高中物理知识难点突破

高中物理重点知识结构

[注] 新教材参考

F2 F

高中物理难点突破

1.物体受力分析（结合运动学、牛顿运动定律、超重与失重等问题）

2.传送带问题分析

3.圆周运动的实例分析（临界值问题等）

4.万有引力与卫星问题分析

5.功能问题分析（包括功率、动能定理、机械能守恒等问题）

6.各类抛体运动分析（竖直上抛、平抛、斜抛等）

7.带电粒子在电场、磁场及复合场中的运动问题

8.电路及电学实验问题

9.法拉第电磁感应问题

10.交流电问题（理想变压器等问题）

………………

力的合成与分解

1．力的合成

（1）力的合成的本质就在于保证作用效果相同的前提下，用一个力的作用代替几个力的作用，这个力就是那几个力的“等效力”（合力）。力的平行四边形定则是运用“等效”观点，通过实验总结出来的共点力的合成法则，它给出了寻求这种“等效代换”所遵循的规律。

（2）平行四边形定则可简化成三角形定则。由三角形定则还可以得到一个有用的推论：如果n个力首尾相接组成一个封闭多边形，

则这n个力的合力为零。

（3）共点的两个力合力的大小范围是

|F1－F2| ≤F合≤F1＋F2

（4）共点的三个力合力的最大值为三个力的大小之和，最小值可能为零。

2．力的分解

（1）力的分解遵循平行四边形法则，力的分解相当于已知对角线求邻边。

（2）两个力的合力惟一确定，一个力的两个分力在无附加条件时，从理论上讲可分解为无数组分力，但在具体问题中，应根据力实际产生的效果来分解。

（3）几种有条件的力的分解

①已知两个分力的方向，求两个分力的大小时，有唯一解。

②已知一个分力的大小和方向，求另一个分力的大小和方向时，有唯一解。

③已知两个分力的大小，求两个分力的方向时，其分解不惟一。

④已知一个分力的大小和另一个分力的方向，求这个分力的方向和另一个分力的大小时，其分解方法可能惟一，也可能不惟一。

（4）用力的矢量三角形定则分析力最小值的规律：

①当已知合力F 的大小、方向及一个分力F 1的方向时，另一个分力F 2取最小值的条件是两分力垂直。如图所示，F 2的最小值为：F 2min =F sin α

②当已知合力F 的方向及一个分力F 1的大小、方向时，另一个分力F 2取最小值的条件是：所求分力F 2与合力F 垂直，如图所示，F 2的最小值为：F 2min =F 1sin α

③当已知合力F 的大小及一个分力F 1的大小时，另一个分力F 2取最小值的条件是：已知大小的分力F 1与合力F 同方向，F 2的最小值为｜F －F 1｜

（5）正交分解法：

把一个力分解成两个互相垂直的分力，这种分解方法称为正交分解法。用正交分解法求合力的步骤：

①首先建立平面直角坐标系，并确定正方向

②把各个力向x 轴、y 轴上投影，但应注意的是：与确定的正方向相同的力为正，与确定的正方向相反的为负，这样，就用正、负号表示了被正交分解的力的分力的方向

③求在x 轴上的各分力的代数和F x 合和在y 轴上的各分力的代数和F y 合 ④求合力的大小 22)()(合合y x F F F +=

合力的方向：tan α=

合

合x y F F （α为合力F 与x 轴的夹角）

运动的合成与分解（小船过河问题）

轮船渡河问题：

（1）处理方法：轮船渡河是典型的运动的合成与分解问题，小船在有一定流速的水中过河时，实际上参与了两个方向的分运动，即随水流的运动（水冲船的运动）和船相对水的运动（即在静水中的船的运动），船的实际运动是合运动。

1．渡河时间最少：在河宽、船速一定时，在一般情况下，渡河时间

υυsin 1

船d

t =

，显然，当?=90θ时，即船头的指向与河岸垂直，渡河时间最小

为

，合运动沿v 的方向进行。 2．位移最小若水船υυ>

结论船头偏向上游，使得合速度垂直于河岸，位移为河宽，偏离上游的角度为船

水

υυθ=

cos 若水船v v <，则不论船的航向如何，总是被水冲向下游，怎样才能使漂下的距离最短呢？如图所示，

设船头v 船与河岸成θ角。合速度v 与河岸成α角。可以看出：α角越大，船漂下的距离x 越短，那么，在什么条件下α角最大呢？以v 水的矢尖为圆心，v 船为半径画圆，当v 与圆相切时，α角最大，根据水

船v v =

θcos 船头与河岸的夹角应为

水

船v v arccos

=θ，船沿河漂下的最短距离为：

θsin )cos (min 船船水v d

v v x ?

此时渡河的最短位移：船

水v dv d

s ==

θcos 【例题】河宽d ＝60m ，水流速度v 1＝6m ／s ，小船在静水中的速度v 2=3m ／s ，问： (1)要使它渡河的时间最短，则小船应如何渡河?最短时间是多少? (2)要使它渡河的航程最短，则小船应如何渡河?最短的航程是多少?

★解析： (1)要使小船渡河时间最短，则小船船头应垂直河岸渡河，渡河的最短时间

s s d

t 2030

υ (2)渡河航程最短有两种情况：

①船速v 2大于水流速度v 1时，即v 2>v 1时，合速度v 与河岸垂直时，最短航程就是河宽； ②船速v 2小于水流速度v l 时，即v 2

设航程最短时，船头应偏向上游河岸与河岸成θ角，则

63cos 12===

υυθ，ο60=θ 最短行程，m m d s 1202

660

cos ===

θ 小船的船头与上游河岸成600角时，渡河的最短航程为120m 。

机车起动问题分析

机车起动分两类：（1）以恒定功率起动；（2）以恒定牵引力起动.其解题关键在于逐步分析v 、a 、F 、p 间关系，并把握由起动到匀速的临界条件F =f ，即汽车达到最大速度的条件.

该类问题的思维流程为：

（1）以恒定功率起动的运动过程是：变加速（a ↓）（a =0）匀速，在此过程中，F 牵、v 、a 的变化情况：

所以汽车达到最大速度时

a =0，F =f ,P =Fv m =fv m .

（2）以恒定牵引力匀加速起动的运动过程是：匀加速?当功率增大到额定功率P m 后，变加速（a ↓） ? （a =0）匀速.各个量（牵引功率、牵引力、加速度、速度）的变化情况如

案例探究

［例1］汽车发动机额定功率为60 kW ，汽车质量为5.0×103 kg ，汽车在水平路面行驶时，受到的阻力大小是车重的0.1倍，试求：

（1）汽车保持额定功率从静止出发后能达到的最大速度是多少？

（2）若汽车从静止开始，以0.5 m/s 2的加速度匀加速运动，则这一加速度能维持多长时间？

解题方法与技巧：（1）汽车以恒定功率起动时，它的牵引力F 将随速度v 的变化而变化，其加速度a 也随之变化，具体变化过程可采用如下示意图表示：

由此可得汽车速度达到最大时，a =0，

kmg

v v F P kmg f F m

m =?????====12 m/s （2）要维持汽车加速度不变，就要维持其牵引力不变，汽车功率将随v 增大而增大，当P 达到额定功率P 额后，不能再增加，即汽车就不可能再保持匀加速运动了.具体变化过程

匀速运动保持达到最大时即机车做变加速直线运动时当m m v v v f F a m f F a v P F v ?=→←=↓?-=↓?=↑?0匀速运动保持达到最大时即时当m m v v v f F a m

f F a v P F v ?==↓?-=↓?=↑?0

所以，汽车达到最大速度之前已经历了两个过程：匀加速和变加速，匀加速过程能维持到汽车功率增加到P 额的时刻，设匀加速能达到最大速度为v ，则此时

s 16:1=??

??=-==t ma kmg F Fv

P at v 代入数据可得额

竖直平面内的圆周运动的临界问题

竖直平面内的圆周运动是典型的变速圆周运动。一般情况下，只讨论最高点和最低点的情况，常涉及过最高点时的临界问题。

临界问题的分析方法：首先明确物理过程，正确对研究对象进行受力分析，然后确定向心力，根据向心力公式列出方程，由方程中的某个力的变化与速度变化的对应关系，从而分析找出临界值。

１．“绳模型”如图6-11-1所示，小球在竖直平面内做圆周运动过最高点情况。（注意：绳对小球只能产生拉力）

（1）小球能过最高点的临界条件：绳子和轨道对小球刚好没有力的作用

mg =2

v m R

? v 临界

（2）小球能过最高点条件：v

（当v

（3）不能过最高点条件：v

（实际上球还没有到最高点时，就脱离了轨道）２．“杆模型”如图6-11-2所示，小球在竖直平面内做圆周运动过最高点情况（注意：轻杆和细线不同，轻杆对小球既能产生拉力，又能产生推力。）

（1）小球能最高点的临界条件：v = 0，F = mg （F 为支持力）

（2）当0< v

时，F 随v 增大而减小，且mg > F > 0（F 为支持力）（3）当v

时，F =0

（4）当v

F 随v 增大而增大，且F >0（F 为拉力）

图6-11-1

a b

图6-11-2 b