專題一力與場內(nèi)物體的平衡

1、專題一 力與場內(nèi)物體的平衡本專題解決的是受力分析和共點(diǎn)力平衡問題高考對本專題內(nèi)容的考查主要有：對各種性質(zhì)力特點(diǎn)的理解；共點(diǎn)力作用下平衡條件的應(yīng)用考查的主要物理方法和思想有：整體法和隔離法；假設(shè)法；合成法；正交分解法；矢量三角形法；相似三角形法；等效思想；分解思想 專題定位深刻理解各種性質(zhì)力的特點(diǎn)熟練掌握分析共點(diǎn)力平衡問題的各種方法 應(yīng)考策略高考題型1整體法與隔離法的應(yīng)用高考題型2平衡條件的應(yīng)用高考題型3電學(xué)中的平衡問題高考題型4平衡中的臨界與極值問題 欄目索引1.在分析兩個或兩個以上物體間的相互作用時，一般采用整體法與隔離法進(jìn)行分析2.采用整體法進(jìn)行受力分析時，要注意系統(tǒng)內(nèi)各個物體的狀態(tài)應(yīng)該相

2、同3.當(dāng)直接分析一個物體的受力不方便時，可轉(zhuǎn)移研究對象，先分析另一個物體的受力，再根據(jù)牛頓第三定律分析該物體的受力，此法叫“轉(zhuǎn)移研究對象法”考考向向一一高考題型1 整體法與隔離法的應(yīng)用解題方略例1如圖1所示，A是傾角為的質(zhì)量為M的斜面體，B是質(zhì)量為m的截面為直角三角形的物塊，物塊B上表面水平物塊B在一水平推力F的作用下沿斜面勻速上升，斜面體靜止不動設(shè)重力加速度為g，則下列說法中正確的是()A地面對斜面體A無摩擦力BB對A的壓力大小為mgcos CA對地面的壓力大小為Mg圖1解析先對A、B整體受力分析，受重力、支持力、推力和向左的靜摩擦力，根據(jù)平衡條件，有：水平方向：FFf，豎直方向：FN1(M

3、m)g，根據(jù)牛頓第三定律，壓力與支持力等值，故壓力為(Mm)g，故A、C錯誤；對物塊B受力分析，受推力、重力、支持力和滑動摩擦力，根據(jù)平衡條件，有：平行斜面方向：Fcos mgsin Ff0，垂直斜面方向：FN2Fsin mgcos .其中：FfFN2 ，根據(jù)牛頓第三定律，壓力與支持力等值，故壓力為Fsin mgcos ，故B錯誤；答案D預(yù)測1如圖2所示，質(zhì)量均為M的A、B兩滑塊在粗糙水平面上，兩輕桿等長，桿與滑塊、桿與桿間均用光滑鉸鏈連接，在兩桿鉸合處懸掛一質(zhì)量為m的重物C，整個裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè)桿與水平面間的夾角為.下列說法正確的是()圖2A當(dāng)m一定時，越大，輕桿受力越小B當(dāng)m一定時，越

4、小，滑塊對地面的壓力越大C當(dāng)一定時，M越大，滑塊與地面間的摩擦力越大D當(dāng)一定時，M越小，可懸掛重物C的質(zhì)量m越大解析將C的重力按照作用效果分解，如圖所示：故m一定時，越大，輕桿受力越小，A正確；對A、B、C整體分析可知，滑塊對地面的壓力為FN(2Mm)g，與無關(guān)，B錯誤；預(yù)測2如圖3所示，質(zhì)量為M的木塊A套在粗糙水平桿上，并用輕繩將木塊A與質(zhì)量為m的小球B相連現(xiàn)用水平力F將小球B緩慢拉起，在此過程中木塊A始終靜止不動假設(shè)桿對A的支持力為FN，桿對A的摩擦力為Ff，繩中拉力為FT，則此過程中()AF增大 BFf不變 CFT減小 DFN減小圖3解析以B為研究對象，小球受到重力、水平力F和輕繩的拉力

5、FT，如圖甲所示：由平衡條件得：Fmgtan ，增大，則F增大；再以整體為研究對象，受力分析圖如圖乙所示，根據(jù)平衡條件得：FfF，則Ff逐漸增大，F(xiàn)N(Mm)g，即FN保持不變答案A預(yù)測3(2015山東16)如圖4所示，滑塊A置于水平地面上，滑塊B在一水平力作用下緊靠滑塊A(A、B接觸面豎直)，此時A恰好不滑動，B剛好不下滑已知A與B間的動摩擦因數(shù)為1，A與地面間的動摩擦因數(shù)為2，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力A與B的質(zhì)量之比為()圖4解析對物體A、B整體在水平方向上有F2(mAmB)g；對物體B在豎直方向上有1FmBg；答案B1平衡狀態(tài)：物體靜止或做勻速直線運(yùn)動2平衡條件：F合0或Fx0，F(xiàn)y0

6、.3常用推論：(1)若物體受n個作用力而處于平衡狀態(tài)，則其中任意一個力與其余(n1)個力的合力大小相等、方向相反(2)若三個共點(diǎn)力的合力為零，則表示這三個力的有向線段首尾相接組成一個封閉三角形考考向向一一高考題型2平衡條件的應(yīng)用解題方略4動態(tài)平衡問題分析的常用方法(1)解析法：一般把力進(jìn)行正交分解，兩個方向上列平衡方程，寫出所要分析的力與變化角度的關(guān)系，然后判斷各力的變化趨勢(2)圖解法：能用圖解法分析動態(tài)變化的問題有三個顯著特征：物體一般受三個力作用；其中有一個大小、方向都不變的力；還有一個方向不變的力圖5解析對m1、m2受力分析如圖所示，對m1有：答案B預(yù)測4如圖6甲所示為超市中的自動坡道

7、式電梯(無臺階)，某人蹲在電梯上隨電梯勻速下行若電梯傾角為30，人的質(zhì)量為m，人和電梯表面之間的動摩擦因數(shù)為，如圖乙所示電梯對人的支持力和摩擦力分別記為FN、Ff，則()圖6解析人隨電梯勻速下行，受力平衡，對人進(jìn)行受力分析，如圖所示：答案B預(yù)測5目前，我市每個社區(qū)均已配備了公共體育健身器材圖示器材為一秋千，用兩根等長輕繩將一座椅懸掛在豎直支架上等高的兩點(diǎn)由于長期使用，導(dǎo)致兩根支架向內(nèi)發(fā)生了稍小傾斜，如圖7中虛線所示，但兩懸掛點(diǎn)仍等高座椅靜止時用F表示所受合力的大小，F(xiàn)1表示單根輕繩對座椅拉力的大小，與傾斜前相比()圖7AF不變，F(xiàn)1變小 BF不變，F(xiàn)1變大CF變小，F(xiàn)1變小 DF變大，F(xiàn)1變大

8、解析木板靜止時，受重力和兩個拉力而平衡，故三個力的合力為零，即：F0；答案A1帶電體的平衡問題仍然滿足平衡條件，只是要注意準(zhǔn)確分析場力電場力、安培力或洛倫茲力力學(xué)中用到的圖解法和正交分解法等仍然可以用在電場的平衡中2如果帶電粒子在重力場、電場和磁場三者組成的復(fù)合場中做直線運(yùn)動，則一定是勻速直線運(yùn)動，因?yàn)镕洛v.考考向向一一高考題型3電學(xué)中的平衡問題解題方略3當(dāng)涉及多個研究對象時，一般采用整體法和隔離法相結(jié)合的方法求解當(dāng)物體受到的力多于三個時，往往采用正交分解法列出分方向的平衡方程例3(多選)(2015浙江理綜20)如圖8所示，用兩根長度相同的絕緣細(xì)線把一個質(zhì)量為0.1 kg的小球A懸掛到水平板

9、的M、N兩點(diǎn)，A上帶有Q3.0106 C的正電荷兩線夾角為120，兩線上的拉力大小分別為F1和F2.A的正下方0.3 m處放有一帶等量異種電荷的小球B，B與絕緣支架的總質(zhì)量為0.2 kg(重力加速度取g10 m/s2；靜電力常量k9.0109 Nm2/C2，A、B球可視為點(diǎn)電荷)，則()圖8A支架對地面的壓力大小為2.0 NB兩線上的拉力大小F1F21.9 NC將B水平右移，使M、A、B在同一直線上，此時兩線上的拉力大小F11.225 N，F(xiàn)21.0 ND將B移到無窮遠(yuǎn)處，兩線上的拉力大小F1F20.866 N解析小球A、B間的庫侖力為以B和絕緣支架整體為研究對象受力分析圖如圖甲所示，地面對支

10、架支持力為FNmgF庫1.1 N，A錯誤；以A球?yàn)檠芯繉ο螅芰Ψ治鰣D如圖乙所示，F(xiàn)1F2mAgF庫1.9 N，B正確；B水平向右移，當(dāng)M、A、B在同一直線上時，A、B間距為r0.6 m，正交分解可得：F1cos 30F2cos 30F庫cos 30，F(xiàn)1sin 30F2sin 30mAgF庫sin 30，解得F21.0 N，F(xiàn)11.225 N，所以C正確；將B移到無窮遠(yuǎn)，則F庫0，可求得F1F21 N，D錯誤答案BC預(yù)測6(2015全國24) 如圖9，一長為10 cm的金屬棒ab用兩個完全相同的彈簧水平地懸掛在勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.1 T，方向垂直于紙面向里；彈簧上端固定，下

11、端與金屬棒絕緣金屬棒通過開關(guān)與一電動勢為12 V的電池相連，電路總電阻為2 .已知開關(guān)斷開時兩彈簧的伸長量均為0.5 cm；閉合開關(guān)，系統(tǒng)重新平衡后，兩彈簧的伸長量與開關(guān)斷開時相比均改變了0.3 cm，重力加速度大小取10 m/s2.判斷開關(guān)閉合后金屬棒所受安培力的方向，并求出金屬棒的質(zhì)量圖9導(dǎo)體棒受到的安培力大小為FBIL0.06 N由左手定則可判斷知金屬棒受到的安培力方向豎直向下由平衡條件知：開關(guān)閉合前：2kxmg開關(guān)閉合后：2k(xx)mgF代入數(shù)值解得m0.01 kg答案豎直向下 0.01 kg預(yù)測7如圖10所示，在一個傾角為的斜面上，有一個質(zhì)量為m，帶負(fù)電的小球P(可視為點(diǎn)電荷)，空

12、間存在著方向垂直斜面向下的勻強(qiáng)磁場，帶電物體與斜面間的摩擦力不能忽略，它在斜面上沿圖中所示的哪個方向運(yùn)動，有可能保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)()Av1方向 Bv2方向Cv3方向 Dv4方向圖10解析若小球的速度沿v1方向，滑動摩擦力與v1的方向相反，即沿圖中v3方向，由左手定則知，小球受到的洛倫茲力方向在斜面平面內(nèi)與v1垂直向下，重力的分力mgsin 沿斜面向下，則知斜面平面內(nèi)的合外力不為零，小球不可能做勻速直線運(yùn)動，故A錯誤；若小球的速度沿v2方向，滑動摩擦力與v2的方向相反，即沿圖中v4方向，由左手定則知，小球受到的洛倫茲力方向在斜面平面與v2垂直向上，重力的分力mgsin 沿斜面向下，則知斜面平

13、面內(nèi)的合外力不為零，小球不可能做勻速直線運(yùn)動，故B錯誤；若小球的速度沿v3方向，滑動摩擦力與v3的方向相反，即沿圖中v1方向，由左手定則知，小球受到的洛倫茲力方向在斜面平面內(nèi)與v3垂直向上，即沿v2方向，重力的分力mgsin 沿斜面向下，則知斜面平面內(nèi)的合外力可能為零，小球有可能做勻速直線運(yùn)動，故C正確；若小球的速度沿v4方向，滑動摩擦力與v4的方向相反，即沿圖中v2方向，由左手定則知，小球受到的洛倫茲力方向在斜面平面內(nèi)與v4垂直向下，即沿v3方向，重力的分力mgsin 沿斜面向下，則知斜面平面內(nèi)的合外力不可能為零，小球不可能做勻速直線運(yùn)動，故D錯誤答案C高考題型4平衡中的臨界與極值問題1平衡

14、問題的臨界狀態(tài)是指物體所處的平衡狀態(tài)將要被破壞而尚未被破壞的狀態(tài)，可理解成“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，解臨界問題的基本方法是假設(shè)推理法解題方略2臨界問題往往是和極值問題聯(lián)系在一起的解決此類問題重在形成清晰的物理圖景，分析清楚物理過程，從而找出臨界條件或達(dá)到極值的條件要特別注意可能出現(xiàn)的多種情況例4如圖11所示，質(zhì)量為m的物體，放在一固定斜面上，當(dāng)斜面傾角為30時恰能沿斜面勻速下滑對物體施加一大小為F的水平向右的恒力，物體可沿斜面勻速向上滑行設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，當(dāng)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：圖11(2)臨界角0的大小解析設(shè)斜面傾角為，對物體受力分析如圖所示，F(xiàn)cos mgsin FfFNmgcos Fsin FfFN當(dāng)物體無法向上滑行時，F(xiàn)cos mgsin Ff聯(lián)立解得，F(xiàn)(cos sin )mgsin mgcos 若“不論水平恒力F多大”，上式都成立，則有cos sin 0故060.答案60圖12解析(1)若物塊B的質(zhì)量較小，物塊A將有沿斜面下滑的趨勢，則有：Mgmgcos mgsin ，解得：M1 kg.(2)若物塊B的質(zhì)量較大，物塊A將有沿斜面上滑的趨勢，則有：Mgmgcos mgsin ，解得：M3 kg，綜