新高考物理二輪復(fù)習(xí)講義01講 力與物體的平衡（含解析）

2022-2023高考物理二輪復(fù)習(xí)（新高考）專題01力與運動高考考點分析---物體運動和力學(xué)作為高中物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識，在高考的試題中，一直是緊密聯(lián)系的。高考命題突出受力分析、力的合成與分解的考察，通過牛頓第二定律將分析出的力與物體運動狀態(tài)結(jié)合起來，把物體運動、力學(xué)、電場和磁場融為一個整體。題型一般為單項選擇題、不定項選擇題和計算題。知識框架學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能夠準(zhǔn)確判斷出物體運動情況和物體受力情況。2.將物體運動情況和物體受力情況一一對應(yīng)。3.能夠運用牛頓第二定律將力與運動聯(lián)系起來。4.熟練掌握力與運動的解題技巧。第01講力與物體的平衡力與物體平衡的思維導(dǎo)圖重難點突破1.熟悉各種性質(zhì)力的特點，會判斷各個力的方向，會計算力的大小。（1）彈力與接觸面或接觸點的切面垂直，指向受力物體。（2）重力豎直向下，大小與物體質(zhì)量有關(guān)，固定不變。（3）處于“恰好靜止”“恰好不滑動”時，物體間的摩擦力為最大靜摩擦力，一般認(rèn)為等于滑動摩擦力的大小。（4）接觸面或接觸點間是否有摩擦力，要根據(jù)物體間的相對運動或平衡條件決定。（5）電場力方向與電場線方向平行具體方向與電荷種類有關(guān)；洛倫茲力與帶電粒子運動方向垂直（左手定則）。2.物體受到多個共點力平衡時，SKIPIF1<0一般應(yīng)用正交分解，在兩個方向分別列等式。3.遇到“物體緩慢移動”“輕輕將物體移至”等詞語，物體處于動態(tài)平衡狀態(tài)，可認(rèn)為在移動過程中的每一時刻都受力平衡。靜態(tài)平衡1．研究對象選取(1)采用整體法的情形，系統(tǒng)內(nèi)各個物體的狀態(tài)（加速度）應(yīng)該相同。(2)分析物體的受力不方便時，先轉(zhuǎn)換研究對象，分析相互作用物體的受力，再根據(jù)牛頓第三定律分析該物體的受力。2．求解共點力平衡問題的常用方法常用方法包括力的合成法、分解法及正交分解法。例1.（單選）如圖所示，兩個質(zhì)量均為m的小球通過兩根輕彈簧SKIPIF1<0連接，在水平外力F作用下，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，彈簧實際長度相等。彈簧SKIPIF1<0的勁度系數(shù)分別為SKIPIF1<0，且原長相等。彈簧SKIPIF1<0與豎直方向的夾角分別為θ與45°。設(shè)SKIPIF1<0中的拉力分別為SKIPIF1<0，小球直徑相比彈簧長度可以忽略，重力加速度大小為g。則()A.SKIPIF1<0 B.SKIPIF1<0 C.SKIPIF1<0 D.SKIPIF1<0答案：A解析：對下面的小球進行受力分析，如圖甲所示：根據(jù)平衡條件得：SKIPIF1<0；對兩個小球及輕彈簧B整體受力分析，如圖乙所示：根據(jù)平衡條件得：SKIPIF1<0，又SKIPIF1<0，解得SKIPIF1<0，由題可知兩彈簧的形變量相等，則有：SKIPIF1<0，解得：SKIPIF1<0，故A正確，B、C、D錯誤。反思感悟：處理靜態(tài)平衡問題的基本思路跟蹤訓(xùn)練1（多選）質(zhì)量均為m的a、b兩木塊疊放在水平面上，如圖所示，a受到斜向上與水平面成θ角的力F1的作用，b受到斜向下與水平面成θ角等大的力F2的作用，兩力在同一豎直平面內(nèi)，此時兩木塊保持靜止，重力加速度大小為g，則()A.a一定受到四個力的作用 B.水平面對b的支持力可能大于2mgC.a、b之間一定存在靜摩擦力 D.b與水平面之間一定存在靜摩擦力答案：AC解析：a受重力、支持力、拉力以及b對a的靜摩擦力而處于平衡狀態(tài)，選項A、C正確；對整體分析，F(xiàn)1與F2大小相等，方向相反，兩力相互抵消，則水平面對b無摩擦力，選項D錯誤；水平面對b的支持力FN=2mg，選項B錯誤。動態(tài)平衡方法1解析法的應(yīng)用此法常用于可以較簡捷列出平衡條件方程的情況或者正交分解的情況(1)先受力分析，得出物體的受力情況。(2)建立直角坐標(biāo)系，正交分解，列平衡方程。(3)分析得到的變化的物理量代入方程，得到平衡條件下的受力動態(tài)變化情況。例2（單選）(2021·山東省齊魯名校高三聯(lián)考)如圖所示，一質(zhì)量為M的四分之一圓弧軌道置于水平面上。一質(zhì)量為m的光滑小球在水平力F的作用下，緩慢運動到圖中虛線所示的位置。已知在此過程中圓弧軌道一直處于靜止?fàn)顟B(tài)，下列說法正確的是()A．圓弧軌道與地面間的摩擦力不變B．小球所受的支持力逐漸變小C．軌道對地面的壓力可能變大D．地面對圓弧軌道的作用力變大答案：D解析：以小球為研究對象，小球受重力、支持力和拉力作用處于平衡狀態(tài)，設(shè)小球重心與圓弧軌道圓心的連線與豎直方向的夾角為θ，由平衡條件可知，小球所受支持力FN＝eq\f(mg,cosθ)，小球所受拉力F＝mgtanθ，小球緩慢向上運動，θ增大，支持力增大，拉力增大，B項錯誤；對整體受力分析，地面對軌道的支持力等于整體重力且保持不變，由牛頓第三定律可知，軌道對地面的壓力保持不變，C項錯誤；軌道與地面間的摩擦力與拉力平衡，隨拉力的增大而增大，A項錯誤；地面對軌道的支持力和摩擦力的合力增大，D項正確。跟蹤訓(xùn)練2（多選）如圖所示，把傾角為30°的粗糙斜面體C固定于水平地面上，質(zhì)量為SKIPIF1<0的物塊A通過跨過光滑輕定滑輪的輕繩與質(zhì)量為m的小球B連接，O點為輕繩與定滑輪的接觸點，初始時，小球B在水平向右的拉力F作用下，使輕繩SKIPIF1<0段與水平拉力F的夾角為SKIPIF1<0，SKIPIF1<0均保持靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)改變拉力F，并保持夾角θ大小不變，將小球B向右上方緩慢拉起至SKIPIF1<0水平，物塊A始終保持靜止?fàn)顟B(tài).g為重力加速度，下列關(guān)于該過程的說法正確的是()A.拉力F最大為SKIPIF1<0 B.拉力F一直變小C.物塊A所受摩擦力先變小后變大 D.輕繩拉力先變大后變小答案：AC解析：設(shè)SKIPIF1<0繩與水平方向的夾角為α，因SKIPIF1<0不變，且小球B受力平衡，有SKIPIF1<0SKIPIF1<0，聯(lián)立可得SKIPIF1<0，當(dāng)SKIPIF1<0時，拉力F最大，為SKIPIF1<0，A正確；由題意可知，α的取值范圍是SKIPIF1<0，且α從60°逐漸減小到0°，則拉力F一直變大，B錯誤；因為SKIPIF1<0繩的拉力T滿足SKIPIF1<0，則有SKIPIF1<0，開始時SKIPIF1<0，拉力T最大，且SKIPIF1<0，最后SKIPIF1<0，拉力T最小，且SKIPIF1<0，根據(jù)物塊A保持靜止?fàn)顟B(tài)及受力分析可知物塊A所受摩擦力先變小后變大，C正確；SKIPIF1<0，由α的變化規(guī)律可知，T逐漸減小，D錯誤.方法2圖解法的應(yīng)用-常用于物體受三個力作用，其中一個力大小、方向不變，另一個力的方向不變的情景，思路如下：(1)受力分析，得出物體的受力情況。(2)分析題目信息，判斷物體受力的變化（大小和方向）。(3)對應(yīng)幾何關(guān)系結(jié)合幾何知識分析力的變化情況。例3.如圖所示，有一質(zhì)量不計的桿AO，長為R，可繞A自由轉(zhuǎn)動。用繩在O點懸掛一個重為G的物體，另一根繩一端系在O點，另一端系在圓弧形墻壁上的C點。當(dāng)點C由圖示位置逐漸向上沿圓弧CB移動過程中(保持OA與墻面夾角θ不變)，OC繩所受拉力的大小變化情況是()A.逐漸減小 B.逐漸增大C.先減小后增大 D.先增大后減小答案C解析：對物體受力分析，物體受力平衡，則拉力等于重力G，故豎直繩的拉力不變；再對O點分析，O受繩的拉力、OA的支持力及OC的拉力而處于平衡，受力分析如圖所示；將F和OC繩上的拉力合成，其合力與G大小相等，方向相反，則在OC繩上移的過程中，平行四邊形的對角線保持不變，平行四邊形發(fā)生圖中所示變化，則由圖可知OC繩的拉力先減小后增大，在圖中D點時拉力最小，故C正確。跟蹤訓(xùn)練3(2021·廣東汕頭市第一次模擬)如圖所示，足夠長的光滑平板AP與BP用鉸鏈連接，平板AP與水平面成53°角固定不動，平板BP可繞水平軸在豎直面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，將一均勻圓柱體O放在兩板間。在使BP板由水平位置緩慢轉(zhuǎn)動到豎直位置的過程中，下列說法正確的是()A.當(dāng)BP沿水平方向時，BP板受到的壓力最大B.當(dāng)BP沿豎直方向時，AP板受到的壓力最大C.當(dāng)BP沿豎直方向時，BP板受到的壓力最小D.當(dāng)BP板與AP板垂直時，AP板受到的壓力最小答案B解析：當(dāng)BP沿水平方向時，BP板受到的壓力等于圓柱體的重力，AP板受到的壓力為零。當(dāng)擋板PB逆時針緩慢地轉(zhuǎn)向豎直位置的過程中，小球受重力、斜面AP的彈力F1和擋板BP的彈力F2，將F1與F2合成為F＝mg，如圖；小球一直處于平衡狀態(tài)，三個力中的任意兩個力的合力與第三個力等值、反向、共線，故F1和F2的合力F一定與重力等值、反向、共線。從圖中可以看出，F(xiàn)1越來越大，F(xiàn)2先變小，后變大，到豎直位置時，F(xiàn)2＞mg，故選項B正確，A、C、D錯誤。方法3三角形相似法的應(yīng)用此法是圖解法的特例，一般研究對象的約束，有一個力大小不變，方向改變，還有一個力的大小、方向均不變。且物體受到三個力的作用，其中的一個力大小、方向均不變，另外兩個力的方向都發(fā)生變化，根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系寫出對應(yīng)邊的比例關(guān)系。例4.如圖，用硬鐵絲彎成的光滑半圓環(huán)豎直放置，最高點B處固定一小滑輪，質(zhì)量為m的小球A穿在環(huán)上?，F(xiàn)用細繩一端拴在A上，另一端跨過滑輪用力F拉動，使A緩慢向上移動。在移動過程中關(guān)于鐵絲對A的支持力N的說法正確的是()A.N的方向始終背離圓心O B.N的方向始終指向圓心OC.N逐漸變小 D.N大小不變答案：AD解析：小球A緩慢向上移動的過程中受三個力作用而處于平衡狀態(tài)，根據(jù)平衡條件知SKIPIF1<0與N的合力與T等大反向共線，作出SKIPIF1<0與N的合力，如圖，由幾何關(guān)系有SKIPIF1<0，得SKIPIF1<0，SKIPIF1<0都不變，則N大小不變，方向始終背離圓心O。故A、D正確，B、C錯誤。跟蹤訓(xùn)練4(多選)如圖所示，質(zhì)量為m的小球套在豎直固定的光滑圓環(huán)上，在圓環(huán)的最高點有一個光滑小孔，一根輕繩的下端系著小球，上端穿過小孔用力F拉住，開始時繩與豎直方向夾角為θ，小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)緩慢拉動輕繩，使小球沿光滑圓環(huán)上升一小段距離，則下列關(guān)系正確的是()A．繩與豎直方向的夾角為θ時，F(xiàn)＝2mgcosθB．小球沿光滑圓環(huán)上升過程中，輕繩拉力逐漸增大C．小球沿光滑圓環(huán)上升過程中，小球所受支持力逐漸增大D．小球沿光滑圓環(huán)上升過程中，小球所受支持力大小不變答案AD解析:開始時小球處于靜止?fàn)顟B(tài)，對小球進行受力分析，小球受重力mg、拉力F、支持力N三個力，作出受力分析圖如圖，根據(jù)平衡條件可知，小球所受重力mg和圓環(huán)對它的支持力N的合力與輕繩的拉力F大小相等、方向相反，由幾何知識有eq\f(mg,R)＝eq\f(F,AB)＝eq\f(N,R)，則N＝mg，且當(dāng)繩與豎直方向的夾角為θ時，F(xiàn)＝2mgcosθ，A正確；小球沿圓環(huán)緩慢上升，處于動態(tài)平衡狀態(tài)，對小球進行受力分析，小球仍然只受重力mg、拉力F、支持力N三個力，由幾何知識仍然有eq\f(mg,R)＝eq\f(F,AB)＝eq\f(N,R)，該過程半徑R不變，AB減小，故F減小，N不變，D正確，B、C錯誤?；A(chǔ)訓(xùn)練1．（單選）如圖，半球B放置在粗糙水平地面上，光滑球A放在豎直墻面與B之間，A、B半徑相同、質(zhì)量分布均勻、重均為G，現(xiàn)將B的位置向右移動少許，A未著地，系統(tǒng)仍處于靜止?fàn)顟B(tài)。則下列判斷正確的是（）A．A對B作用力減小B．A對墻的作用力減小C．地面對B的支持力可能大于2GD．地面對B的摩擦力可能大于SKIPIF1<0G【答案】D【詳解】AB．對A受力分析，假設(shè)A、B球心連線與豎直方向的夾角為SKIPIF1<0，如圖所示根據(jù)受力平衡可得SKIPIF1<0SKIPIF1<0將B向右移動少許，則SKIPIF1<0變大，SKIPIF1<0變小，SKIPIF1<0變大，所以SKIPIF1<0變大，SKIPIF1<0變大，可知A對B作用力增大，A對墻的作用力增大，故AB錯誤；C．對整體受力分析，豎直方向根據(jù)受力平衡可得SKIPIF1<0可知地面對B的支持力等于SKIPIF1<0，故C錯誤。D．對整體受力分析，水平方向根據(jù)受力平衡可得SKIPIF1<0假設(shè)A剛好著地，此時SKIPIF1<0最大，地面對B的摩擦力最大，根據(jù)幾何關(guān)系可得SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0則有SKIPIF1<0故D正確。故選D。2．（多選）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，B為半圓水平直徑的端點。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點向B點緩慢移動，力F的方向始終左偏上45°，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．墻面對凹槽的壓力逐漸增大C．凹槽對滑塊的支持力先減小后增大 D．水平地面對凹槽的支持力不變【答案】BC【詳解】AC．對滑塊受力分析如圖，小滑塊緩慢移動過程始終受力平衡，三個力平移組成首尾相接的閉合三角形，由A點向B點小滑塊受到的支持力N的方向與水平方向夾角逐漸減小，如圖中虛線，則支持力N先減小后增大，推力F一直增大，故A錯誤，C正確；BD．對凹槽與滑塊整體分析如圖，由平衡條件有SKIPIF1<0SKIPIF1<0根據(jù)上述分析推理F一直增大，則墻面對凹槽的壓力F墻逐漸增大，水平地面對凹槽的支持力N地逐漸減小，故B正確，D錯誤。故選BC。3．（多選）如圖所示，繞過定滑輪的輕繩一端固定在豎直墻上，站在地面上的人用手拉著繩的另一端，定滑輪下吊著一個小球，處于靜止?fàn)顟B(tài)，保持B點高度不變，在人緩慢向左移動一小段距離的過程中（）A．繩上張力變大 B．人對地面的壓力變大C．地面對人的摩擦力變大 D．滑輪受到繩的作用力變大答案AC詳解A．滑輪兩邊繩上的力大小相等，人緩慢向左移動一小段距離的過程，滑輪兩邊繩間的夾角SKIPIF1<0變大，根據(jù)SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0可知，SKIPIF1<0變大，繩上的張力T變大，A正確；B．對人分析有SKIPIF1<0結(jié)合上述解得SKIPIF1<0則人對地面的壓力為SKIPIF1<0可知人對地面的壓力不變，B錯誤；C．對人分析可知地面對人的摩擦力為SKIPIF1<0可知SKIPIF1<0變大，地面對人的摩擦力變大，C正確；D．對滑輪與小球整體分析可知，滑輪受到繩的作用力為SKIPIF1<0即滑輪受到繩的作用力不變，D錯誤。故選AC。能力提升4.（單選）如圖所示，一光滑墻面固定一個光滑的定滑輪，通過輕繩連接兩個帶電小球SKIPIF1<0，所受重力分別為SKIPIF1<0.SKIPIF1<0兩球球心連線水平.兩小球靜止，連接A球的輕繩豎直，連接B球的輕繩與豎直方向的夾角為θ，則下列判斷正確的是()A.兩小球帶異種電荷 B.兩小球帶電荷量關(guān)系SKIPIF1<0C.兩小球的重力關(guān)系SKIPIF1<0 D.兩小球間的庫侖力SKIPIF1<0答案：C解析：SKIPIF1<0兩小球受力平衡，則B受到A對B水平向右的庫侖力，兩小球帶同種電荷，故A錯誤；根據(jù)題意無法判斷兩小球的電荷量的大小關(guān)系，故B錯誤；A球處于靜止?fàn)顟B(tài)，受力平衡，則輕繩的拉力SKIPIF1<0，B球受力平衡，根據(jù)平衡條件得SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0，故C正確；B球受力平衡，根據(jù)平衡條件得兩小球間的庫侖力SKIPIF1<0，故D錯誤.（單選）如圖所示，是給墻壁粉刷涂料用的“涂料滾”示意圖．使用時，用撐竿推著粘有涂料的“涂料滾”沿墻壁上下緩緩滾動，把涂料均勻地粉刷到墻上．撐竿的重力和墻壁的摩擦均不計，且撐竿足夠長，粉刷工人站在離墻壁一定距離處緩緩上推“涂料滾”，設(shè)該過程中撐竿對“涂料滾”的推力為F1，“涂料滾”對墻壁的壓力為F2，則()A．F1增大，F(xiàn)2減小B．F1增大，F(xiàn)2增大C．F1減小，F(xiàn)2減小D．F1減小，F(xiàn)2增大答案：C解析：“涂料滾”受三個力的作用，重力mg、墻壁對“涂料滾”水平向左的彈力F2′、撐竿對“涂料滾”的推力F1，重力的大小方向確定，墻壁對“涂料滾”的彈力方向確定，粉刷工人站在離墻壁某一距離處緩緩上推“涂料滾”，“涂料滾”受力始終平衡，這三個力構(gòu)成矢量三角形，使撐竿與墻壁間的夾角越來