有重要遗漏的步骤序号是；
(2)遗漏的内容是．
解析：本实验的基本思想是“等效替代”，用一个弹簧秤拉橡皮条和两个弹簧秤拉的效果相同，所以要把橡皮条的结点拉到同一位置O点．
答案：(1)E；(2)E中未说明是否把橡皮条的结点拉到了O点．
4、在做“验证力的平行四边形定则”的实验中，在水平放置的木板上垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在A点上，另一端连接两根细线，然后通过细线用两个互成角度的弹簧秤来拉橡皮条，使橡皮条伸长到某一点O，此时需记录下：
(1)________________________________________，
(2)________________________________________，
(3)________________________________________．
然后改用一个弹簧秤把橡皮条拉到O点后再记录下：
(4)________________________________________，
(5)________________________________________．
(6)如图所示，是该同学完成验证力的平行四边形定则实验操作后得到的数据图，请选好比例在方框中作图完成该同学未完成的实验数据处理．
解析：作图象时以O点为起点作F1、F2、F′的图示，且要按同一比例；要用三角板和刻度尺规范地作出平行四边形．
答案：(1)两弹簧秤的读数；(2)结点O的位置；(3)两细线的方向；
(4)弹簧秤的读数；(5)细线的方向；(6)见解析图．
5、小明同学在学完力的合成与分解后，想在家里做实验验证力的平行四边形定则．他从学校的实验室里借来两只弹簧测力计，按如下步骤进行实验．
A、在墙上贴一张白纸用来记录弹簧弹力的大小和方向；
B、在一只弹簧测力计的下端悬挂一装满水的水杯，记下静止时弹簧测力计的读数F；
C、将一根大约30cm长的细线从纸带中穿过，再将细线两端拴在两只弹簧测力计的挂钩上．在靠近白纸处用手对称地拉开细线，使两只弹簧测力计的读数相等，在白纸上记下细线的方向和弹簧测力计的读数．如图甲所示；
D、在白纸上按一定标度作出两个弹簧测力计的弹力的图示，如图乙所示，根据力的平行四边形定则可求出这两个力的合力F′．
(1)在步骤C中，弹簧测力计的读数为______N；
(2)在步骤D中，合力F′＝________N；
(3)若_______________________________________，就可以验证力的平行四边形定则．
答案：(1)3.00；(2)5.2±0.2；(3)F′近似在竖直方向，且数值与F近似相等．
6、请不用弹簧秤，只用三条相同的橡皮条、四个图钉、一把直尺和一支铅笔、三张白纸、平木板来验证平行四边形定则．
解析：仅用橡皮条也可验证平行四边形定则，其步骤、方法如下：
(1)将三条橡皮条的一端都拴在一个图钉O上，将这三条橡皮条的另一端分别再拴一个图钉A、B、C，注意此时四个图钉均未固定在板上，如图所示；
(2)用直尺测出橡皮条的自由长度L0，注意从图钉脚之间测起；
(3)将拴有橡皮条的图钉A、B适当张开钉在木板上，拉第三根橡皮条C，即使三条橡皮条互成角度拉伸，待节点处的图钉O静止时，钉下C图钉，并记录图钉O的位置(注意此时O图钉不能钉)记录图钉A、B、C的位置(此时图钉有孔，不需铅笔)；
(4)测出这三条橡皮条的长度L1、L2、L3，分别算出它们的伸长量X1＝L1－L0，X2＝L2－L0，X3＝L3－L0；
(5)将X1、X2、X3按一定比例图示出来，以X1、X2为邻边作平行四边形，求出其对角线OC′．比较OC′与OC的长度(即X3的长度)，如果相等，且在一条直线上，则达到目的，若OC′与OC有一微小夹角θ，则有误差(如上图所示)．
本实验是根据图钉O受到三个平面共点力而静止，任意两个力的合力与第三个力大小相等方向相反的原理．
答案：见解析．
高考物理第一轮同步导学复习010
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高考物理第一轮复习同步导学
§2．6动态平衡、平衡中的临界和极值问
【考点自清】
一、平衡物体的动态问题
(1)动态平衡：
指通过控制某些物理量使物体的状态发生缓慢变化。在这个过程中物体始终处于一系列平衡状态中。
(2)动态平衡特征：
一般为三力作用，其中一个力的大小和方向均不变化，一个力的大小变化而方向不变，另一个力的大小和方向均变化。
(3)平衡物体动态问题分析方法：
解动态问题的关键是抓住不变量，依据不变的量来确定其他量的变化规律，常用的分析方法有解析法和图解法。
解析法的基本程序是：对研究对象的任一状态进行受力分析，建立平衡方程，求出应变物理量与自变物理量的一般函数关系式，然后根据自变量的变化情况及变化区间确定应变物理量的变化情况。
图解法的基本程序是：对研究对象的状态变化过程中的若干状态进行受力分析，依据某一参量的变化(一般为某一角)，在同一图中作出物体在若干状态下的平衡力图(力的平形四边形或三角形)，再由动态的力的平行四边形或三角形的边的长度变化及角度变化确定某些力的大小及方向的变化情况。
二、物体平衡中的临界和极值问题
1、临界问题：
(1)平衡物体的临界状态：物体的平衡状态将要变化的状态。
物理系统由于某些原因而发生突变(从一种物理现象转变为另一种物理现象，或从一种物理过程转入到另一物理过程的状态)时所处的状态，叫临界状态。
临界状态也可理解为“恰好出现”和“恰好不出现”某种现象的状态。
(2)临界条件：涉及物体临界状态的问题，解决时一定要注意“恰好出现”或“恰好不出现”等临界条件。
平衡物体的临界问题的求解方法一般是采用假设推理法，即先假设怎样，然后再根据平衡条件及有关知识列方程求解。解决这类问题关键是要注意“恰好出现”或“恰好不出现”。
2、极值问题：
极值是指平衡问题中某些物理量变化时出现最大值或最小值。
平衡物体的极值，一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题。
【重点精析】
一、动态分析问题
【例1】如图所示，轻绳的两端分别系在圆环A和小球B上，圆环A套在粗糙的水平直杆MN上。现用水平力F拉着绳子上的一点O，使小球B从图中实线位置缓慢上升到虚线位置，但圆环A始终保持在原位置不动。则在这一过程中，环对杆的摩擦力Ff和环对杆的压力FN的变化情况是()
A、Ff不变，FN不变B、Ff增大，FN不变
C、Ff增大，FN减小D、Ff不变，FN减小
【解析】以结点O为研究对象进行受力分析如图(a)。
由题可知，O点处于动态平衡，则可作出三力的平衡关系图如图(a)。
由图可知水平拉力增大。
以环、绳和小球构成的整体作为研究对象，作受力分析图如图(b)。
由整个系统平衡可知：FN=(mA+mB)g；Ff=F。
即Ff增大，FN不变，故B正确。
【答案】B
【方法提炼】动态平衡问题的处理方法
所谓动态平衡问题是指通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢变化，而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态中。
(1)图解分析法
对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析，依据某一参量的变化，在同一图中作出物体在若干状态下力的平衡图(力的平行四边形)，再由动态力的平行四边形各边长度变化及角度变化确定力的大小及方向的变化情况。
动态平衡中各力的变化情况是一种常见题型。总结其特点有：合力大小和方向都不变；一个分力的方向不变，分析另一个分力方向变化时两个分力大小的变化情况。用图解法具有简单、直观的优点。
(2)相似三角形法
对受三力作用而平衡的物体，先正确分析物体的受力，画出受力分析图，再寻找与力的三角形相似的几何三角形，利用相似三角形的性质，建立比例关系，把力的大小变化问题转化为几何三角形边长的大小变化问题进行讨论。
(3)解析法
根据物体的平衡条件列方程，在解方程时采用数学知识讨论某物理量随变量的变化关系。
【例2】如图所示，一个重为G的匀质球放在光滑斜面上，斜面倾角为α.在斜面上有一光滑的不计厚度的木板挡住球，使之处于静止状态，今使木板与斜面的夹角β缓慢增大至水平，在这个过程中，球对挡板和球对斜面的压力大小如何变化？
【方法提炼】从分析可以看出，解析法严谨，但演算较繁杂，多用于定量分析。图解法直观、鲜明，多用于定性分析。
【例3】如图所示装置，两根细绳拴住一球，保持两细绳间的夹角不变，若把整个装置顺时针缓慢转过90°，则在转动过程中，CA绳的拉力FA大小变化情况是，CB绳的拉力FB的大小变化情况是。
【解析】取球为研究对象，由于球处于一个动态平衡过程，球的受力情况如图所示：重力mg，CA绳的拉力FA，CB绳的拉力FB，这三个力的合力为零，根据平衡条件可以作出mg、FA、FB组成矢量三角形如图所示。
将装置顺时针缓慢转动的过程中，mg的大小方向不变，而FA、FB的大小方向均在变，但可注意到FA、FB两力方向的夹角θ不变。那么在矢量三角形中，FA、FB的交点必在以mg所在的边为弦且圆周角为π－θ的圆周上，所以在装置顺时针转动过程中，CA绳的拉力FA大小先增大后减小；CB绳的拉力FB的大小一直在减小。
二、物体平衡中的临界和极值问题分析
【例4】如图所示，物体的质量为2kg，两根轻绳AB和AC的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体上，在物体上另施加一个方向与水平线成θ＝60°的拉力F，若要使两绳都能伸直，求拉力F的大小范围。
【方法提炼】抓住题中“若要使两绳都能伸直”这个隐含条件，它是指绳子伸直但拉力恰好为零的临界状态。当AC恰好伸直但未张紧时，F有最小值；当AB恰好伸直但未张紧时，F有最大值。
【例5】如图所示，一球A夹在竖直墙与三角劈B的斜面之间，三角劈的重力为G，劈的底部与水平地面间的动摩擦因数为μ，劈的斜面与竖直墙面是光滑的。问：欲使三角劈静止不动，球的重力不能超过多大?(设劈的最大静摩擦力等于滑动摩擦力)
【方法提炼】处理平衡物理中的临界问题和极值问题，首先仍要正确受力分析，搞清临界条件并且要利用好临界条件，列出平衡方程，对于分析极值问题，要善于选择物理方法和数学方法，做到数理的巧妙结合。对于不能确定的临界状态，我们采取的基本思维方法是假设推理法，即先假设为某状态，然后再根据平衡条件及有关知识列方程求解。
【例6】如图所示，用绳AC和BC吊起一重物，绳与竖直方向夹角分别为30°和60°，AC绳能承受的最大拉力为150N，而BC绳能承受的最大的拉力为100N，求物体最大重力不能超过多少？
【方法提炼】思考物理问题不能想当然，要根据题设情景和条件综合分析，找出研究对象之间的关系，联系起来考虑。
【同步作业】
1、如图所示，AC是上端带定滑轮的固定竖直杆，质量不计的轻杆BC一端通过铰链固定在C点，另一端B悬挂一重为G的重物，且B端系有一根轻绳并绕过定滑轮A，用力F拉绳，开始时∠BCA＞90°。现使∠BCA缓慢变小，直到杆BC接近竖直杆AC。此过程中，杆BC所受的力()
A、大小不变B、逐渐增大
C、先减小后增大D、先增大后减小
答案：A
2、细线AO和BO下端系一个物体P，细线长AOBO，A、B两个端点在同一水平线上。开始时两线刚好绷直，BO线处于竖直方向，如图所示，细线AO、BO的拉力设为FA和FB，保持端点A、B在同一水平线上，A点不动，B点向右移动，使A、B逐渐远离的过程中，物体P静止不动，关于细线的拉力FA和FB的大小随AB间距离变化的情况是()
A、FA随距离增大而一直增大
B、FA随距离增大而一直减小
C、FB随距离增大而一直增大
D、FB随距离增大而一直减小
解析：A点不动，即FA的方向不变，B向右移，FB的大小方向都发生变化，以O点为研究对象，由平衡知识，通过作平行四边形可知FA一直增大，FB先减小后增大，所以A正确。
答案：A
3、如图所示，木棒AB可绕B点在竖直平面内转动，A端被绕过定滑轮吊有重物的水平绳和绳AC拉住，使棒与地面垂直，棒和绳的质量及绳与滑轮的摩擦均可忽略，如果把C端拉至离B端的水平距离远一些的C′点，AB仍沿竖直方向，装置仍然平衡，那么AC绳受的张力F1和棒受的压力F2的变化是()
A、F1和F2均增大B、F1增大，F2减小
C、F1减小，F2增大D、F1和F2均减小
答案：D
4、如图所示，用绳OA、OB和OC吊着重物P处于静止状态，其中绳OA水平，绳OB与水平方向成θ角．现用水平向右的力F缓慢地将重物P拉起，用FA和FB分别表示绳OA和绳OB的张力，则()
A．FA、FB、F均增大
B．FA增大，FB不变，F增大
C．FA不变，FB减小，F增大
D．FA增大，FB减小，F减小
解析：把OA、OB和OC三根绳和重物P看作一个整体，整体受到重力mg，A点的拉力FA，方向沿着OA绳水平向左，B点的拉力FB，方向沿着OB绳斜向右上方，水平向右的拉力F而处于平衡状态，
有：FA＝F＋FBcosθ，FBsinθ＝mg，
因为θ不变，所以FB不变．
再以O点进行研究，O点受到OA绳的拉力，方向不变，沿着OA绳水平向左，OB绳的拉力，大小和方向都不变，OC绳的拉力，大小和方向都可以变化，O点处于平衡状态，因此这三个力构成一个封闭的矢量三角形(如图)，
刚开始FC由竖直方向逆时针旋转到图中的虚线位置，
因此FA和FC同时增大，
又FA＝F＋FBcosθ，FB不变，所以F增大，所以B正确．
答案：B
5、如图所示，水平横杆上套有两个质量均为m的铁环，在铁环上系有等长的细绳，共同拴着质量为M的小球．两铁环与小球均保持静止，现使两铁环间距离增大少许，系统仍保持静止，则水平横杆对铁环的支持力FN和摩擦力Ff将()
A．FN增大B．Ff增大
C．FN不变D．Ff减小
解析：本题考查受力分析及整体法和隔离体法．
以两环和小球整体为研究对象，在竖直方向始终有FN＝Mg＋2mg，选项C对A错；
设绳子与水平横杆间的夹角为θ，设绳子拉力为T，
以小球为研究对象，竖直方向有，2Tsinθ＝Mg，
以小环为研究对象，水平方向有，Ff＝Tcosθ，
由以上两式联立解得Ff＝(Mgcotθ)/2，
当两环间距离增大时，θ角变小，则Ff增大，选项B对D错．
答案：BC
6、如图所示，光滑水平地面上放有截面为圆周的柱状物体A，A与墙面之间放一光滑的圆柱形物体B，对A施加一水平向左的力F，整个装置保持静止．若将A的位置向左移动稍许，整个装置仍保持平衡，则()
A．水平外力F增大
B．墙对B的作用力减小
C．地面对A的支持力减小
D．B对A的作用力减小
解析：受力分析如图所示，A的位置左移，θ角减小，FN1＝Gtanθ，FN1减小，B项正确；FN＝G/cosθ，FN减小，D项正确；以AB为一个整体受力分析，FN1＝F，所以水平外力减小，A项错误；地面对A的作用力等于两个物体的重力，所以该力不变，C项错误．本题难度中等．
答案：BD
7、木箱重为G，与地面间的动摩擦因数为μ，用斜向上的力F拉木箱，使之沿水平地面匀速前进，如图所示。问角α为何值时拉力F最小？这个最小值为多大？
8、如图所示，在质量为1kg的重物上系着一条长30cm的细绳，细绳的另一端连着套在水平棒上可以滑动的圆环，环与棒间的动摩擦因数为0.75，另有一条细绳，其一端跨过定滑轮，定滑轮固定在距离圆环0.5m的地方．当细绳的端点挂上重物G，而圆环将要滑动时，试问：
(1)长为30cm的细绳的张力是多少？
(2)圆环将要开始滑动时，重物G的质量是多少？
(3)角φ多大？(环的重力忽略不计)
解析：因为圆环将要开始滑动，所以可以判定本题是在共点力作用下物体的平衡问题．
由平衡条件Fx＝0，Fy＝0，
建立方程有：μFN－FTcosθ＝0，FN－FTsinθ＝0。
所以tanθ＝1/μ，θ＝arctan(1/μ)＝arctan(4/3).
设想：过O作OA的垂线与杆交于B′点，由AO＝30cm，tanθ＝4/3得，B′O的长为40cm.
在直角三角形中，由三角形的边长条件得AB′＝50cm，但据题设条件AB＝50cm，故B′点与定滑轮的固定处B点重合，即得φ＝90°。
(1)如图所示，选取坐标系，根据平衡条件有：
Gcosθ＋FTsinθ－mg＝0
FTcosθ－Gsinθ＝0.
即FT＝8N.
(2)圆环将要滑动时，得：
mGg＝FTcotθ，mG＝0.6kg.
(3)前已证明φ为直角，故φ＝90°.
答案：(1)8N；(2)0.6kg；(3)90°。
9、如图所示，一根弹性细绳原长为l，劲度系数为k，将其一端穿过一个光滑小孔O(其在水平地面上的投影点为O′)，系在一个质量为m的滑块A上，A放在水平地面上．小孔O离绳固定端的竖直距离为l，离水平地面高度为h(hmg/k)，滑块A与水平地面间的最大静摩擦力为正压力的μ倍．问：
(1)当滑块与O′点距离为r时，弹性细绳对滑块A的拉力为多大？
(2)滑块处于怎样的区域内时可以保持静止状态？
高考物理第一轮同步导学复习012
高考物理第一轮复习导学
§2．4力的合成与分解
【考点自清】
一、力的合成
1、合力与分力
⑴定义：当一个物体受到几个力的共同作用时,我们常常可以求出这样一个力，这个力产生的效果跟原来几个力的共同效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，原来的几个力叫做分力.
⑵逻辑关系：合力和分力是一种等效替代关系.
2、共点力：作用在物体的同一点，或作用线的延长线交于一点的力.
3、力的合成：求几个力的合力的过程.
⑴合力与它的分力是力的作用效果上的一种等效替代关系。
⑵力的合成必须遵循“同物性”和“同时性”的原则。
“同物性”是指待合成的各分力是作用在同一物体上的力。
“同时性”是指待合成的各分力是同时出现的力。但各分力和它的合力不能同时
出现。
4、力的运算法则：
⑴平行四边形定则：求两个互成角度的共点力的合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向，如图甲所示.
⑵三角形定则：把各个力依次首尾相接，则其合力就从第一个力的末端指向最后一个力的始端。高中阶段最常用的是此原则的简化，即三角形定则，如图乙所示.
5、共点力合成的常用方法
⑴作图法
从力的作用点沿两个分力的作用方向按同一标度作出两个分力F1、F2，以这两个力为邻边作一个平行四边形，这两个力所夹对角线表示这两个力的合力.通常可分别用刻度尺和量角器直接量出合力的大小和方向.
⑵解析法
根据力的平行四边形定则作出力的合成的图示，如图所示.
⑶以下是合力计算的几种特殊情况：
①相互垂直的两个力的合成，如图所示.
②夹角为θ的大小相同的两个力的合成，如图所示，由几何知识，作出的平行四边形为菱形，其对角线相互垂直且平分，则合力大小F=2F1cos(θ/2)，方向与F1夹角为θ/2。
③夹角为120°的两等大的力的合成，如图所示，由几何知识得出对角线将画出的平行四边形分为两个等边三角形，故合力的大小与分力相等。
6、共点力合成的合力范围的确定
⑴两个共点力的合力范围
｜F1－F2｜≤F合≤F1＋F2
即两个力大小不变时，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
⑵三个共点力的合成
①三个力共线且同向时，其合力最大，为F1+F2+F3.
②任取两个力，求出其合力的范围，如果第三个力在这个范围之内，则三个力的合力的最小值为零，如果第三个力不在这个范围内，则合力的最小值为最大的一个力减去另外两个较小的力的和的绝对值。
二、力的分解
1、概念：求一个力的分力的过程.
2、遵循原则：平等四边形定则或三角形定则.
3、力的分解的方法：
⑴按力的效果分解
①根据力的实际作用效果确定两个实际分力的方向；
②再根据两个实际分力方向画出平行四边形；
③最后由平行四边形知识求出两分力的大小。
如图所示，物体的重力G按产生的效果分解为两个分力，F1使物体下滑，F2使物体压向斜面。
⑵按问题的需要进行分解
具体分以下三个方面：
①已知合力和两个分力的方向，求两个分力的大小。如图所示，已知F和α、β，显然该力的平行四边形是唯一确定的，即F1和F2的大小也被唯一地确定了。
②已知合力和一个分力的大小与方向，求另一分力的大小和方向。如图所示，已知F、F1和α，显然此平行四边形是唯一确定的，即F2的大小和方向(角β也已确定)也被唯一地确定了。
③已知合力、一个分力的方向和另一分力的大小，即已知F、α(F1与F的夹角)和F2的大小，这时则有如下的几种可能情况：
Ⅰ.第一种情况是F≥F2＞Fsinα，则有两解，如图所示。
Ⅱ.第二种情况是F2＝Fsinα时，则有唯一解，如图所示。
Ⅲ.第三种情况是F2＜Fsinα时，则无解，因为此时按所给的条件是无法组成力的平行四边形的，如图所示。
Ⅳ.第四种情况是F2＞F时，则有唯一解，如图所示。
⑶正交分解法
①定义：把一个力分解为相互垂直的分力的方法。
②优点：把物体所受的不同方向的各个力都分解到相互垂直的两个方向上去，然后再求每个方向上的分力的代数和，这样就把复杂的矢量运算转化成了简单的代数运算，最后再求两个互成90°角的力的合力就简便多了。
③运用正交分解法解题的步骤
Ⅰ.正确选择直角坐标系，通常选择共点力的作用点为坐标原点，直角坐标x、y的选择可按下列原则去确定：
(a)尽可能使更多的力落在坐标轴上。
(b)沿物体运动方向或加速度方向设置一个坐标轴。
(c)若各种设置效果一样，则沿水平方向、竖直方向设置两坐标轴。
Ⅱ.正交分解各力，即分别将各力投影到坐标轴上，分别求x轴和y轴上各力投影的合力Fx和Fy,
其中Fx=F1x+F2x+F3x+…；Fy=F1y+F2y+F3y+…
Ⅲ.求Fx与Fy的合力即为共点力的合力(如图所示)
提示：①使用正交分解法时,坐标轴的建立非常关键，一般情况下，应使尽可能多的力“落”在坐标轴上或关于坐标轴对称；
②在实际问题中进行力的分解时，有实际意义的分解方法是按力的实际效果进行分解，其他的分解方法都是为了解题方便而利用的。
【重点精析】
一、按力的作用效果分解
【例1】如图所示，α=30°，装置的重力和摩擦力均不计，若用F=100N的水平推力使滑块B保持静止，则工件上受到的向上的弹力多大？
【方法提炼】按力的作用效果分解力时，关键是弄清力的作用效果，从而确定两个分力的方向，再根据平行四边形定则作出力的分解图，然后由数学知识求出分力。
根据力的实际效果分解力的思维路线：
【变式练习1】曲柄压榨机在食品工业、皮革制造等领域有着广泛的应用。如图是一曲柄压榨机的示意图。在压榨铰链A处作用的水平力为F，OB是铅垂线，OA、AB与铅垂线所夹锐角均为θ，假设杆重和活塞重可以忽略不计，求货物M在此时所受的压力为多大？
二、正交分解法
【例2】已知共面的三个力F1＝20N，F2＝30N，F3＝40N，作用在物体的同一点上，三力之间的夹角都是120°，求合力的大小和方向。
【方法提炼】用正交分解法求多个力的合力的基本思路是：先将所有的力沿两个互相垂直的方向分解，求出这两个方向上的合力，再合成所得合力就是所有力的合力。
【变式练习2】如图所示，轻质光滑滑轮两侧用细绳连着两个物体A与B，物体B放在水平地面上，A、B均静止．已知A和B的质量分别为mA、mB，绳与水平方向的夹角为θ，则()
A．物体B受到的摩擦力可能为0
B．物体B受到的摩擦力为mAgcosθ
C．物体B对地面的压力可能为0
D．物体B对地面的压力为mBg－mAgsinθ
三、力的图解法
根据平行四边形定则，利用邻边及其夹角跟对角线长短的关系分析力的大小变化情况的方法，通常叫做图解法。也可将平行四边形定则简化成三角形定则处理，更简单。图解法具有直观、简便的特点，多用于定性研究。应用图解法时应注意正确判断某个分力方向的变化情况及其空间范围。
用矢量三角形定则分析最小力的规律：
(1)当已知合力F的大小、方向及一个分力F1的方向时，另一个分力F2的最小条件是：两个分力垂直，如图甲.最小的F2＝Fsinα。
(2)当已知合力F的方向及一个分力F1的大小、方向时，另一个分力F2最小的条件是：所求分力F2与合力F垂直，如图乙.最小的F2＝F1sinα。
(3)当已知合力F的大小及一个分力F1的大小时，另一个分力F2最小的条件是：已知大小的分力F1与合力F同方向。最小的F2＝|F－F1|。
【例3】如图所示，物体静止于光滑水平面上，力F作用于物体O点，现要使物体沿着OO′方向做加速运动(F和OO′都在水平面内)。那么，必须同时再加一个力F′，这个力的最小值是()
A、FcosθB、Fsinθ
C、FtanθD、Fcotθ
【解析】根据题意可知，F和F′的合力沿OO′方向，作出其矢量三角形，如图所示。由图可知，由F矢端向OO′作垂线，此垂线段即为F′的最小值，故F′的最小值为Fsinθ。
【答案】B
【方法提炼】作出矢量三角形是解决此类问题的关键，同时要注意哪些力方向不变，哪些力大小、方向都不变.这类问题解决的方法是：大小和方向都改变的力向方向不变的力作垂线，该垂线长即为所求最小力。实际上也可以以F的矢端为圆心，以分力F′的大小为半径作圆，当圆与另一方向不变的力相切时，该半径即为所求力的最小值。
【变式练习3】如图所示，在轻质细线的下端悬挂一个质量为m的物体，若用力F拉物体，使细线偏离竖直方向的夹角为α，且始终保持α角不变，求拉力F的最小值。
【解析】以物体为研究对象，始终保持α角不变，说明处于静止状态。
物体受到的细线的张力FT与拉力F的合力F′与物体的重力等大反向。
由于细线的张力FT和合力F′的方向均不变，
根据各力的特点可组成矢量三角形如右图所示，
由图解可以看出，当F垂直于力FT时，
F有最小值，Fmin=F′sinα，
因F′=mg，故Fmin=mgsinα。
四、力的合成法在平衡问题中的应用
【例4】如图所示是骨折病人的牵引装置示意图，绳的一端固定，绕过定滑轮和动滑轮后挂着一个重物，与动滑轮相连的帆布带拉着病人的脚，整个装置在同一竖直平面内。为了使脚所受的拉力增大，可采取的方法是()
A、只增加绳的长度
B、只增加重物的质量
C、只将病人的脚向左移动
D、只将两定滑轮的间距增大
【解析】取动滑轮为研究对象，受力分析如右图所示，F1、F2为绳子的拉力，F为帆布带的拉力。动滑轮静止时，所受合外力为零，即F1与F2合力与F等大反向。只要F1、F2的合力增大，F就增大。当绳的长度增加时，绳的拉力及绳间的夹角不变，合力不变，A错；当增加重物质量时，绳拉力增大，夹角不变，合力增大，B对；病人的脚左移时，绳间的夹角减小，合力增大，C对；定滑轮间距增大时，夹角增大，合力减小，D错。
【答案】BC
【方法提炼】①物体在三个共点力作用下平衡时，任意两个力的合力与第三个力等大反向。②当两个力之间的夹角减小时，合力增大；夹角增大时，合力减小。
【变式练习4】如图所示，一轻绳上端固定，下端系一个质量为m的小球．现对小球施加一个F＝mg的水平拉力，使小球偏离竖直位置并保持静止，则轻绳与竖直方向的夹角为()
A．30°B．37°
C．45°D．60°
【解析】以小球为研究对象，受力分析如图所示：
∵tanα＝Fmg，∴tanα＝1，∴α＝45°。故选C项．
【答案】C
【同步作业】
1．有两个互成角度的共点力夹角为θ，它们的合力F随θ变化的关系如图所示，那么这两个力的大小分别是()
A．1N和6N
B．2N和5N
C．3N和4N
D．3.5N和3.5N
解析：设两分力分别为F1、F2，由图知F1+F2=7N，|F1-F2|=1N。
解得F1=4N，F2=3N，故选C。
2．确定以下两组共点力的合力范围：
(1)、3N，5N，7N；
(2)、3N，5N，9N。
解析：(1)3N和5N的合力范围为2N≤F≤8N。若取F＝7N，则和第三个力(7N)合成时，合力可以为零，即Fmin＝0；若取F＝8N，则和第三个力(7N)合成时合力可取最大值，即Fmax＝15N。综上知合力的范围为0≤F合≤15N。
(2)3N和5N的合力最大为8N，故和第三个力(9N)合成时最小为Fmin＝1N；最大为Fmax＝17N，即1N≤F合≤17N。
答案：(1)0≤F合≤15N；(2)1N≤F合≤17N。
3．(2009海南高考)两个大小分别为F1和F2(F2＜F1)的力作用在同一质点上，它们的合力的大小F满足()
解析：两个分力同向时合力有最大值，两个分力反向时合力有最小值，当两个分力互成一个夹角时，按平行四边形定则可知，其值在最小值和最大值之间随夹角的变化而变化．
答案：C
4．手握轻杆，杆的另一端安装有一个小滑轮C支持着悬挂重物的绳子，如图所示，现保持滑轮C的位置不变，使杆向下转动一个角度，则杆对滑轮C的作用力将()
A．变大B．不变
C．变小D．无法确定
解析：杆对滑轮C的作用力大小等于两绳的合力，由于两绳的合力不变，故杆对滑轮C的作用力不变．B项正确．
答案：B
5．(2009江苏高考)用一根长1m的轻质细绳将一幅质量为1kg的画框对称悬挂在墙壁上．已知绳能承受的最大张力为10N．为使绳不断裂，画框上两个挂钉的间距最大为(g取10m/s2)()
6．一物体位于光滑水平面上，同时受到三个水平共点力F1、F2和F3作用，其大小分别为F1＝42N、F2＝28N、F3＝20N，且F1的方向指向正北，下列说法中正确的是()
A．这三个力的合力一定为零
B．F1、F2两个力的合力大小可能为20N
C．若物体处于匀速直线运动状态，则F2、F3的合力大小为48N，方向指向正南
D．若物体处于静止状态，则F2、F3的合力大小一定为42N，方向为正南
解析：F1、F2的合力范围是|F1－F2|≤F≤F1＋F2，即14N≤F≤70N，B选项正确．F3的大小处于此范围之内，所以这三个力的合力可能为零，选项A错误．若物体处于平衡状态(静止或匀速直线运动)，则某两个力的合力必定与第三个力等大反向．选项C错D对．
答案：BD
7．如图所示，质量为10kg的物体静止在平面直角坐标系xOy的坐标原点，某时刻只受到F1和F2的作用，且F1＝10N，F2＝10N，则物体的加速度()
A．方向沿x轴正方向
B．方向沿y轴负方向
C．大小等于1m/s2
D．大小等于m/s2
解析：将F2沿x轴、y轴正交分解，得：F2x＝10N，F2y＝10N，因F2y与F1等大反向，故物体受到沿水平面的合力F合＝F2x＝10N，由F合＝ma可得，物体加速度的大小为1m/s2，C正确，D错误，方向沿x轴正方向，B错误，A正确．
答案：AC
8．质量为m的物体静止地放在与水平面成θ角的粗糙斜面上，今在物体上加一个水平方向的力F，如图所示，物体仍静止，这时物体所受摩擦力()
答案：AD
9．(20xx莆田模拟)小木块放在倾角为α的斜面上，受到一个水平力F(F≠0)的作用处于静止，如图所示，则小木块受到斜面的支持力和摩擦力的合力的方向与竖直向上的方向的夹角β可能是()
A．β＝0
B．向左上方，β＜α
C．向右上方，β＞α
D．向左上方，β＞α
解析：由于F的大小不确定，故Ff的方向也不确定，如图所示，若F较大，木块有上滑趋势，则Ff的方向沿斜面向下，FN与Ff的合力方向向左上方，此时β＞α，D正确，C错误；当F较小时，木块有下滑趋势，则Ff的方向沿斜面向上，故FN与Ff的合力方向向左上方，β＜α，但因F≠0，故β≠0，B正确，A错误．
答案：BD
10．如图所示，两个完全相同的小球在挡板作用下静止在倾角为θ的光滑斜面上，甲挡板竖直，乙挡板与斜面垂直，求甲、乙两种情况下小球对斜面的压力之比．
高考物理第一轮同步导学复习025
俗话说，居安思危，思则有备，有备无患。教师在教学前就要准备好教案，做好充分的准备。教案可以让上课时的教学氛围非常活跃，帮助教师能够更轻松的上课教学。教案的内容具体要怎样写呢？为了让您在使用时更加简单方便，下面是小编整理的“高考物理第一轮同步导学复习025”，欢迎大家阅读，希望对大家有所帮助。
高考物理第一轮复习导学
§1．3自由落体运动和竖直上抛运动
【考点自清】
一、自由落体运动
⑴、只受重力作用，由静止开始的运动．
⑵、自由落体运动的特点
自由落体运动是初速度为零，加速度为重力加速度g的匀加速度直线运动．
⑶、自由落体运动的运动规律
①速度公式：vt＝gt
②位移公式：h＝gt2/2
③速度位移关系式：vt2＝2gh
④从运动开始连续相等的时间内位移之比为1∶3∶5∶7∶…
⑤连续相等的时间t内位移的增加量相等，即Δx＝gt2
⑥一段时间内的平均速度v=h/t=gt/2
二、竖直上抛运动
⑴、只受重力作用，初速度方向竖直向上的运动．
⑵、竖直上抛运动的特点
①上升阶段：速度越来越小，加速度与速度方向相反，是匀减速直线运动．
②下降阶段：速度越来越大，加速度与速度方向相同，是匀加速直线运动．
③在最高点：速度为零，但加速度仍为重力速度g，所以物体此时并不处于平衡状态．
⑶、竖直上抛运动的规律
①速度公式：
②位移公式：
③速度－位移关系式：
⑷、几个特征量
①上升的最大高度：
②上升到最大高度处所需时间t上和最高点处落回原抛出点所需时间t下相等，
【重点精析】
一、自由落体运动的规律及其应用
【例1】一个物体从H高处自由落下，经过最后196m所用的时间是4s，求物体下落H高所用的总时间T和高度H是多少？(取g＝9.8m/s2，空气阻力不计)
【规律总结】解决自由落体运动问题要弄清运动过程，作好示意图，然后利用自由落体运动规律分析求解；同时要注意自由落体运动是初速度v0＝0的匀加速直线运动，可灵活运用相关推论求解．
【变式练习1】屋檐定时滴出水滴，当第5滴正欲滴下时，第1滴已刚好达到地面，而第3滴与第2滴正分别位于高1m的窗户上、下沿，如图所示，取g＝10m/s2，问：
(1)此屋檐离地面多少米？
(2)滴水的时间间隔是多少？
二、竖直上抛运动的处理方法
1、分段法
(1)上升过程：vt＝0，a＝－g的匀减速直线运动．
(2)下降过程：自由落体运动．
2、整体法
(1)将上升和下降过程统一看成是初速度v0向上，加速度g向下的匀变速直线运动，vt＝v0－gt，h＝v0t－gt2．
(2)若vt0，则物体在上升；vt0，则物体在下落．h0，物体在抛出点上方；h0，物体在抛出点下方．
【例2】气球以10m/s的速度匀速上升，当它上升到175m的高处时，一重物从气球上掉落，则重物需要经过多长时间才能落到地面？到达地面时的速度是多大？(g取10m/s2)
【规律总结】(1)研究竖直上抛运动时，要灵活选用分段法和整体法，同时要注意各物理量的取值正负．
(2)画好过程示意图是解决运动学问题的关键．同时正确判断物体的运动情况．
三、竖直上抛运动的对称性
1、时间的对称性
(1)物体上升到最高点所用时间与物体从最高点落回到原抛出点所用时间相等：t上＝t下＝v0/g．
(2)物体在上升过程中从某点到达最高点所用的时间和从最高点落回该点所用的时间相等．
2、速度的对称性
(1)物体上抛时的初速度与物体又落回原抛出点时的速度大小相等、方向相反．
(2)在竖直上抛运动中，同一个位置对应两个等大反向的速度．
【例3】以v0＝20m/s速度竖直上抛一个小球，2s后以相同的初速度在同一位置上抛另一小球，g＝10m/s2，则两球相碰处离出发点的高度是多少？
【规律总结】运用竖直上抛运动的对称性分析解决物理问题，不仅可以加深对竖直上抛运动的理解和认识，还可以活跃思维，提升能力．
【变式练习2】一个从地面竖直上抛的物体，两次经过一个较低点a的时间间隔是Ta，两次经过一个较高点b的时间间隔是Tb，则a、b之间的距离为()
【同步作业】
1、一条铁链长15m，铁链上端悬挂在某一点，铁链下端正下方5m处有一观察点A，放开后让它自由落下，求铁链经过观察点A所用的时间是多少？（g=10m/s2）
2、一个物体从塔顶上下落，在到达地面前最后1s内通过的位移是整个位移的9/25，求塔高．（g取10m/s2）
3、从足够高处先后让两个钢球自由下落，两球间用长为9.8米的细绳连结．第一个球下落1秒钟后第二个球开始下落．不计空间阻力及绳的质量，试求在第二个球开始下落后多长的时间，连结两球的细绳刚好被拉直?（g取9.8m/s2）
4、一跳水运动员从离水面10m高的平台上向上跃起，举双臂直体离开台面，此时其重心位于从手到脚全长的中点，跃起后重心升高0．45m达到最高点，落水时身体竖直，手先入水（在此过程中运动员水平方向的运动忽略不计），从离开跳台到手触水面，他可用于完成空中动作的时间是______s．（计算时，可以把运动员看作全部质量集中在重心的一个质点．g取10m/s2，结果保留二位数字．）
5、调节水龙头，让水一滴滴流出，在下方放一盘子，调节盘子高度，使一滴水滴碰到盘子时，恰有另一滴水滴开始下落，而空中还有一滴正在下落中的水滴，测出水龙头到盘子的距离为h，从第一滴开始下落时计时，到第n滴水滴落在盘子中，共用去时间t，则此时第（n+1）滴水滴与盘子的距离为多少？当地的重力加速度为多少？
6、一根长L=1m的铁索从楼顶自由下落，则此铁索经过楼顶下距楼顶h=5m的A点，需时间为多少？（g取10m/s2）
7、一个小球作竖直上抛运动，经过时间t1上升到位置x1，经过时间t2上升到位置x2，小球上升到最高点后下落到位置x2的时间为t3，继续下落到位置x1的时间为t4．
8、（2004广东）一杂技演员，用一只手抛球、接球．他每隔0.40s抛出一球，接到球便立即把球抛出．已知除正在抛、接球的时刻外，空中总有4个球．将球的运动近似看做是竖直方向的运动，球到达的最大高度是（高度从抛球点算起，g取10m/s2）：
A．1．6mB．2．4mC．3．2mD．4．0m
9、(2005全国Ⅰ)原地起跳时，先屈腿下蹲，然后突然蹬地．从开始蹬地到离地是加速过程（视为匀加速），加速过程中重心上升的距离称为“加速距离”．离地后重心继续上升，在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”．现有以下数据：人原地上跳的“加速距离”d1=0.50m，“竖直高度”h1=1.0m；跳蚤原地上跳的“加速距离”d2=0.00080m，“竖直高度”h2=0.10m．假想人具有与跳蚤相等的起跳加速度，而“加速距离”仍为0.50m，则人上跳的“竖直高度”是多少？
10、小球从离地面h=5米高处自由下落，小球每次与地面碰撞后又反弹起来的上升高度总是前一次下落高度的4/5，忽略空气阻力的影响，试求小球从自由下落开始直到最后停在地面上，该整个过程的运动时间．(忽略地面与小球碰撞所用的时间，g取10米/秒2)
