高考物理二輪復(fù)習(xí)講義（講與練）專(zhuān)題01 力與物體的平衡 【講】（原卷版）

專(zhuān)題01力與物體的平衡【要點(diǎn)提煉】1.物體的受力分析(1)正確的受力分析是解決力的平衡、動(dòng)力學(xué)、能量等問(wèn)題的前提。在受力分析時(shí)，為防止漏力或多力，要按正確的順序分析研究對(duì)象受到的力。(2)分析物體受力的順序說(shuō)明：分析彈力和摩擦力時(shí)，要對(duì)研究對(duì)象與周?chē)矬w接觸的每處都考慮。(3)對(duì)研究對(duì)象所受力的大小、方向，哪些已知、哪些未知要明確。(4)帶電量一定的粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中受到的電場(chǎng)力一定為恒力，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中受到的洛倫茲力大小會(huì)隨著速度大小的改變而改變，方向會(huì)隨著速度方向的改變而改變。2．物體受力平衡的分析(1)物體受力平衡時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即加速度為零。(2)物體受力平衡時(shí)的受力特點(diǎn)：物體所受力的合力為零。①三個(gè)共點(diǎn)力平衡：其中任意一個(gè)力與其余兩個(gè)力的合力一定大小相等，方向相反；若有兩個(gè)力等大，則這兩個(gè)力一定關(guān)于第三個(gè)力所在直線對(duì)稱(chēng)；表示三個(gè)力的有向線段可以組成一個(gè)首尾相接的矢量三角形。②多個(gè)共點(diǎn)力平衡：任意方向上合力為零；建立直角坐標(biāo)系后，兩個(gè)坐標(biāo)軸上的合力均為零，即Fx合＝0，F(xiàn)y合＝0；物體受N個(gè)力作用而處于平衡狀態(tài)，則其中任意一個(gè)力與其余N－1個(gè)力的合力一定等大反向。③動(dòng)態(tài)平衡：物體在緩慢移動(dòng)過(guò)程中，可以認(rèn)為物體時(shí)刻處于平衡狀態(tài)，其所受合力時(shí)刻為零。動(dòng)態(tài)平衡的常用處理方法有：圖解法、解析法、相似三角形法等。④帶電粒子或帶電物體在復(fù)合場(chǎng)中處于平衡狀態(tài)時(shí)，所受合力為零；帶電粒子(或微粒)在重力、恒定電場(chǎng)力和洛倫茲力共同作用下的直線運(yùn)動(dòng)必然是勻速直線運(yùn)動(dòng)?！靖呖伎枷?物體的受力分析】例1：（2022·浙江·模擬預(yù)測(cè)）嘉興黃老師在新冠疫情期間上網(wǎng)課時(shí)使用手機(jī)支架（有手機(jī)）。支架從圖（a）調(diào)整為圖（b）狀態(tài)后，下列說(shuō)法正確的是（）。A．圖a中，手機(jī)僅受2個(gè)作用力B．圖b中，支架對(duì)手機(jī)作用力大于手機(jī)重力C．調(diào)整前后，支架對(duì)手機(jī)作用力大小發(fā)生變化D．調(diào)整前后，支架對(duì)手機(jī)的作用力，無(wú)論大小、方向均未發(fā)生變化【答案】D【詳解】A．圖a中手機(jī)受到支架對(duì)手機(jī)的彈力、手機(jī)本身的重力，由二力平衡等大反向共線可知還受到支架對(duì)手機(jī)的摩擦力，故A錯(cuò)誤；BCD．圖b中，手機(jī)靜止，因此支架對(duì)手機(jī)的作用力和手機(jī)重力為一對(duì)平衡力，大小相等，方向相反，調(diào)整前后也是一樣，不會(huì)發(fā)生變化，故BC錯(cuò)誤，D正確。故選D。(1)按順序分析物體受力個(gè)數(shù)時(shí)，與物體是否處于平衡狀態(tài)無(wú)關(guān)。(2)對(duì)彈力、摩擦力的有無(wú)或方向的判斷可以用假設(shè)法，即假設(shè)存在沿某個(gè)方向的這個(gè)力，然后結(jié)合平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律分析。1.（2022·上海市復(fù)興高級(jí)中學(xué)二模）圖示為中國(guó)運(yùn)動(dòng)員在2022年北京冬奧會(huì)上參加男子短道速滑1000米比賽中，過(guò)彎道時(shí)的情景，則（）A．運(yùn)動(dòng)員受到重力、彈力、摩擦力的作用B．運(yùn)動(dòng)員受到重力、彈力、向心力的作用C．向心力的大小與運(yùn)動(dòng)員的速度成正比D．向心力的大小與運(yùn)動(dòng)員的角速度成正比【高考考向2力學(xué)中的平衡問(wèn)題】命題角度1物體的靜態(tài)平衡例2：（2022·遼寧·高考真題）如圖所示，蜘蛛用蛛絲將其自身懸掛在水管上，并處于靜止?fàn)顟B(tài)。蛛絲SKIPIF1<0與豎直方向夾角分別為SKIPIF1<0。用SKIPIF1<0分別表示SKIPIF1<0的拉力，則（）A．SKIPIF1<0的豎直分力大于SKIPIF1<0的豎直分力 B．SKIPIF1<0的豎直分力等于SKIPIF1<0的豎直分力C．SKIPIF1<0的水平分力大于SKIPIF1<0的水平分力 D．SKIPIF1<0的水平分力等于SKIPIF1<0的水平分力解決靜態(tài)平衡問(wèn)題的四種常用方法合成法物體受三個(gè)共點(diǎn)力的作用而平衡，則任意兩個(gè)力的合力一定與第三個(gè)力大小相等，方向相反效果分解法物體受三個(gè)共點(diǎn)力的作用而平衡，將某一個(gè)力按力的效果分解，則其分力和其他兩個(gè)力滿(mǎn)足平衡條件正交分解法物體受到三個(gè)或三個(gè)以上力的作用而平衡，將物體所受的力分解為相互垂直的兩組，每組力都滿(mǎn)足平衡條件力的三角形法對(duì)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(gè)首尾依次相接的矢量三角形，根據(jù)正弦定理、余弦定理或相似三角形等數(shù)學(xué)知識(shí)可求解未知力2-1（2022·廣東·高考真題）圖是可用來(lái)制作豆腐的石磨。木柄SKIPIF1<0靜止時(shí)，連接SKIPIF1<0的輕繩處于繃緊狀態(tài)。O點(diǎn)是三根輕繩的結(jié)點(diǎn)，F(xiàn)、SKIPIF1<0和SKIPIF1<0分別表示三根繩的拉力大小，SKIPIF1<0且SKIPIF1<0。下列關(guān)系式正確的是（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<02-2（2022·浙江·高考真題）如圖所示，一輕質(zhì)曬衣架靜置于水平地面上，水平橫桿與四根相同的斜桿垂直，兩斜桿夾角SKIPIF1<0，一重為SKIPIF1<0的物體懸掛在橫桿中點(diǎn)，則每根斜桿受到地面的（）A．作用力為SKIPIF1<0 B．作用力為SKIPIF1<0C．摩擦力為SKIPIF1<0 D．摩擦力為SKIPIF1<0命題角度2物體的動(dòng)態(tài)平衡例3：（2022·河北·高考真題）如圖，用兩根等長(zhǎng)的細(xì)繩將一勻質(zhì)圓柱體懸掛在豎直木板的SKIPIF1<0點(diǎn)，將木板以底邊SKIPIF1<0為軸向后方緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)直至水平，繩與木板之間的夾角保持不變，忽略圓柱體與木板之間的摩擦，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中（）A．圓柱體對(duì)木板的壓力逐漸增大B．圓柱體對(duì)木板的壓力先增大后減小C．兩根細(xì)繩上的拉力均先增大后減小D．兩根細(xì)繩對(duì)圓柱體拉力的合力保持不變【答案】B【詳解】設(shè)兩繩子對(duì)圓柱體的拉力的合力為SKIPIF1<0，木板對(duì)圓柱體的支持力為SKIPIF1<0，繩子與木板夾角為SKIPIF1<0，從右向左看如圖所示在矢量三角形中，根據(jù)正弦定理SKIPIF1<0在木板以直線SKIPIF1<0為軸向后方緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)直至水平過(guò)程中，SKIPIF1<0不變，SKIPIF1<0從SKIPIF1<0逐漸減小到0，又SKIPIF1<0且SKIPIF1<0可知SKIPIF1<0則SKIPIF1<0可知SKIPIF1<0從銳角逐漸增大到鈍角，根據(jù)SKIPIF1<0由于SKIPIF1<0不斷減小，可知SKIPIF1<0不斷減小，SKIPIF1<0先增大后減小，可知SKIPIF1<0先增大后減小，結(jié)合牛頓第三定律可知，圓柱體對(duì)木板的壓力先增大后減小，設(shè)兩繩子之間的夾角為SKIPIF1<0，繩子拉力為SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0SKIPIF1<0不變，SKIPIF1<0逐漸減小，可知繩子拉力不斷減小，故B正確，ACD錯(cuò)誤。故選B。三力動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題歸納3-1（2022·浙江·高考真題）如圖所示，學(xué)校門(mén)口水平地面上有一質(zhì)量為m的石墩，石墩與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為SKIPIF1<0，工作人員用輕繩按圖示方式勻速移動(dòng)石墩時(shí)，兩平行輕繩與水平面間的夾角均為SKIPIF1<0，則下列說(shuō)法正確的是（）A．輕繩的合拉力大小為SKIPIF1<0B．輕繩的合拉力大小為SKIPIF1<0C．減小夾角SKIPIF1<0，輕繩的合拉力一定減小D．輕繩的合拉力最小時(shí)，地面對(duì)石墩的摩擦力也最小高考考向3電磁學(xué)中的平衡問(wèn)題命題角度1電場(chǎng)力作用下的平衡問(wèn)題例4：（2022·湖南·安化縣第二中學(xué)模擬預(yù)測(cè)）有重力分別為G1、G2的兩帶電小球A、B用兩根輕桿固定，如圖所示。設(shè)輕桿對(duì)兩球的彈力的大小分別為F1、F2，下列說(shuō)法正確的是（）A．兩球帶同種電荷時(shí)可能有F1+F2<G1+G2B．兩球帶異種電荷時(shí)可能有F1+F2<G1+G2C．無(wú)論兩小球帶什么電荷都可能有F1+F2=G1+G2D．無(wú)論兩小球帶什么電荷都不可能有F1+F2>G1+G2【答案】C【詳解】BD．當(dāng)兩小球帶異種電荷時(shí)，若兩電荷間庫(kù)侖引力大于G2，可知F1向上，F(xiàn)2向下，據(jù)平衡條件可得F1=G1+G2+F2故F1+F2>G1+G2若兩電荷間庫(kù)侖引力小于G2，則F1、F2均向上，據(jù)平衡條件可得F1+F2=G1+G2綜上所述，不可能有F1+F2<G1+G2BD錯(cuò)誤；AC．當(dāng)兩小球帶同種電荷時(shí)，若兩電荷間庫(kù)侖斥力大于G1，可知F1向下，F(xiàn)2向上，據(jù)平衡條件可得F2=G1+G2+F1故F1+F2>G1+G2若兩電荷間庫(kù)侖斥力小于G1，則F1、F2均向上，據(jù)平衡條件可得F1+F2=G1+G2綜上所述，不可能有F1+F2<G1+G2A錯(cuò)誤，C正確。故選C。電磁學(xué)中平衡問(wèn)題的處理方法處理方法與力學(xué)中平衡問(wèn)題的分析方法一樣，把方法和規(guī)律進(jìn)行遷移應(yīng)用即可。4.（2022·遼寧·高考真題）如圖所示，帶電荷量為SKIPIF1<0的球1固定在傾角為SKIPIF1<0光滑絕緣斜面上的a點(diǎn)，其正上方L處固定一電荷量為SKIPIF1<0的球2，斜面上距a點(diǎn)L處的b點(diǎn)有質(zhì)量為m的帶電球3，球3與一端固定的絕緣輕質(zhì)彈簧相連并在b點(diǎn)處于靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)彈簧的壓縮量為SKIPIF1<0，球2、3間的靜電力大小為SKIPIF1<0。迅速移走球1后，球3沿斜面向下運(yùn)動(dòng)。SKIPIF1<0為重力加速度，球的大小可忽略，下列關(guān)于球3的說(shuō)法正確的是（）A．帶負(fù)電B．運(yùn)動(dòng)至a點(diǎn)的速度大小為SKIPIF1<0C．運(yùn)動(dòng)至a點(diǎn)的加速度大小為SKIPIF1<0D．運(yùn)動(dòng)至ab中點(diǎn)時(shí)對(duì)斜面的壓力大小為SKIPIF1<0命題角度2安培力作用下的平衡問(wèn)題例5：（2022·河南·模擬預(yù)測(cè)）如圖所示，“日”字金屬線框由七段粗細(xì)均勻的金屬棒組成，每一段的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)，電阻均為R，線框固定在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與線框平面垂直。兩段電阻不計(jì)的導(dǎo)線分別連接在左、右兩側(cè)金屬棒的中點(diǎn)，通過(guò)導(dǎo)線給線框加上電壓U，則金屬線框受到的安培力大小為（）A．SKIPIF1<0 B．SKIPIF1<0 C．SKIPIF1<0 D．SKIPIF1<0【答案】B【詳解】電路中的總電阻為SKIPIF1<0電路中的電流為SKIPIF1<0則線框受到的安培力SKIPIF1<0故選B。安培力作用下的平衡問(wèn)題的解決方法與前面講的平衡問(wèn)題類(lèi)似，要先選研究對(duì)象，可以是“部分”，也可以是“整體”，對(duì)研究對(duì)象分析力時(shí)要注意按順序，不要漏掉安培力，仍然依據(jù)研究對(duì)象所受的合外力為零進(jìn)行分析求解。5.（2022·山西省翼城中學(xué)校模擬預(yù)測(cè)）如圖甲所示，一通電導(dǎo)