专题02 相互作用 高考物理经典问题妙解通解(解析版)
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1、考点分类:考点分类见下表考点内容考点分析与常见题型对称法解决非共面力问题选择题摩擦与自锁现象选择题绳(杆)上的“死结”和“活结”模型选择题较多 摩擦力方向与运动方向的关系选择题较多考点一对称法解决非共面力问题在力的合成与分解的实际问题中,经常遇到物体受多个非共面力作用处于平衡状态的情况,而在这类平衡问题中,又常有图形结构对称的特点,结构的对称性往往对应着物体受力的对称性解决这类问题的方法是根据物体受力的对称性,结合力的合成与分解知识及平衡条件列出方程,求解结果考点二 摩擦与自锁现象1力学中有一类现象,当物体的某一物理量满足一定条件时,无论施以多大的力都不可能让它与另一个物体之间发生相对运动,物
2、理上称这种现象为“自锁”生活中存在大量的自锁现象,例如维修汽车时所用的千斤顶就是根据自锁原理设计的2摩擦自锁现象是指当主动力合力的作用线位于摩擦角以内时,无论主动力合力多大,约束力都可与之平衡摩擦自锁在生活中也大量的存在,并起着相当大的作用3最大静摩擦力Ffm与接触面的正压力FN之间的数量关系为FfmFN.其中,静摩擦系数取决于相互接触的两物体表面的材料性质及表面状况考点三 绳(杆)上的“死结”和“活结”模型1绳模型(1)“死结”可理解为把绳子分成两段,且不可以沿绳子移动的结点“死结”两侧的绳因结而变成了两根独立的绳,因此由“死结”分开的两段绳子上的弹力不一定相等(2)“活结”可理解为把绳子分
3、成两段,且可以沿绳子移动的结点“活结”一般是由绳跨过滑轮或者绳上挂一光滑挂钩而形成的绳子虽然因“活结”而弯曲,但实际上是同一根绳,所以由“活结”分开的两段绳子上弹力的大小一定相等,两段绳子合力的方向一定沿这两段绳子夹角的平分线2杆模型杆可分为固定杆和活动杆固定杆的弹力方向不一定沿杆,弹力方向视具体情况而定,活动杆只能起到“拉”和“推”的作用一般情况下,插入墙中的杆属于固定杆(如甲、乙两图中的杆),弹力方向不一定沿杆,而用铰链相连的杆属于活动杆(如丙图中的杆),弹力方向一定沿杆考点四 摩擦力方向与运动方向的关系摩擦力的方向与物体间的相对运动或相对运动趋势方向相反,但与物体的实际运动方向(以地面为
4、参考系)可能相同,可能相反,也可能不在同一直线上.典例精析考点一:对称法解决非共面力问题典例一:(2018福建质检)课堂上,老师准备了“”型光滑木板和三个完全相同、外表面光滑的匀质圆柱形积木,要将三个积木按图示(截面图)方式堆放在木板上,则木板与水平面夹角的最大值为A30B45C60D90【参考答案】 A【考查内容】本题是以三个圆柱形积木在“”型光滑木板上处于平衡状态为情境,主要考查共点力的平衡等知识。侧重考查推理能力,要求考生深刻理解共点力的平衡条件,运用特殊值法解决实际问题。体现相互作用观念与科学推理等物理核心素养的考查。典例二:. (2018河南名校联考)如图所示,三个粗细均匀完全相同的
5、圆木A、B、C堆放在水平地面上,处于静止状态,每个圆木的质量为m,截面的半径为R,三个截面圆心连线构成的等腰三角形的顶角O1 =120.若在地面上的两个圆木刚好要滑动,设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,不考虑圆木之间的摩擦,重力加速度为g,则()A. 圆木间的弹力为mgB. 下面两个圆木对地面的压力均为1.5mgC. 地面上的每个圆木受到地面的作用力为1.5mgD. 地面与圆木间的动摩擦因数为【参考答案】ABD考点二:摩擦与自锁现象典例一:如图,质量为m的物块静止于斜面上,逐渐增大斜面的倾角,直到等于某特定值时,物块达到“欲动未动”的临界状态,此时的摩擦力为最大静摩擦力,物块m的平衡方程为FNGc
6、os0,FfmGsin0.又FfmFN,解得tan,称为摩擦角,只与静摩擦系数有关显然,当时,物块保持静止此时如果在物块上施加竖直方向的压力F,不管F有多大,物块都不会下滑我们称为物块的自锁条件这一特性广泛应用于工农业生产和日常生活中1拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具(如图),设拖把头的质量为m,拖杆质量可忽略;拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数,重力加速度为g.某同学用该拖把在水平地板上拖地时,沿拖杆方向推拖把,拖杆与竖直方向的夹角为.(1)若拖把头在地板上匀速移动,求推拖把的力的大小(2)设能使该拖把在地板上从静止刚好开始运动的水平推力与此时地板对拖把的正压力的比值为.已知存在一临界角0
7、,若0,则不管沿拖杆方向的推力有多大,都不可能使拖把从静止开始运动求这一临界角的正切tan0.【答案】(1)mg(2)tan0(2)若不管沿拖杆方向用多大的力都不能使拖把从静止开始运动,应有FsinFN这时, 式仍成立联立式得sincos现求解使式成立的角的取值范围注意到式右边总是大于零,且当F无限大时极限值为零,有sincos0使式成立的角满足0,这里0是题中所定义的临界角,即当0时,不管沿拖杆方向用多大的力都推不动拖把故临界角的正切为tan0.典例二:一般教室门上都安装一种暗锁,这种暗锁由外壳A、骨架B、弹簧C(劲度系数为k)、锁舌D(倾角45)、锁槽E以及连杆、锁头等部件组成,如图甲所示
8、设锁舌D的侧面与外壳A和锁槽E之间的动摩擦因数均为,最大静摩擦力Ffm由FfmFN(FN为正压力)求得有一次放学后,当某同学准备关门时,无论用多大的力,也不能将门关上(这种现象称为自锁),此刻暗锁所处的状态的俯视图如图乙所示,P为锁舌D与锁槽E之间的接触点,弹簧由于被压缩而缩短了x.(1)试问,自锁状态时D的下表面所受摩擦力的方向(2)求此时(自锁时)锁舌D与锁槽E之间的正压力的大小(3)无论用多大的力拉门,暗锁仍然能够保持自锁状态,则至少要多大?【答案】(1)向右(2)(3)0.41【解析】(1)锁舌D有向左的运动趋势,故其下表面所受摩擦力Ff1方向向右(3)令FN趋近于,则有1220,解得
9、10.41.考点三:绳(杆)上的“死结”和“活结”模型典例一:(2018洛阳联考,单选)城市中的路灯、无轨电车的供电线路等,经常用三角形的结构悬挂。如图是这类结构的一种简化模型,硬杆左端可绕通过B点且垂直于纸面的轴无摩擦的转动,右端O点通过钢索挂于A点,钢索和硬杆所受的重力均可忽略。有一质量不变的重物悬挂于O点,现将钢索缓慢变短,并使钢索的悬挂点A缓慢向下移动,以保证硬杆始终处于水平。则在上述变化过程中,下列说法中正确的是( )A. 钢索对O点的拉力变大B. 硬杆对O点的弹力变小C. 钢索和硬杆对O点的作用力的合力变大D. 钢索和硬杆对O点的作用力的合力变小【参考答案】A 典例二 (2018云
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