高中物理经典例题分析.doc

1、教人以渔终身受用 1第 一 部 分高 中 物 理 活 题 巧 解 方 法 总 论一、整体法例 1：在水平滑桌面上放置两个物体 A、B 如图 1-1 所示，m A=1kg，m B=2kg，它们之间用不可伸长的细线相连，细线质量忽略不计，A 、 B 分别受到水平间向左拉力 F1=10N 和水平向右拉力 F2=40N 的作用，求 A、 B 间细线的拉力。【巧解】由于细线不可伸长，A 、B 有共同的加速度，则共同加速度对于 A 物体：受到细线向右拉力 F 和 F1 拉力作用，则 ，221401/BFamsm 1AFma即 10AaNF=20N 【答案】=20N例 2：如图 1-2 所示，上下两带电小球

2、， a、b 质量均为 m，所带电量分别为 q 和-q，两球间用一绝缘细线连接，上球又用绝缘细线悬挂在开花板上，在两球所在空间有水平方向的匀强电场，场强为 E，平衡细线都被拉紧，右边四图中，表示平衡状态的可能是：【巧解】对于 a、b 构成的整体，总电量 Q=q-q=0，总质量 M=2m，在电场中静止时，ab 整体受到拉力和总重力作用，二力平衡，故拉力与重力在同一条竖直线上。【答案】A说明：此答案只局限于 a、b 带等量正负电荷，若 a、b 带不等量异种电荷，则 a 与天花板间细线将偏离竖直线。例 3：如图 1-3 所示，质量为 M 的木箱放在水平面上，木箱中的立杆上套着教人以渔终身受用 2一个质

3、量为 m 的小球，开始时小球在杆的顶端，由静止释放后，小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的，即 ，则小球在下滑的过程中，木箱对地面的压力为多少？12ag【巧解】对于“一动一静”连接体，也可选取整体为研究对象，依牛顿第二定律列式：故木箱所受支持力： ，由牛顿第三定律知：木箱对地面()NMF2NMmFg压力 。2mg【答案】木箱对地面的压力 2NmFg例 4：如图 1-4，质量为 m 的物体 A 放置在质量为 M 的物体 B 上，B 与弹簧相连，它们一起在光滑水平面上做简谐振动，振动过程中 A、B 之间无相对运动，设弹簧的劲度系数为 k，当物体离开平衡位置的位移为 x 时，A、B 间摩擦力 f 的大

4、小等于（ ）A、0 B、kx C、 D、()x()mk【巧解】对于 A、B 构成的整体，当系统离开平衡位置的位移为 x 时，系统所受的合力为 F=kx，系统的加速度为 ，而对于 A 物体有摩擦力 ，故正确kaMfFma合答案为 D。【答案】D例 5：如图 1-5 所示，质量为 m=2kg 的物体，在水平力 F=8N 的作用下，由静止开始沿水平方向右运动，已知物体与水平面间的动摩擦因数 =0.2，若 F 作用 t1=6s 后撤去，撤去 F 后又经 t2=2s 物体与竖直壁相碰，若物体与墙壁作用时间 t3=0.1s，碰后反向弹回的速度 =6m/s ，求墙壁对物体的平均作用力 FN（g 取 10m/

5、s2） 。【巧解】如果按时间段来分析，物理过程分为三个：撤去 F 前的加速过程；撤去 F 后的减速过程；物体与墙壁碰撞过程。分段计算会较复杂。现把全过程作为一个整体（整体法） ，应用动量定理，并取F 的方向为正方向，则有 代入数据化简可得 FN=280N1123()0Ntmgttmv【答案】F N=280N二、隔离法例 1：如图 2-1 所示，在两块相同的竖直木板之间，有质量均为 m 的 4 块相同的砖，用两个大小均为 F 的水平力压木板，使砖静止不动，则第 1 块对第 2 块砖摩擦力大小为（ ）A、0 B、mg/2 C、mg D、2mg【巧解】本题所求解的是第 1 块对第 2 块砖摩擦力，属

6、于求内力，最终必须要用隔离法才能求解，研究对象可以选 1，也可以选 2，到底哪个更简单呢？若选 2为研究对象，则 1 对 2 的摩擦力及 3 对 2 的摩擦力均是未知的，无法求解；而选 1为研究对象，尽管 2 对 1 的摩擦力及左板对 1 的摩擦力均是未知的，但左板对 1 的教人以渔终身受用 3摩擦力可以通过整体法求解，故选 1 为研究对象求内力较为简单。先由整体法（4 块砖作为一个整体）可得左、右两板对系统的摩擦力方向都竖直向上，大小均为4mg/2=2mg，再以 1 为研究对象分析，其受力图 2-2 所示（一定要把它从周围环境中隔离开来，单独画受力图） ，1 受竖直向下的重力为 mg，左板对

7、 1 的摩擦力 f 左板 竖直向上，大小为 2mg，故由平衡条件可得：2 对 1 的摩擦力 f21 竖直向下，大小为 mg，答案应选 C 项。【答案】C例 2：如图 2-3 所示，斜面体固定，斜面倾角为 ，A 、 B 两物体叠放在一起，A 的上表面水平，不计一切摩擦，当把 A、 B 无初速地从斜面顶端释放，若运动过程中 B 没有碰到斜面，则关于 B 的运动情况描述正确的是（ ）A、与 A 一起沿斜面加速下滑B、与 A 一起沿斜面匀速下滑C、沿竖直方向匀速下滑D、沿竖直方向加速下滑【巧解】本题所求解的是系统中的单个物体的运动情况，故可用隔离法进行分析，由于不计一切摩擦，而 A 的上表面水平，故水

8、平方向上 B 不受力。由牛顿第一定律可知，B 在水平方向上运动状态不变（静止） ，故其运动方向必在竖直方向上。因 A 加速下滑，运动过程中 B 没有碰到斜面（A、B 仍是接触的） ，即 A、B 在竖直方向上的运动是一样的，故 B 有竖直向下的加速度，答案 D 正确。【答案】D例 3：如图 2-4 所示，固定的光滑斜面体上放有两个相同的钢球P、Q，MN 为竖直挡板，初状态系统静止，现将挡板 MN 由竖直方向缓慢转至与斜面垂直的方向，则该过程中 P、Q 间的压力变化情况是（ ）A、一直增大 B、一直减小 C、先增大后减小 D、一直不变【巧解】本题所求解的是系统内力，可用隔离法来分析，研究对象可以选

9、 P，也可以选 Q，到底选哪个更简单呢？当然选 P 要简单些，因为 P 受力个数少，P 受到重力、斜面的支持力 N 斜 （垂直斜面向上）和 Q 的支持力 NQ（沿斜面斜向上）共三个力作用，由平衡条件可知，这三个力的合力为零，即重力沿 N 斜 ，N Q 反方向的分力分别与 N 耕 、N Q 的大小相等，在转动挡板过程中，重力的大小及方向都不变，而 N 耕 、N Q 的方向也都不变，即分解重力的两个方向是不变的，故分力也不变，故 D 选项正确【答案】D例 4：如图 2-5 所示，人重 G1=600N，木板重 G2=400N，人与木板、木板与地面间滑动摩擦因数均为 =0.2，现在人用水平力 F 拉绳

10、，使他们木板一起向右匀速动动， 则（ ）A、人拉绳的力是 200NB、人的脚给木板的摩擦力向右C、人拉绳的力是 100ND、人的脚给木板的摩擦力向左【巧解】求解人与板间的摩擦力方向，属求内力，须用隔离法，研究对象可选人，也可以选板，到底选哪个更简单呢？当然选人要简单些，因为人受力个数少，以人为研究对象，人在水平方向上只受绳的拉力（水平向右）和板对人的摩擦力两个力作用，属二力平衡，故板对人的摩擦力向左，由牛顿第三定律可知，人的脚给木板的摩擦力向右，B、D 两个选项中 B 选项正确。绳的拉力属外力，可用整体法来求解，人与板相对地向右运动，滑动摩擦力水平向左，而其大小为；人与板系统水平向右受到两个拉

11、力，故由平衡条件12()0.fNG教人以渔终身受用 4可得：2T=f，故 T=100N，答案 C 选项正确。【答案】B、C）A、A 对 B 没有摩擦力B、A 对 B 有摩擦力，方向时刻与线速度方向相反C、A 对 B 有摩擦力，方向时刻指向转轴三、力的合成法例 1：水平横梁的一端 A 插在墙壁内，另一端装有一小滑轮 B，一轻绳的一端 C 固定于墙壁上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量 m=10kg 的重物，CBA=30，如图 3-1 所示，则滑轮受到绳子的作用力大小为（g 取 10m/s2） （ ）A、50N B、 C、100N D、503N103N【巧解】绳子对滑轮有两个力的作用，即绳子 BC 有斜

12、向上的拉力，绳子 BD 有竖直向下的拉力，故本题所求的作用力应该为以上这两个力的合力，可用力的合成法求解。因同一根绳张力处处相等，都等于物体的重力，即 TBC=TBD=mg=100N，而这两个力的夹角又是特殊角 120，用平行四边形定则作图，可知合力 F 合 =100N，所以滑轮受绳的作用力为 100N，方向与水平方向成 30角斜向下。【答案】C例 2：如图 3-2 所示，一质量为 m 的物块，沿固定斜面匀速下滑，斜面的倾角为 ，物体与斜面间的动摩擦因数为 ，则斜面对物块的作用力大小及方向依次为（ ）A、 ，沿斜面向下 B、 ，沿斜面向上sinmgsingC、 ，垂直斜面向下 D、mg ，竖直

13、向上co【巧解】斜面对物块有两个力的作用，一个是沿垂直斜面向上支持力 N，另一个是沿斜面向上的摩擦力 f，故本题所求的作用力应该为以上这两个力的合力，可用力的合成法求解。物块共受三个力作用：重力 mg、支持力 N、摩擦力 f；由平衡条件可知，这三个力的合力为 0，即支持力 N、摩擦力 f 的合力重力 mg 等大反向，故答案 D 选项正确【答案】D例 3：如图 3-3 所示，地面上放在一个质量为 m 的物块，现有斜向上的力 F 拉物块，物块仍处于静止状态，则拉力 F 与物体所受到摩擦力 f 的合力 方向为（ ）A、斜向左上 B、斜向右上C、竖直向上 D、条件不足，无法判断【巧解】物块共受四个力作

14、用，重力 G、拉力 F、摩擦力 f 以及支持力 N，其受教人以渔终身受用 5力图如图 3-4 所示，我们可以用力的合成法，把四力平衡转化成二力平衡：即 F 与 f 合成，G 与 N 合成，G 与 N 的合力一定竖直向下，故 F 与 f 的合力一定竖直向上，故答案 C 正确。【答案】C四、力的分解法例 1：刀、斧、刨等切削工具都叫劈，劈的截面是一个三角形，如图 4-1 所示，设劈的面是一个等腰三角形，劈背的宽度是 d，劈的侧面的长度是 L 使用劈的时候，在劈背上加力 F，则劈的两侧面对物体的压力 F1、 F2 为（ ）A、F 1=F2=F B、F 1=F2=（L/d）F C、F 1=F2=（d/

15、L）F D、以上答案都不对【巧解】由于 F 的作用，使得劈有沿垂直侧面向外挤压与之接触物体的效果，故所求的 F1、F 2 大小等于 F 的两个分力，可用力的分解法求解。如图 4-2 所示，将 F 分解为两个垂直于侧面向下的力F1、F 2，由对称性可知， F1=F 2，根据力的矢量三角形OFF 1 与几何三角形CAB 相似，故可得：F 1/L=F/d，所以 F1=F 2=LF/d，由于 F1= F1， F2= F2故 F1=F2=（d/L ）F。【答案】例 2：如图 4-3 所示，两完全相同的小球在挡板作用下静止在倾角为 的光滑斜面上，甲图中挡板为竖直方向，乙图中挡板与斜面垂直，则甲、乙两种情况

16、下小球对斜面的压力之比是（ ）A、1：1 B、1： C、1： D、1：2cos2sintan【巧解】由于小球重力 G 的作用，使得小球有沿垂直侧面向下挤压斜面及沿垂直挡板方向挤压挡板的效果，故所求的小球对斜面压力大小等于重力 G 沿垂直斜面方向的分力，可用力的分解法求解，如图所求，甲情况下将 G 分解 G2，乙情况下将 G 分解 G2，所求压力之比即为 G1：G 1，而G1=G/ ， G1=G ，故可得压力之比 G1：G 1=1： 。coscos2cos【答案】B例 3：如图 4-4 所示，用两根轻绳将质量为 m 的物块悬挂在空中，已知 ac 和 bc 与竖直方向的夹角分别为 30和 60，则

17、 ac 绳和 bc 绳中拉分别为（ ）教人以渔终身受用 6A、 B、31,2mg13,2mgC、 D、,4,4【巧解】由 于 小 球 重 力 G 的 作 用 ， 使 得 小 球 有 沿 两 绳 方 向 斜 向 下 拉 紧 绳 的 效 果 ， 故 两 绳 的 拉 力 大 小 等于 重 力 的 两 个 分 力 ， 力 的 分 解 图 如 上 所 示 ， 由 几 何 知 识 可 得 ： Tac=G1=mgcos30,Tbc=G2=mgcos60。【答案】A例 4：如图 4-5 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，小车以加速度 a 水平向右运动，则杆对球的弹力大

18、小及方向 是（ ）A、mg，竖直向上 B、 ，沿杆向上22()mgaC、ma ，水平向右 D、 ，与水平方向成 arctan mga角斜向上【巧解】本题中，小球只受重力 mg 和杆对球的弹力 N 两个力作用，杆对球的弹力 N 有两个作用效果；竖直向上拉小球及水平向右拉小球，因两个作用效果是明确的，故可用力的分解法来求解。杆竖直向上拉小球，使小球在竖直方向上保持平衡，故竖直向上的分力N1=mg；杆水平向右拉小球，使小球获得向右的加速度，故水平向右的分力N2=ma，由几何知识可知杆对球的弹力与水平方向的夹角为arctan =arctan ，故答案 D 选项正确。12mga【答案】D巧练 1：如图

19、4-6 所示，用一根细绳把重为 G 的小球，挂在竖直光滑的墙上， 改用较长的细绳，则小球对绳的拉力 T 及对墙的压力 N 将（ ）A、T 减小，N 增在 B、T 增大，N 减小C、T 减小，N 减小 D、T 增大，N 增大巧练 2：如图 4-7 所示，轻绳 AC 与水平角夹角 =30 ，BC 与水平面的夹角=60，若 AC、BC 能承受的最大拉力不能超过 100N，设悬挂重物的绳不会拉断， 那么重物的重力 G 不能超过（ ）A、100N B、200N C、 D、103N203N五、力的正交分解法例 1：如图 5-1 所示，用与水平成 =37的拉力 F=30N，拉着一个重为 G=50N 的物体在

20、水平地面上匀速前进，则物体与地面间的动摩擦因数 为（ ）A、0.2 B、0.3 C、0.6 D、0.75【巧解】物体受四个力作用而匀速，这四个力分别为重力 G、拉力 F、地面的支持力 N、地面的摩擦力 f，由于受多个力作用，用正交分解法来解题较为简教人以渔终身受用 7单。怎样选取坐标轴呢？选水平方向与竖直方向为坐标轴，只需分解 F，最简 单，如图 5-2 所示，将 F 进行正交分解，由平衡条件可得：cos0incs30.8.75i56xyfNGF合合而 f=化 简 可 得 :【答案】D例 2：如图 5-3 所示，重为 G=40N 的物体与竖直墙间的动摩擦因数 =0.2，若受到与水平线成 45角

21、的斜向上的推力 F 作用而沿竖直墙匀速上滑，则 F 为多大？【巧解】物体受四个力作用而匀速上滑，这四个力分别为重为 N、推力 F、 墙的支持力 N、墙的摩擦力 f，由于受多个力作用，用正交分解法来解题较为简单。怎样选取坐标轴呢？选水平方向与竖直方向为坐标轴，只需分解 F，最简单， 如图5-4 所示，将 F 进行正交分解，由平衡条件可得： cos450in71(si45cosxyGfN合合而 f=化 简 可 得 :F【答案】推力 F 为 71N例 3：如图 5-5 所示，物体 Q 放在固定的斜面 P 上，Q 受到一水平作 用力 F，Q 处于静止状态，这时 Q 受到的静摩擦力为 f，现使 F 变大

22、，Q 仍 静止，则可能（ ）A、f 一直变大 B、f 一直变小C、f 先变大，后变小 D、f 先变小后变大【巧解】隔离 Q，Q 物体受重力 G 支持力 N，外力 F 及摩擦力 f 四个 力而平衡，但 f 的方向未知（当 F 较小时，f 沿斜面向上；当 F 较大时 f 沿斜面向下） ，其受力图如图 5-6所示。怎样选取坐标轴呢？选水平方向与竖直方向为坐标轴，需分解 N 与 f，而选沿斜面方向与竖直斜面方向为坐标轴，需分解 G 与 F 都需要分解两个力，但 N、 f 是未知力，G、F 是已知力，分解已知力更简单些，故应选沿斜面方向与坚直斜面方向为坐标轴。如图 5-6 所示，将 G、F 进行正交分解

23、，由平衡条件可得：当 F 较小时有：即 随着 F 的增大，f 将减小，当 F 较大时有： sincos0mgfsincosfmg即 随着 F 的增大，f 将增大，故当 F 的初始值较小时，fif 先减小后增大；当 F 的初始值较大时 f 一直增大。教人以渔终身受用 8【答案】A、D第三章 牛顿运动定律难点巧学一、 巧用“两边夹”确定物体的曲线运动情况曲线运动是变速运动，从运动学的角度可以确定物体加速度与速度、轨迹之间的关系，也可以从动力学的角度确定合外力 F 与速度、轨迹之间的关系。物体做曲线运动的轨迹不外乎以下三种情况：物体的加速度 a 与其速度 v 之间的夹角为锐角、直角或钝角。所谓“两边

24、夹”就是加速度（或合外力）与速度把轨迹夹在中间，即：物体做曲线运动的轨迹总在 a 与 v 两方向的夹角中，且和 v 的方向相切，向加速度一侧弯曲。如下图 41 所示三种情况就是这样。例 1 一质点在某恒力 F 作用下做曲线运动，图 42 中的曲线 AB 是该质点运动轨迹的一段，质点经过 A、B 两点时的速率分别为 vA、v B.（1） 用作图法找出该恒力方向的可能范围。（2） 该恒力的方向能否在过 A 点或 B 点的切线上？（3） 该质点从 A 点到 B 点的过程中其速度大小如何变化？（4） 若速率有变化，且 vAv B，则速率最大或最小时在什么位置？解析 （1）过 A、B 两点分别作曲线的切

25、线和、法线和，如图 43 所示，从 A 点看，恒力 F应在线的右侧；从 B 点看 F 应在线的左侧；因恒力的方向是不变的，故应同时满足上述两条件。若平移线过 A 点，则、两线之间箭头所指的区域即为 F 在 A 点的方向可能的范围。（2）若 F 在线上，则它与 vA在同一直线上，由于 F 为恒力，故质点不可能再做曲线运动，这说明F 不可能在线上。若 F 在线上，则在 A 点时 vA在垂直于 F 的方向上有分量，而到 B 点时垂直于线的运动分量没有了，这与该方向上没有 F 分量相矛盾，故 F 不可能在线上。（3）由于 F 在 A 点时与 vA夹角大于 90，而在B 点时与 vB夹角小于 90，故质

26、点的速率应该是先减小后增大。（4）由于已经判定速率为先减小后增大，且vAv B，则运动过程中速率有最小值，且发生在 F 与v 垂直的位置。二、 效果法运动的合成与分解的法宝VaVaVaAAa 图 41BVBAVA图 42图 43AVAVB教人以渔终身受用 9力的分解如果不考虑该力产生的效果，对求解往往影响不大，但运动的分解如果不考虑实际效果，就有可能得出错误的结论。反之，若根据运动效果进行分解，会有意想不到的收获。下面以一个曲线运动中常见的题型“绳连物”模型为例进行说明。例 2 如图 44 所示，用绳牵引小船靠岸，收绳的速度为 v1，在绳子与水平方向夹角为 的时刻，船的速度 v 有多大？解析

27、先用“微元法”解答。小船在极短时间 t 内从 A 点移到 C 位移为 s，如图 45所示，由于 t 很小，因此绳子转过的角度 很小，由数学知识可认为 s 2OA, s 2OC,所以有 ，s 2为物体垂直绳方向1s 的位移，s 1为沿绳方向的位移。再由速度的定义，当 t 很小时，v ，12s/ttst所以 vv 1v 2，即船的速度分解为沿绳方向的速度 v1 和垂直于绳方向的速度 v2。用“效果法”解答。船的速度 v 的方向就是合速度的方向，这个速度产生了两个运动效果：（1）假如绳与水平方向夹角 不变，只是在拉绳，小船将沿绳收缩方向以 v1 速度运动， （2）假如绳长 AO 不变，只是 在变，小

28、船将以 O 为圆心、OA 长为半径做圆周运动，速度 v2垂直于 OA。而 、OA 均改变时，即小船向右运动时，v 1、v 2就可以看成是它的两个分运动，矢量图如图 46 所示，从图中易知 vv 1/cos比较两种方法可知，效果法简便易行，又可帮助同学们理解圆周运动知识，同时也让学生懂得不能将绳的速度进行正交分解。三、 平抛运动中的“二级结论”有妙用解决平抛及类平抛运动问题，重在把握水平方向的匀速运动和竖直方向初速为零的匀加速直线运动的独立性、等时性、等效性，充分利用矢量三角形、勾股定理、三角函数等知识解答。特别提醒：强调落点的问题必须抓住两个分位移之间的关系。强调末速度的“大小”或“方向” （

29、特别是“方向” ）的问题必须抓住两个分速度之间的关系。另外，记住以下三个“二级结论” （也可称作定理）会让我们在今后解决平抛及类平抛运动问题中收到意想不到的效果，结论如下。结论一：做平抛（或类平抛）运动的物体在任一时刻任一位置处，设其末速度方向与水平方向的夹角为 ，位移与水平方向的夹角为 ，则 tan2tan（其应用见“活题巧解”例 7）结论二：做平抛（或类平抛）运动的物体任意时刻瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位移的中点。如图 47 中 A 点和 B 点。（其应用见“活题巧解”例 6）V1VV246y vxO BA vovA1sDCO 2图 45V1V 图 44教人以渔终身受用 10结论

30、三：平抛运动的物体经过时间 t 后，位移 s 与水平方向的夹角为 ，则此时的动能与初动能的关系为EktE ko（14tan 2）（待高一下学期用）四、 建立“F 供 F 需 ”关系，巧解圆周运动问题例 3 设一运动员和自行车的总质量为 m，自行车与地面的动摩擦因素为 ，自行车做圆周运动的轨道半径为 R，自行车平面偏离竖直方向的角度为 ，转弯速度为 v，地面支持力为 N。问：自行车要顺利转弯，须满足什么条件？解析 要使自行车顺利转弯，必须解决两个问题：一是不向外滑动，二是不发生翻倒。（1） 转弯速度不向外滑动的临界条件自行车转弯所需向心力由地面的静摩擦力提供，不向外滑动的条件是所需向心力不超出最

31、大静摩擦力，即 Fnmg，根据牛顿第二定律有mgm2axv所以，最大转弯速度为 vmax gR（2） 临界转弯倾角不翻倒的临界条件自行车不翻倒的条件，是质心受到的合力矩为零。如图 48 所示，即向内倾斜而又不滑动、也不翻倒的临界条件是支持力 N 与最大静摩擦力 fmax 的合力通过质心。根据三角函数关系，临界转弯倾角tan ，2maxaxvfg tan 1 tan 1 R答案：必须同时满足两个条件，即速度不超过 ，自行车平面与竖直方向的夹角等于 tan12maxv六、 现代科技和社会热点问题STS 问题例 5 （2005武汉模拟）早在 19 世纪，匈牙利物理学家厄缶就明确指出：“沿水平地面向东运动的物体，其重量，即：列车的视重或列车对水平轨道的压力一定要减轻。 ”后来，人们常把这类物理现象称之为“厄缶效应” 。我们设想，在地球赤道附近的地平线上，有一列车质量是 m，正在以速度 v 沿水平轨道向东匀速行驶。已知地球的半径 R 及地球自转周期 T。今天我们像厄缶一样，如果仅仅考虑地球自转的影响，火车随地球做线速度为 的圆周运动时，火车对轨道的压力为 FN；在此基础上，又考虑到这列火车相2T对地面附加了一个线速度更快的匀速圆周运动，并设此时火车对轨道的压力为 FN ，那么，单纯地由于图 47mgFNmg图 48