適用于新高考新教材廣西專版2024屆高考物理一輪總復(fù)習(xí)第2章相互作用共點(diǎn)力的平衡專題2受力分析共點(diǎn)力的平衡課件

專題2受力分析共點(diǎn)力的平衡第二章內(nèi)容索引0102強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略增素能精準(zhǔn)突破強(qiáng)基礎(chǔ)增分策略一、受力分析1.受力分析的定義把指定物體(研究對(duì)象)在特定的物理環(huán)境中受到的所有外力都找出來,并畫出受力

,這個(gè)過程就是受力分析。

示意圖2.受力分析的一般步驟

分力與合力不可重復(fù)分析

整體隔離接觸易錯(cuò)辨析

(1)對(duì)物體受力分析時(shí),只能畫該物體受到的力,其他物體受到的力不能畫在該物體上。(

)(2)物體沿光滑斜面下滑時(shí),受到重力、支持力和下滑力的作用。(

)√×應(yīng)用提升1.畫出下面幾個(gè)物體的受力示意圖。甲圖中物體在力F作用下處于靜止?fàn)顟B(tài);乙圖中物體靜止在斜面上;丙圖中小球掛在光滑豎直墻壁上。答案

物體的受力示意圖如圖所示。

2.(多選)如圖所示,在水平力F作用下,A、B保持靜止。若A與B的接觸面是水平的,且F≠0,則B的受力個(gè)數(shù)可能為(

)A.3 B.4

C.5

D.6答案

BC解析

先對(duì)A、B整體進(jìn)行受力分析,受重力、推力、支持力,當(dāng)推力平行斜面向上的分力大于重力平行斜面向下的分力時(shí),整體有上滑趨勢(shì);當(dāng)推力平行斜面向上的分力小于重力平行斜面向下的分力時(shí),整體有下滑趨勢(shì);當(dāng)推力平行斜面向上的分力等于重力平行斜面向下的分力時(shí),整體無滑動(dòng)趨勢(shì)。再對(duì)A進(jìn)行受力分析,受推力、重力、支持力和向左的靜摩擦力,共4個(gè)力。最后對(duì)B進(jìn)行受力分析,受重力、A對(duì)B的壓力和向右的靜摩擦力、斜面對(duì)B的支持力,若B物體相對(duì)斜面有滑動(dòng)趨勢(shì),則還要受到斜面的靜摩擦力,若相對(duì)斜面無滑動(dòng)趨勢(shì),則不受斜面的靜摩擦力,即物體B可能受4個(gè)力,也可能受5個(gè)力,故選項(xiàng)B、C正確。二、共點(diǎn)力作用下物體的平衡1.平衡狀態(tài)(1)靜止。(2)勻速直線運(yùn)動(dòng)。2.平衡條件(1)物體所受合外力為零,即F合=0。(2)若采用正交分解法,平衡條件表達(dá)式為Fx=0,Fy=0。3.物體平衡條件的相關(guān)推論(1)二力平衡:如果物體在兩個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài),這兩個(gè)力必定大小

,方向

。

若不共線,則三力首尾相連,可構(gòu)成封閉三角形(2)三力平衡:如果物體在三個(gè)共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài),其中任意兩個(gè)力的

一定與第三個(gè)力大小相等,方向相反。

(3)多力平衡:如果物體受多個(gè)力作用處于平衡狀態(tài),其中任何一個(gè)力與其余力的合力大小相等,方向相反。相等相反合力易錯(cuò)辨析

(3)物體的速度為零即處于平衡狀態(tài)。(

)(4)物體處于平衡狀態(tài)時(shí),其加速度一定為零。(

)(5)物體受兩個(gè)力作用處于平衡狀態(tài),這兩個(gè)力必定等大反向。(

)(6)物體處于平衡狀態(tài)時(shí),其所受的作用力必定為共點(diǎn)力。(

)(7)物體受三個(gè)力F1、F2、F3作用處于平衡狀態(tài),若將F2轉(zhuǎn)動(dòng)90°,則三個(gè)力的合力大小為

F2。(

)×√√×√應(yīng)用提升3.物塊在輕繩的拉動(dòng)下沿傾角為30°的固定斜面向上勻速運(yùn)動(dòng),輕繩與斜面平行。已知物塊與斜面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為,重力加速度取10m/s2。若輕繩能承受的最大拉力為1500N,則物塊的質(zhì)量最大值是多少?答案

150kg解析

物塊沿斜面向上勻速運(yùn)動(dòng),受力如圖所示,根據(jù)平衡條件有F=Ff+mgsin

30°FN=mgcos

30°又Ff=μFN聯(lián)立解得F=mgsin

30°+μmgcos

30°4.(人教版教材必修第一冊(cè)P80習(xí)題改編)如圖所示,傾角為37°的斜面上有一個(gè)重力為100N的小球被輕繩系住懸掛在天花板上,已知繩子與豎直方向的夾角為45°,斜面光滑,斜面體的質(zhì)量為500N,整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)。sin37°=0.6,求:(1)繩對(duì)小球拉力的大小和斜面對(duì)小球支持力的大小。(2)斜面體對(duì)地面的壓力大小和摩擦力大小。解析

(1)對(duì)小球進(jìn)行受力分析如圖所示,根據(jù)平衡條件有FTcos

45°-FNsin

37°=0FTsin

45°+FNcos

37°-mg=0(2)選小球和斜面體整體為研究對(duì)象,對(duì)整體受力分析,將繩的拉力FT向豎直方向和水平方向分解,根據(jù)平衡條件和牛頓第三定律有5.用三根細(xì)線a、b、c將重力均為G的兩個(gè)小球1和2連接并懸掛,如圖所示。兩小球處于靜止?fàn)顟B(tài),細(xì)線a與豎直方向的夾角為30°,細(xì)線c水平。求細(xì)線a、c分別對(duì)小球1和2的拉力大小。增素能精準(zhǔn)突破考點(diǎn)一物體的受力分析[自主探究]1.受力分析的四種方法

假設(shè)法在未知某力是否存在時(shí),先對(duì)其做出不存在的假設(shè),然后根據(jù)該力不存在對(duì)物體運(yùn)動(dòng)和受力狀態(tài)的影響來判斷該力是否存在整體法將加速度相同的幾個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物體作為一個(gè)整體進(jìn)行受力分析的方法隔離法將所研究的對(duì)象從周圍的物體中分離出來,單獨(dú)進(jìn)行受力分析的方法動(dòng)力學(xué)分析法對(duì)加速運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行受力分析時(shí),應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行分析求解的方法2.受力分析的注意事項(xiàng)(1)養(yǎng)成按照一定順序進(jìn)行受力分析的習(xí)慣。(2)涉及彈簧彈力時(shí),要注意拉伸或壓縮可能性分析。(3)分析摩擦力時(shí)要特別注意摩擦力的方向。(4)對(duì)于不能確定的力可以采用假設(shè)法分析。【對(duì)點(diǎn)演練】1.(2023湖北高三月考)如圖所示,一架直梯斜靠在光滑的豎直墻壁上,下端放在粗糙的水平地面上,直梯處于靜止?fàn)顟B(tài),其情境可以抽象成圖乙模型,梯子和豎直墻的夾角為α。則下面說法正確的是(

)A.直梯可能只受3個(gè)力作用B.直梯受4個(gè)力作用C.α角增大,直梯仍能靜止,則地面對(duì)梯子的支持力增大D.α角減小,直梯仍能靜止,則地面對(duì)梯子的支持力減小答案

B解析

直梯受豎直向下的重力、地面豎直向上的支持力、墻壁水平方向的支持力、地面水平方向的靜摩擦力四個(gè)力作用,故A錯(cuò)誤,B正確;地面對(duì)梯子的支持力與重力平衡,與夾角無關(guān),故C、D錯(cuò)誤。2.(2022廣東模擬)滑翔傘是一種飛行器,現(xiàn)有一滑翔傘沿直線朝斜向下方勻速運(yùn)動(dòng)。用G表示滑翔傘和飛行人員的總重力,F表示空氣對(duì)滑翔傘和飛行人員的作用力,下列四幅圖中能表示此過程中飛行員和滑翔傘組成的系統(tǒng)的受力情況的是(

)答案

B

解析

由系統(tǒng)做勻速運(yùn)動(dòng)知系統(tǒng)受力平衡,所以空氣對(duì)系統(tǒng)的作用力與系統(tǒng)的重力等大反向,故B正確,A、C、D錯(cuò)誤。3.(2022黑龍江大慶一中高三檢測(cè))力學(xué)興趣小組制作的“互”字形木制模型如圖所示,模型分上下兩部分,質(zhì)量均為m。用細(xì)線連接兩部分。當(dāng)細(xì)線都繃緊時(shí),整個(gè)模型可以豎直靜止在水平地面上。其中連接a、b兩點(diǎn)的細(xì)線為l,連接c、d兩點(diǎn)的細(xì)線為n,重力加速度為g。則(

)A.細(xì)線l對(duì)a點(diǎn)的作用力向上B.細(xì)線l的拉力等于細(xì)線n的拉力C.細(xì)線n的拉力大小等于mgD.整個(gè)模型對(duì)地面的壓力大小為2mg答案

D

解析

細(xì)線只能提供沿細(xì)線的拉力,所以細(xì)線l對(duì)a點(diǎn)的作用力向下,A錯(cuò)誤。對(duì)模型上部分進(jìn)行受力分析,有Fa+mg=Fd,知細(xì)線l的拉力小于細(xì)線n的拉力,細(xì)線n的拉力大小大于mg,B、C錯(cuò)誤。對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行受力分析,有FN=2mg,根據(jù)牛頓第三定律可知,整個(gè)模型對(duì)地面的壓力大小為2mg,D正確?？键c(diǎn)二解決靜態(tài)平衡問題的常用方法[自主探究]解答平衡問題的四種常用方法對(duì)比

方法適用條件注意事項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)合成法物體受三個(gè)力作用而平衡(1)表示三個(gè)力大小的線段長(zhǎng)度不可隨意畫(2)兩力的合力與第三個(gè)力等大反向?qū)τ谖矬w所受的三個(gè)力,有兩個(gè)力相互垂直或兩個(gè)力大小相等的平衡問題求解較簡(jiǎn)單分解法物體受三個(gè)力作用而平衡合力為物體所受的力,而兩個(gè)分力分別與物體受到的另兩個(gè)力等大反向正交分解法物體受三個(gè)或三個(gè)以上的力作用而平衡選坐標(biāo)軸時(shí)應(yīng)使盡量多的力與坐標(biāo)軸重合對(duì)于物體受三個(gè)以上的力處于平衡狀態(tài)的問題求解較方便力的三角形法物體受三個(gè)力作用而平衡將三個(gè)力的矢量圖平移,構(gòu)成一個(gè)依次首尾相連接的矢量三角形常用于求解一般矢量三角形中未知力的大小和方向【對(duì)點(diǎn)演練】4.(2022江西南昌二模)如圖所示,一根輕彈簧上端固定在O點(diǎn),下端拴一個(gè)小球P,小球處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)對(duì)小球施加一水平向右的外力F,使小球緩慢偏離豎直方向,移動(dòng)中彈簧與豎直方向的夾角θ<90°,彈簧的伸長(zhǎng)量不超過彈性限度。在移動(dòng)中的每一個(gè)時(shí)刻,都可以認(rèn)為小球處于平衡狀態(tài)。則小球上升的高度h與cosθ的函數(shù)關(guān)系圖像為(

)答案

C

5.(多選)(2022廣東汕頭一模)如圖,氫氣球的質(zhì)量m=0.1kg,無風(fēng)時(shí)在輕繩的牽引下靜止在空中,此時(shí)輕繩的拉力為8N。當(dāng)有水平風(fēng)吹來時(shí),氣球受到大小為6N的水平風(fēng)力作用,輕繩傾斜一定角度后氣球仍靜止在空中。g取10m/s2。下列說法正確的是(

)A.氣球所受浮力大小為9NB.有風(fēng)時(shí),氫氣球所受合力方向豎直向下C.有風(fēng)時(shí),氫氣球所受合力大小為ND.有風(fēng)時(shí),輕繩的拉力大小為10N答案

AD

解析

無風(fēng)時(shí)氫氣球在豎直方向受重力mg、繩子拉力F和浮力F浮,有F浮-mg-F=0代入數(shù)據(jù)解得F浮=9

N,故A正確。有水平風(fēng)吹來時(shí),輕繩傾斜一定角度后氫氣球仍靜止在空中,氫氣球所受合力為零,故B、C錯(cuò)誤。有風(fēng)時(shí),對(duì)氫氣球進(jìn)行受力分析如圖所示。根據(jù)平衡條件得F浮=mg+F'cos

θ,F風(fēng)=F'sin

θ,聯(lián)立解得F'=10

N,故D正確?？键c(diǎn)三力學(xué)中的動(dòng)態(tài)平衡問題[師生共研]1.動(dòng)態(tài)平衡:通過控制某些物理量,使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的變化,而在這個(gè)過程中物體又始終處于一系列的平衡狀態(tài),在問題的描述中常用“緩慢”等語(yǔ)言敘述。2.基本思路:化“動(dòng)”為“靜”,“靜”中求“動(dòng)”。(1)解析法對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析,先畫出受力示意圖,再根據(jù)物體的平衡條件,應(yīng)用正交分解的方法列方程,得到因變量與自變量的關(guān)系表達(dá)式(通常要用到三角函數(shù)),最后根據(jù)自變量的變化確定因變量的變化。(2)圖解法此法常用于求解三力平衡且有一個(gè)力是恒力、另一個(gè)力方向不變的問題。一般按照以下流程解題。(3)相似三角形法在三力平衡問題中,如果有一個(gè)力是恒力,另外兩個(gè)力方向都變化,且題目給出了空間幾何關(guān)系,多數(shù)情況下力的矢量三角形與空間幾何三角形相似,可利用相似三角形對(duì)應(yīng)邊成比例進(jìn)行計(jì)算。(4)正弦定理或輔助圓法在三力平衡問題中,如果有一個(gè)力是恒力,另外兩個(gè)力方向都變化,但夾角不變,且題目給出了空間幾何關(guān)系,分析方法有兩種。(1)正弦定理,

恒力對(duì)應(yīng)的夾角不變,由此我們可以分析各個(gè)力的變化情況。(2)畫出三力的矢量三角形的外接圓,不變力為一固定弦,因?yàn)楣潭ㄏ宜鶎?duì)的圓周角大小始終不變,改變一力的方向,另一個(gè)力大小、方向變化情況可得?！镜淅黄啤康淅?.(多選)水平傳感器可以測(cè)量器械擺放處所在平面的傾角。該裝置可以簡(jiǎn)化為:內(nèi)壁光滑豎直放置的正三角形,內(nèi)部有一球體,其半徑略小于三角形內(nèi)接圓半徑,三角形各邊都有壓力傳感器,分別測(cè)量小球?qū)θ龡l邊壓力的大小,根據(jù)壓力大小,信息處理單元將各邊與水平面間的夾角通過顯示屏顯示出來。如圖所示,此時(shí)BC邊恰好處于水平狀態(tài),將其以C為軸在豎直面內(nèi)順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動(dòng),直到AC邊水平,在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,下列說法正確的是(

)A.球?qū)C邊壓力不可能大于球的重力B.球?qū)C邊壓力一直增大C.球?qū)C邊壓力先增大后減小D.球?qū)C邊壓力最大值為

G答案

CD考題點(diǎn)睛

考點(diǎn)考向點(diǎn)睛動(dòng)態(tài)平衡問題模型:屬于物體受三個(gè)力,一個(gè)力(重力)大小方向不變,另兩個(gè)力方向的夾角不變的類型方法:除用正弦定理外,還可以用正交分解法或輔助圓法【對(duì)點(diǎn)演練】6.(2023山東棗莊高三月考)一個(gè)硬質(zhì)輕圓環(huán)平放在水平桌面上,環(huán)中有一個(gè)豎直固定柱。圓環(huán)被甲、乙、丙三個(gè)力拉住,緊壓著固定柱而靜止,受三個(gè)拉力的俯視圖如圖所示,其中α<β。不計(jì)一切摩擦,若僅調(diào)整其中兩人拉力的大小,使圓環(huán)與固定柱之間的彈力恰好為零,則下列描述正確的是(

)A.僅增加甲、乙兩個(gè)力的大小,且甲力的大小增加較多B.僅增加甲、丙兩個(gè)力的大小,且甲力的大小增加較多C.僅增加乙、丙兩個(gè)力的大小,且乙力的大小增加較多D.僅增加乙、丙兩個(gè)力的大小,且丙力的大小增加較多答案B解析

圓環(huán)受甲、乙、丙三個(gè)力以及固定柱的彈力作用,處于平衡狀態(tài),甲、乙、丙三個(gè)力的合力與固定柱對(duì)圓環(huán)的彈力等大反向,該彈力的方向沿圓環(huán)半徑方向向外,則這四個(gè)力構(gòu)成了一個(gè)封閉的多邊形,如圖所示,若僅調(diào)整其中兩人拉力的大小,使圓環(huán)與固定柱之間的彈力恰好為零,即當(dāng)FN=0時(shí),甲、乙、丙三個(gè)力構(gòu)成一個(gè)封閉的三角形,由圖可知應(yīng)增加甲、丙兩個(gè)力的大小,且甲力的大小增加較多,B正確。7.(2022寧夏銀川四模)如圖所示,豎直墻壁O處用光滑鉸鏈鉸接一輕質(zhì)桿的一端,桿的另一端固定小球(可以看成質(zhì)點(diǎn)),輕繩的一端懸于P點(diǎn),另一端與小球相連。已知輕質(zhì)桿長(zhǎng)度為R,輕繩的長(zhǎng)度為l,且R<l<2R。A、B是墻上兩點(diǎn),且lOA=lOB=R?，F(xiàn)將輕繩的上端點(diǎn)P沿墻壁緩慢下移至A點(diǎn),此過程中輕繩對(duì)小球的拉力F1及輕質(zhì)桿對(duì)小球的支持力F2的大小變化情況為(

)A.F1和F2均增大B.F1保持不變,F2先增大后減小C.F1和F2均減小D.F1先減小后增大,F2保持不變答案

A

解析

小球受重力、細(xì)線的拉力和輕質(zhì)桿的支持力,小球處于平衡狀態(tài),三個(gè)力可以構(gòu)成矢量三角形,如圖所示,根據(jù)平衡條件,該力的矢量三角形與△POC相似,當(dāng)P點(diǎn)下移時(shí),lPO減小,l、R不變,故F1、F2均增大,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤?？键c(diǎn)四平衡中的臨界極值問題[名師破題]1.臨界、極值問題特征(1)臨界問題:當(dāng)某物理量變化時(shí),會(huì)引起其他幾個(gè)物理量的變化,從而使物體所處的平衡狀態(tài)“恰好出現(xiàn)”或“恰好不出現(xiàn)”,在問題的描述中常用“剛好”“剛能”“恰好”等語(yǔ)言敘述。(2)極值問題:平衡物體的極值問題,一般指在力的變化過程中出現(xiàn)的最大值和最小值問題。2.解決臨界和極值問題的三種方法

極限分析法正確進(jìn)行受力分析和變化過程分析,找到平衡的臨界點(diǎn)和極值點(diǎn);臨界條件必須在變化中尋找,不能在一個(gè)狀態(tài)上研究臨界問題,要把某個(gè)物理量推向極大或極小數(shù)學(xué)分析法通過對(duì)問題的分析,根據(jù)平衡條件列出物理量之間的函數(shù)關(guān)系(畫出函數(shù)圖像),用數(shù)學(xué)方法求極值(如求二次函數(shù)極值、公式極值、三角函數(shù)極值)圖解法根據(jù)平衡條件,作出力的矢量圖,通過對(duì)物理過程的分析,利用平行四邊形定則進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,確定最大值和最小值【典例突破】典例2.(多選)(2023遼寧高三月考)春節(jié)前夕,小明需移開沙發(fā),清掃污垢。質(zhì)量m=10kg的沙發(fā)放置在水平地面上,小明用力F推沙發(fā),F斜向下與水平面成θ=30°角,如圖所示,若F=100N時(shí),沙發(fā)恰好開始做勻速運(yùn)動(dòng),認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力,重力加速度g取10m/s2,下列說法正確的是(

)A.沙發(fā)與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=B.沙發(fā)開始運(yùn)動(dòng)后,保持F大小不變,增大θ角,物體將做加速運(yùn)動(dòng)C.若F方向能隨意改變,想用最小的力推動(dòng)沙發(fā),應(yīng)使F沿水平方向D.若F方向能隨意改變,讓沙發(fā)勻速運(yùn)動(dòng),力F的最小值為50N審題指導(dǎo)

關(guān)鍵詞句獲取信息質(zhì)量m=10

kg的沙發(fā)放置在水平地面上研究對(duì)象沙發(fā)所受的重力已知用力F推沙發(fā),F斜向下與水平面成θ=30°角推力F的方向已知若F=100

N時(shí),沙發(fā)恰好開始做勻速運(yùn)動(dòng)知平衡條件,可求動(dòng)摩擦因數(shù)若F方向能隨意改變,想用最小的力推動(dòng)沙發(fā)要分析求力F的極值思路突破

1.選沙發(fā)為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析。F=100

N時(shí),沙發(fā)恰好開始做勻速運(yùn)動(dòng),根據(jù)平衡條件正交分解,列方程求動(dòng)摩擦因數(shù)。2.當(dāng)力F方向變化時(shí),正交分解列方程,寫出函數(shù)關(guān)系式,分析求解。3.注意三角函數(shù)法求極值的應(yīng)用。答案

AD解析

以沙發(fā)為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析,沙發(fā)做勻速運(yùn)動(dòng),水平方向有Ff=Fcos

30°,豎直方向有Fsin

30°+mg=FN,又Ff=μFN,聯(lián)立可得FN=150

N,動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=,A正確;保持F不變,增大θ角,水平方向有F合=Fcos

θ-μ(Fsin

θ+mg),增大θ角,sin

θ增大,cos

θ減小,合力減小,與速度方向相反,物體減速運(yùn)動(dòng),B錯(cuò)誤;由對(duì)沙發(fā)的受力分析可以看出,最小的推力應(yīng)該斜向上,C錯(cuò)誤;當(dāng)F方向斜向上時(shí),對(duì)沙發(fā)進(jìn)行受力分析,豎直方向有Fsin

θ+FN=mg,考題點(diǎn)睛

考點(diǎn)考向點(diǎn)睛平衡中的極值問題規(guī)律:物體受三個(gè)以上的力,一般用正交分解法,根據(jù)平衡條件列方程方法:強(qiáng)化正交分解法的應(yīng)用——建立方程,寫出函數(shù)關(guān)系,求極值易錯(cuò):滑動(dòng)摩擦力一定是動(dòng)摩擦因數(shù)乘以壓力,而不是乘以重力【對(duì)點(diǎn)演練】8.課堂上,老師準(zhǔn)備了“”形光滑木板和三個(gè)完全相同、外表面光滑的勻質(zhì)圓柱形積木,要將三個(gè)積木按如圖所示(截面圖)的方式堆放在木板上,則木板與水平面夾角θ的最大值為(

)A.30°

B.45°C.60°