【學(xué)海導(dǎo)航】高中物理第2輪復(fù)習(xí) 專(zhuān)題1 第1講 物體的平衡課件

第講1物體的平衡專(zhuān)題一力和運(yùn)動(dòng)

平衡狀態(tài)下的物體是高中物理中重要的模型，解平衡問(wèn)題的基礎(chǔ)是對(duì)物體進(jìn)行受力分析．物體的平衡在物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用：在靜力學(xué)中有單體平衡、多體平衡；在電磁學(xué)中也有很多內(nèi)容涉及平衡問(wèn)題，如帶電粒子在電、磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，電磁感應(yīng)中的收尾速度等等，都可能用到物體平衡知識(shí)．

平衡態(tài)物體的特點(diǎn)及研究方法

(1)平面共點(diǎn)力作用下的物體受到的合外力為零．分析問(wèn)題時(shí)依具體情況采用以下方法：

(2)①若物體受到幾個(gè)共點(diǎn)力的作用處于平衡狀態(tài)，則其中任意一個(gè)力是另外幾個(gè)力的合力的平衡力．②若物體受到幾個(gè)共點(diǎn)力的作用處于平衡狀態(tài)，則這幾個(gè)力必構(gòu)成閉合的矢量多邊形．③若物體受到幾個(gè)共點(diǎn)力的作用處于平衡狀態(tài)，則正交分解后的各個(gè)方向上合外力均為零．

特例：若一個(gè)物體在三個(gè)力作用下處于平衡狀態(tài)，則此三力非平行即共點(diǎn)．

(3)研究物體的平衡，是解力學(xué)問(wèn)題的基礎(chǔ)和關(guān)鍵．研究物體的平衡，對(duì)物體進(jìn)行受力分析，一般有兩種途徑：一是從力的概念出發(fā)，根據(jù)力產(chǎn)生的條件，判斷是否有力的作用及力的方向等；另一種是根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)判斷物體的受力情況．對(duì)物體進(jìn)行受力分析的一般程序是：先判斷已知力、場(chǎng)力，然后是彈力、摩擦力．

類(lèi)型一：力的正交分解法

方法：先把每個(gè)分力沿選定的x軸和y軸分解，再求x軸和y軸上各分力投影的合力Fx和Fy：∑Fx=F1x+F2x+F3x+…∑Fy=F1y+F2y+F3y+…若物體處于平衡狀態(tài)，則：∑Fx=0∑Fy=0【例1】如圖1-1-1所示，AB、BC、CD和DE均為質(zhì)量可忽略的等長(zhǎng)細(xì)線，長(zhǎng)度均為5m，A、E端懸掛在水平天花板上，AE=14m，B、D是質(zhì)量均為m0=7kg的相同小球．質(zhì)量為m的重物掛于C點(diǎn)，平衡時(shí)C點(diǎn)離天花板的垂直距離為7m.試求重物質(zhì)量m.圖1-1-1【解析】如甲圖所示，設(shè)BH=x，HC=y，BC與豎直線夾角為【變式題】(2011·海南)如圖，墻上有有兩個(gè)釘子a和b，它們的連線線與水平方向向的夾角為45°，兩者的高度度差為l.一條不可伸長(zhǎng)長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩繩一端固定于于a點(diǎn)，另一端跨跨過(guò)光滑釘子子b懸掛一質(zhì)量為為m1的重物．在繩繩子距a端l/2的c點(diǎn)有一固定繩繩圈．若繩圈圈上懸掛質(zhì)量量為m2的鉤碼，平衡衡后繩的ac段正好水平，，則重物和鉤鉤碼的質(zhì)量比比為為()C【解析】平衡后設(shè)繩的的bc段與水平方向向成角，，則：類(lèi)型二：用圖圖解法分析力力的動(dòng)態(tài)變化化問(wèn)題根據(jù)平行四邊邊形定則，利利用鄰邊及其其夾角跟對(duì)角角線長(zhǎng)短的關(guān)關(guān)系，分析力力的大小變化化情況．圖解解法具有直觀觀、簡(jiǎn)便的特特點(diǎn)，應(yīng)用圖圖解法時(shí)應(yīng)注注意正確判斷斷某個(gè)分力方方向的變化情情況及其空間間范圍，注意意物體“變中中有不變”的的特點(diǎn)，在變變中尋找不變變量．解決這這類(lèi)題關(guān)鍵在在于正確畫(huà)出出受力分析圖圖和熟練運(yùn)用用平行四邊形形、三角形邊邊角關(guān)系．【例2】如圖1-1-3所示，兩根等等長(zhǎng)的繩子AB和BC吊一重物靜止止，兩根繩子子與水平方向向夾角均為60°.現(xiàn)保持繩子AB與水平方向的的夾角不變，，將繩子BC逐漸緩慢地變變化到沿水平平方向，在這這一過(guò)程中，，繩子BC的拉力變化情情況是()A．增大B．先減小，后后增大C．減小D．先增大，后后減小圖1-1-3【解析】方法一：對(duì)力的處理(求合力)采用合成法，，應(yīng)用合力為為零求解時(shí)采采用圖解法(畫(huà)動(dòng)態(tài)平行四四邊形法)．作出力的平平行四邊形，，如圖所示．．由圖可看出出，F(xiàn)BC先減小后增大大．方法二：對(duì)力的處理(求合力)采用正交分解解法，應(yīng)用合合力為零求解解時(shí)采用解析析法．如圖所所示，將FAB、FBC分別沿水平方方向和豎直方方向分解，由由兩方向合力力為零分別列列出：【答案】B【變式題】一盞電燈用繩繩子OA和OB懸掛在天花板板和墻壁之間間，如圖1-1-4所示．現(xiàn)改變變繩子OB的長(zhǎng)度，使B點(diǎn)沿墻壁上移移，并保持O點(diǎn)與A點(diǎn)位置不變，，則B點(diǎn)逐漸上移時(shí)時(shí)，繩子OA、OB中拉力如何變變化？圖1-1-4【分析】這是三個(gè)共點(diǎn)點(diǎn)力平衡的問(wèn)問(wèn)題．由共點(diǎn)點(diǎn)力作用下物物體平衡時(shí)合合力為零可知知其中一個(gè)力力一定是另外外兩個(gè)力合力力的平衡力．．根據(jù)平行四四邊形定則可可得，這三個(gè)個(gè)力必將組成成一個(gè)首尾相相接的矢量三三角形，即滿滿足所謂力的的三角形法則則．【解析】對(duì)O點(diǎn)受力分析如如圖甲所示，，重力G、OA繩子的拉力TA、OB繩子的拉力TB組成如圖乙中中的封閉三角角形．在O、A兩點(diǎn)位置不變變，B點(diǎn)上移的過(guò)程程中，矢量G的大小、方向向均不變，矢矢量TA的方向不變、、大小變化，，而矢量TB的方向、大小小都改變，變變化情況如圖圖丙所示．由由圖丙可以看看出，隨B點(diǎn)上移，繩子子OA的拉力減小，，繩子OB的拉力先減小小后增大，當(dāng)當(dāng)TB與TA垂直即OB⊥OA時(shí)，TB最小．類(lèi)型三：相似似三角形法一一般用于已知知長(zhǎng)度而不知知角度的情況況在平行四邊形形定則中，各各邊長(zhǎng)表示力力的大小，如如果能找到力力的矢量三角角形和某幾何何三角形相似似，可以利用用其對(duì)應(yīng)邊成成比例求力的的大?。纠?】一輕桿BO，其O端用光滑鉸鏈鏈固定在豎直直輕桿AO上，B端掛一重物，，且系一細(xì)繩繩，細(xì)繩跨過(guò)過(guò)桿頂A處的光滑小滑滑輪，用力F拉住，如圖1-1-5所示．現(xiàn)將細(xì)細(xì)繩緩慢往左左拉，使桿BO與桿AO間的夾角逐漸減小，則則在此過(guò)程中中，拉力F及桿BO所受壓力FN的大小變化情情況是()A．FN先減小，后增增大B．FN始終不變C．F先減小，后增增大D．F始終不變圖1-1-5【解析】取BO桿的B端為研究對(duì)象象，受到繩子子拉力(大小為F)、BO桿的支持力FN和懸掛重物的的繩子的拉力力(大小為G)的作用，將FN與G合成，其合力力與F等值反向，如如圖所示，得得到一個(gè)力的的三角形(如圖中畫(huà)斜線線部分)，此力的三角角形與幾何三三角形OBA相似，可利用用相似三角形形對(duì)應(yīng)邊成比比例來(lái)解．【答案】B【變式題】如圖1-1-6，已知帶電小小球A、B的電荷分別為為QA、QB，OA=OB，都用長(zhǎng)L的絲線懸掛在在O點(diǎn)．靜止時(shí)A、B相距為d.為使平衡時(shí)AB間距離減為d/2，可采用以下下哪些方法()A．將小球A、B的質(zhì)量都增加加到原來(lái)的2倍B．將小球B的質(zhì)量增加到到原來(lái)的8倍C．將小球A、B的電荷量都減減小到原來(lái)的的一半D．將小球A、B的電荷量都減減小到原來(lái)的的一半，同時(shí)時(shí)將小球B的質(zhì)量增加到到原來(lái)的2倍BD類(lèi)型四：運(yùn)用用整體法和隔隔離法進(jìn)行受受力分析無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的的物體一般都都可看成一個(gè)個(gè)整體．整體體和局部受力力常常存在關(guān)關(guān)聯(lián)，可以將將“整體”在在所求受力處處隔離開(kāi)來(lái)獨(dú)獨(dú)立進(jìn)行受力力分析，然后后通過(guò)“整體體”受力便捷捷地求得某局局部所受的力力．【例4】(2010年·山東理綜)如圖1-1-7所示，質(zhì)量分分別為m1、m2的兩個(gè)物體通通過(guò)輕彈簧連連接，在力F的作用下一起起沿水平方向向做勻速直線線運(yùn)動(dòng)(m1在地面，m2在空中)，力F與水平方向成成角，，則m1所受支持力N和摩擦力f正確的是()圖1-1-7【答案】AC【解析】整體法：將m1、m2和輕彈簧組成成的系統(tǒng)看做做一個(gè)整體，，作受力分析析如圖所示，，兩個(gè)物體一一起沿水平方方向做勻速直直線運(yùn)動(dòng)，【變式題】(寧夏銀川一中中2011屆高三第五次次月考)如圖1-1-8所示，頂端裝裝有定滑輪的的斜面體放在在粗糙水平地地面上，A、B兩物體通過(guò)細(xì)細(xì)繩連接，并并處于靜止?fàn)顮顟B(tài)(不計(jì)繩的質(zhì)量量和繩與滑輪輪間的摩擦)．現(xiàn)用水平向向右的力F作用于物體B上，將物體B緩慢拉高一定定的距離，此此過(guò)程中斜面面體與物體A仍然保持靜止止．在此過(guò)程程中()A．水平力F一定變小B．斜面體所受受地面的支持持力一定變大大C．地面對(duì)斜面面體的摩擦力力一定變大D．物體A所受斜面體的的摩擦力一定定變大圖1-1-8答案：C【解析】取物體B為研究對(duì)象分分析其對(duì)A、B兩物體與斜面面體這個(gè)整體體而言，由于于斜面體與物物體A、B仍然保持靜止止，則地面對(duì)對(duì)斜面體的摩摩擦力一定變變大，但是因因?yàn)檎w豎直直方向并沒(méi)有有其他力，故故斜面體所受受地面的支持持力保持不變變；在這個(gè)過(guò)過(guò)程中盡管繩繩子張力變大大，但是由于于物體A所受斜面體的的摩擦力開(kāi)始始并不知道其其方向，故物物體A所受斜面體的的摩擦力的情情況無(wú)法確定定．類(lèi)型五：有彈彈簧作用的物物體的平衡彈簧問(wèn)題是高高中物理中常常見(jiàn)的題型之之一，在中學(xué)學(xué)階段，凡涉涉及的彈簧都都不考慮其質(zhì)質(zhì)量，稱(chēng)之為為“輕彈簧””．輕彈簧是是一種理想化化的物理模型型．彈簧的彈彈力是一種由由形變而決定定大小和方向向的力．要注注意彈簧彈力力的大小與方方向時(shí)刻要與與當(dāng)時(shí)的形變變相對(duì)應(yīng)．一一般應(yīng)從彈簧簧的形變分析析入手，先確確定彈簧原長(zhǎng)長(zhǎng)位置，現(xiàn)長(zhǎng)長(zhǎng)位置，找出出形變量x與物體空間位位置變化的幾幾何關(guān)系，分分析形變所對(duì)對(duì)應(yīng)的彈力大大小、方向，，以此來(lái)分析析計(jì)算物體運(yùn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化化的可能【例5】如圖1-1-9所示，一根輕輕彈簧上端固固定在O點(diǎn)，下端拴一一個(gè)小球P，球處于靜止止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)對(duì)對(duì)小球施加一一個(gè)方向向右右的外力F，使小球緩慢慢偏移，在移移動(dòng)中的每一一個(gè)時(shí)刻，都都可以認(rèn)為小小球處于平衡衡狀態(tài)．若外外力的方向始始終水平，移移動(dòng)中彈簧與與豎直