2023屆二輪復(fù)習(xí) 專題1 第1講　力與物體的平衡 課件（50張）（山東專用）

第一講力與物體的平衡專題一2023內(nèi)容索引0102核心考點(diǎn)聚焦微專題?熱考命題突破【知識網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)】

核心考點(diǎn)聚焦考點(diǎn)一物體的受力分析及靜態(tài)平衡核心歸納命題角度1

受力分析、整體法和隔離法的應(yīng)用(1)“四步”搞定受力分析

兩法交替使用“一定”:靈活運(yùn)用整體法和隔離法確定研究對象;“二析”:按順序分析研究對象受力情況;“三畫”:畫出受力示意圖;“四查”:檢查是否漏力、多力或錯(cuò)力。(2)整體法和隔離法的應(yīng)用技巧①不涉及系統(tǒng)內(nèi)力時(shí),優(yōu)先考慮應(yīng)用整體法,即“能整體不隔離”。②應(yīng)用“隔離法”時(shí),要先隔離“簡單”的物體,如待求量少、或受力少、或處于邊緣處的物體。③各“隔離體”間的力,表現(xiàn)為作用力與反作用力,對整體系統(tǒng)則是內(nèi)力。命題角度2

共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用

深化拓展與輕繩、輕桿的彈力相關(guān)的“兩類”模型(1)“活結(jié)”與“死結(jié)”:“活結(jié)”兩側(cè)繩的彈力大小一定相等,“死結(jié)”兩側(cè)繩的彈力大小不一定相等。(2)“活桿”與“死桿”:“活桿”彈力方向一定沿桿,“死桿”彈力方向不一定沿桿。典例剖析例1(命題角度2)(2022寧夏銀川模擬)如圖所示,質(zhì)量為2m的物塊靜置于水平臺面上,質(zhì)量為m'的半球體C靜置于水平地面上,質(zhì)量為m的光滑小球(可視為質(zhì)點(diǎn))放在半球體C上,P點(diǎn)為三根輕繩PA、PB、PO的結(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)在圖示位置處于靜止?fàn)顟B(tài),P點(diǎn)位于半球體球心的正上方,PO豎直,PA水平,PB剛好與半球體相切且與豎直方向的夾角θ=30°。已知物塊與臺面間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度大小為g,則(

)A.繩OP的拉力大小為mgB.物塊受到的摩擦力大小為2μmgC.半球體C受到的摩擦力大小為

mgD.地面對半球體C的支持力大小為(m'+m)gC解析

對小球受力分析,如圖所示,繩PB的拉力大小F=mgcos

θ,對結(jié)點(diǎn)P受力分析可知,繩AP的拉力大對點(diǎn)訓(xùn)練1.(命題角度1)如圖所示,一個(gè)上表面光滑的L形木板放在斜面體上,輕質(zhì)彈簧一端固定在木板上,另一端與置于木板上表面的木塊相連。斜面體放在平板小車上,整體一起沿水平向右的方向做勻速直線運(yùn)動,不計(jì)空氣阻力,則關(guān)于各物體的受力情況,下列說法正確的是(

)A.L形木板受4個(gè)力的作用B.斜面體可能只受2個(gè)力作用C.木塊受2個(gè)力作用D.斜面體不可能受平板小車對它的摩擦力作用D解析

先把L形木板、木塊、輕質(zhì)彈簧和斜面體看成一個(gè)整體進(jìn)行分析,受重力和平板小車的支持力,故斜面體不受平板小車的摩擦力作用,選項(xiàng)D正確;隔離木塊進(jìn)行分析,其受重力、L形木板的支持力、彈簧沿斜面向上的拉力,共3個(gè)力作用,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;隔離L形木板進(jìn)行分析,其受重力、斜面體的支持力、彈簧沿斜面向下的拉力、木塊的壓力、斜面體對它的摩擦力,共5個(gè)力作用,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;隔離斜面體進(jìn)行分析,其受重力、平板小車的支持力、L形木板的壓力和L形木板的摩擦力,共4個(gè)力作用,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。2.(命題角度2)(2022廣東卷)右圖是可用來制作豆腐的石磨。木柄AB靜止時(shí),連接AB的輕繩處于繃緊狀態(tài)。O點(diǎn)是三根輕繩的結(jié)點(diǎn),F、F1和F2分別表示三根繩的拉力大小,F1=F2且∠AOB=60°。下列關(guān)系式正確的是(

)A.F=F1

B.F=2F1C.F=3F1

D.F=F1D解析

對O點(diǎn)進(jìn)行受力分析,如圖所示,由幾何關(guān)系可知θ=30°。根據(jù)平衡條件得F1cos

30°+F2cos

30°=F,又F1=F2,解得F=F1,選項(xiàng)D正確,A、B、C錯(cuò)誤。3.(命題角度2)(2020全國Ⅲ卷)如圖所示,懸掛甲物體的細(xì)線拴牢在一不可伸長的輕質(zhì)細(xì)繩上O點(diǎn)處;繩的一端固定在墻上,另一端通過光滑定滑輪與物體乙相連。甲、乙兩物體質(zhì)量相等。系統(tǒng)平衡時(shí),O點(diǎn)兩側(cè)繩與豎直方向的夾角分別為α和β。若α=70°,則β等于(

)A.45°

B.55° C.60°

D.70°B解析

O點(diǎn)受力如圖所示,甲、乙兩物體的質(zhì)量相等,繩子的拉力與物體的重力相等,所以F甲=F乙;O點(diǎn)受三個(gè)力處于平衡狀態(tài),與墻相連細(xì)繩的拉力F與另兩個(gè)力的合力等大反向,所以該拉力F的反向延長線是力F甲和力F乙夾角的角平分線,根據(jù)幾何關(guān)系知,θ=β,2θ+α=180°,解得β=55°,選項(xiàng)B正確?？键c(diǎn)二動態(tài)平衡問題核心歸納命題角度1

解析法如果物體受到多個(gè)力的作用,可進(jìn)行正交分解,利用解析法,建立平衡方程,根據(jù)自變量的變化確定因變量的變化。命題角度2

圖解法如果物體受到三個(gè)力的作用,其中一個(gè)力的大小、方向均不變,另一個(gè)力的方向不變,此時(shí)可用圖解法,畫出不同狀態(tài)下力的矢量圖,判斷第三個(gè)力的變化情況。命題角度3

相似三角形法如果物體受到三個(gè)力的作用,其中一個(gè)力的大小、方向均不變,另外兩個(gè)力的方向都發(fā)生變化,可以用力三角形與幾何三角形相似的方法求解力的變化情況。深化拓展平衡中的臨界與極值問題(1)臨界狀態(tài)平衡中的臨界狀態(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”“恰能”“恰好”等語言敘述。(2)解決臨界與極值問題的常用方法①解析法;②圖解法;③假設(shè)推理法。典例剖析例2(命題角度2)(2022廣東河源模擬)如圖所示,質(zhì)量為m的小球用細(xì)線系住放在光滑斜面上,斜面足夠長,傾角為α的斜面體置于光滑水平面上,用水平力F推斜面體使斜面體緩慢地向左移動,小球沿斜面緩慢升高。已知重力加速度為g,則當(dāng)細(xì)線拉力最小時(shí),推力F等于(

)D解題指導(dǎo)審題:讀取題干獲取信息使斜面體緩慢地向左移動,小球沿斜面緩慢升高小球和斜面體都處于動態(tài)平衡狀態(tài)當(dāng)細(xì)線拉力最小時(shí)判斷何時(shí)拉力最小,最小值是多少求推力F要分析推力F的大小,可把小球和斜面體作為整體進(jìn)行研究破題:先以小球?yàn)檠芯繉ο筮M(jìn)行受力分析,受重力(大小、方向均不變)、支持力(方向不變)和拉力,可應(yīng)用圖解法求解,通過圖解法判斷存在極值的狀態(tài);再以小球和斜面體整體為研究對象受力分析,可確定推力F的大小等于細(xì)線拉力的水平分力。解析

小球受力分析如圖所示,在小球沿斜面緩慢上升過程中,小球所受合力為零,當(dāng)拉力FT與支持力FN垂直時(shí),拉力最小,最小值為FTmin=mgsin

α。對小球和斜面體整體受力分析,根據(jù)平衡條件可知F=FTmincos

α=mgsin

αcos

α=

mgsin

2α,D正確。對點(diǎn)訓(xùn)練4.(命題角度1)(2021湖南卷)質(zhì)量為m'的凹槽靜止在水平地面上,內(nèi)壁為半圓柱面,截面如圖所示,A為半圓的最低點(diǎn),B為半圓水平直徑的端點(diǎn)。凹槽恰好與豎直墻面接觸,內(nèi)有一質(zhì)量為m的小滑塊。用推力F推動小滑塊由A點(diǎn)向B點(diǎn)緩慢移動,力F的方向始終沿圓弧的切線方向,在此過程中所有摩擦均可忽略,下列說法正確的是(

)A.推力F先增大后減小B.凹槽對滑塊的支持力先減小后增大C.墻面對凹槽的壓力先增大后減小D.水平地面對凹槽的支持力先減小后增大C解析

如圖所示,在任意位置,對小滑塊受力分析,設(shè)FN與豎直方向的夾角為θ,根據(jù)平衡條件有FN=mgcos

θ,推力F=mgsin

θ。由A向B移動過程中,θ角增大,所以推力F增大,FN減小,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。選小滑塊和凹槽整體為研究對象,推力在水平方向的分力F水平=Fcos

θ=mgsin

θcos

θ=

,先增大后減小,所以墻面對凹槽的壓力先增大后減小,選項(xiàng)C正確。推力在豎直方向的分力F豎=Fsin

θ=mgsin2θ增大,故水平地面對凹槽的支持力F支=(m+m')g-F豎減小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。5.(命題角度3)(2022湘豫名校3月聯(lián)考)如圖所示為一個(gè)水平傳感器的簡易模型,其截面為內(nèi)壁光滑豎直放置的正三角形,內(nèi)部有一個(gè)略小于三角形內(nèi)切圓的小球,三角形各邊上有壓力傳感器,通過測出小球?qū)θ厜毫Φ拇笮?信息處理單元可顯示水平傳感器擺放處的傾角。圖中BC邊恰好處于水平狀態(tài),現(xiàn)將其以C為軸在豎直平面內(nèi)順時(shí)針緩慢轉(zhuǎn)動,直到AB邊第一次在C上方處于水平狀態(tài),則在轉(zhuǎn)動過程中(

)A.球?qū)C邊的壓力一直增大B.球?qū)C邊的壓力一直減小C.球?qū)C邊的壓力先增大后減小D.球?qū)C邊的壓力先減小后增大A6.(命題角度1)(2022安徽蚌埠質(zhì)檢)如圖所示,物體甲放置在水平地面上,通過跨過理想定滑輪的輕繩與小球乙相連,整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)對小球乙施加一個(gè)水平力F,使小球乙緩慢上升一小段距離,整個(gè)過程中物體甲保持靜止,甲受到地面的摩擦力為Ff,則該過程中(

)A.Ff變小,F變大B.Ff變小,F變小C.Ff變大,F變小D.Ff變大,F變大D解析

以小球乙為研究對象,受力分析如圖甲所示,設(shè)繩與豎直方向的夾角為α,小球乙的質(zhì)量為m乙,根據(jù)平衡條件可得,水平拉力F=m乙gtan

α,小球乙緩慢上升一小段距離的過程中,α變大,可知水平拉力F變大,繩子的拉力FT=

,故繩子的拉力FT也變大;以物體甲為研究對象,受力分析如圖乙所示,根據(jù)平衡條件可得,物體甲受到的地面的摩擦力Ff=FTcos

θ,因?yàn)棣炔蛔?故摩擦力Ff變大,故D正確。考點(diǎn)三電磁學(xué)中的平衡問題核心歸納命題角度1

電荷在靜電力作用下的平衡(1)靜電力的方向正電荷所受靜電力方向與電場強(qiáng)度方向一致,負(fù)電荷所受靜電力方向與電場強(qiáng)度方向相反。(2)靜電力的大小①若為勻強(qiáng)電場,靜電力F=qE;命題角度2

電流在安培力作用下的平衡(1)安培力的方向用左手定則判斷,安培力垂直于B、I決定的平面。(2)安培力的大?、貰∥I時(shí),F=0;②B⊥I時(shí),F=BIl;③B與I的夾角為θ時(shí),F=BIlsinθ(l是導(dǎo)線的有效長度)。導(dǎo)線兩端點(diǎn)連線在垂直磁場方向的投影長度命題角度3

電荷在洛倫茲力作用下的平衡(1)洛倫茲力的方向用左手定則判斷,洛倫茲力垂直于B、v決定的平面,洛倫茲力不做功。(2)洛倫茲力的大小洛倫茲力F=qvB,此式只適用于B⊥v的情況,當(dāng)B∥v時(shí)F=0。深化拓展處理電、磁場中平衡問題的方法

電學(xué)問題、力學(xué)方法與純力學(xué)問題的分析方法大致相同,具體如下:典例剖析例3(命題角度2)如圖所示,光滑絕緣的斜面與水平面的夾角為θ,導(dǎo)體棒ab靜止在斜面上,ab與斜面底邊平行,通有圖示的恒定電流I,空間充滿豎直向上的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。現(xiàn)緩慢增大θ(0<θ<90°),若電流I不變,且ab始終靜止在斜面上(不考慮磁場變化產(chǎn)生的影響),下列說法正確的是(

)A.B應(yīng)緩慢減小

B.B應(yīng)緩慢增大C.B應(yīng)先增大后減小

D.B應(yīng)先減小后增大B解析

作出側(cè)視圖,如圖所示,金屬棒受重力、支持力及向右的安培力的作用。緩慢增大角度θ,要使棒仍然平衡,則支持力與安培力的合力一直等于重力,由圖可知,安培力緩慢增大,故磁感應(yīng)強(qiáng)度B應(yīng)緩慢增大,選項(xiàng)B正確。對點(diǎn)訓(xùn)練7.(命題角度1)(2022浙江杭州檢測)如圖所示,三個(gè)質(zhì)量均為m的帶電小球A、B、C分別被三根不可伸長的絕緣細(xì)繩1、2、3系于O點(diǎn),三球平衡時(shí)繩2處于豎直方向,且懸點(diǎn)O、球A、球B和球C所在位置正好組成一個(gè)邊長為a的正方形。已知球A、球B和球C均帶正電,電荷量分別為q1、q2和q3,若mg=,靜電力常量為k,重力加速度為g,則下列說法正確的是(

)A.q1和q3可以不相等B.繩1和繩2的拉力大小之比為1∶C.繩2的拉力大小為2mgD.q1∶q2=2∶1B解析

因?yàn)槔K2豎直,可知A、C對B的庫侖力相等,因A、B間距離與C、B間距離相等,則A、C所帶電荷量必然相等,即q1=q3,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;因?yàn)?.(命題角度1、3)(2022廣東茂名綜合測試)如圖所示,勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度方向與水平方向夾角為30°且斜向右上方,勻強(qiáng)磁場的方向垂直于紙面(圖中未畫出)。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電小球(可視為質(zhì)點(diǎn))以與水平方向成30°角斜向左上方的速度v做勻速直線運(yùn)動,重力加速度為g。則(

)A.勻強(qiáng)磁場的方向可能垂直紙面向外B.小球可能帶正電D解析

帶電小球做勻速直線運(yùn)動,受力平衡,由平衡條件可得受力情況只能如圖中所示,所以小球帶負(fù)電,B項(xiàng)錯(cuò)誤;由左手定則可判斷勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向里,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由共點(diǎn)力的平衡條件得qEcos

30°=qvBsin

30°,微專題?熱考命題突破命題篇新教材、新高考、新情境生產(chǎn)生活中的平衡問題情境解讀近幾年高考物理試題中與生活、生產(chǎn)、高科技密切聯(lián)系的試題逐漸增多,如以生活、勞動為情境,考查受力分析和共點(diǎn)力平衡等。在解決此類問題時(shí)要將所學(xué)物理知識與實(shí)際情境聯(lián)系起來,抓住問題實(shí)質(zhì),將問題轉(zhuǎn)化為熟知的物理模型和物理過程求解?？枷蚍治鰧τ诠颤c(diǎn)力作用下物體的平衡的題目在高考中通常以選擇題的形式出現(xiàn),難度一般中等;從命題趨勢上看,力的合成與分解常與生活實(shí)際結(jié)合密切,突出對實(shí)際問題模型抽象能力的考查,有時(shí)也結(jié)合電場、磁場等綜合考查。案例探究例1(2021廣東卷)唐代《耒耜經(jīng)》記載了曲轅犁相對直轅犁的優(yōu)勢之一是起土省力。設(shè)牛用大小相等的拉力F通過耕索分別拉兩種犁,F與豎直方向的夾角分別為α和β,α<β,如圖所示。忽略耕索質(zhì)量,耕地過程中,下列說法正確的是(

)A.耕索對曲轅犁拉力的水平分力比對直轅犁的大B.耕索對曲轅犁拉力的豎直分力比對直轅犁的大C.曲轅犁勻速前進(jìn)時(shí),耕索對犁的拉力小于犁對耕索的拉力D.直轅犁加速前進(jìn)時(shí),耕索對犁的拉力大于犁對耕索的拉力B解析

耕索對曲轅犁拉力的水平分力為Fsin

α,耕索對直轅犁拉力的水平分力為Fsin

β,耕索對曲轅犁拉力的豎直分力為Fcos

α,耕索對直轅犁拉力的豎直分力為Fcos

β,因?yàn)棣?lt;β,所以Fsin

α<Fsin

β,Fcos

α>Fcos

β,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,選項(xiàng)B正確;根據(jù)牛頓第三定律,曲轅犁勻速前進(jìn)時(shí),耕索對犁的拉力等于犁對耕索的拉力,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;同理,直轅犁加速前進(jìn)時(shí),耕索對犁的拉力等于犁對耕索的拉力,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。角度拓展1(2022廣東珠海質(zhì)檢)無人機(jī)的使用方便和豐富了人們的工作和生活,可利用無人機(jī)送快遞、送餐、施肥和噴農(nóng)藥等,節(jié)約了人力物力,提高了生產(chǎn)生活效率,還能減少人員接觸,減少衛(wèi)生隱患。如圖所示,在無風(fēng)環(huán)境下無人機(jī)A用輕繩吊著質(zhì)量為m的快遞箱B水平向左做勻速直線運(yùn)動,輕繩與豎直方向夾角為α。下列說法正確的是(

)A.快遞箱B受到兩個(gè)力的作用B.快遞箱B受到的合力水平向左C.快遞箱B受到的輕繩的拉力大小為D.輕繩對B的拉力與輕繩對A的拉力是一對平衡力C解析

由于快遞箱B水平向左做勻速直線運(yùn)動,則其所受合力為0,B錯(cuò)誤;由于快遞箱B受到的合力為0,則快遞箱B不可能只受重力和輕繩的拉力兩個(gè)力的作用,快遞箱B至少受到三個(gè)力的作用,除了重力和輕繩的拉力,還有水平向右的空氣阻力,A錯(cuò)誤;對B受力分析,在豎直方向上由平衡條件可得C正確;輕繩對B的拉力與輕繩對A的拉力的作用對象不是同一個(gè)物體,兩個(gè)力不是一對平衡力,D錯(cuò)誤。角度拓展2(2021八省聯(lián)考廣東卷)某同學(xué)參加“筷子夾玻璃珠”游戲。如圖所示,夾起玻璃珠后,左側(cè)筷子與豎直方向的夾角θ為銳角,右側(cè)筷子豎直,且兩筷子始終在同一豎直平面內(nèi)。保持玻璃珠靜止,忽略筷子與玻璃珠間的摩擦。下列說法正確的是(

)A.兩側(cè)筷子對玻璃珠的合力比重力大B.兩側(cè)筷子對玻璃珠的合力比重力小C.左側(cè)筷子對玻璃珠的彈力一定比玻璃珠的重力大D.右側(cè)筷子對玻璃珠的彈力一定比玻璃珠的重力大C解析

對玻璃珠受力分析如圖所示,玻璃珠受重力G、左側(cè)筷子對玻璃珠的彈力F1、右側(cè)筷子對玻璃珠的彈力F2,在三個(gè)力的作用下處于平衡狀態(tài)。根據(jù)平衡條件可知,兩側(cè)筷子對玻璃珠的合力與重力等大反向,故A、B錯(cuò)誤;根據(jù)力的平衡,豎直方向有F1sin

θ=G,水平方向有F2=F1cos

θ,聯(lián)立得

,由于θ小于90°,則一定有F1>G,而F2不一定大于G,故C正確,D錯(cuò)誤。命題篇重要思維方法數(shù)學(xué)方法在物體平衡問題中的應(yīng)用方法構(gòu)建高考物理試題的解答離不開數(shù)學(xué)知識和方法的應(yīng)用,很多物理試題的求解過程是將物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題