2025版高考物理全程一輪復(fù)習(xí)第二章相互作用第3講受力分析共點(diǎn)力的平衡學(xué)案

第3講受力分析共點(diǎn)力的平衡課程標(biāo)準(zhǔn)能用共點(diǎn)力的平衡條件分析日常生活中的問(wèn)題．素養(yǎng)目標(biāo)物理觀(guān)念：知道什么是受力分析，知道平衡狀態(tài)和平衡條件．科學(xué)思維：(1)熟練應(yīng)用整體法、隔離法進(jìn)行受力分析，畫(huà)出受力示意圖．(2)能應(yīng)用共點(diǎn)力的平衡條件結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)，分析平衡問(wèn)題．考點(diǎn)一受力分析●———【必備知識(shí)·自主落實(shí)】———●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(lái)，并畫(huà)出受力________，這個(gè)過(guò)程就是受力分析．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．●———【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】———●1．受力分析的一般步驟2．整體法與隔離法例1(多選)如圖所示，兩梯形木塊A、B疊放在水平地面上，始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，A、B之間的接觸面傾斜．A通過(guò)輕彈簧連接豎直墻面，輕彈簧處于水平拉伸狀態(tài)．關(guān)于兩木塊的受力，下列說(shuō)法正確的是()A．A受到B的摩擦力沿接觸面向上B．木塊A可能受三個(gè)力作用C．木塊A一定受四個(gè)力作用D．木塊B受到地面施加的水平向右的摩擦力[解題心得]例2如圖所示，a、b兩個(gè)小球穿在一根粗糙的固定桿上(球的小孔比桿的直徑大)，并且通過(guò)一條細(xì)繩跨過(guò)定滑輪連接．已知b球質(zhì)量為m，桿與水平面成θ角，不計(jì)滑輪的一切摩擦，重力加速度為g.當(dāng)兩球靜止時(shí)，Oa段繩與桿的夾角也為θ，Ob段繩沿豎直方向，重力加速度為g，則下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)一定受到4個(gè)力的作用B．b只受到2個(gè)力的作用C．繩子對(duì)a的拉力大小有可能等于mgD．a(chǎn)的質(zhì)量一定為mtanθ[解題心得]考點(diǎn)二共點(diǎn)力的平衡條件及應(yīng)用●———【必備知識(shí)·自主落實(shí)】———●1．平衡狀態(tài)(1)靜止．(2)________運(yùn)動(dòng)．2．平衡條件(1)物體所受________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，F(xiàn)y＝0.(3)常用推論①若物體受n個(gè)作用力而處于平衡狀態(tài)，則其中任意一個(gè)力與其余(n－1)個(gè)力的合力________________．②若三個(gè)共點(diǎn)力的合力為零，則表示這三個(gè)力的有向線(xiàn)段首尾相接組成一個(gè)________三角形．3．處理共點(diǎn)力平衡問(wèn)題的基本思路確定平衡狀態(tài)(加速度為零)→巧選研究對(duì)象(整體法或隔離法)→受力分析→建立平衡方程→求解或作討論．●———【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】———●求解共點(diǎn)力平衡問(wèn)題的常用方法：(1)合成法：一個(gè)力與其余所有力的合力等大反向，常用于非共線(xiàn)三力平衡．(2)正交分解法：Fx合＝0，F(xiàn)y合＝0，常用于多力平衡．(3)矢量三角形法：把表示三個(gè)力的有向線(xiàn)段構(gòu)成一個(gè)閉合的三角形，常用于非特殊角的一般三角形．考向1合成法例3[2023·浙江6月]如圖所示，水平面上固定兩排平行的半圓柱體，重為G的光滑圓柱體靜置其上，a、b為相切點(diǎn)，∠aOb＝90°，半徑Ob與重力的夾角為37°.已知sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，則圓柱體受到的支持力Fa、Fb大小為()A．Fa＝0.6G，F(xiàn)b＝0.4GB．Fa＝0.4G，F(xiàn)b＝0.6GC．Fa＝0.8G，F(xiàn)b＝0.6GD．Fa＝0.6G，F(xiàn)b＝0.8G考向2正交分解法例4[2024·山西大同模擬]2023年1月，央視新聞報(bào)道稱(chēng)，玉兔二號(hào)即將迎來(lái)小伙伴，結(jié)束單打獨(dú)斗的服役生涯，嫦娥七號(hào)將首次攜帶“飛躍探測(cè)器”登月，其中探測(cè)器的結(jié)構(gòu)形似蜘蛛，采用六足構(gòu)型(如圖)．對(duì)稱(chēng)分布的六條輕質(zhì)“腿”與探測(cè)器主體通過(guò)鉸鏈連接，當(dāng)探測(cè)器靜止在水平地面上時(shí)，六條“腿”的上臂與豎直方向夾角均為θ，探測(cè)器的質(zhì)量為m，重力加速度為g.則每條“腿”的上臂對(duì)探測(cè)器的彈力大小為()A．mgsinθ3B．mg3例5[2024·河南洛陽(yáng)高三模擬]如圖所示，一光滑球體放在支架與豎直墻壁之間，支架的傾角θ＝60°，光滑球體的質(zhì)量為m，支架的質(zhì)量為2m，已知最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，整個(gè)裝置保持靜止，則支架和地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)至少為()A．39B．34C．3考向3整體法、隔離法解決靜態(tài)平衡問(wèn)題例6(多選)[2024·廣東深圳質(zhì)量檢測(cè)]如圖所示，質(zhì)量M＝3kg的木塊套在固定的水平桿上，并用輕繩與小球相連．現(xiàn)用與水平方向成60°角的力F拉著小球并帶動(dòng)木塊一起向右勻速運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)＝103N，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中木塊與小球的相對(duì)位置保持不變，輕繩與桿的夾角為30°，g取10m/s2，則()A．小球的質(zhì)量m＝1kgB．小球的質(zhì)量m＝23C．木塊與水平桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝3D．木塊與水平桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝3核心素養(yǎng)提升利用平衡條件解決實(shí)際問(wèn)題聯(lián)系日常生活，創(chuàng)新試題情境化設(shè)計(jì)，滲透實(shí)驗(yàn)的思想，考查學(xué)生分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)從“解題”到“解決問(wèn)題”的轉(zhuǎn)變．情境1工人推車(chē)——科學(xué)思維典例1[2024·四川成都高考專(zhuān)家聯(lián)測(cè)]如圖甲所示，工人用推車(chē)運(yùn)送石球，到達(dá)目的地后，緩慢抬起把手將石球倒出(圖乙)．若石球與板OB、OA之間的摩擦不計(jì)，∠AOB＝60°，圖甲中BO與水平面的夾角為30°，則在抬起把手使OA變得水平的過(guò)程中，石球?qū)B板的壓力N1、對(duì)OA板的壓力N2的大小變化情況是()A．N1減小、N2先增大后減小B．N1減小、N2增大C．N1增大、N2減小D．N1增大、N2先減小后增大情境2懸索橋——科學(xué)態(tài)度與責(zé)任典例2[2024·江蘇無(wú)錫測(cè)試]圖a是一種大跨度懸索橋梁，圖b為懸索橋模型．六對(duì)輕質(zhì)吊索懸掛著質(zhì)量為M的水平橋面，吊索在橋面兩側(cè)豎直對(duì)稱(chēng)排列，其上端掛在兩根輕質(zhì)懸索上(圖b中只畫(huà)了一側(cè)分布)，懸索兩端與水平方向成45°，則一根懸索水平段CD上的張力大小是()A．14MgB．16MgC．112Mg情境3瓜子破殼器——科學(xué)思維典例3[2024·福建福州檢測(cè)]有一種瓜子破殼器如圖甲所示，將瓜子放入兩圓柱體所夾的凹槽之間，按壓瓜子即可破開(kāi)瓜子殼．破殼器截面如圖乙所示，瓜子的剖面可視作頂角為θ的扇形，將其豎直放入兩完全相同的水平等高圓柱體A、B之間，并用豎直向下的恒力F按壓瓜子且保持靜止，若此時(shí)瓜子殼未破開(kāi)，忽略瓜子自重，不計(jì)摩擦，則()A．若僅減小A、B距離，圓柱體A對(duì)瓜子的壓力變大B．若僅減小A、B距離，圓柱體A對(duì)瓜子的壓力變小C．若A、B距離不變，頂角θ越大，圓柱體A對(duì)瓜子的壓力越大D．若A、B距離不變，頂角θ越大，圓柱體A對(duì)瓜子的壓力越小第3講受力分析共點(diǎn)力的平衡考點(diǎn)一必備知識(shí)·自主落實(shí)1．示意圖關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階例1解析：對(duì)A受力分析知，A受到重力、彈簧拉力、B對(duì)A的支持力，根據(jù)平衡條件知，一定還有B對(duì)A的沿接觸面向上的摩擦力，A、C正確，B錯(cuò)誤；將A、B作為一個(gè)整體，因?yàn)檎w受到彈簧水平向左的拉力，地面一定給木塊B一個(gè)向右的摩擦力，D正確．答案：ACD例2解析：對(duì)a和b受力分析可知，a可能受重力、桿的支持力、繩的拉力3個(gè)力的作用，可能還受摩擦力共4個(gè)力的作用，b受重力、繩的拉力2個(gè)力或重力、繩的拉力、桿的支持力、摩擦力4個(gè)力的作用，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；對(duì)b受力分析可知，b受繩子拉力大小可能等于mg，因此繩子對(duì)a的拉力大小可能等于mg，選項(xiàng)C正確；對(duì)a受力分析，如果a、b所受摩擦力均為零，則由Gasinθ＝mgcosθ可得Ga＝mgtanθ，即ma＝答案：C考點(diǎn)二必備知識(shí)·自主落實(shí)1．(2)勻速直線(xiàn)2．(1)合外力(3)大小相等、方向相反封閉關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階例3解析：對(duì)光滑圓柱體受力分析如圖由題意有Fa＝Gsin37°＝0.6GFb＝Gcos37°＝0.8G故選D.答案：D例4解析：設(shè)每條“腿”的上臂對(duì)探測(cè)器的彈力大小為F，根據(jù)共點(diǎn)力的平衡可知6Fcosθ＝mg得F＝mg故選D.答案：D例5解析：對(duì)光滑球體受力分析如圖所示根據(jù)平衡條件可得N2cosθ＝mg對(duì)支架受力分析如圖所示根據(jù)牛頓第三定律可知N3＝N2對(duì)支架由平衡條件可得N4＝2mg＋N3cosθ，f＝N3sinθ又f＝μN(yùn)4聯(lián)立解得μ＝3可知支架和地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)至少為33答案：D例6解析：對(duì)小球受力分析，由平衡條件可知，水平方向上有Fcos60°＝FTcos30°，豎直方向上有Fsin60°＝FTsin30°＋mg，聯(lián)立解得m＝1kg，故A正確，B錯(cuò)誤；以小球和木塊整體為研究對(duì)象，水平方向上有Fcos60°－μFN＝0，豎直方向上有FN＋Fsin60°－Mg－mg＝0，聯(lián)立解得μ＝35，故答案：AD核心素養(yǎng)提升典例1解析：在倒出石球的過(guò)程中，兩個(gè)支持力的夾角是個(gè)確定值，為α＝120°，根據(jù)力的示意圖可知N1sinβ＝N2sinγ＝Gsinα，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中β從90°增大到180°，則sinβ不斷減小，N1答案：A典例2解析：對(duì)整體分析，根據(jù)平衡條件，2TACsin