高中物理知识点梳理

　　高中物理知识点：物体平衡

　　基础知识

　　1、平衡状态：物体受到几个力的作用，仍保持静止状态，或匀速直线运动状态，或绕固定的转轴匀速转动状态，这时我们说物体处于平衡状态，简称平衡。

　　在力学中，平衡有两种情况，一种是在共点力作用下物体的平衡;另一种是在几个力矩作用下物体的平衡(既转动平衡)。

　　2、要区分平衡状态、平衡条件、平衡位置几个概念。

　　平衡状态指的是物体的运动状态，即静止匀速直线运动或匀速转动状态;而平衡条件是指要使物体保持平衡状态时作用在物体上的力和力矩要满足的条件。至于平衡位置这个概念是指往复运动的物体，当该物体静止不动的位置或物回复力为零的位置。它是研究物体振动规律时的重要概念，简谐振动的物体在平衡位置时其合力不一定零，所以也不一定是平衡状态。例如单摆振动到平衡位置时后合力是指向圆心的。

　　3、共点力的平衡

　　⑴共点力：物体同时受几个共面力的作用，如果这几个力都作用在物体的同一点，或这几个力的作用线都相交于同一点，这几个力就叫做共点力。

　　⑵共点力作用下物体的平衡条件是物体所受的合外力为零。

　　⑶三力平衡原理：物体在三个力作用下，处于平衡状态，如果三力不平行，它们的作用线必交于一点，例如图1所示，不均匀细杆AB长1米，用两根细绳悬挂起来，当AB在水平方向平衡时，二绳与AB夹角分别为30°和60°，求AB重心位置?

　　根据三力平衡原理，杆受三力平衡，TA、TB、G必交于点O只要过O作AB垂线，它与AB交点C 就是AB杆的重心。由三角函数关系可知重心C到A距离为0.25米。

　　⑷具体问题的处理

　　①二力平衡问题，一个物体只受两个力而平衡，这两个力必然大小相等，方向相反，作用在一条直线上，这也就是平常所说的平衡力。平衡力的这些特点就成为了解决力的平衡问题的基础，其他平衡问题最终要转化为这个基础问题。

　　②三力平衡问题：往往先把两个加合成，这个合力与第三个力就转化成了二力平衡问题，即三力平衡中任意两个力的合力与第三个力的大小相等，方各相反，作用在一条直线上。

　　③多力平衡问题：设立垂直坐标系，把多个力分解到X、Y方向上，求X和Y方向的合力，最后再把两个方向的力求合。处理方法的思路还是转化成二力平衡问题。

　　⑸要区别平衡力的作用与反作用力;

　　表面看平衡力、作用与反作用力都是大小相等，方向相反，作用在一条直线上，但它们有本质的区别。以作用点的角度看，平衡力作用点在同一物体上而作用力与反作用力分别作用在相互作用的两个物体上。从力的性质看，平衡力可以是性质相同的力，也可以是性质不同的力。比如重力可以和弹力平衡，弹力也可以和弹力平衡。作用力和反作用力一定是相同性质的力，即万有引力的反作用力一定是万有引力，弹力的反作用力一定是弹力。从力的瞬时性看平衡力之间没有相互依存的瞬时关系，例如重力与弹力平衡，弹力消失后重力并不一定消失。作用力与反作用力存在相互依存的瞬时关系，作用力消失的瞬时反作用也消失。

　　4、力矩的定义：力和力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩。用F表示力的大小，L表示力臂，M表示力矩，那么，M=FL，力矩的单位是牛米，符号是N·m。

　　对力矩的理解：①力矩是量度固定转轴物体转动效果的物理量;它是由力和力臂两个参量决定的。②要区别力矩与功的单位，表面看二者全是力与长度两个物理量的乘积，而力臂长是从转动轴引力作用线的垂直距离，功是力与沿力方向位移的乘积。两者有根本的不同。

　　5、解决物体平衡问题必须熟练掌握的工具——力的合成和分解。

　　什么叫力的合成和分解：当物体同时受几个力作用时，如果可以用一个力来代替它们，并且产生同样的效果，那么这一个力叫做那几个力的合力。这种代替法叫做力的合成。

　　如果一个力作用在物体上，可以按其实际效果，用两个或两上以上的力去代替，这种代替法叫做力的分解。

　　用力的合成和分解处理问题时应注意的问题。①力的合成和分解是一种解决实际问题的处理方法，合力的效果和它所有分力的效果总和是等效的。在研究分力作用时，应该认为合力已不存在，因存合力已被分力替代，同理，在研究合力的作用时，应该认为分力已不存在。②几个力作用在一个物体上，其合力是唯一的。这是由力的效果唯一而决定的;一个力的分解却是任意的，一个力可以分解为无穷多组合力，所以在进行力的分解时要注意按实际效果进行分解。

　　共点力的合成与分解方法：其原则是平行四边行法则，具体操作中可以详细变化成以下三种方法：①平行四边形法。两个分力作为邻边，做平行四边形，其对角线即有合力。这种方法多用作画图，高考大纲不要求用余弦定理进行计算。②三角形法。三角形法是平行四边形法则的简化。根据平行四边形对边平行且相等，先画好任意一个力，再以此力的未端作为第二个力的始端，画第二个力，连接第一个力的始端和第二个力末端的有向线段，就是它们的合力。这种方法叫矢量合成的三角形法则。这种方法往往用来求多个共点力的合力，尤其用来判断共点力平衡问题中某些力的变化或根值问题非常方便。③正交分解法，将多个共点力沿着互相垂直的方向(x轴、y轴)进行分解，然后在x、y方向把力进行合成，最后再把x、y方向的合力合成一个力，或者把x、y方向的合力与物体运动状态进行有联系的计算。这种方法是高中物理最常用的方法。

　　高中物理知识点：磁场及其描述

　　1.对磁感应强度的理解

　　【例1】以下说法正确的是(　　)

　　A.电流元在磁场中受磁场力为F，则B= ，电流元所受磁场力F的方向即为该点的磁场方向

　　B.电流元在磁场中受磁场力为F，则磁感应强度可能大于或等于

　　C.磁场中电流元受磁场力大的地方，磁感应强度一定大

　　D.磁感应强度为零的地方，一小段通电直导线在该处一定不受磁场力

　　【解析】判断磁感应强度的大小，需在电流元受力最大的前提下进行，且电流元受磁场力方向与该点磁场方向垂直，故A错，B对.电流元在磁场中所受磁场力与其放置的位置有关，电流元受力大的地方磁感应强度不一定大，故C错.

　　【答案】BD

　　【思维提升】(1)准确理解公式B= 成立的条件是B⊥I，即受力最大的前提是解题的关键;

　　(2)准确理解磁感应强度的大小、方向是由磁场本身的性质决定的，不能说B与F成正比、与IL的乘积成反比.

　　【拓展1】一根导线长0.2 m，通有3 A的电流，垂直磁场放入磁场中某处受到的磁场力是6×10-2 N，则该处的磁感应强度大小B为　0.1　T;如果该导线的长度和电流都减小一半，则该处的磁感应强度大小为　0.1　T.若把这根通电导线放入磁场中的另外一点，所受磁场力为12×10-2 N，则该点磁感应强度大小为　≥0.2　T.

　　【解析】通电导线垂直放入磁场中，由定义式得

　　B= = T=0.1 T

　　某点的磁感应强度由磁场本身决定，故B=0.1 T

　　当通电导线在某处所受磁场力一定，将其垂直放入时，对应的B最小.

　　Bmin= = T=0.2 T，故B′≥0.2 T

　　2.安培定则的应用

　　【例2】当S闭合时，在螺线管内部的一根小铁棒被磁化，右端为N极.试判断通电螺线管的极性和电源的极性，这时用绝缘线悬挂的小通电圆环将怎样运动(俯视)?

　　【解析】小磁针(本题中为磁化后的软铁棒)静止时N极的指向为该点的磁场方向，在螺线管内部磁感线由S极到N极，故螺线管内右端为N极.再根据安培定则及等效法确定电源右端为负极，左端为正极，小通电圆环顺时针转动(同时靠近螺线管).

　　【思维提升】明确磁场方向，小磁针N极受力方向(或静止时N极指向)、磁感线在该点的切线方向及磁感应强度B的方向是同一个方向.明确磁感线在磁体外部是由N极到S极，在内部是由S极到N极的闭合曲线.

　　【拓展2】弹簧秤下挂一条形磁棒，其中条形磁棒N极的一部分位于未通电的螺线管内，如图所示.下列说法正确的是( AC )

　　A.若将a接电源正极，b接负极，弹簧秤示数将减小

　　B.若将a接电源正极，b接负极，弹簧秤示数将增大

　　C.若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤示数将增大

　　D.若将b接电源正极，a接负极，弹簧秤示数将减小

　　【解析】条形磁铁在本题中可以看做小磁针，当a接电源正极时，条形磁铁的N极方向与螺线管的磁感线方向相反，相互排斥，示数减小，A对，B错;同理C对，D错.[ks5u.com]

　　3.安培定则与磁感应强度的矢量性

　　【例3】如图所示，互相绝缘的三根无限长直导线的一部分ab、cd、ef组成一个等边三角形.三根导线通过的电流大小相等，方向如图所示.O为三角形的中心，M、N分别为O关于ab、cd的对称点.已知三电流形成的合磁场在O点的磁感应强度的大小为B1，在M点的磁感应强度大小为B2，此时合磁场在N点的磁感应强度的大小为　　　　.若撤去ef中的电流，而ab、cd中电流不变，则N点的磁感应强度大小为　　　　.

　　【解析】设每根电流线在O点产生的磁感应强度大小为B0，ef、cd在M点产生的磁感应强度大小为B0′，则在O点有B1=B0 ①

　　在M点有B2=2B0′+B0 ②

　　在N点有BN=B0=B1

　　撤去ef中的电流后，在N点有BN′=B0+B0′ ③

　　由①②③式解得BN′=

　　【答案】B1;

　　【思维提升】直线电流的磁场方向由安培定则确定，直线电流的磁场强弱与电流I的大小及位置有关，充分利用“对称性”是解本题的关键.

　　【拓展3】三根平行的直导线，分别垂直地通过一个等腰直角三角形的三个顶点，如图所示，现使每条通电导线在斜边中点O所产生的磁感应强度的大小为B.则该处的实际磁感应强度的大小和方向如何?

　　【解析】根据安培定则，I1与I3在O点处产生的磁感应强度相同，I2在O点处产生的磁感应强度的方向与B1(B3)相垂直.又知B1、B2、B3的大小均为B，根据矢量的运算可知O处的实际磁感应强度的大小B0= ，方向三角形平面内与斜边夹角θ=arctan 2，如图所示.

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　　【例4】如图所示，电流从A点分两路通过环形支路再汇合于B点，已知两个支路的金属材料相同，但截面积不相同，上面部分的截面积较大，则环形中心O处的磁感应强度方向是 (　　)

　　A.垂直于环面指向纸内 B.垂直于环面指向纸外

　　C.磁感应强度为零 D.斜向纸内

　　【错解】根据磁感应强度的矢量性，在O点场强很有可能选择C或D.

　　【错因】对于两个支路的电流产生的磁场在O点的磁场的大小没作认真分析，故选择C，有时对方向的分析也不具体，所以容易选择D.

　　【正解】两个支路在O处的磁感应强度方向均在垂直于圆环方向上，但上面支路的电流大，在O处的磁感应强度较大，故叠加后应为垂直于纸面向里，选择A.

　　【答案】A

　　【思维提升】认真审题，结合电路的结构特点，分析电流的大小关系，利用矢量合成原理分析O处的磁感应强度方向.

　　高中物理知识点：摩擦力

　　1、摩擦力定义：当一个物体在另一个物体的表面上相对运动(或有相对运动的趋势)时，受到的阻碍相对运动(或阻碍相对运动趋势)的力，叫摩擦力，可分为静摩擦力和滑动摩擦力。

　　2、摩擦力产生条件：①接触面粗糙;②相互接触的物体间有弹力;③接触面间有相对运动(或相对运动趋势)。

　　说明：三个条件缺一不可，特别要注意“相对”的理解。

　　3、摩擦力的方向：

　　①静摩擦力的方向总跟接触面相切，并与相对运动趋势方向相反。

　　②滑动摩擦力的方向总跟接触面相切，并与相对运动方向相反。

　　说明：(1)“与相对运动方向相反”不能等同于“与运动方向相反”。

　　滑动摩擦力方向可能与运动方向相同，可能与运动方向相反，可能与运动方向成一夹角。

　　(2)滑动摩擦力可能起动力作用，也可能起阻力作用。

　　4、摩擦力的大小：

　　(1)静摩擦力的大小：

　　①与相对运动趋势的强弱有关，趋势越强，静摩擦力越大，但不能超过最大静摩擦力，即0≤f≤fm 但跟接触面相互挤压力FN无直接关系。具体大小可由物体的运动状态结合动力学规律求解。

　　②最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，在中学阶段讨论问题时，如无特殊说明，可认为它们数值相等。

　　③效果：阻碍物体的相对运动趋势，但不一定阻碍物体的运动，可以是动力，也可以是阻力。

　　(2)滑动摩擦力的大小：

　　滑动摩擦力跟压力成正比，也就是跟一个物体对另一个物体表面的垂直作用力成正比。

　　公式：F=μFN (F表示滑动摩擦力大小，FN表示正压力的大小，μ叫动摩擦因数)。

　　说明：①FN表示两物体表面间的压力，性质上属于弹力，不是重力，更多的情况需结合运动情况与平衡条件加以确定。

　　②μ与接触面的材料、接触面的情况有关，无单位。

　　③滑动摩擦力大小，与相对运动的速度大小无关。

　　5、摩擦力的效果：总是阻碍物体间的相对运动(或相对运动趋势)，但并不总是阻碍物体的运动，可能是动力，也可能是阻力。

　　说明：滑动摩擦力的大小与接触面的大小、物体运动的速度和加速度无关，只由动摩擦因数和正压力两个因素决定，而动摩擦因数由两接触面材料的性质和粗糙程度有关。