2020年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題二 第3講 共點(diǎn)力的平衡條件及其應(yīng)用課件

1、第3講共點(diǎn)力的平衡條件及其應(yīng)用 考點(diǎn) 1 受力分析 受力 1.定義：把指定物體(或研究對(duì)象)在特定的物理環(huán)境中受到 的所有外力都分析出來(lái)，并畫出物體_的示意圖的 過程. 2.受力分析步驟 場(chǎng)力 接觸力 (1)選取對(duì)象：研究對(duì)象可以是質(zhì)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、某個(gè)物體，或 幾個(gè)物體組成的系統(tǒng).原則上使問題的研究處理盡量簡(jiǎn)便. (2)按順序找力：先把研究對(duì)象從周圍環(huán)境中隔離出來(lái)，再 按照性質(zhì)力的順序逐一分析：先分析_(重力、電場(chǎng)力、 磁場(chǎng)力)，再分析_(彈力、摩擦力)，最后分析其他力. (3)畫出受力示意圖：把物體所受的力一一畫在受力圖上， 并標(biāo)明各力的方向，注意不要將施出的力畫在圖上. (4)檢驗(yàn)：防止錯(cuò)畫、

2、漏畫、多畫力. 考點(diǎn) 2 共點(diǎn)力平衡的處理方法 1.共點(diǎn)力：作用在同一點(diǎn)或力的作用線延長(zhǎng)交于同一點(diǎn) 的力. 靜止勻速直線運(yùn)動(dòng) 合力0 2.平衡狀態(tài)：物體處于_狀態(tài)或保持_ 狀態(tài)，叫做平衡狀態(tài).(該狀態(tài)下物體的加速度為零) 3.平衡條件：物體受到的_為零，即 F合_ 或(Fx0，F(xiàn)y0). 【基礎(chǔ)自測(cè)】 1.(多選)下列事例中處于平衡狀態(tài)的是() A.“神舟十一號(hào)”飛船勻速落到地面的過程 B.汽車在水平路面上啟動(dòng)或剎車的過程 C.汽車停在斜坡上 D.豎直上拋的物體在到達(dá)最高點(diǎn)的那一瞬間 解析：物體處于平衡狀態(tài)，從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)說(shuō)，物體保持靜 止或勻速直線運(yùn)動(dòng)；從受力情況來(lái)說(shuō)，合力為零.“神舟十一 號(hào)

3、”飛船勻速落到地面的過程中，飛船處于平衡狀態(tài)，A 正確； 汽車在水平路面上啟動(dòng)和剎車過程中，汽車的速度在增大和減 小，其加速度不為零，其合外力不為零，所以汽車不是處于平 衡狀態(tài)，B 錯(cuò)誤；汽車停在斜坡上，速度和加速度均為零，合 外力為零，保持靜止?fàn)顟B(tài)不變，即汽車處于平衡狀態(tài)，C 正確； 豎直上拋的物體上升到最高點(diǎn)時(shí)，只是速度為零而加速度為 g， 所以物體不是處于平衡狀態(tài)，D 錯(cuò)誤. 答案：AC 2.(多選)如圖 2-3-1 所示，質(zhì)量為 m 的物體在恒力 F 作用下 沿水平地面做勻速直線運(yùn)動(dòng)，物體與地面間動(dòng)摩擦因數(shù)為，則 物體受到的摩擦力的大小為( A.Fsin C.(Fsin mg) ) 圖

4、 2-3-1 B.Fcos D.(mgFsin ) 解析：先對(duì)物體進(jìn)行受力分析，如圖 D9 所示，然后對(duì)力 F 圖 D9 答案：BC 進(jìn)行正交分解，F(xiàn)產(chǎn)生兩個(gè)效果：使物體水平向前F1Fcos ， 同時(shí)使物體壓緊水平面F2Fsin .由力的平衡可得F1Ff， F2mgFN，又滑動(dòng)摩擦力FfFN，即可得FfFcos (Fsin mg). 3.(2017 年陜西榆林第一次測(cè)試)如圖2-3-2 所示，一只可視 為質(zhì)點(diǎn)的螞蟻在半球形碗內(nèi)緩慢地從底部爬到 a 處，則下列說(shuō) 法正確的是() 圖 2-3-2 A.在 a 點(diǎn)處碗對(duì)螞蟻的支持力大于在 b 點(diǎn)的支持力 B.在 a 點(diǎn)處碗對(duì)螞蟻的作用力大于在 b 點(diǎn)

5、的作用力 C.在 a 點(diǎn)處碗對(duì)螞蟻的摩擦力大于在 b 點(diǎn)的摩擦力 D.在 a 點(diǎn)處螞蟻受到的合力大于在 b 點(diǎn)受到的合力 解析：螞蟻緩慢往上爬，可以認(rèn)為螞蟻處于平衡狀態(tài)，則 合力始終為零，受力分析如圖 D10 所示.根據(jù)二力平衡有 f mgsin ，Nmgcos ，因?yàn)?a 點(diǎn)的比 b 點(diǎn)的大，所以在 a 點(diǎn) 處碗對(duì)螞蟻的摩擦力大于在 b 點(diǎn)的摩擦力，在 a 點(diǎn)處碗對(duì)螞蟻 的支持力小于在 b 點(diǎn)的支持力，A 錯(cuò)誤，C 正確；在 a 點(diǎn)和 b 點(diǎn)，碗對(duì)螞蟻的作用力都等于螞蟻的重力，所 以在 a 點(diǎn)碗對(duì)螞蟻的作用力等于在 b 點(diǎn)的作用 力，B 錯(cuò)誤；在 a 點(diǎn)處螞蟻受到的合力與 b 點(diǎn) 圖 D10

6、受到的合力均為零，D 錯(cuò)誤. 答案：C 4.一串小燈籠(五只)彼此用輕繩連接，并懸掛在空中.在穩(wěn) 定水平風(fēng)力作用下發(fā)生傾斜，懸繩與豎直方向的夾角為 30， 如圖 2-3-3 所示.設(shè)每個(gè)燈籠的質(zhì)量均為 m，則自上往下第一只燈 籠對(duì)第二只燈籠的拉力大小為() 圖 2-3-3 圖 D11 答案：C 熱點(diǎn) 1 受力分析 熱點(diǎn)歸納 1.受力分析的一般步驟： 2.受力分析的“四點(diǎn)”提醒： (1)不要把研究對(duì)象所受的力與研究對(duì)象對(duì)其他物體的作 用力混淆. (2)對(duì)于分析出的物體受到的每一個(gè)力，都必須明確其來(lái) 源，即每一個(gè)力都應(yīng)找出其施力物體，不能無(wú)中生有. (3)合力和分力不能重復(fù)考慮. (4)區(qū)分性質(zhì)力

7、與效果力：研究對(duì)象的受力圖，通常只畫出 按性質(zhì)命名的力，不要把按效果命名的分力或合力分析進(jìn)去， 受力圖完成后再進(jìn)行力的合成或分解. 【典題 1】(2018 屆福建廈門質(zhì)檢)如圖2-3-4 所示，一個(gè)質(zhì) 量為 m 的滑塊置于傾角為 30的固定粗糙斜面上，一根輕彈簧 一端固定在豎直墻上的 P 點(diǎn)，另一端系在滑塊上的 Q 點(diǎn)，直線 PQ 與斜面垂直，滑塊保持靜止.則() A.彈簧可能處于原長(zhǎng)狀態(tài) B.斜面對(duì)滑塊的摩擦力大小可能為零 C.斜面對(duì)滑塊的支持力大小可能為零 D.滑塊一定受到四個(gè)力作用圖 2-3-4 解析：若滑塊受重力、支持力與摩擦力三者合力為零時(shí)， 彈簧處于原長(zhǎng)，對(duì)滑塊沒有作用力，A 正確

8、，D 錯(cuò)誤；若摩擦 力為零，滑塊受支持力、重力、彈簧彈力三者合力不為零，滑 塊不可能靜止，B 錯(cuò)誤；若支持力為零，則摩擦力也為零，滑 塊在重力、彈力作用下不滿足靜止的條件，C 錯(cuò)誤. 答案：A 方法技巧：受力分析的常用方法 (1)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)其作出存在的假設(shè)，然后根據(jù)分析該力存在對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)的影響來(lái)判斷該力是否存在. (2)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. 熱點(diǎn) 2 考向 1 共點(diǎn)力的平衡 合成法 【典題 2】如圖 2-3-5 所示，光滑半球形容器固定在水平面 上，O 為球心.一質(zhì)量為 m 的小滑

9、塊，在水平力 F 的作用下靜止 于 P 點(diǎn).設(shè)滑塊所受支持力為 FN，OP 與水平方向的夾角為.下 列關(guān)系式正確的是() 圖 2-3-5 甲乙丙 圖 D12 答案：A 方法技巧：物體受三個(gè)力平衡時(shí)，如果有兩個(gè)力相等或兩 個(gè)力相互垂直，做出的平行四邊形中有直角三角形的，利用力 的合成法比較簡(jiǎn)單. 考向 2 正交分解法 熱點(diǎn)歸納 物體受到三個(gè)或三個(gè)以上力的作用而平衡時(shí)，將物體所受 的力分解為相互垂直的兩組，每組力都滿足平衡條件. 【典題 3】(多選，2016 年新課標(biāo)卷)如圖2-3-6 所示，一 光滑的輕滑輪用細(xì)繩 OO懸掛于 O 點(diǎn)；另一細(xì)繩跨過滑輪， 其一端懸掛物塊 a，另一端系一位于水平粗糙

10、桌面上的物塊 b. 外力 F 向右上方拉 b，整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài).若 F 方向不變， ) 圖 2-3-6 大小在一定范圍內(nèi)變化，物塊 b 仍始終保持靜止，則( A.繩 OO的張力也在一定范圍內(nèi)變化 B.物塊 b 所受到的支持力也在一定范圍內(nèi) 變化 C.連接 a 和 b 的繩的張力也在一定范圍內(nèi)變化 D.物塊 b 與桌面間的摩擦力也在一定范圍內(nèi)變化 答案：BD 方法技巧：物體受四個(gè)及以上的力作用時(shí)，一般要采用正 交分解法，其基本解題步驟為： (1)選取合適的方向建立直角坐標(biāo)系，將所受各力正交分 解：建立坐標(biāo)系時(shí)應(yīng)使盡可能多的力與坐標(biāo)軸重合，需要分解 的力盡可能少，盡量把未知力建在坐標(biāo)軸的正方向

11、上. (2)列方程求解：根據(jù)平衡條件在相互垂直的兩個(gè)方向上分 別列出平衡方程，解平衡方程或方程組求解未知力，對(duì)結(jié)果進(jìn) 行討論. 熱點(diǎn) 3 動(dòng)態(tài)平衡問題 熱點(diǎn)歸納 1.動(dòng)態(tài)平衡：是指平衡問題中的一部分是變力，是動(dòng)態(tài)力， 力的大小和方向均要發(fā)生變化，所以叫動(dòng)態(tài)平衡，這是力平衡 問題中的一類難題. 2.基本思路：化“動(dòng)”為“靜”，“靜”中求“動(dòng)”. 考向 1 圖解法 熱點(diǎn)歸納 圖解法的適用情況：圖解法分析物體動(dòng)態(tài)平衡問題時(shí)，一 般物體只受三個(gè)力作用，且其中一個(gè)力大小、方向均不變，另 一個(gè)力的方向不變，第三個(gè)力大小、方向均變化. 【典題 4】(2016 年新課標(biāo)卷)質(zhì)量為m 的物體用輕繩 AB 懸掛于

12、天花板上.用水平向左的力 F 緩慢拉動(dòng)繩的中點(diǎn) O，如圖 2-3-7 所示.用 T 表示繩 OA 段拉力的大小，在 O 點(diǎn)向左移動(dòng)的 過程中() A.F 逐漸變大，T 逐漸變大 B.F 逐漸變大，T 逐漸變小 C.F 逐漸變小，T 逐漸變大 圖 2-3-7D.F 逐漸變小，T 逐漸變小 答案：A 方法技巧：一般按照以下流程解題： 考向 2 相似三角形 熱點(diǎn)歸納 物體在三力作用下動(dòng)態(tài)平衡，且其中一個(gè)力的大小和方向 恒定，其他兩個(gè)力的大小和方向都可變，這些變化是由物體間 距離的變化引起的，且題目還給出了有關(guān)邊的長(zhǎng)度，這時(shí)要注 意力的矢量三角形和幾何三角形相似的知識(shí)運(yùn)用. 【典題 5】如圖 2-3-

13、8 所示，AC 是上端帶定滑輪的固定豎 直桿，質(zhì)量不計(jì)的輕桿 BC 一端通過鉸鏈固定在 C 點(diǎn)，另一端 B 懸掛一重為 G 的物體，且 B 端系有一根輕繩并繞過定滑輪 A， 用力 F 拉繩，開始時(shí)BCA90，現(xiàn)使BCA 緩慢變小，直 )到桿 BC 接近豎直桿 AC.此過程中，輕桿 B 端所受的力( A.大小不變 B.逐漸增大 C.逐漸減小 D.先減小后增大圖 2-3-8 答案：A 圖 D13 考向 3 解析法 熱點(diǎn)歸納 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 體的平衡條件列式求解，得到因變量與自變量的一般函數(shù)表達(dá) 式，最后根據(jù)自變量的變化確定因變量的變化. 【典題 6】(多選，20

14、17 年新課標(biāo)卷)如圖2-3-9 所示，柔 軟輕繩 ON 的一端 O 固定，其中間某點(diǎn) M 拴一重物，用手拉住 繩的另一端 N.初始時(shí)，OM 豎直且 MN 被拉直，OM 與 MN 之 間的夾角為 .現(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() A.MN 上的張力逐漸增大 B.MN 上的張力先增大后減小 C.OM 上的張力逐漸增大 D.OM 上的張力先增大后減小 圖 2-3-9 解析：方法一 受力分析如圖 2-3-10 所示.設(shè) OM 與豎直方 向夾角為，M 點(diǎn)繞 O 點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)，則 圖 2-3-10 沿切線方向：FMNcos(90)mgsin 沿半徑方向

15、：FOMFMNsin(90)mgcos 當(dāng)90時(shí)存在極大值，故 FOM 先增大后減小，D 正確. 方法二利用矢量圓，如圖 2-3-11 所示.重力保持不變， 是矢量圓的一條弦，F(xiàn)OM 與 FMN 的夾角即圓心角保持不變，由 圖知 FMN 一直增大到最大，F(xiàn)OM 先增大后減小，當(dāng) OM 與豎直 夾角為90時(shí) FOM 最大. 圖 2-3-11 答案：AD 【遷移拓展】(多選，2018 屆四川診測(cè))如圖 2-3-12 所示， 兩個(gè)大小不計(jì)、質(zhì)量均為 m 的物體 A、B 放置在水平地面上， 一根長(zhǎng)為 L 不可伸長(zhǎng)的輕繩兩端分別系在兩物體上，繩恰好伸 直且無(wú)拉力，在繩的中點(diǎn)施加一個(gè)豎直向上的拉力 F，使

16、兩物 體慢慢靠近，直至兩物體接觸，已知兩物體與水平地面間的動(dòng) 摩擦因數(shù)均為，則在兩物體靠近的過程中，下列說(shuō)法正確的 是() 圖 2-3-12 A.拉力 F 一直增大 B.物體 A 所受的摩擦力不變 C.地面對(duì) A 物體的支持力先減小后增大 答案：AD 整體法 研究外力對(duì)物體系統(tǒng)的作用時(shí)，一般選用整體法.因?yàn)?不用考慮系統(tǒng)內(nèi)力，所以這種方法更簡(jiǎn)便，總之，能 用整體法解決的問題不用隔離法 隔離法 分析系統(tǒng)內(nèi)各物體(各部分)間的相互作用時(shí)，需要選用 隔離法，一般情況下隔離受力較少的物體 整體法及隔離法和平衡的臨界與極值應(yīng)用 考向 1 整體法與隔離法的應(yīng)用 【典題 7】(多選，2017 年河南南陽(yáng)、信

17、陽(yáng)等六市高三第二 次大聯(lián)考)將一橫截面為扇形的物體 B 放在水平面上，一小滑塊 A 放在物體 B 上，如圖 2-3-13 所示，除了物體 B 與水平面間的 摩擦力之外，其余接觸面的摩擦均可忽略不計(jì)，已知物體 B 的 質(zhì)量為 M、滑塊 A 的質(zhì)量為 m，重力加速度為 g，當(dāng)整個(gè)裝置 靜止時(shí)，A、B 接觸面的切線與豎直的擋板之間的夾角為.則下 列說(shuō)法正確的是() 圖 2-3-13 A.物體 B 對(duì)水平面的壓力大小為(Mm)g B.物體 B 受到水平面的摩擦力大小為 mg tan C.滑塊 A 與豎直擋板之間的彈力大小為 mgtan D.滑塊 A 對(duì)物體 B 的壓力大小為 mg cos 解析：首先對(duì)

18、滑塊 A 受力分析，如圖 2-3-14 所示. 圖 2-3-14圖 2-3-15 答案：AB 方法技巧：當(dāng)分析相互作用的兩個(gè)或兩個(gè)以上物體整體的 受力情況及分析外力對(duì)系統(tǒng)的作用時(shí)，宜用整體法；而在分析 系統(tǒng)內(nèi)各物體(或一個(gè)物體各部分)間的相互作用時(shí)常用隔離法. 整體法和隔離法不是獨(dú)立的，對(duì)一些較復(fù)雜問題，通常需要多 次選取研究對(duì)象，交替使用整體法和隔離法. 【觸類旁通 1】(2018 屆遼寧凌源抽考)如圖 2-3-16 所示， 傾角為的斜面 A 固定在地面上，與 A 相似的斜劈 B 置于斜面 上并處于靜止?fàn)顟B(tài)，物塊 C 靜止在斜劈 B 上，斜劈 B 的質(zhì)量為 M，物塊 C 的質(zhì)量為 m.下列說(shuō)

19、法正確的是() 圖 2-3-16 A.斜面 A 受到斜劈 B 的作用力大小為 Mgmgcos B.斜劈 B 受力個(gè)數(shù)為 5 個(gè) C.物塊 C 受到斜劈 B 的摩擦力大小為 mgsin D.斜劈 B、物塊 C 整體受到的合力大小為 Mgmg 解析：將 B、C 作為研究對(duì)象，受重力和斜面的作用力而 平衡，斜面的作用力對(duì) B 的作用力為 Mgmg，所以斜面 A 受 到斜劈 B 的作用力大小為 Mgmg，A 錯(cuò)誤；B 受重力，C 對(duì) B 的壓力和摩擦力，A 對(duì) B 的支持力和摩擦力共 5 個(gè)力，B 正確； 物塊 C 受到斜劈 B 的摩擦力大小等于 C 的重力沿斜劈向下的分 力，為 mgcos ，C 錯(cuò)

20、誤；斜劈 B、物塊 C 靜止，整體受到的合 力大小為零，D 錯(cuò)誤. 答案：B 考向 2 平衡中的臨界與極值問題 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，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)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(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， 確定最大值與最小值. (2)數(shù)學(xué)方法：通過對(duì)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(guān)系(或畫出函數(shù)圖象)，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).但利用數(shù)學(xué) 方法求出極值后，一定要依據(jù)物理原理對(duì)該值的合理性及物理 意義進(jìn)行討論或說(shuō)明. 【典題 8】質(zhì)量為 M、傾角為的木楔在水平面上保持靜止， 質(zhì)量為 m 的木塊剛好可以在木楔上表面勻速下滑.現(xiàn)在用與木 楔上表面