高考物理一轮复习 2.2.4《受力分析　共点力的平衡》课件

欢迎进入物理课堂 第二单元力的合成与分解与受力分析第4课时受力分析共点力的平衡 必修1第二章研究物体间的相互作用 基础回顾 考点一受力分析 1 受力分析 把研究对象 指定物体 在指定的物理环境中受到的所有力都分析出来 并画出物体所受的力的 图 这个过程就是受力分析 2 受力分析的顺序 先找 再找 如弹力 摩擦力 最后分析其他的场力 如电磁力 浮力等 3 受力分析的三个判断依据 1 从力的概念判断 寻找对应的 物体 2 从力的性质判断 寻找产生 的原因 答案 1 示意2 重力接触力3 1 施力 2 加速度 3 形变运动状态 3 从力的效果判断 寻找是否产生 或改变 是静止 匀速还是变速运动 要点深化 1 受力分析常用的方法 1 整体法与隔离法 2 假设法在受力是否存在 是存在但不明其方向时 我们可根据力的性质假设一个方向给该力 然后通过分析运动状态利用定律判断是否存在或利用定律列式计算得出该力的大小和方向 2 受力分析应注意的问题 1 为避免漏力 应做到 养成 一重二弹三摩四其他 的顺序分析受力的习惯 分析弹力 摩擦力这些接触力时 按一定的绕向围绕研究对象 对其接触面逐一分析 2 为避免多力 应注意 分析出的所有力都应找到施力物体 不能把研究对象对其他物体的作用力也分析进去 不能同时考虑合力和分力 3 受力分析的步骤 1 明确研究对象 即确定受力分析的物体 研究对象可以是单个物体 也可以是多个物体的组合 2 隔离物体分析 将研究对象从周围物体中隔离出来 进而分析周围有哪些物体对它施加了力的作用 3 画出受力示意图 边分析边将力画在示意图上 准确标出各力的方向 4 检查画出的每一个力能否找到它的施力物体 检查分析结果能否使研究对象处于题目所给运动状态 否则 必然发生了漏力 多力等错误 基础回顾 考点二共点力的平衡 1 平衡状态 物体处于 或 状态称为平衡状态 2 共点力的平衡条件 在共点力作用下物体的平衡条件是 即F合 0或Fx合 0 Fy合 0 3 动态平衡 通过控制某些物理量 使物体的状态发生缓慢变化 而在这个过程中物体又始终处于 平衡状态 答案 1 静止匀速直线运动2 物体所受的合外力等于零3 一系列的 要点深化 1 对平衡的认识静止的物体一定平衡 但平衡的物体不一定静止 因为还有匀速直线运动的情况 另外 匀速圆周运动不属于平衡 属于变速运动 2 三个不平行的力平衡的基本特性三个不平行力的平衡问题 是静力学中最基本的问题之一 因为三个以上的平面汇交力 都可以通过等效方法 转化为三力平衡问题 为此 必须首先掌握三力平衡的下述基本特征 特征一 三个不平行的力平衡时 其力的作用线 或延长线 必相交一点 且三力共面 汇交共面性 特征二 三个共点力平衡时 任一个力大小等于其他两力的合力 等值法 3 解答平衡问题的常用方法 1 数学方法 正弦定理 菱形转化为三角形 相似三角形 正交分解法 2 物理方法 隔离法 整体法 假设法 图解法 4 利用图解法解决动态平衡问题的步骤对研究对象在状态变化过程中若干状态进行受力分析 依据某一参量的变化 在同一图中作出物体在若干状态下的平衡力图 再由动态的平行四边形或三角形各边长度确定力的大小及方向 如图所示 在超市内倾角为 的电梯斜面上有一车西瓜随电梯向下运动 在箱子的中央有一介质量为m的西瓜 则在该西瓜随箱一起运动的过程中 周围其它西瓜对它的作用力可能的方向为 题型一对受力分析的掌握和应用 物体的受力分析要与其运动情况相符 因此 常常从物体的运动状态入手 去分析某个力是否存在 A 沿斜面向上B 沿斜面向下C 竖直向上D 垂直斜面向上 解析 箱子中央处的某个西瓜 设为P 受到周围其它西瓜对它的作用力F为它们之间的弹力 摩擦力的合力 即等效为西瓜P仅受到重力G和F作用 其中F的大小 方向不能确定 但可以利用西瓜P在这两个力作用下随电梯向下运动来判断 若西瓜P匀速向下运动 合外力为零 则F和G为一对平衡力 如图甲所示 F方向竖直向上 若西瓜P加速向下运动 其合外力沿电梯斜面向下 如图乙所示 F斜向右上方 也可与斜面垂直 若西瓜P减速向下运动 其合外力沿电梯斜面向上 如图丙所示 F斜向左上方 答案 CD 题型训练 1 如右图所示 竖直放置的轻弹簧一端固定在地面上 另一端与斜面体P相连 P与斜放在其上的固定档板MN接触且处于静止状态 则斜面体P此刻受到的外力的个数有可能是 A 2个B 3个C 4个D 5个 答案 AC 解析 应分两种情况讨论 1 P受到重力和弹簧弹力作用 MN不对P产生作用力 所以外力为2个 2 MN对P产生作用力时 根据受力平衡状态 画出受力图 如图 如图所示 质量均为m的两木块a与b叠放在水平面上 a受到斜向上与水平成 角的力作用 b受到斜向下与水平成 角的力作用 两力大小均为F 两木块保持静止状态 则 A a b之间一定存在静摩擦力B b与地之间一定存在静摩擦力C b对a的支持力一定小于mgD 地对b的支持力一定大于2mg 题型二平衡问题中的整体法和隔离法 解析 对于ab整体受力如图甲所示 地面对b的支持力等于2mg 两者无摩擦力 BD选项错误 隔离木块a 受力分析如图乙所示 选项AC正确 答案 AC 题型训练 2 有一个直角支架AOB AO水平放置 表面粗糙 OB竖直放置 表面光滑 AO上套有小环P OB上套有小环Q 质量均为m 两环由一根质量可忽略 不可伸长的细绳相连 并在某一位置平衡 如图所示 现将P环向左移一小段距离 当两环再次达到平衡 那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较 AO杆对P环的支持力和细绳上的拉力T的大小变化情况如何 答案 N不变 T变小 解析 首先通过整体分析法对P环 绳和Q环作为一个整体分析 可知在竖直方向上支持力与整体的重力平衡 即N 2mg始终不变 再转换研究对象 用隔离法对Q进行分析 如图所示 在竖直方向有Tcos mg 其中环P左移后 绳与竖直方向的夹角 变小 因此T将变小 题型三用图解法求动态平衡问题 如图所示 保持O A点不变 将B点向上移 则BO绳的拉力将 A 逐渐减小B 逐渐增大C 先减小后增大D 先增大后减小 利用力的平行四边形或力的矢量三角形的边长或角度的变化关系 常常可形象 直观地定性分析物体所受各力的变化情况 解析 结点O在三个力作用下平衡 受力如图甲所示 根据平衡条件可知 这三个力必构成一个闭合的矢量三角形 如图 答案 C 注意 力的大小与细绳的长短无关 但与作出的线段要成一定比例 乙所示 由题意知 OC绳的拉力F3大小和方向都不变 OA绳的拉力F1方向不变 只有OB绳的拉力F2大小和方向都在变化 变化情况如图丙所示 则只有当OA OB时 OB绳的拉力F2最小 故C选项正确 题型训练 3 重G的光滑小球静止在固定斜面和竖直挡板之间 若挡板逆时针缓慢转到水平位置 在该过程中 斜面和挡板对小球的弹力的大小F1 F2各如何变化 答案 F1逐渐变小 F2先变小后变大 解析 由于挡板是缓慢转动的 可以认为每个时刻小球都处于静止状态 因此所受合力为零 应用三角形定则 G F1 F2三个矢量应组成封闭矢量三角形 其中G的大小 方向始终保持不变 F1的方向不变 F2的起点在G的终点处 而终点必须在F1所在的直线上 由作图可知 挡板逆时针转动90 过程 F2矢量也逆时针转动90 因此F1逐渐变小 F2先变小后变大 当F2 F1 即挡板与斜面垂直时 F2最小 题型四用 相似三角形 解平衡状态问题 半径为R的表面光滑的半球固定在水平面上 在距其最高点的正上方为h的悬点O 固定长为L的轻绳一端 绳的另一端拴一个重为G的小球 小球静止在球面上 如右图所示 则半球对小球的支持力和绳对小球的拉力各等于多少 解析 先对小球进行受力分析 如右图所示 F G 由图可知 分力FN FT与合力F构成的三角形与几何 AOB相似 由相似三角形对应边成比例的关系 得 G R h FN R FT L由此解得半球对小球的支持力FN GR R h 绳对小球的拉力FT GL R h 答案 FN GR R h FT GL R h 点评 本题巧用 相似三角形 法 可以提高解题速度和提高解题的准确度 其实 力的大小也跟它周围所构成的几何结构有关 力所对应的边越长 力越大 题型训练 4 如图所示 AC是上端带定滑轮的固定竖直杆 质量不计的轻杆BC一端通过铰链固定在C点 另一端B悬挂一重为G的物体 且B端系有一根轻绳 并绕过定滑轮A 用力F拉绳 开始时角BCA大于90 现使角BCA缓慢减小 直到杆BC接近竖直杆AC 此过程中 轻杆B端所受杆的力将 A 大小不变B 逐渐增大C 逐渐减小D 先减小后增大 答案 A 解析 此题属于受力分析中的相似三角形问题 受力 处理力的方法如图所示 而变化过程中CB AC G都为定值 所以FN不变 A选项正确 警示物理模型不清造成解题方法错误 如图所示 长为5m的细绳的两端分别系于竖立在地面上相距为4m的两杆的顶端A B 绳上挂一个光滑的轻质挂钩 其下连着一个重为12N的物体 平衡时 问 1 左侧绳中的拉力T为多少 2 A点向上移动少许 重新平衡后 左侧绳中的拉力如何变化 错解 1 受力分析如图所示 由平衡条件可知 T1 T2合力与G等大反向 且T1 T2所以 T1sin T2sin T3 G即T1 T2 而AO cos BO cos CD所以cos 0 8 sin 0 6 T1 T2 10N 2 A点向上移动少许 重新平衡后 由右图的图解法可知 左侧绳中的拉力T2先变小后变大 分析纠错 第 1 的解答还是正确的 但第 2 出错 因为是在绳中挂一个轻质挂钩 相当一个轻质光滑滑轮 所以 无论挂钩在何处 其两侧绳子拉力大小总是相等的 当A点 向上移动少许 挂钩会向左滑动 O点是个 活结 由于绳子的长度一定 OB的方向不能变化 OA要平行上升 如图所示 这样挂钩两侧的角度不变 则两侧绳子的拉力不变 上面出现错误的原因就是把O点看成 死结 答案 1 10N 2 拉力不变 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全