2025版新教材高考物理總復(fù)習(xí)第二章相互作用第4講受力分析共點(diǎn)力的平衡教案

PAGEPAGE15第4講受力分析共點(diǎn)力的平衡一、受力分析1.受力分析的步驟(1)明確①探討對象——即確定分析受力的物體。

(2)隔離物體分析——將探討對象從四周物體中②隔離出來,進(jìn)而分析四周有哪些物體對它施加了力的作用。

(3)畫出受力示意圖——邊分析邊將力一一畫在受力示意圖上,精確標(biāo)出③力的方向。

(4)檢查畫出的每一個力能否找出它的④施力物體,檢查分析結(jié)果能否使探討對象處于題目所給的運(yùn)動狀態(tài),否則,必定出現(xiàn)了漏力、添力或錯力現(xiàn)象。

2.受力分析的一般依次場力(⑤重力、靜電力、磁場力);

接觸力(⑥彈力、摩擦力)。

二、共點(diǎn)力作用下物體的平衡1.平衡狀態(tài):物體處于⑦靜止或⑧勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。

2.共點(diǎn)力的平衡條件:F合=⑨0或者

F3.平衡條件的推論二力平衡假如物體在兩個共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài),這兩個力必定大小相等,方向相反,為一對平衡力三力平衡假如物體在三個共點(diǎn)力的作用下處于平衡狀態(tài),其中隨意兩個力的合力肯定與第三個力大小相等、方向相反

多力平衡假如物體受多個力作用處于平衡狀態(tài),其中任何一個力與其余力的合力大小相等,方向相反

1.推斷下列說法對錯。(1)對物體受力分析時,只能畫該物體受到的力,其他物體受到的力不能畫在該物體上。 (√)(2)物體沿光滑斜面下滑時,受到重力、支持力和下滑力的作用。 (?)(3)物體的速度為零即處于平衡狀態(tài)。 (?)(4)物體處于平衡狀態(tài)時,其加速度肯定為零。 (√)(5)物體受兩個力作用處于平衡狀態(tài),這兩個力必定等大反向。 (√)(6)物體處于平衡狀態(tài)時,其所受的作用力必定為共點(diǎn)力。 (?)(7)物體受三個力F1、F2、F3作用處于平衡狀態(tài),若將F2轉(zhuǎn)動90°,則三個力的合力大小為2F2。 (√)2.如圖所示,玻璃球沿碗的內(nèi)壁做勻速圓周運(yùn)動,若忽視摩擦,關(guān)于玻璃球的受力狀況,下列說法中正確的是 ()A.只受重力和支持力B.受重力、支持力和壓力C.受重力、支持力和向心力D.受重力、壓力和向心力答案A3.如圖所示,某人靜躺在椅子上,椅子的靠背與水平面之間夾角固定為θ。若此人所受重力為G,則椅子各部分對他的作用力的合力大小為 ()A.GB.GsinθC.GcosθD.Gtanθ答案A考點(diǎn)一受力分析一、可以從哪些角度分析受力?從力的概念推斷找尋對應(yīng)的施力物體從力的條件推斷找尋產(chǎn)生的緣由從力的效果推斷找尋是否發(fā)生形變或變更物體的運(yùn)動狀態(tài)(即是否產(chǎn)生了加速度)從力的相互性推斷從力的反作用角度去找尋二、受力分析時應(yīng)留意什么?(1)養(yǎng)成依據(jù)肯定依次進(jìn)行受力分析的習(xí)慣。(2)涉及彈簧彈力時,要留意拉伸或壓縮可能性分析。(3)分析摩擦力時要特殊留意摩擦力的方向。(4)對于不能確定的力可以采納假設(shè)法分析。例1如圖所示,一物體在粗糙水平地面上受斜向上的恒定拉力F作用下做勻速直線運(yùn)動,則下列說法正確的是 ()A.物體可能只受兩個力作用B.物體可能受三個力作用C.物體可能不受摩擦力作用D.物體肯定受四個力作用答案D本題考查依據(jù)物體的運(yùn)動狀態(tài)分析物體的受力,摩擦力產(chǎn)生的條件等學(xué)問點(diǎn)。物體做勻速直線運(yùn)動,受力平衡,將拉力F在水平方向和豎直方向上分解,則物體肯定要受到滑動摩擦力的作用。再依據(jù)摩擦力產(chǎn)生的條件知,肯定有彈力。因此物體肯定會受到四個力的作用。三、什么是整體—隔離法?項(xiàng)目整體法隔離法概念將加速度相同的幾個物體作為一個整體來分析的方法將探討對象與四周物體分隔開的方法選用原則探討系統(tǒng)外的物體對系統(tǒng)整體的作用力或系統(tǒng)整體的加速度探討系統(tǒng)內(nèi)物體之間的相互作用力例2(多選)如圖所示,在恒力F作用下,a、b兩物體一起沿粗糙豎直墻面勻速向上運(yùn)動,則關(guān)于它們受力狀況的說法正確的是 ()A.a肯定受到4個力B.b可能受到4個力C.a與墻壁之間肯定有彈力和摩擦力D.a與b之間肯定有摩擦力答案AD將a、b看成整體,其受力示意圖如圖甲所示,說明a與墻壁之間沒有彈力和摩擦力作用;先對物體b進(jìn)行受力分析,如圖乙所示,b受到3個力作用,再對物體a進(jìn)行受力分析,可知a受到4個力作用。

考點(diǎn)二共點(diǎn)力作用下的平衡問題一、求解平衡問題的基本思路是什么?(1)明確平衡狀態(tài)(加速度為零);(2)巧選探討對象(整體法和隔離法);(3)受力分析(規(guī)范畫出受力示意圖);(4)建立平衡方程(敏捷運(yùn)用力的合成法、矢量三角形法、正交分解法及數(shù)學(xué)解析法);(5)求解或探討(解的結(jié)果及物理意義)。例3如圖所示,兩根等長的輕繩將日光燈懸掛在天花板上,兩繩與豎直方向的夾角都為45°,日光燈保持水平,所受重力為G,左右兩繩的拉力大小分別為 ()A.G和GB.22G和2C.12G和32GD.12G答案B依據(jù)對稱性知兩繩拉力大小相等,設(shè)為F,日光燈處于平衡狀態(tài),由2Fcos45°=G得F=22G,B項(xiàng)正確。二、解答共點(diǎn)力平衡問題有哪些常用方法?合成法物體受三個共點(diǎn)力的作用而平衡,則隨意兩個力的合力肯定與第三個力大小相等,方向相反效果分解法物體受三個共點(diǎn)力的作用而平衡,將某一個力按力的效果分解,則其分力和其他兩個力滿意平衡條件正交分解法物體受到三個或三個以上力的作用時,將物體所受的力分解為相互垂直的兩組,每組力都滿意平衡條件力的三角形法對受三力作用而平衡的物體,將力的矢量圖平移使三力組成一個首尾依次相接的矢量三角形,依據(jù)正弦定理、余弦定理或相像三角形等數(shù)學(xué)學(xué)問求解未知力例4(多選)如圖所示,重物的質(zhì)量為m,輕細(xì)繩AO和BO的A端、B端是固定的。平衡時AO是水平的,BO與水平方向的夾角為θ。AO的拉力F1和BO的拉力F2的大小是(重力加速度為g) ()A.F1=mgcosθB.F1=mgC.F2=mgsinθD.F2=mg答案BD解法一:(合成法)由平行四邊形定則,作出F1、F2的合力F12,如圖甲所示,又考慮到F12=mg,解直角三角形得F1=mgtanθ,F2=mgsinθ,故選項(xiàng)解法二:(分解法)用效果分解法求解。F2共產(chǎn)生兩個作用效果,一個是水平方向沿A→O拉繩子AO,另一個是拉著豎直方向的繩子。如圖乙所示,將F2分解在這兩個方向上,結(jié)合力的平衡學(xué)問得:F1=F2'=mgtanθ,F2=F2明顯,也可以按F3(或F1)產(chǎn)生的效果分解F3(或F1)來求解此題。解法三:(正交分解法)將O點(diǎn)受的力沿水平方向、豎直方向正交分解,如圖丙所示。由力的平衡條件得F2cosθ-F1=0,F2sinθ-mg=0,解得F2=mgsinθ,F1=例5如圖所示,兩球A、B用勁度系數(shù)為k1的輕彈簧相連,球B用長為l的輕質(zhì)細(xì)繩懸于O點(diǎn),球A固定在O點(diǎn)正下方,且O、A之間的距離恰為l,系統(tǒng)平衡時繩子所受的拉力為F1,現(xiàn)把A、B間的彈簧換成勁度系數(shù)為k2的輕彈簧,仍使系統(tǒng)平衡,此時繩子所受的拉力為F2,則F1與F2的大小關(guān)系為 ()A.F1>F2B.F1=F2C.F1<F2D.無法確定答案B如圖所示,分析B球的受力狀況,B球受到重力、彈簧的彈力和繩的拉力,由相像三角形比例關(guān)系和OA=OB知,繩的拉力等于B球的重力,所以F1=F2=G。三、如何應(yīng)用“整體—隔離法”解答共點(diǎn)力平衡問題?受力分析時若不涉及物體間內(nèi)部相互作用,一般用整體法,即以整體為探討對象;反之,若探討物體間內(nèi)部的相互作用,則要用隔離法,選取探討對象的原則是以受力較少物體為隔離體。例6如圖所示,在粗糙水平地面上靜止著傾角為θ、質(zhì)量為M的斜面體,質(zhì)量為m的木塊沿斜面勻速下滑。木塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g,則下列結(jié)論不正確的是 ()A.斜面體對木塊的摩擦力等于μmgcosθB.斜面體對木塊的支持力等于mgcosθC.地面對斜面體的摩擦力等于零D.地面對斜面體的支持力小于(M+m)g答案D木塊勻速下滑,木塊與斜面體整體受力平衡。對木塊與斜面體整體受力分析,其受重力、支持力且FN=(M+m)g,C正確,D錯誤;隔離木塊,其所受支持力和摩擦力分別為mgcosθ和μmgcosθ,A、B正確。例7如圖所示,甲、乙兩個小球的質(zhì)量均為m,兩球間用細(xì)線連接,甲球用細(xì)線懸掛在天花板上?，F(xiàn)分別用大小相等的力F水平向左、向右拉兩球,平衡時細(xì)線都被拉緊。則平衡時兩球的可能位置是下列選項(xiàng)中的 ()答案A用整體法分析,把兩個小球看成一個整體,此整體受到的外力為豎直向下的重力2mg、水平向左的力F(甲受到的)、水平向右的力F(乙受到的)和細(xì)線1的拉力,兩水平力相互平衡,故細(xì)線1的拉力肯定與重力2mg等大反向,即細(xì)線1肯定豎直;再用隔離法,分析乙球受力的狀況,乙球受到豎直向下的重力mg、水平向右的拉力F、細(xì)線2的拉力,要使得乙球受力平衡,細(xì)線2必需向右傾斜。故選A。A組基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1.如圖,質(zhì)量mA>mB的兩物體A、B疊放在一起,靠著豎直墻面。讓它們由靜止釋放,在沿粗糙墻面下落過程中,不計(jì)空氣阻力,重力加速度為g,物體B的受力示意圖是 ()答案AA、B在豎直下落過程中墻面對A、B沒有彈力,所以也沒有摩擦力,A、B均做自由落體運(yùn)動,處于完全失重狀態(tài),均只受重力,故A正確。2.(多選)下列有關(guān)受力分析的說法正確的是 ()A.圖甲中鉤碼和鉛筆靜止,輕質(zhì)鉛筆中的彈力沿鉛筆方向B.圖乙中人隨自動扶梯一起斜向上以加速度a運(yùn)動中,人受的摩擦力水平向右C.圖丙中與水平轉(zhuǎn)盤一起勻速轉(zhuǎn)動的物塊受到的摩擦力肯定垂直物塊的速度D.圖丁中運(yùn)動的火車車輪在不側(cè)向擠壓鐵軌的轉(zhuǎn)彎路段所受重力與支持力的合力沿路面對下答案ABC圖丁中運(yùn)動火車車輪在不擠壓鐵軌的轉(zhuǎn)彎路段所受重力與支持力的合力沿水平方向,選項(xiàng)D不正確。選項(xiàng)A、B、C中均正確。3.(2024四中期中)如圖所示,一條不行伸長的輕繩一端固定于懸點(diǎn)O,另一端連接著一個質(zhì)量為m的小球,在水平力F的作用下,小球處于靜止?fàn)顟B(tài),輕繩與豎直方向的夾角為θ,已知重力加速度為g,則下列說法正確的是 ()A.繩的拉力大小為mgtanθB.繩的拉力大小為mgcosθC.水平力F大小為mgtanθD.水平力F大小為mgcosθ答案C小球靜止,所受F合為0,受力如圖,可得繩拉力T=mgcosθ,水平力F=mgtanθ4.磁性車載支架(圖1)運(yùn)用便利,它的原理是將一個引磁片貼在手機(jī)背面,再將引磁片對準(zhǔn)支架的磁盤放置,手機(jī)就會被牢牢地吸附住(圖2)。下列關(guān)于手機(jī)(含引磁片,下同)的說法中正確的是 ()A.汽車靜止時,手機(jī)共受三個力的作用B.汽車靜止時,支架對手機(jī)的作用力大小等于手機(jī)的重力大小C.當(dāng)汽車以某一加速度向前加速時,手機(jī)可能不受支架對它的摩擦力作用D.只要汽車的加速度大小合適,無論是向前加速還是減速,手機(jī)都可能不受支架對它的摩擦力作用答案B手機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時,受力平衡,手機(jī)受到重力、支架的支持力、摩擦力以及磁盤的吸引力,共4個力,A錯誤;手機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時,支架對手機(jī)的支持力、摩擦力、磁盤吸引力的合力與手機(jī)重力等大反向,B正確;因磁盤對手機(jī)的吸引力和手機(jī)所受支持力均與引磁片垂直,只要汽車有向前的加速度,手機(jī)肯定受沿斜面對上的摩擦力,故C、D均錯誤。5.如圖所示,用完全相同的輕彈簧A、B、C將兩個相同的小球連接并懸掛,小球處于靜止?fàn)顟B(tài),彈簧A與豎直方向的夾角為30°,彈簧C水平,則彈簧A、C的伸長量之比為 ()A.3∶4B.4∶3C.1∶2D.2∶1答案D將兩小球及彈簧B視為整體進(jìn)行受力分析有FC=FAsin30°FC=kxCFA=kxAFA∶FC=1∶sin30°=2∶1xA∶xC=2∶1故D正確,A、B、C錯誤。6.如圖所示,質(zhì)量為M的楔形物塊靜置在水平地面上,其斜面的傾角為θ。斜面上有一質(zhì)量為m的小物塊,小物塊與斜面之間存在摩擦。用恒力F沿斜面對上拉小物塊,使之勻速上滑。在小物塊運(yùn)動的過程中,楔形物塊始終保持靜止。地面對楔形物塊的支持力為(重力加速度為g) ()A.(M+m)gB.(M+m)g-FC.(M+m)g-FsinθD.(M+m)g+Fsinθ答案C小物塊在斜面上勻速上滑時楔形物塊保持靜止,兩物塊都處于平衡狀態(tài),把小物塊與楔形物塊看成一個整體,受力如圖所示,故有FN=(M+m)g-Fsinθ。7.如圖所示,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。對物體施加一個水平向右的恒力F,物體可沿斜面勻速向上滑行。重力加速度為g,求:(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù);(2)水平向右的恒力F的大小。答案(1)33(2)3mg解析(1)斜面傾角為30°時,物體恰能勻速下滑,滿意mgsin30°=μmgcos30°解得μ=3(2)設(shè)斜面傾角為α(α=30°),物體受力狀況如圖,由勻速直線運(yùn)動的條件有Fcosα=mgsinα+FfFN=mgcosα+FsinαFf=μFN解得F=3mg8.如圖所示,風(fēng)箏借助風(fēng)和牽線對其的作用,才得以在空中處于平衡狀態(tài)。圖中所示風(fēng)箏質(zhì)量為400g,某時刻風(fēng)箏平面與水平面的夾角為30°,主線對風(fēng)箏的拉力與風(fēng)箏平面成53°角。已知風(fēng)對風(fēng)箏的作用力與風(fēng)箏平面相垂直,g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6。(1)求此時風(fēng)對風(fēng)箏的作用力的大小和主線對風(fēng)箏的拉力大小;(2)若拉著風(fēng)箏勻速運(yùn)動時,主線與水平面成53°角保持不變,這時拉主線的力為10N,則風(fēng)對風(fēng)箏的作用力為多大?風(fēng)箏平面與水平面的夾角正切值為多大?答案(1)83+23N103N(2)65解析(1)風(fēng)箏平衡時共受到三個力的作用,即重力mg、風(fēng)對它的作用力F和主線對它的拉力T(如圖所示),以風(fēng)箏平面方向?yàn)閤軸,F方向?yàn)閥軸,建立坐標(biāo)系,將重力和拉力T正交分解,在x軸方向:mgsin30°-Tcos53°=0在y軸方向:F=Tsin53°+mgcos30°聯(lián)立兩式,解得T=103N,F=83+2(2)同理以水平方向?yàn)閤軸,豎直方向?yàn)閥軸建立坐標(biāo)系。設(shè)風(fēng)對風(fēng)箏的作用力水平分力為Fx,豎直分力為Fy,由平衡條件,知Fx=T'cos53°=10×0.6N=6NFy=T'sin53°+mg=10×0.8N+4N=12NF'=Fx2+F風(fēng)箏平面與水平面的夾角θ的正切值tanθ=FxF

B組綜合提升9.如圖所示,兩個等大、反向的水平力F分別作用在物體A和B上,A、B兩物體均處于靜止?fàn)顟B(tài)。若各接觸面與水平地面平行,則A、B兩物體受力個數(shù)分別為 ()A.3個、4個B.4個、4個C.4個、5個D.4個、6個答案C對物體A受力分析,豎直方向上受兩個力:重力和支持力;水平方向上受兩個力:水平力F和B對A的摩擦力,即物體A共受4個力作用。對物體B受力分析,豎直方向上受3個力作用:重力、地面的支持力、A對B的壓力;水平方向上受兩個力作用:水平力F和A對B向右的摩擦力,即物體B共受5個力的作用。故C正確。10.(多選)如圖所示,質(zhì)量分別為m1、m2的A、B兩個物體通過輕彈簧連接,在力F的作用下一起沿水平方向做勻速直線運(yùn)動,力F與水平方向成θ角。重力加速度為g,則A所受支持力N和摩擦力f正確的是 ()A.N=m1g+m2g-FsinθB.N=m1g+m2g-FcosθC.f=FcosθD.f=Fsinθ答案AC對A、B和輕彈簧組成的系統(tǒng)受力分析如圖,由平衡條件知水平方向f=Fcosθ豎直