2021版高考物理大復習通用版：共點力的平衡含答案.doc

教學資料范本2021版高考物理大復習通用版：共點力的平衡含答案編 輯：_時 間：_一、物體的受力分析1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、并畫出受力示意圖的過程。2受力分析的一般順序(1)首先分析場力(重力、電場力、磁場力)。(2)其次分析接觸力(彈力、摩擦力)。(3)最后分析其他力。(4)畫出受力分析示意圖(選填“示意圖”或“圖示”)。二、共點力的平衡1平衡狀態(tài)物體處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。2平衡條件F合0或者如圖甲所示、小球靜止不動、如圖乙所示、物體勻速運動。甲乙則小球F合0；物塊Fx0、Fy0。3平衡條件的推論(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)、這兩個力必定大小相等、方向相反。(2)三力平衡：物體在三個共點力的作用下處于平衡狀態(tài)、其中任何一個力與另外兩個力的合力大小相等、方向相反、并且這三個力的矢量可以形成一個封閉的矢量三角形。(3)多力平衡：物體在多個共點力的作用下處于平衡狀態(tài)、其中任何一個力與另外幾個力的合力大小相等、方向相反。1思考辨析(正確的畫“”、錯誤的畫“”)(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。()(3)加速度等于零的物體一定處于平衡狀態(tài)。()(4)速度等于零的物體一定處于平衡狀態(tài)。()(5)若物體受三個力F1、F2、F3處于平衡狀態(tài)、若將F1轉動90時、三個力的合力大小為F1。()2(人教版必修2P91T1改編)如圖所示、質量為m的光滑圓球、在細線和墻壁的作用下處于靜止狀態(tài)、重力加速度為g、細線與豎直墻壁的夾角為30、則細線對小球的拉力大小為()A B Cmg D答案A3(魯科版必修1P97T2、改編)(多選)如圖所示、水平地面上的物體A、在斜向上的拉力F的作用下、向右做勻速運動、則下列說法中正確的是()A物體A可能只受到三個力的作用B物體A一定受到四個力的作用C物體A受到的滑動摩擦力大小為Fcos D物體A對水平面的壓力大小可能為Fsin BCD物體水平向右做勻速運動、合力必為零、所以必受水平向左的摩擦力、且有fFcos 、因滑動摩擦力存在、地面一定對物體A有豎直向上的支持力、且有NmgFsin 、若重力mg2Fsin 、則A對水平面的壓力大小為Fsin 、所以選項B、C、D正確、A錯誤。4(人教版必修1P84T7改編)如圖所示、水平面上A、B兩物塊的接觸面水平、二者疊放在一起、在作用于B上的水平恒定拉力F的作用下沿地面向右做勻速運動、某時刻撤去力F后、二者仍不發(fā)生相對滑動、關于撤去F前后、下列說法正確的是()A撤去F之前A受3個力作用B撤去F之前B受到4個力作用C撤去F前后、A的受力情況不變DA、B間的動摩擦因數(shù)1不小于B與地面間的動摩擦因數(shù)2答案D 物體的受力分析依題組訓練1.(20xx開封檢測)如圖所示、物體A靠在豎直的墻面C上、在豎直向上的力F作用下、A、B物體保持靜止、則物體A受力分析示意圖正確的是() ABC DA以A、B組成的整體為研究對象、水平方向不可能受力、故整體和墻面C間沒有彈力、故A與墻面C間無摩擦力、以A物體為研究對象、A受重力、B對A的垂直接觸面的彈力和平行接觸面的摩擦力、故選項A正確。2(20xx天津南開中學月考)如圖所示、固定的斜面上疊放著A、B兩木塊、木塊A與B的接觸面水平、水平力F作用于木塊A、使木塊A、B保持靜止、且F0。則下列描述正確的是()AB可能受到3個或4個力作用B斜面對木塊B的摩擦力方向可能沿斜面向下CA對B的摩擦力可能為零DA、B整體不可能受三個力作用B對B受力分析、木塊B受重力、A對B的壓力、A對B水平向左的靜摩擦力、斜面對B垂直于斜面向上的支持力、斜面對B可能有靜摩擦力(當A對B向左的靜摩擦力平行斜面方向的分力與木塊A對B的壓力與木塊B重力的合力沿斜面方向的分力平衡時、斜面對B沒有靜摩擦力)作用、故B受4個力或者5個力作用、故A錯誤；當A對B向左的靜摩擦力平行斜面方向的分力大于木塊A對B的壓力與木塊B重力的合力沿斜面方向的分力時、木塊B有上滑趨勢、此時木塊B受到平行斜面向下的靜摩擦力、故B正確；對木塊A受力分析、受水平力、重力、B對A的支持力和靜摩擦力、根據(jù)平衡條件、B對A的靜摩擦力與水平力F平衡、根據(jù)牛頓第三定律、A對B的摩擦力水平向左、大小為F、故C錯誤；對A、B整體受力分析、受重力、斜面對整體的支持力、水平力、可能有靜摩擦力(當推力沿斜面方向的分力與A、B整體重力沿斜面方向的分力平衡時、斜面對A、B整體的靜摩擦力為零)、所以A、B整體可能受三個力作用、故D錯誤。受力分析的四個步驟 共點力作用下物體的靜態(tài)平衡講典例示法1平衡中的研究對象選取(1)單個物體；(2)能看成一個物體的系統(tǒng)；(3)一個結點。2靜態(tài)平衡問題的解題“五步驟”典例示法(一題多法)(多選)如圖所示、光滑半球形容器固定在水平面上、O為球心。一質量為m的小滑塊、在水平力F的作用下靜止于P點。設滑塊所受支持力為FN、OP與水平方向的夾角為。重力加速度為g、下列關系式正確的是()AFBFmgtan CFNDFNmgtan 思路點撥：解此題的關鍵是選取小滑塊為研究對象、作好受力分析、根據(jù)平衡條件求解。解析方法一：合成法滑塊受力如圖甲、由平衡條件知tan 、所以F、FN。方法二：效果分解法將重力按產(chǎn)生的效果分解、如圖乙所示、FG2、FNG1。方法三：正交分解法將滑塊受的力沿水平、豎直方向分解、如圖丙所示、mgFNsin 、FFNcos 、聯(lián)立解得F、FN。方法四：力的三角形定則法滑塊受到的三個力可組成封閉的三角形、如圖丁所示、則由幾何關系可得F、FN。答案AC處理平衡問題的三個技巧(1)物體受三個力平衡時、利用力的分解法或合成法比較簡單。(2)物體受四個以上的力作用時、一般要采用正交分解法。(3)正交分解法建立坐標系時應使盡可能多的力與坐標軸重合、需要分解的力盡可能少。跟進訓練1(20xx福建泉港一中期末)如圖所示、細繩上端固定于天花板上的A點、細繩的下端掛一質量為m的物體P、用力F作用于細繩上的O點；使細繩偏離豎直方向的夾角為、且保持物體平衡、此時F與水平方向的夾角為、若、重力加速度為g、則F的大小等于()Amgcos Bmgsin Cmgtan DB對結點O受力分析如圖、由于、則F與AO垂直、O點受三個拉力處于平衡、根據(jù)幾何關系知Fmgsin 。故B正確、A、C、D錯誤。2(20xx吉林省實驗中學模擬)如圖所示、物塊A和滑環(huán)B用繞過光滑定滑輪的不可伸長的輕繩連接、滑環(huán)B套在與豎直方向成37的粗細均勻的固定桿上、連接滑環(huán)B的繩與桿垂直并在同一豎直平面內、滑環(huán)B恰好不能下滑、滑環(huán)和桿間的動摩擦因數(shù)0.4、設滑環(huán)和桿間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力、則物塊A和滑環(huán)B的質量之比為()A B C DA對A受力分析、根據(jù)平衡條件有TmAg、對B受力分析、如圖所示。根據(jù)平衡條件有mBgcos f、TNmBgsin 、由題可知、滑環(huán)B恰好不能下滑、則所受的靜摩擦力沿桿向上且達到最大值、有fN、聯(lián)立解得、故A正確、B、C、D錯誤。3.(20xx河北五個一名校聯(lián)盟一診)如圖所示、豎直放置的光滑圓環(huán)、頂端D點處固定一定滑輪(大小忽略)、圓環(huán)兩側套著質量分別為m1、m2的兩小球A、B、兩小球用輕繩繞過定滑輪相連、并處于靜止狀態(tài)、A、B連線過圓心O點、且與右側繩的夾角為。則A、B兩小球的質量之比為()Atan B C Dsin2B對兩小球分別受力分析、作出力的矢量三角形、如圖所示。對小球A、可得；對小球B、可得；聯(lián)立解得、故選B。 共點力作用下物體的動態(tài)平衡講典例示法1動態(tài)平衡：“動態(tài)平衡”是指物體所受的力一部分是變力、是動態(tài)力、力的大小或方向發(fā)生變化、但變化過程中的每一個狀態(tài)均可視為平衡狀態(tài)、所以叫動態(tài)平衡。在問題的描述中常用“緩慢”等語言敘述。2分析動態(tài)平衡問題的方法方法步驟解析法(1)列平衡方程得出未知量與已知量的關系表達式；(2)根據(jù)已知量的變化情況來確定未知量的變化情況圖解法(1)根據(jù)已知量的變化情況、畫出平行四邊形邊、角的變化；(2)確定未知量大小、方向的變化相似三角形法(1)根據(jù)已知條件畫出兩個不同情況對應的力的三角形和空間幾何三角形、確定對應邊、利用三角形相似知識列出比例式；(2)確定未知量大小的變化情況典例示法(一題多法)(多選)如圖所示、柔軟輕繩ON的一端O固定、其中間某點M拴一重物、用手拉住繩的另一端N。初始時、OM豎直且MN被拉直、OM與MN之間的夾角為?，F(xiàn)將重物向右上方緩慢拉起、并保持夾角不變。在OM由豎直被拉到水平的過程中()AMN上的張力逐漸增大BMN上的張力先增大后減小COM上的張力逐漸增大DOM上的張力先增大后減小題眼點撥：(1)“緩慢拉起”說明重物處于動態(tài)平衡；(2)“保持夾角不變”說明OM與MN上的張力大小和方向均變化、但其合力不變。解析法一：解析法設重物的質量為m、繩OM中的張力為TOM、繩MN中的張力為TMN。開始時、TOMmg、TMN0。由于緩慢拉起、則重物一直處于平衡狀態(tài)、兩繩張力的合力與重物的重力mg等大、反向。如圖所示、已知角不變、在繩MN緩慢拉起的過程中、角逐漸增大、則角()逐漸減小、但角不變、在三角形中、利用正弦定理得、()由鈍角變?yōu)殇J角、sin()先增大后減小、則TOM先增大后減小、選項D正確；同理知、在由0變?yōu)榈倪^程中、TMN一直增大、選項A正確。法二：圖解法重物受到重力mg、OM繩的拉力FOM、MN繩的拉力FMN共三個力的作用。緩慢拉起過程中任一時刻可認為是平衡狀態(tài)、三力的合力恒為0。如圖所示、由三角形定則得一首尾相接的閉合三角形、由于且不變、則三角形中FMN與FOM的交點在一個優(yōu)弧上移動、由圖可以看出、在OM被拉到水平的過程中、繩MN中拉力一直增大且恰好達到最大值、繩OM中拉力先增大后減小、故A、D正確、B、C錯誤。答案AD跟進訓練解析法求解動態(tài)平衡問題1(20xx廣東“六?！甭?lián)考)為迎接新年、小明同學給家里墻壁粉刷涂料、涂料滾由滾筒與輕桿組成、示意圖如圖所示小明同學緩緩上推涂料滾、不計輕桿的重力以及滾筒與墻壁的摩擦力。輕桿對涂料滾筒的推力為F1、墻壁對涂料滾筒的支持力為F2、涂料滾的重力為G、以下說法中正確的是()AF1增大BF1先減小后增大CF2增大DF2減小D本題考查三力平衡問題。以涂料滾為研究對象、分析受力情況、作出受力圖如圖所示。設輕桿與墻壁間的夾角為、根據(jù)平衡條件得F1、F2Gtan ；由題知、輕桿與墻壁間的夾角減小、cos 增大、tan 減小、則F1、F2均減小。故選D。圖解法求解動態(tài)平衡問題2.(20xx衡水檢測)如圖所示、有一質量不計的桿AO、長為R、可繞A自由轉動。用繩在O點懸掛一個重為G的物體、另一根繩一端系在O點、另一端系在圓弧形墻壁上的C點。當點C由圖示位置逐漸向上沿圓弧CB移動過程中(保持OA與墻面夾角不變)、OC繩所受拉力的大小變化情況是()A逐漸減小B逐漸增大C先減小后增大D先增大后減小C對物體受力分析、物體受力平衡、則拉力等于重力G；故豎直繩的拉力不變；再對O點分析、O受繩的拉力、OA的支持力及OC的拉力而處于平衡；受力分析如圖所示；將F和OC繩上的拉力合成、其合力與G大小相等、方向相反、則在OC繩上移的過程中、平行四邊形的對角線保持不變、平行四邊形發(fā)生圖中所示變化、則由圖可知OC繩的拉力先減小后增大、在圖中D點時拉力最小、故C正確。相似三角形法求解動態(tài)平衡問題3.如圖所示是一個簡易起吊設施的示意圖、AC是質量不計的撐桿、A端與豎直墻之間用鉸鏈連接、一滑輪固定在A點正上方、C端吊一重物?，F(xiàn)施加一拉力F將重物P緩慢向上拉、在AC桿達到豎直狀態(tài)前()ABC繩中的拉力FT越來越大BBC繩中的拉力FT越來越小CAC桿中的支持力FN越來越大DAC桿中的支持力FN越來越小(a)(b)B對C點進行受力分析、如圖(a)所示、由平衡條件可知、將三個力按順序首尾相接、可形成如圖(b)所示的閉合三角形。很容易發(fā)現(xiàn)、這三個力與ABC的三邊始終平行、則、其中G、均不變、逐漸減小、則由上式可知、FN不變、FT變小。 平衡中的臨界、極值問題講典例示法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、一般指在力的變化過程中的最大值和最小值問題。3解決極值問題和臨界問題的方法(1)極限法：首先要正確地進行受力分析和變化過程分析、找出平衡的臨界點和極值點；臨界條件必須在變化中去尋找、不能停留在一個狀態(tài)來研究臨界問題、而要把某個物理量推向極端、即極大和極小。(2)數(shù)學分析法：通過對問題的分析、依據(jù)物體的平衡條件寫出物理量之間的函數(shù)關系(畫出函數(shù)圖象)、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)。(3)物理分析方法：根據(jù)物體的平衡條件、作出力的矢量圖、通過對物理過程的分析、利用圖解法進行動態(tài)分析、確定最大值與最小值。典例示法如圖所示、質量為m的物體放在一固定斜面上、當斜面傾角為30時、物體恰能沿斜面勻速下滑。對物體施加一大小為F水平向右的恒力、物體可沿斜面勻速向上滑行。設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力、當斜面傾角增大并超過某一臨界角0時、不論水平恒力F多大、都不能使物體沿斜面向上滑行、試求：(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)；(2)這一臨界角0的大小。思路點撥：解此題的關鍵是理解“不能使物體沿斜面向上滑行”的條件、并正確應用數(shù)學分析法求解。解析(1)如圖所示、未施加力F時、對物體受力分析、由平衡條件得mgsin 30mgcos 30解得tan 30。(2)設斜面傾角為時、受力情況如圖所示