高中物理2.3《受力分析共点力的平衡》课件（教科版必修1）

欢迎进入物理课堂 第3讲受力分析共点力的平衡 考点1受力分析 1 定义把指定物体 研究对象 在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来 并画出 的过程 2 受力分析的一般顺序先分析场力 电场力 磁场力 再分析接触力 弹力 最后分析其他力 受力示意图 重力 摩擦力 1 受力分析的常用方法 1 整体法和隔离法 方法 整体法 隔离法 概念 选用原则 将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行分析的方法 将所研究的对象从周围的物体中分离出来进行分析的方法 研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度 研究系统内部各物体之间的相互作用力 方法 整体法 隔离法 注意问题 受力分析时不考虑系统内各物体之间的相互作用力 一般情况下隔离受力较少的物体 2 假设法 在受力分析时 若不能确定某力是否存在 可先对其作出存在或不存在的假设 然后再就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在 2 受力分析的基本步骤 1 明确研究对象 即确定分析受力的物体 研究对象可以是单个物体 也可以是多个物体组成的系统 2 隔离物体分析 将研究对象从周围的物体中隔离出来 进而分析周围物体有哪些对它施加了力的作用 3 画受力示意图 边分析边将力一一画在受力示意图上 准确标出力的方向 标明各力的符号 2012 淄博模拟 如图所示 物体M在竖直向上的拉力F的作用下静止在斜面上 关于M受力的个数 下列说法中正确的是 A M一定是受两个力作用B M一定是受四个力作用C M可能受三个力作用D M可能受两个力作用 也可能受四个力作用 解析 选D 若拉力F大小等于重力 则物体与斜面之间没有相互作用力 所以物体就只受到两个力的作用 若拉力F小于物体的重力 则斜面对物体产生支持力和静摩擦力 且支持力与静摩擦力的合力竖直向上 物体就受到四个力作用 故D正确 考点2共点力的平衡 1 平衡状态 物体处于 或 的状态 即a 0 2 共点力的平衡条件 或Fx 0 Fy 0 3 平衡条件的推论 1 二力平衡 如果物体在两个共点力的作用下处于平衡状态 这两个力必定大小 方向 静止 匀速直线运动 F合 0 相等 相反 2 三力平衡 如果物体在三个共点力的作用下处于平衡状态 其中任何一个力与其余两个力的合力大小 方向 并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量 3 多力平衡 如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态 其中任何一个力与其余几个力的合力大小 方向 相等 相反 三角形 相等 相反 1 处理平衡问题常用的方法 方法 内容 合成法 分解法 物体受三个共点力的作用而平衡 则任意两个力的合力一定与第三个力大小相等 方向相反 物体受三个共点力的作用而平衡 将某一个力按力的效果分解 则其分力和其他两个力满足平衡条件 方法 内容 正交分解法 力的三角形法 物体受到三个或三个以上力的作用时 将物体所受的力分解为相互垂直的两组 每组力都满足平衡条件 对受三力作用而平衡的物体 将力的矢量图平移使三力组成一个首尾依次相接的矢量三角形 根据正弦定理 余弦定理或相似三角形等数学知识求解未知力 2 处理动态平衡 临界与极值问题的常用方法 方法 步骤 解析法 列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式 根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况 图解法 根据已知量的变化情况 画出平行四边形的边角变化 确定未知量大小 方向的变化 2012 庆阳模拟 如图所示 把球夹在竖直墙面AC和木板BC之间 不计摩擦 设球对墙的压力为N1 球对板的压力为N2 在将板BC逐渐放至水平的过程中 下列说法中正确的是 A N1增大 N2减小B N1减小 N2增大C N1增大 N2增大D N1减小 N2减小 解析 选D 如图所示 利用图解法可知N1 N2都减小 故D正确 物体的受力分析 例证1 2011 山东高考 如图所示 将两相同的木块a b置于粗糙的水平地面上 中间用一轻弹簧连接 两侧用细绳固定于墙壁上 开始时a b均静止 弹簧处于伸长状态 两细绳均有拉力 a所受摩擦力Ffa 0 b所受摩擦力Ffb 0 现将右侧细绳剪断 则剪断瞬间 A Ffa大小不变B Ffa方向改变C Ffb仍然为零D Ffb方向向右 解题指南 本题考查对弹簧和轻绳上弹力的分析 轻绳的弹力可以在瞬间突变 而弹簧的弹力发生变化需要一段时间 自主解答 选A D 弹簧处于伸长状态 弹簧对物体施加的是拉力 先对物体b进行受力分析 在轻绳未剪断时 b在水平方向上受到两个力的作用 向左的弹簧的拉力和向右的绳的拉力 在突然剪断细绳时 弹簧的拉力还没有发生变化 即弹簧的长度没有变化 物体b具有向左运动的趋势 所以要受到一个与弹簧拉力方向相反的摩擦力 C错误 D正确 对物体a受力分析 在剪断细绳前后 物体a的位置没有发生变化 受到的弹簧拉力和细绳拉力没有发生变化 故它所受到的摩擦力没有发生变化 A正确 B错误 总结提升 解答本题关键在于对弹簧和轻绳的弹力能否在瞬间发生突变的理解 对易错选项及错误原因具体分析如下 变式训练 2012 广州模拟 如图所示 物体m通过定滑轮牵引另一水平面上的物体沿斜面匀速下滑 此过程中斜面仍静止 斜面质量为M 则水平地面对斜面体 A 无摩擦力B 有水平向右的摩擦力C 支持力为 M m gD 支持力小于 M m g 解析 选B D 设斜面夹角为 对M m整体分析受力可得平衡方程 FTcos Ff FTsin FN M m g 故B D正确 变式备选 L型木板P 上表面光滑 放在固定斜面上 轻质弹簧一端固定在木板上 另一端与置于木板上表面的滑块Q相连 如图所示 若P Q一起沿斜面匀速下滑 不计空气阻力 则木板P的受力个数为 A 3B 4C 5D 6 解析 选C P Q一起沿斜面匀速下滑时 由于木板P上表面光滑 滑块Q受到重力 P的支持力和弹簧沿斜面向上的弹力 木板P受到重力 斜面的支持力 斜面的摩擦力 Q的压力和弹簧沿斜面向下的弹力 故C正确 平衡条件的应用 例证2 2012 哈尔滨模拟 10分 如图所示 位于竖直侧面的物体A的质量mA 0 2kg 放在水平面上的物体B的质量mB 1 0kg 绳和滑轮间的摩擦不计 且绳的OB部分水平 OA部分竖直 A和B恰好一起匀速运动 取g 10m s2 1 求物体B与桌面间的动摩擦因数 2 如果用水平力F向左拉物体B 使物体A和B做匀速运动需多大的拉力 解题指南 解答本题时可按以下思路分析 把A B隔离 受力分析 列平衡方程 规范解答 1 因物体A和B恰好一起匀速运动 所以物体A B均处于平衡状态 由平衡条件得 对A T mAg 0 2分 对B T N 0 2分 N mBg 0 2分 解得 0 2 1分 2 如果用水平力F向左拉物体B 使物体A和B做匀速运动 此时水平绳的拉力与滑动摩擦力的大小均不变 对物体B由平衡条件得 F T N 0 2分 解得 F 4N 1分 答案 1 0 2 2 4N 互动探究 若F与水平方向成37 角向左拉物体B 使物体A和B做匀速运动需多大的拉力 sin37 0 6 cos37 0 8 解析 物体A和B一起匀速运动 由平衡条件得 对A T mAg 0对B Fcos37 T N 0Fsin37 N mBg 0解得 F 4 35N答案 4 35N 总结提升 共点力平衡问题的规范求解1 一般解题步骤 1 选取研究对象 根据题目要求 选取一个平衡体 单个物体或系统 也可以是结点 作为研究对象 2 画受力示意图 对研究对象进行受力分析 画出受力示意图 3 正交分解 选取合适的方向建立直角坐标系 将所受各力正交分解 4 列方程求解 根据平衡条件列出平衡方程 解平衡方程 对结果进行讨论 2 应注意的问题 1 物体受三个力平衡时 利用力的分解法或合成法比较简单 2 解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合 需要分解的力尽可能少 物体受四个以上的力作用时一般要采用正交分解法 极限法 求解临界问题 例证3 物体A的质量为2kg 两根轻细绳b和c的一端连接于竖直墙上 另一端系于物体A上 在物体A上另施加一个方向与水平线成 角的拉力F 相关几何关系如图所示 60 若要使两绳都能伸直 求拉力F的大小范围 g取10m s2 解题指南 解答本题时应注意要使两绳都能伸直 必须保证两绳的拉力都大于或等于零 进而根据平衡条件 正交分解求出F的极值 自主解答 c绳刚好伸直时 拉力F最小 物体A受力如图所示 由平衡条件得 Fminsin Fbsin mg 0Fmincos Fbcos 0解得 b绳刚好伸直时 拉力F最大 物体A受力如图所示 由平衡条件得 Fmaxsin mg 0解得 故拉力F的大小范围是答案 总结提升 极限法 求解临界问题时的注意事项 1 求解平衡中的临界问题和极值问题时 首先要正确地进行受力分析和变化过程分析 找出平衡的临界点和极值点 2 临界条件必须在变化中去寻找 不能停留在一个状态来研究临界问题 而是把某个物理量推向极端 即极大和极小 并依此做出科学的推理分析 从而给出判断或导出一般结论 变式训练 2012 太原模拟 倾角为 37 的斜面与水平面保持静止 斜面上有一重为G的物体A 物体A与斜面间的动摩擦因数为 0 5 现给A施以一水平力F 如图所示 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等 sin37 0 6 cos37 0 8 如果物体A能在斜面上静止 水平力F与G的比值可能是 A 3B 2C 1D 0 5 解析 选B C D 设物体刚好不下滑时F F1 此时物体A有沿斜面下滑的趋势 则 F1cos N Gsin 0N F1sin Gcos 0解得 设物体刚好不上滑时F F2 此时物体A有沿斜面向上滑动的趋势则 F2cos N Gsin 0N F2sin Gcos 0 解得 即故B C D正确 例证 质量均为m的a b两木块叠放在水平面上 如图所示 a受到斜向上与水平面成 角的力F作用 b受到斜向下与水平面成 角等大的力F作用 两力在同一竖直平面内 此时两木块保持静止 则 A b对a的支持力一定等于mgB 水平面对b的支持力可能大于2mgC a b之间一定存在静摩擦力D b与水平面之间可能存在静摩擦力 规范解答 选C 对a b整体 合外力为零 故地面与b之间无摩擦力 否则无法平衡 D错误 由竖直方向受力平衡可知两个力F的竖直分量平衡 故地面对b的支持力等于2mg B错误 对a采用隔离法分析 受到竖直向上的b对a的支持力 竖直向下的重力 水平向左的摩擦力和力F四个力的作用 摩擦力不可能为零 否则a不能平衡 由竖直方向受力平衡条件知b对a的支持力小于a的重力mg A错误 C正确 1 2012 温州模拟 物体静止于倾角为 的斜面上 当斜面倾角 变小时 物体所受力的变化情况是 A 重力 支持力 静摩擦力均增大B 重力不变 支持力增大 静摩擦力减小C 重力不变 支持力 静摩擦力增大D 重力不变 支持力增大 静摩擦力不变 解析 选B 物体受力如图所示 根据平衡条件 物体所受支持力N mgcos 所受静摩擦力f mgsin 故当斜面倾角 变小时 受支持力N增大 静摩擦力f减小 B正确 2 2012 安庆模拟 如图所示 A B两木块放在水平面上 它们之间用细线相连 两次连接情况中细线倾斜方向不同但倾角一样 两木块与水平面间的动摩擦因数相同 先后用水平力F1和F2拉着A B一起匀速运动 则 A F1 F2B F1 F2C T1 T2D T1 T2 解析 选B 取A B为一整体 由水平方向合力为零可得 F1 F2 mA mB g A错误 B正确 隔离物体A可求得 T1cos mAg T1sin T2cos mAg T2sin 比较可得 T1 T2 C D错误 3 2012 桃源模拟 如图所示 在竖直墙壁的A点处有一根水平轻杆a 杆的左端有一个轻滑轮O 一根细线上端固定在该天花板的B点处 细线跨过滑轮O 下端系一个重为G的物体 开始时BO段细线与天花板的夹角为 30 系统保持静止 当轻杆a缓慢向下移动的过程中 不计一切摩擦 下列说法中正确的是 A 细线BO对天花板的拉力不变B a杆对滑轮的作用力逐渐减小C a杆对滑轮的作用力的方向沿杆水平向右D 墙壁对a杆的作用力不变 解析 选B 细线BO对天花板的拉力大小等于物体重力 当轻杆a缓慢向下移动的过程中 拉力大小不变 方向改变 选项A错误 以滑轮为研究对象 当轻杆a缓慢向下移动的过程中 滑轮两侧细线的夹角逐渐增大 a杆对滑轮的作用力逐渐减小 选项B正确 a杆对滑轮的作用力的方向偏向右上 选项C错误 以杆为研究对象 分析受力可得 墙壁对a杆的作用力方向改变 大小减小 选项D错误 4 2012 洛阳模拟 如图所示 倾斜面光滑的斜面体放在粗糙的水平地面上 重力为G的物体在一水平推力F作用下处于静止状态 若斜面的倾角为 则 A 水平推力B 水平地面对斜面的摩擦力可能大于FC 物体对斜面的压力N Gcos D 斜面对物体的支持力 解析 选D 物体受力如图所示 由图可知水平推力F Gtan A错误 把物体和斜面看做一个整体 由于它们处于静止状态 水平方向合力为零 水平地面对斜面的摩擦力大小等于F 方向水平向左 B错误 斜面对物体的支持力物体对斜面的压力C错误 D正确 5 如图所示 楼梯口一倾斜天花板与水平面的夹角 37 一装潢工人手持木杆绑着刷子粉刷天花板 工人所持木杆对刷子的作用力始终保持竖直向上 大小为F 10N 刷子的质量为m 0 5kg 刷子可视为质点 且沿天花板向上匀速运动 取sin37 0 6 试求刷子与天花板间的动摩擦因数 g取10N kg 解析 刷子受力如图所示 由平衡条件 得 Fsin mgsin f 0 Fcos mgcos N 0且f N 解以上三式得 tan 0 75答案 0 75 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