適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復習第2章相互作用共點力的平衡專題2受力分析共點力的平衡課件

專題2受力分析共點力的平衡第二章強基礎增分策略一、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分析

整體隔離接觸易錯辨析

(1)對物體受力分析時,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,受到重力、支持力和下滑力的作用。(

)√×應用提升1.下列圖中靜止物體A受力示意圖正確的是(

)C解析

球受到的重力方向應該豎直向下,即球受到豎直向下的重力、擋板水平向右的彈力和斜面的支持力,選項A錯誤。棒受重力、左端指向圓心的支持力、右側(cè)接觸點處垂直棒向上的支持力,選項B錯誤。球A受重力和地面的支持力,右球?qū)ζ錄]有彈力,否則不會靜止,選項C正確。球受重力、繩子的拉力、豎直面對它向右的彈力,選項D錯誤。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的受力個數(shù)可能為(

)A.3 B.4

C.5

D.6答案

BC解析

先對A、B整體進行受力分析,受重力、推力、支持力,當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,整體有上滑趨勢;當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,整體有下滑趨勢;當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,整體無滑動趨勢。再對A進行受力分析,受推力、重力、支持力和向左的靜摩擦力,共4個力。最后對B進行受力分析,受重力、A對B的壓力和向右的靜摩擦力、斜面對B的支持力,若B物體相對斜面有滑動趨勢,則還要受到斜面的靜摩擦力,若相對斜面無滑動趨勢,則不受斜面的靜摩擦力,即物體B可能受4個力,也可能受5個力,故選項B、C正確。二、共點力作用下物體的平衡1.平衡狀態(tài)(1)靜止。(2)勻速直線運動。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,平衡條件表達式為Fx=0,Fy=0。3.物體平衡條件的相關推論(1)二力平衡:如果物體在兩個共點力的作用下處于平衡狀態(tài),這兩個力必定大小

,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:如果物體在三個共點力的作用下處于平衡狀態(tài),其中任意兩個力的

一定與第三個力大小相等,方向相反。

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

(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,其加速度一定為零。(

)(5)物體受兩個力作用處于平衡狀態(tài),這兩個力必定等大反向。(

)(6)物體處于平衡狀態(tài)時,其所受的作用力必定為共點力。(

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

F2。(

)×√√×√應用提升3.某幼兒園要做一個兒童滑梯,如圖所示,設計時根據(jù)場地大小確定滑梯傾斜部分的水平跨度為l,滑板和兒童褲料之間的動摩擦因數(shù)為μ,假定最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,為使兒童在滑梯中能沿滑板滑下,則滑梯高度h至少為(

)A解析

設滑梯傾斜部分的傾角為θ,為使兒童在滑梯中能沿滑板滑下,則至少應該讓兒童恰好能勻速下滑,有mgsin

θ=μmgcos

θ,即μ=tan

θ,由幾何關系可得tan

θ=,解得h=μl,選項A正確。4.如圖所示,將小物塊P輕輕放到半圓柱體上,O為圓心。當小物塊處于B位置時恰好能保持靜止,OB與豎直半徑的夾角∠AOB=30°。若小物塊與圓柱體之間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,則小物塊與圓柱體之間的動摩擦因數(shù)為(

)B解析

當小物塊處于B位置時恰好能保持靜止,則此時小物塊所受摩擦力為最大靜摩擦力,其受力如圖所示,由平衡條件得FN=mgcos

θ,Ffm=mgsin

θ,又Ffm=μFN,聯(lián)立解得μ=,選項A、C、D錯誤,B正確。5.如圖所示,ab繩一端固定在豎直墻上,另一端系在豎直固定的直桿上,質(zhì)量為m的重物用細線系于ab繩上的c點,ac段水平,a點到桿的距離為ac段長度的2倍,bc段繩長度是ac段長度的

倍,重力加速度為g。將繩b端沿桿緩慢下移,當移到與a點等高的位置d時,ac段和bc段繩上的拉力F1、F2大小分別為(

)A增素能精準突破考點一物體的受力分析[自主探究]1.受力分析的四種方法

假設法在未知某力是否存在時,先對其做出不存在的假設,然后根據(jù)該力不存在對物體運動和受力狀態(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相互關聯(lián)的物體作為一個整體進行受力分析的方法隔離法將所研究的對象從周圍的物體中分離出來,單獨進行受力分析的方法動力學分析法對加速運動的物體進行受力分析時,應用牛頓運動定律進行分析求解的方法2.受力分析的注意事項(1)養(yǎng)成按照一定順序進行受力分析的習慣。(2)涉及彈簧彈力時,要注意拉伸或壓縮可能性分析。(3)分析摩擦力時要特別注意摩擦力的方向。(4)對于不能確定的力可以采用假設法分析?！緦c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,直梯處于靜止狀態(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個力作用B.直梯受4個力作用C.α角增大,直梯仍能靜止,則地面對梯子的支持力增大D.α角減小,直梯仍能靜止,則地面對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力作用,故A錯誤,B正確;地面對梯子的支持力與重力平衡,與夾角無關,故C、D錯誤。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動。用G表示滑翔傘和飛行人員的總重力,F表示空氣對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)做勻速運動知系統(tǒng)受力平衡,所以空氣對系統(tǒng)的作用力與系統(tǒng)的重力等大反向,故B正確,A、C、D錯誤。3.(2022黑龍江大慶一中高三檢測)力學興趣小組制作的“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。用細線連接兩部分。當細線都繃緊時,整個模型可以豎直靜止在水平地面上。其中連接a、b兩點的細線為l,連接c、d兩點的細線為n,重力加速度為g。則(

)A.細線l對a點的作用力向上B.細線l的拉力等于細線n的拉力C.細線n的拉力大小等于mgD.整個模型對地面的壓力大小為2mg答案

D

解析

細線只能提供沿細線的拉力,所以細線l對a點的作用力向下,A錯誤。對模型上部分進行受力分析,有Fa+mg=Fd,知細線l的拉力小于細線n的拉力,細線n的拉力大小大于mg,B、C錯誤。對整個模型進行受力分析,有FN=2mg,根據(jù)牛頓第三定律可知,整個模型對地面的壓力大小為2mg,D正確。考點二解決靜態(tài)平衡問題的常用方法[師生共研]解答平衡問題的四種常用方法對比

方法適用條件注意事項優(yōu)點合成法物體受三個力作用而平衡(1)表示三個力大小的線段長度不可隨意畫(2)兩力的合力與第三個力等大反向?qū)τ谖矬w所受的三個力,有兩個力相互垂直或兩個力大小相等的平衡問題求解較簡單分解法物體受三個力作用而平衡合力為物體所受的力,而兩個分力分別與物體受到的另兩個力等大反向正交分解法物體受三個或三個以上的力作用而平衡選坐標軸時應使盡量多的力與坐標軸重合對于物體受三個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力作用而平衡將三個力的矢量圖平移,構(gòu)成一個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【典例突破】典例1.如圖甲所示,現(xiàn)欲將一批相同圓筒從車廂內(nèi)卸下,工人師傅利用兩根等長的相同鋼管搭在水平車廂與水平地面之間,構(gòu)成一傾斜軌道,軌道底端連線與車廂尾部平行,該軌道平面與地面夾角θ=30°。圖乙所示為圓筒與鋼管A、B的截面圖。當兩鋼管間的距離與圓筒的半徑R相等時,輕推一下圓筒后,圓筒可沿軌道勻速下滑。已知圓筒的質(zhì)量為m,重力加速度為g,忽略鋼管粗細。

(1)求圓筒在下滑過程中受到鋼管的總的摩擦力Ff及支持力FN的大小。(2)求單根鋼管對圓筒的支持力FN1的大小及動摩擦因數(shù)μ。思維點撥

【對點演練】4.(2023廣東卷)如圖所示,可視為質(zhì)點的機器人通過磁體吸附在船舷外壁面檢測船體。壁面可視為斜面,與豎直方向夾角為θ。船和機器人保持靜止時,機器人僅受重力G、支持力FN、摩擦力Ff和磁力F的作用,磁力垂直壁面。下列關系式正確的是(

)A.Ff=G

B.F=FNC.Ff=Gcosθ

D.F=GsinθC解析

將機器人的重力按照沿壁面和垂直于壁面的方向分解,如圖所示。沿壁面方向上有Gcos

θ=Ff垂直于壁面方向上有F=FN+Gsin

θ,選項C正確,A、B、D錯誤。5.(2023廣西欽州期末)如圖所示,兩楔形木塊分別靠在兩豎直墻面上,表面光滑的金屬球靜止在兩楔形木塊之間,已知楔形木塊的質(zhì)量均為m,金屬球的質(zhì)量為m0,楔形木塊兩傾斜面間的夾角為60°,則下列說法正確的是(重力加速度大小為g)(

)C解析

先對金屬球受力分析,受重力和兩個支持力,如圖甲所示,根據(jù)平衡條件,有FN1=FN2=FN=m0g

①,選項A錯誤。再對楔形木塊受力分析,如圖乙所示,根據(jù)共點力平衡條件,有水平方向:FN0=FN2'cos

30°②豎直方向:Ff=FN2'sin

30°+mg③FN2'=FN2④甲乙考點三力學中的動態(tài)平衡問題[師生共研]1.動態(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”等語言敘述。2.基本思路:化“動”為“靜”,“靜”中求“動”。(1)解析法對研究對象進行受力分析,先畫出受力示意圖,再根據(jù)物體的平衡條件,應用正交分解的方法列方程,得到因變量與自變量的關系表達式(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力是恒力、另一個力方向不變的問題。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,如果有一個力是恒力,另外兩個力方向都變化,且題目給出了空間幾何關系,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應邊成比例進行計算。(4)正弦定理或輔助圓法在三力平衡問題中,如果有一個力是恒力,另外兩個力方向都變化,但夾角不變,且題目給出了空間幾何關系,分析方法有兩種。(1)正弦定理,

恒力對應的夾角不變,由此我們可以分析各個力的變化情況。(2)畫出三力的矢量三角形的外接圓,不變力為一固定弦,因為固定弦所對的圓周角大小始終不變,改變一力的方向,另一個力大小、方向變化情況可得?！镜淅黄啤康淅?.(多選)水平傳感器可以測量器械擺放處所在平面的傾角。該裝置可以簡化為: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)順時針緩慢轉(zhuǎn)動,直到AC邊水平,在轉(zhuǎn)動過程中,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考題點睛

考點考向點睛動態(tài)平衡問題模型:屬于物體受三個力,一個力(重力)大小方向不變,另兩個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【對點演練】6.(2023廣西南寧模擬)如圖所示,輕質(zhì)彈簧一端固定在水平墻上,另一端與一小球相連,在小球上再施加一個拉力F使小球處于靜止狀態(tài),彈簧與豎直方向夾角為α,拉力F與豎直方向夾角為β,且α+β<90°;現(xiàn)保持拉力F大小不變,方向緩慢轉(zhuǎn)至水平,則下列說法正確的是(

)A.α先增大后減小B.α一直減小C.彈簧的彈力先減小后增大D.彈簧的彈力先增大后減小A解析

對小球受力分析,如圖所示,保持拉力F大小不變,方向緩慢轉(zhuǎn)至水平過程中,由矢量三角形可得,彈簧彈力逐漸增大,α先增大后減小,選項B、C、D錯誤,A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),輕繩的一端懸于P點,另一端與小球相連。已知輕質(zhì)桿長度為R,輕繩的長度為l,且R<l<2R。A、B是墻上兩點,且lOA=lOB=R。現(xiàn)將輕繩的上端點P沿墻壁緩慢下移至A點,此過程中輕繩對小球的拉力F1及輕質(zhì)桿對小球的支持力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、細線的拉力和輕質(zhì)桿的支持力,小球處于平衡狀態(tài),三個力可以構(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P點下移時,lPO減小,l、R不變,故F1、F2均增大,故A正確,B、C、D錯誤。考點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:當某物理量變化時,會引起其他幾個物理量的變化,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

極限分析法正確進行受力分析和變化過程分析,找到平衡的臨界點和極值點;臨界條件必須在變化中尋找,不能在一個狀態(tài)上研究臨界問題,要把某個物理量推向極大或極小數(shù)學分析法通過對問題的分析,根據(jù)平衡條件列出物理量之間的函數(shù)關系(畫出函數(shù)圖像),用數(shù)學方法求極值(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,通過對物理過程的分析,利用平行四邊形定則進行動態(tài)分析,確定最大值和最小值【典例突破】典例3.(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,沙發(fā)恰好開始做勻速運動,認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,重力加速度g取10m/s2,下列說法正確的是(

)A.沙發(fā)與地面間的動摩擦因數(shù)μ=B.沙發(fā)開始運動后,保持F大小不變,增大θ角,物體將做加速運動C.若F方向能隨意改變,想用最小的力推動沙發(fā),應使F沿水平方向D.若F方向能隨意改變,讓沙發(fā)勻速運動,力F的最小值為50N思路突破

(1)對沙發(fā)受力分析,根據(jù)共點力平衡條件即可求解沙發(fā)與地面間的動摩擦因數(shù)。(2)沙發(fā)開始運動后,保持F大小不變,增大θ角,根據(jù)受力分析判斷沙發(fā)的加速度方向,即可判斷沙發(fā)的運動情況。(3)若F方向能隨意改變,讓沙發(fā)勻速運動,對沙發(fā)受力分析,利用正交分解法求解力F的表達式,利用三角函數(shù)輔助角公式相關知識求解F的極值。答案

AD解析

以沙發(fā)為研究對象,進行受力分析,沙發(fā)做勻速運動,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,物體減速運動,B錯誤;由對沙發(fā)的受力分析可以看出,最小的推力應該斜向上,C錯誤;當F方向斜向上時,對沙發(fā)進行受力分析,豎直方向有Fsin

θ+FN=mg,【對點演練】8.殲-20戰(zhàn)斗機安裝了我國自主研制的矢量發(fā)動機,能夠在不改變飛機飛行方向的情況下,通過轉(zhuǎn)動尾噴口方向改變推力的方向,使戰(zhàn)斗機獲得很多