高中物理必修一受力分析共點(diǎn)力的平衡

高中物理必修一受力分析共點(diǎn)力的平衡第一頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日1．受力分析時(shí)選取研究對(duì)象的原則是要使對(duì)問(wèn)題的研究盡量 ．2．研究對(duì)象可以是

或物體的一部分，也可以是由幾個(gè)物體組成的

，還可以是沒(méi)有質(zhì)量的點(diǎn)．3．選取研究對(duì)象的方法有

和 ．簡(jiǎn)便單個(gè)物體系統(tǒng)整體法隔離法第二頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日1．受力分析的步驟：①

；②

；③ ．2．受力分析的順序：

→

→

→其他力．確定研究對(duì)象受力分析畫(huà)受力圖重力彈力摩擦力第三頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日1．共點(diǎn)力：作用于物體上

的力，或力的

相交于一點(diǎn)的力叫做共點(diǎn)力．2．平衡狀態(tài)：物體處于

或勻 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)叫做平衡狀態(tài)．3．共點(diǎn)力作用下物體平衡的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征是

為零，動(dòng)力學(xué)特征是

為零．4．共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件： ．同一點(diǎn)作用線靜止速直線加速度合外力物體受到的合力為零第四頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日1．解決物體的平衡問(wèn)題遵循的基本規(guī)律則是共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件：F合＝0.2．解平衡問(wèn)題的基本步驟(1)選定

，依據(jù)題意應(yīng)該用整體法還是隔離法更有利于解決問(wèn)題應(yīng)視具體問(wèn)題而定．研究對(duì)象第五頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日(2)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行準(zhǔn)確的

，找出哪些物體對(duì)要研究的物體有力的作用．(3)畫(huà)出

，并將某些力進(jìn)行合成或分解，作出平行四邊形．(4)根據(jù)平衡條件：

，列出平衡方程進(jìn)行求解．受力分析受力示意圖F合＝0第六頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日1．“隔離法”與“整體法”(1)“隔離法”為了弄清系統(tǒng)(連接體)內(nèi)某個(gè)物體的受力和運(yùn)動(dòng)情況，一般可采用隔離法，運(yùn)用隔離法解題的基本步驟：①明確研究對(duì)象或過(guò)程、狀態(tài)；②將某個(gè)研究對(duì)象或某段運(yùn)動(dòng)過(guò)程、某個(gè)狀態(tài)從全過(guò)程中隔離出來(lái)；第七頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日③畫(huà)出某狀態(tài)下的受力圖或運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖；④選用適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律列方程求解．(2)“整體法”當(dāng)只涉及研究系統(tǒng)而不涉及系統(tǒng)內(nèi)部某些物體的力和運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般可采用整體法．運(yùn)用整體法解題的基本步驟：第八頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日①明確研究的系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程；②畫(huà)出系統(tǒng)整體的受力圖和運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的示意圖；③選用適當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律列方程求解．隔離法和整體法常常需交叉運(yùn)用，從而優(yōu)化解題思路和方法，使解題簡(jiǎn)捷明快．第九頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日2．“假設(shè)法”在受力分析時(shí)，若不能確定某力是否存在，可先對(duì)其做出存在或不存在的假設(shè)，然后就該力存在與否對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響的不同來(lái)判斷該力是否存在．第十頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日1．條件“判據(jù)”：即根據(jù)力的產(chǎn)生條件是否滿足來(lái)判斷物體是否受到某個(gè)力的作用．2．效果“判據(jù)”：即根據(jù)力的作用效果是否得以體現(xiàn)來(lái)判斷物體是否受到某個(gè)力的作用．3．相互作用“判據(jù)”：即利用力的相互作用性，從一個(gè)物體是否受到某個(gè)力的作用來(lái)判斷另一物體是否受到相應(yīng)的反作用力的作用．第十一頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日1．平衡狀態(tài)：物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．2．共點(diǎn)力平衡的條件物體所受的合力為零，即F合＝0若采用正交分解法求平衡問(wèn)題，則平衡條件應(yīng)為：

第十二頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日推論1：物體在多個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)，則其中的任意一個(gè)力與其余力的合力等大反向．推論2：物體在同一平面內(nèi)受到三個(gè)不平行的力的作用下處于平衡狀態(tài)，則這三個(gè)力必為共點(diǎn)力(三力匯交原理)．第十三頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日1．臨界狀態(tài)某種物理現(xiàn)象變化為另一種物理現(xiàn)象或物體從某種狀態(tài)變化為另一種狀態(tài)時(shí)，發(fā)生質(zhì)的飛躍的轉(zhuǎn)折狀態(tài)叫臨界狀態(tài)．第十四頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日2．平衡物體的臨界狀態(tài)問(wèn)題平衡物體的臨界狀態(tài)是指物體所處平衡狀態(tài)將要變化的狀態(tài)，涉及平衡物體的臨界狀態(tài)的問(wèn)題稱為平衡物體的臨界問(wèn)題．3．臨界狀態(tài)的特征體現(xiàn)為“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”的某種現(xiàn)象或狀態(tài)．平衡問(wèn)題的臨界狀態(tài)，常常通過(guò)一些特殊詞語(yǔ)來(lái)表達(dá)，如“恰”“最大”“最多”“至少”等．如“剛好沿斜面勻速下滑”，不僅隱含加速度a＝0，還隱含μ＝tanθ的條件．第十五頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日有些運(yùn)動(dòng)變化中，一些物理量變化到零的時(shí)刻常是一種臨界狀態(tài)的表現(xiàn)．第十六頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日1．極值問(wèn)題是指研究平衡問(wèn)題中某物理量變化時(shí)出現(xiàn)的最大值或最小值問(wèn)題．第十七頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日第十八頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日第十九頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日力的分解圖的研究對(duì)象是某個(gè)力，此力可分解成怎樣的力，由合力、分力一定組成平行四邊形；物體受力分析圖的研究對(duì)象是某個(gè)物體，圖中示意出該物體受到了怎樣的外力，它們不存在合力、分力的關(guān)系．例如，圖1中所示三角架，在O點(diǎn)所掛重物的重力可分解為如圖2(1)所示的拉AO的力F1和壓OB的力F2，F(xiàn)1、F2、G構(gòu)成平行四邊形．對(duì)O點(diǎn)及重物整體受力分析如圖2(2)所示，受重力G，AO對(duì)O點(diǎn)的拉力F3，BO對(duì)O點(diǎn)的支持力F4，因三角架平衡，圖2(2)中F3、F4的合力與G等大反向．第二十頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D1第二十一頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D2第二十二頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日1．對(duì)物體受力分析的一般思路(1)明確研究對(duì)象，研究對(duì)象可以是質(zhì)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、物體、物體系．(2)按順序分析物體所受的力，一般可先按重力、彈力、摩擦力的次序分析，再分析電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力等其他力．第二十三頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日(3)正確畫(huà)出受力圖，注意不同對(duì)象的受力圖用隔離法分別畫(huà)出，對(duì)于質(zhì)點(diǎn)和不考慮力對(duì)物體的形變和轉(zhuǎn)動(dòng)效果的情況，可將各力平移至物體的重心上，即各力均從重心畫(huà)起．(4)檢驗(yàn)，防止錯(cuò)畫(huà)力、多畫(huà)力和漏畫(huà)力．第二十四頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日2．受力分析的注意事項(xiàng)(1)只分析研究對(duì)象所受的力，不分析研究對(duì)象對(duì)其他物體所施的力．(2)只分析根據(jù)性質(zhì)命名的力．(3)每分析一個(gè)力，都應(yīng)找出施力物體．(4)合力和分力不能同時(shí)作為物體所受的力．第二十五頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日【例1】

如圖3所示，物體A靠在豎直墻面上，在力作用下，A、B保持靜止．物體B的受力個(gè)數(shù)為(

)A．2

B．3

C．4

D．5圖3第二十六頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日解析：若使物體A保持靜止，物體B須對(duì)物體A施加一個(gè)垂直接觸面向上的彈力，由牛頓第三定律可得，物體A必然對(duì)物體B施加垂直接觸面向下的反作用力．再對(duì)物體B受力分析，由于物體B處于靜止?fàn)顟B(tài)，則它必然受到重力、力F、物體A對(duì)物體B的彈力和摩擦力共四個(gè)力的作用，應(yīng)選C.答案：C第二十七頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日高分通道(1)在常見(jiàn)的幾種力中，重力是主動(dòng)力，而彈力、摩擦力是被動(dòng)力，其中彈力存在又是摩擦力存在的前提，所以分析受力時(shí)應(yīng)按重力、彈力、摩擦力的順序去分析．(2)物體的受力情況要與其運(yùn)動(dòng)情況相符，因此，常常從物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)入手去分析某個(gè)力是否存在．第二十八頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日?變式1：(2010年廣東模擬)人站在自動(dòng)扶梯的水平踏板上，隨扶梯斜向上勻速運(yùn)動(dòng)，如圖4所示，以下說(shuō)法正確的是 (

)圖4第二十九頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日A．人受到重力和支持力的作用B．人受到重力、支持力和摩擦力的作用C．人受到的合外力不為零D．人受到的合外力方向與速度方向相同解析：因人隨扶梯勻速運(yùn)動(dòng)，處于平衡狀態(tài)，合外力一定為零，C、D項(xiàng)錯(cuò)；人所受的重力與支持力大小相等，合力為零，不可能有摩擦力，若有摩擦力，F(xiàn)合一定不等于零，這與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不符，故A對(duì)，B錯(cuò)．答案：A第三十頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日【例2】

(2009年海南卷)兩剛性球a和b的質(zhì)量分別為ma和mb、直徑分別為da和db(da>db)．將a、b球依次放入一豎直放置、內(nèi)徑為d(da<d<da＋db)的平底圓筒內(nèi)，如圖5所示．設(shè)a、b兩球靜止時(shí)對(duì)圓筒側(cè)面的壓力大小分別為f1和f2，筒底所受的壓力大小為F.已知重力加速度大小為g.若所有接觸都是光滑的，則 (

)第三十一頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D5第三十二頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日A．F＝(ma＋mb)g，f1＝f2B．F＝(ma＋mb)g，f1≠f2C．mag<F<(ma＋mb)g，f1＝f2D．mag<F<(ma＋mb)g，f1≠f2解析：對(duì)a和b整體受力分析，由平衡條件可知，A正確．答案：A第三十三頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日高分通道對(duì)連接體的整體受力分析掌握不透徹，憑感覺(jué)認(rèn)為ma≠mb，故f1≠f2.本題用整體法較方便．第三十四頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日?變式2：如圖6所示，質(zhì)量為m1＝5kg的物體，置于一粗糙的斜面上，用一平行于斜面的大小為30N的力F推物體，物體沿斜面向上勻速運(yùn)動(dòng)，斜面體質(zhì)量m2＝10kg，且始終靜止，取g＝10m/s2，求：圖6第三十五頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日(1)滑塊對(duì)斜面的摩擦力大?。?2)地面對(duì)斜面體的摩擦力和支持力的大?。?斜面體始終靜止)第三十六頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D7第三十七頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日解析：(1)用隔離法：對(duì)滑塊作受力分析如圖7所示，在平行斜面的方向上F＝m1gsin30°＋Ff所以Ff＝F－m1gsin30°＝(30－5×10×0.5)N＝5N.由牛頓第三定律可知：滑塊對(duì)斜面的摩擦力大小為5N.(2)用整體法：第三十八頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D8因兩個(gè)物體均處于平衡狀態(tài)，故可以將滑塊與斜面體當(dāng)作一個(gè)整體來(lái)研究，其受力如圖8所示，由圖8可知：在水平方向上有F地＝Fcos30°＝N在豎直方向上，有FN地＝(m1＋m2)g－Fsin30°＝135N.第三十九頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日答案：(1)5N

(2)15N

135N第四十頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日【例3】

(2009年寧夏卷)水平地面上有一木箱，木箱與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ(0<μ<1)．現(xiàn)對(duì)木箱施加一拉力F，使木箱做勻速直線運(yùn)動(dòng)．設(shè)F的方向與水平面夾角為θ，如圖9，在θ從0逐漸增大到90°的過(guò)程中，木箱的速度保持不變，則 (

)第四十一頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D9第四十二頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日A．F先減小后增大 B．F一直增大C．F的功率減小 D．F的功率不變圖10第四十三頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日答案：AC第四十四頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日高分通道不能正確的求解F與θ的關(guān)系，故錯(cuò)選B答案．第四十五頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日?變式3：半圓柱體P放在粗糙的水平地面上，其右端有固定放置的豎直擋板MN.在P和MN之間放有一個(gè)光滑均勻的小圓柱體Q，整個(gè)裝置處于靜止．如圖11所示是這個(gè)裝置的縱截面圖．若用外力使MN保持豎直，緩慢地向右移動(dòng)，在Q落到地面以前，發(fā)現(xiàn)P始終保持靜止．在此過(guò)程中，下列說(shuō)法中正確的是 (

)第四十六頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D11第四十七頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日A．MN對(duì)Q的彈力逐漸減小B．地面對(duì)P的摩擦力逐漸增大C．P、Q間的彈力先減小后增大D．Q所受的合力逐漸增大圖12第四十八頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日解析：Q的受力如圖12所示，F(xiàn)1表示P對(duì)Q的彈力，F(xiàn)2表示MN對(duì)Q的彈力，F(xiàn)2的方向水平向左保持不變，F(xiàn)1的方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由平行四邊形的邊長(zhǎng)變化可知：F1與F2都逐漸增大．故選B.答案：B第四十九頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日1．如圖13所示，小車(chē)M在恒力作用下，沿水平地面做直線運(yùn)動(dòng)，由此可判斷 (

)圖13第五十頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日A．若地面光滑，則小車(chē)一定受三個(gè)力作用B．若地面粗糙，則小車(chē)可能受三個(gè)力作用C．若小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，則小車(chē)一定受四個(gè)力作用D．若小車(chē)做加速運(yùn)動(dòng)，則小車(chē)可能受三個(gè)力作用第五十一頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日解析：先分析重力和已知力F，再分析彈力，由于F的豎直分力可能等于重力，因此地面可能對(duì)物體無(wú)彈力作用，選項(xiàng)A錯(cuò)誤．F的豎直分力可能小于重力，地面對(duì)物體有彈力作用，若地面粗糙，小車(chē)受摩擦力作用，共四個(gè)力作用，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．若小車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)，那么水平方向上所受摩擦力和F的分力平衡，這時(shí)小車(chē)一定受重力、恒力F、地面彈力、摩擦力四個(gè)力作用，選項(xiàng)C正確．第五十二頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日若小車(chē)做加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)孛婀饣瑫r(shí)，小車(chē)受重力和力F作用或受重力、力F、地面彈力作用，選項(xiàng)D正確．答案：CD第五十三頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日2．如圖14所示，質(zhì)量為6kg的物體，在水平向右大小為20N的力F作用下向右運(yùn)動(dòng)，物體與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.2，則物體所受到的合力為(

)A．20N，水平向右 B．12N，水平向左C．32N，水平向右 D．8N，水平向右圖14第五十四頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日解析：先對(duì)物體進(jìn)行受力分析，物體受重力、彈力、摩擦力、水平推力四個(gè)力的作用，其中重力、彈力大小相等，方向相反，作用效果相互抵消，所以物體合力即摩擦力與水平推力的合力．摩擦力Ff＝μFN＝μmg＝12N，方向向左，所以合力F合＝F－Ff＝8N，方向與F方向相同，水平向右．D正確．答案：D第五十五頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日3．(2009年浙江卷)如圖15所示，質(zhì)量為m的等邊三棱柱靜止在水平放置的斜面上．已知三棱柱與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，斜面的傾角為30°，則斜面對(duì)三棱柱的支持力與摩擦力的大小分別為 (

)圖15第五十六頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日第五十七頁(yè)，共六十三頁(yè)，2022年，8月28日解析：對(duì)三棱柱進(jìn)行受力分析，受重力