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

第講1物體的平衡專題一力和運(yùn)動

平衡狀態(tài)下的物體是高中物理中重要的模型，解平衡問題的基礎(chǔ)是對物體進(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)容涉及平衡問題，如帶電粒子在電、磁場中的運(yùn)動，電磁感應(yīng)中的收尾速度等等，都可能用到物體平衡知識．

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．分析問題時依具體情況采用以下方法：

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

特例：若一個物體在三個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)問題的基礎(chǔ)和關(guān)鍵．研究物體的平衡，對物體進(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)動狀態(tài)來判斷物體的受力情況．對物體進(jìn)行受力分析的一般程序是：先判斷已知力、場力，然后是彈力、摩擦力．

類型一：力的正交分解法

方法：先把每個分力沿選定的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)量可忽略的等長細(xì)線，長度均為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.一條不可伸長長的輕質(zhì)細(xì)繩繩一端固定于于a點(diǎn)，另一端跨跨過光滑釘子子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：類型二：用圖圖解法分析力力的動態(tài)變化化問題根據(jù)平行四邊邊形定則，利利用鄰邊及其其夾角跟對角角線長短的關(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、簡便的特特點(diǎn)，應(yīng)用圖圖解法時應(yīng)注注意正確判斷斷某個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．解決這這類題關(guān)鍵在在于正確畫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：對力的處理(求合力)采用合成法，，應(yīng)用合力為為零求解時采采用圖解法(畫動態(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)逐漸上移時時，繩子OA、OB中拉力如何變變化？圖1-1-4【分析】這是三個共點(diǎn)點(diǎn)力平衡的問問題．由共點(diǎn)點(diǎn)力作用下物物體平衡時合合力為零可知知其中一個力力一定是另外外兩個力合力力的平衡力．．根據(jù)平行四四邊形定則可可得，這三個個力必將組成成一個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，TB最?。愋腿合嗨扑迫切畏ㄒ灰话阌糜谝阎L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，可以利用用其對應(yīng)邊成成比例求力的的大小．【例3】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)繩跨過過桿頂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，得得到一個力的的三角形(如圖中畫斜線線部分)，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應(yīng)邊成比比例來解．【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L的絲線懸掛在在O點(diǎn)．靜止時A、B相距為d.為使平衡時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)量都增加加到原來的2倍B．將小球B的質(zhì)量增加到到原來的8倍C．將小球A、B的電荷量都減減小到原來的的一半D．將小球A、B的電荷量都減減小到原來的的一半，同時時將小球B的質(zhì)量增加到到原來的2倍BD類型四：運(yùn)用用整體法和隔隔離法進(jìn)行受受力分析無相對運(yùn)動的的物體一般都都可看成一個個整體．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來獨(dú)獨(dú)立進(jìn)行受力力分析，然后后通過“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的兩個物體通通過輕彈簧連連接，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(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)看做做一個整體，，作受力分析析如圖所示，，兩個物體一一起沿水平方方向做勻速直直線運(yùn)動，【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兩物體通過細(xì)細(xì)繩連接，并并處于靜止?fàn)顮顟B(tài)(不計繩的質(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，此此過程中斜面面體與物體A仍然保持靜止止．在此過程程中()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為研究對象分分析其對A、B兩物體與斜面面體這個整體體而言，由于于斜面體與物物體A、B仍然保持靜止止，則地面對對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；在這個過過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法確定定．類型五：有彈彈簧作用的物物體的平衡彈簧問題是高高中物理中常常見的題型之之一，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刻要與與當(dāng)時的形變變相對應(yīng)．一一般應(yīng)從彈簧簧的形變分析析入手，先確確定彈簧原長長位置，現(xiàn)長長位置，找出出形變量x與物體空間位位置變化的幾幾何關(guān)系，分分析形變所對對應(yīng)的彈力大大小、方向，，以此來分析析計算物體運(yùn)運(yùn)動狀態(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)，下端拴一一個小球P，球處于靜止止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)對對小球施加一一個方向向右右的外力F，使小球緩慢慢偏移，在移移動中的每一一個時刻，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，移移動中彈簧與與豎直