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经典考题在本专题中,正交分解、整体与隔离相结合是最重要也是最常用的思想方法,是高考中考查的重点.力的独立性原理、运动图象的应用次之,在高考中出现的概率也较大.1.有一个直角支架AOB,AO水平放置,表面粗糙,OB竖直向下,表面光滑.AO上套有小环P,OB上套有小环Q,两环质量均为m,两环间由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡(如图1-20 甲所示).现将P环向左移一小段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,AO杆对P环的支持力N和细绳上的拉力T的变化情况是[1998年高考·上海物理卷]( )图1-20甲A.N不变,T变大 B.N不变,T变小C.N变大,T变大 D.N变大,T变小【解析】Q环的受力情况如图1-20乙所示,由平衡条件得:Tcos θ=mg.P环向左移动后θ变小,T=变小.图1-20乙 图1-20丙P环的受力情况如图1-20丙所示,由平衡条件得:NP=mg+Tcos θ=2mg,NP与θ角无关.故选项B正确.[答案] B【点评】①本例是正交分解法、隔离法的典型应用,以后的许多考题都由此改编而来.②求解支持力N时,还可取P、Q组成的整体为研究对象,将整体受到的外力正交分解知竖直方向有:NQ=2mg.2.如图1-21甲所示,在倾角为α的固定光滑斜面上有一块用绳子拴着的长木板,木板上站着一只猫.已知木板的质量是猫的质量的2倍.当绳子突然断开时,猫立即沿着板向上跑,以保持其相对斜面的位置不变.则此时木板沿斜面下滑的加速度为[2004年高考·全国理综卷Ⅳ]( )图1-21甲A.sin αB.gsin αC.gsin αD.2gsin α【解析】绳子断开后猫的受力情况如图1-21乙所示,由平衡条件知,木板对猫有沿斜面向上的摩擦力,有:f=mgsin α图1-21乙 图1-21丙再取木板为研究对象,其受力情况如图1-21丙所示.由牛顿第二定律知:2mgsin α+f′=2ma解得:a=gsin α.[答案] C【点评】①猫脚与木块之间的摩擦力使猫保持平衡状态.②还可取猫、木板组成的整体为研究对象,由牛顿第二定律:3mgsin α=2ma求解,但这一方法高中不作要求.3.如图1-22所示,某货场需将质量m1=100 kg的货物(可视为质点)从高处运送至地面,为避免货物与地面发生撞击,现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道,使货物由轨道顶端无初速度滑下,轨道半径R=1.8 m.地面上紧靠轨道依次排放两块完全相同的木板A、B,长度均为l=2 m,质量均为m2=100 kg,木板上表面与轨道末端相切.货物与木板间的动摩擦因数为μ1,木板与地面间的动摩擦因数μ2=0.2.(最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等,取g=10 m/s2)[2009年高考·山东理综卷]图1-22(1)求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力.(2)若货物滑上木板A时,木板不动,而滑上木板B时,木板B开始滑动,求μ1应满足的条件.(3)若μ1=0.5,求货物滑到木板A末端时的速度和在木板A上运动的时间.【解析】(1)设货物滑到圆轨道末端时的速度为v0,对货物的下滑过程中根据机械能守恒定律得:mgR=m1v设货物在轨道末端所受支持力的大小为FN,根据牛顿第二定律得,FN-m1g=m1联立以上两式并代入数据得FN=3000 N根据牛顿第三定律,货物到达圆轨道末端时对轨道的压力大小为3000 N,方向竖直向下.(2)若滑上木板A时,木板不动,由受力分析得:μ1m1g≤μ2(m1+2m2)g若滑上木板B时,木板B开始滑动,由受力分析得:μ1m1g>μ2(m1+m2)g联立并代入数据得0.4<μ1≤0.6.(3)μ1=0.5,由上问可得,货物在木板A上滑动时,木板不动,设货物在木板A上做减速运动时的加速度大小为a1,由牛顿第二定律得μ1m1g=m1a1设货物滑到木板A末端时的速度为v1,由运动学公式得:v-v=-2a1l联立并代入数据得v1=4 m/s设在木板A上运动的时间为t,由运动学公式得:v1=v0-a1t联立并代入数据得t=0.4 s.[答案] (1)3000 N,方向竖直向下 (2)0.4<μ1≤0.6(3)0.4 s【点评】象这样同时考查受力分析、动力学、运动学的题型在2010届高考中出现的可能性最大.4.如图1-23甲所示,P、Q为某地区水平地面上的两点,在P点正下方一球形区域内储藏有石油.假定区域周围岩石均匀分布,密度为ρ;石油密度远小于ρ,可将上述球形区域视为空腔.如果没有这一空腔,则该地区重力加速度(正常值)沿竖直方向;当存在空腔时,该地区重力加速度的大小和方向会与正常情况有微小偏离.重力加速度在原竖直方向(即PO方向)上的投影相对于正常值的偏离叫做“重力加速度反常”.为了探寻石油区域的位置和石
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