二轮复习：第1部分专题1第1讲力与平衡.ppt

专题一力与运动 第一部分 专题突破方略 专题一力与运动 专题一力与运动 专题一力与运动 第1讲力与平衡 重点知识归纳 一 六种常见性质力分析 二 共点力平衡的基本思路和方法1 求解共点力平衡问题的思路 2 共点力平衡问题的解法 1 二力平衡法当物体在两个共点力作用下平衡时 这两个力一定等大反向 2 解三角形法该方法主要用来解决三力平衡问题 若力三角形为直角三角形 则运用勾股定理或三角函数求解 若力三角形为斜三角形 则运用正弦定理 余弦定理的知识求解 3 正交分解法物体在多个共点力作用下处于平衡状态时 可以把各力沿两个相互垂直的方向分解 在这两个方向上分别根据Fx 0 Fy 0列方程并进行讨论 4 相似三角形法通过力三角形与几何三角形相似的方法求未知力 这种方法在解斜三角形问题时更显优越性 5 图解法当物体所受的力变化时 通过对几个特殊状态画出受力图 在同一图上 进行对比分析 使动态问题静态化 抽象问题形象化 问题将变得易于分析处理 热点题型示例 1 受力分析的步骤 1 明确研究对象 可以是一个结点 一个物体或物体系统等 2 按顺序找力 一般先分析重力 其次分析接触力 包括弹力和摩擦力 最后分析电场力 磁场力 3 画出受力图 标出表示力的字母 并检查以防漏力或多力 2 受力分析的注意事项 1 只分析研究对象受的力 即研究对象以外的物体给研究对象的力 而不分析研究对象给其他物体的力 2 只分析性质力 如重力 弹力 摩擦力 电场力 磁场力等 不分析效果力 如向心力等 3 考虑了分力就不能再同时考虑合力 反之亦然 4 物体的受力情况与运动情况相对应 如图所示 物块的质量为m 在恒力F的作用下 紧靠在天花板上保持静止 若物块与天花板间的动摩擦因数为 则 A 物块可能受到3个力作用B 物块受到的摩擦力的大小一定为Fcos C 天花板对物块摩擦力的大小一定为 Fsin D 物块对天花板的压力大小为F mg 自主解答 进行受力分析 物块受重力mg 外力F的作用 然后用 假设法 判定 它一定受到静摩擦力Ff与支持力FN 物块共受到4个力作用 如图所示 A选项错误 对物块受力在水平 竖直方向建立坐标系 正交分解 应用三角函数 由平衡条件得 水平方向 Fcos Ff竖直方向 Fsin FN mg 所以 C D错误 B正确 综上分析 正确选项为B 答案 B 强化训练1如图所示 100个大小相同 质量均为m且无摩擦的小球 静止放置于两个相互垂直且光滑的平面上 已知平面AB与水平面夹角为30 则第二个小球 A 共受到三个力的作用B 共受到四个力的作用C 对第三个小球的作用大小为48mgD 对第三个小球的作用大小为47mg 解析 选B 选第二个小球为研究对象 它受到重力 斜面的支持力 第一个小球的弹力和第三个小球的弹力四个力的作用 再选第二个球以上 包括第三个球 的98个球为研究对象 它受到重力98mg 支持力F1及第二个球对它的沿斜面向上的弹力F2作用 根据平衡条件可得F2 98mgsin30 49mg 1 整体法 选取几个物体组成的整体为研究对象 进行受力分析的方法 用整体方法解题一般较简单 但整体法不能求内力 2 隔离法 把研究对象从周围物体中隔离出来 进行受力分析的方法 隔离法不仅能求出其他物体对整体的作用力 而且还能求出整体内部物体之间的作用力 3 注意问题 1 实际问题通常需要交叉应用隔离法与整体法才能求解 2 对两个以上的物体叠加组成的物体进行受力分析时 一般先从受力最简单的物体入手 采用隔离法进行分析 如图1 1 3所示 质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上 三棱柱的斜面是光滑的 且斜面倾角为 质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间 A和B都处于静止状态 求地面对三棱柱支持力和摩擦力各为多少 图1 1 3 自主解答 选取A和B整体为研究对象 它受到重力 M m g 地面支持力FN 墙壁的弹力F和地面的摩擦力Ff的作用 如图所示 而处于平衡状态 根据平衡条件有 FN M m g 0F Ff 再以B为研究对象 它受到重力mg 三棱柱对它的支持力FNB 墙壁对它的弹力F的作用 如图所示 而处于平衡状态 根据平衡条件有 FNBcos mgFNBsin F解得F mgtan 所以Ff F mgtan 答案 M m gmgtan 强化训练2 2011年高考海南卷 如图1 1 4 粗糙的水平地面上有一斜劈 斜劈上一物块正在沿斜面以速度v0匀速下滑 斜劈保持静止 则地面对斜劈的摩擦力 A 等于零B 不为零 方向向右C 不为零 方向向左D 不为零 v0较大时方向向左 v0较小时方向向右 解析 选A 法一 整体法 选物块和斜劈为研究对象 由于系统的加速度等于零 合力等于零 故系统在水平方向的合力等于零 因此地面对斜劈的摩擦力等于零 故A正确 1 动态平衡所谓动态平衡是指通过控制某些物理量 使物体的状态发生缓慢变化 而在这一过程中物体又始终处于一系列的平衡状态 2 分析动态平衡问题的方法解决此类问题的基本方法有解析法和图解法 1 解析法 画出研究对象的受力图 根据动态变化的原因 一般是某一夹角在发生变化 用三角函数表示出各个作用力与变化夹角之间的关系 从而判断各作用力的变化 2 图解法 画出研究对象的受力图 作出力的平行四边形或矢量三角形 依据某一参量的变化 分析各边的长度变化从而确定力的大小及方向的变化情况 当物体受到一个大小方向不变 一个方向不变 一个大小方向都变化的三个力作用时 且题目只要求定性讨论力的大小而不必进行定量计算时应首先考虑这种方法 如图1 1 5所示 质量为m的物体在三根细绳悬吊下处于平衡状态 现用手持绳OB的B端 使B端缓慢向上转动 且始终保持结点O的位置不动 则AO绳拉力F1 BO绳拉力F2的变化情况是 A F1变小 F2变小B F1变小 F2先变小 后变大C F1变大 F2变小D F1变大 F2先变大 后变小 自主解答 以结点O为研究对象 受OA绳的拉力F1 OB绳的拉力F2 OC绳的拉力 大小等于mg 作用 它始终处于平衡状态 用平行四边形定则做出相应的 力三角形OBD 它的三个边长分别表示三个力的大小 如图所示 在OB向上转动的过程中 OC绳的拉力一直等于mg 其大小 方向均不变 因OA位置不变 F1的方向不变 当B点向上转动时 从图形的几何特点可以看出 拉力F1一直变小 拉力F2先变小 后变大 综上分析 正确选项为B 答案 B 强化训练3我国国家大剧院外部呈椭球型 假设国家大剧院的屋顶为半球型 一警卫员为执行特殊任务 必须冒险在半球型屋顶上向上缓慢爬行 如图所示 他在向上爬的过程中 屋顶对他的支持力变大 屋顶对他的支持力变小 屋顶对他的摩擦力变大 屋顶对他的摩擦力变小A B C D 解析 选B 作出人的受力图 如图 受力分析时要注意摩擦力的方向沿着接触面的切线方向 支持力的方向垂直于接触面 即背向圆心 将人受的摩擦力与支持力合成 其合力与重力平衡 由图得 Ff mgsin FN mgcos 随着 从90 逐渐减小到0 Ff减小 FN增大 故选B 一 选择题 每小题5分 共60分 1 重庆市二检 如图1 1所示 物体受到斜向上的恒定拉力F作用 在粗糙水平面上做匀速直线运动 则下列说法正确的是 A 拉力F在竖直方向的分力的大小等于重力的大小B 拉力F在竖直方向的分力的大小大于重力的大小C 拉力F在水平方向的分力的大小等于摩擦力的大小D 拉力F在水平方向的分力的大小大于摩擦力的大小 图1 1 C 专题一达标测试 2 宁夏 21 水平地面上有一木箱 木箱与地面之间的动摩擦因数为 0 1 现对木箱施加一拉力F 使木箱做匀速直线运动 设F的方向与水平面夹角为 如图1 2 在 从0逐渐增大到90 的过程中 木箱的速度保持不变 则 A F先减小后增大B F一直增大C F的功率减小D F的功率不变 图1 2 解析由平衡条件可知Fcos mg Fsin 所以F 当tan 时F最小 所以在 由0逐渐增大到90 的过程中 F先减小后增大 A正确 F的 功率P Fcos cos 所以随 的增大而减小 C正确 答案AC 3 聊城市考前模拟 如图1 3所示 物块A B叠放在粗糙水平桌面上 水平外力F作用在B上 使A B一起沿桌面向右加速运动 设A B之间的摩擦力为Ff1 B与桌面间的摩擦力为Ff2 若外力F逐渐增大 A B仍能保持相对静止 则 图1 3 A Ff1不变 Ff2变大B Ff1变大 Ff2不变C Ff1和Ff2都变大D Ff1和Ff2都不变 解析对AB有F Ff2 mA mB a 对A有Ff1 mAa Ff1 Ff2 mA mB g不变 B正确 答案B 4 南通市二模 如图1 4所示 匀强电场方向与倾斜的天花板垂直 一带正电的物体在天花板上处于静止状态 则下列判断正确的是 A 天花板与物体间的弹力一定不为零B 天花板对物体的摩擦力可能为零C 物体受到天花板的摩擦力随电场强度E的增大而增大D逐渐增大电场强度E的过程中 物体将始终保持静止 图1 4 解析受力分析如右图所示 若只受G和qE 则物体不能静止 则一定受Ff 有Ff必定有FN A对 B错 由于Ff和重力沿天花板向下的分力相等 且Ff是静摩擦力 无论E如何增大 Ff都不变 物体始终保持静止 C错 D对 选A D 答案AD 5 泰安市三模 如图1 5所示 小球在水平推力F的作用下静止在固定的光滑斜面上 已知小球重力为G 斜面倾角为 则斜面对小球弹力大小为 图1 5 A B Gcos Fsin C Gcos D Fsin 解析受力分析如下图所示 由于球静止 所以FN A正确 由图知FN Gcos Fsin B对 6 如图1 6所示 两平行导轨与水平面成 角倾斜放置 电源 电阻 金属细杆及导轨组成闭合回路 细杆与导轨间的摩擦不计 整个装置分别处在下列图所示的匀强磁场中 其中可能使金属细杆处于静止状态的是 图1 6 解析A中不受安培力 合力不为零 不能静止 B中安培力竖直向上可能和重力平衡 B对 C中安培力垂直斜面向上 不能静止 D中安培力水平向左 不能平衡 综上所述 B正确 答案B 7 淮安市第四次调研 如图1 7所示 质量为m的金属环用线悬挂起来 金属环有一半处于水平且与环面垂直的匀强磁场中 从某时刻开始 磁感应强度均匀减小 则在磁感应强度均匀减小的过程中 关于线拉力大小的下列说法中正确的是 图1 7 A 大于环重力mg 并逐渐减小B 始终等于环重力mgC 小于环重力mg 并保持恒定D 大于环重力mg 并保持恒定 解析E S I F安 BId S为磁场有效面积 d为环的直径 对环受力分析如右图所示 F mg F安 Mg Bd 可知A对 答案A 8 山东理综 16 如图1 8所示 光滑半球形容器固定在水平面上 O为球心 一质量为m的小滑块 在水平力F的作用下静止于P点 设滑块所受支持力为FN OP与水平方向的夹角为 下列关系正确的是 A F B F mgtan C FN D FN mgtan 图1 8 解析小滑块受力分析如右图所示 根据平衡条件得FNsin mgFNcos F 所以F FN 因此只有选项A正确 答案A 9 上海十校联考 将某均匀的长方体锯成如图1 9所示的A B两块后 放在水平桌面上并对齐放在一起 现用垂直于B边的水平力F推物体B 使A B整体保持矩形并沿力F方向匀速运动 则 A 物体A在水平方向受两个力作用 合力为零B 物体A在水平方向受三个力作用 合力为零 图1 9 C B对A的作用力方向和F方向相同D 若不断增大F的值 A B间一定会发生相对滑动 解析物体A受桌面的摩擦力 B对A沿切面方向的摩擦力和B对A的弹力 但合力为零 B对 B对A的摩擦力和弹力的合力水平向右 与F方向相同 C对 当匀速运动时 Ff FNtan30 又Ff动 FN 因此 tan30 时 无论F多大 AB间都不会相对滑动 答案BC 10 龙岩市质检 我国国家大剧院外部呈椭球型 假设国家大剧院的屋顶为半球形 一警卫人员为执行特殊任务 必须冒险在半球形屋顶上向上缓慢爬行 如图1 10所示 他在向上爬的过程中 图1 10 A 屋顶对他的支持力变大B 屋顶对他的支持力变小C 屋顶对他的摩擦力变大D 屋顶对他的摩擦力变小 解析由于警卫人员在半球形屋顶上向上缓慢爬行 他爬行到的任一位置时都看作处于平衡状态 在图所示位置 对该警卫人员进行受力分析 其受力图如右图所示 将重力沿半径方向和球的切线方向分解后列出沿半径方向和球的切线方向的平衡方程FN mgcos Ff mgsin 他在向上爬的过程中 变小 cos 变大 屋顶对他的支持力变大 sin 变小 屋顶对他的摩擦力变小 所以正确选项为A D 答案AD 11 如图1 11所示 斜面静止于桌面上 物体m1置于斜面上 通过轻线跨过定滑轮与m2 m3连接 滑轮的质量和摩擦不计 整个系统处于静止状态 m1 m2 m3 现将m3解下 再叠放在m1的上方 系统仍处于静止 比较m1与斜面间的摩擦力F1和斜面与桌面间的摩擦力F2的大小变化情况 下列叙述正确的是 A F1一定变小 F2可能变小B F1一定变大 F2一定不变C F1可能变小 F2一定不变D F1可能变大 F2一定不变 图1 11 解析取m1 m2 m3和斜面整体为研究对象 水平方向不受外力 无相对桌面运动趋势 F2 0不变 A错 原来m1平衡时m1gsin F1 m2 m3 g 若移m3后 m1受摩擦力F1 仍沿斜面向下 则得 m1 m3 gsin F1 m2g F1 m2 m3 g m1gsin F1 m2g m1 m3 gsin F1 C正确 若移m3后 m1受摩擦力沿斜面向上 D正确 答案CD 12 聊城市二模 将一圆形金属框水平置于竖直向下的匀强磁场中 磁感应强度B1随时间t的变化关系如图1 12甲所示 圆形金属框与一个水平的平行金属导轨相连接 导轨处于磁感应强度恒为B2 垂直纸面向下的另一匀强磁场中 导轨上放置一根导体棒 如图乙所示 若导体棒始终保持静止 设向右为静摩擦力的正方向 则其所受的静摩擦力Ff静随时间t变化的图象是下图中的 图1 12 解析0 1s内 由E 知感应电流恒定 且棒中电流为向上 Ff静 F安 B2IL 方向向右 1 2s内无感应电流 Ff静 0 2 3s内 棒中电流向下 Ff静 B2IL 方向向左 A正确 答案A 二 解答题 第13 14题各8分 第15 16题各12分 13 如图1 13所示 A B两物体通过轻细绳跨过定滑轮相连接 已知物体A的质量大于物体B的质量 开始它们处于静止状态 在水平拉力F的作用下 使物体A向右做变速运动 同时物体B匀速上升 设水平地面对物体A的支持力为FN 对A的摩擦力为Ff 绳子对A的拉力为FT 那么在物体B匀速上升的过程中 三个力的大小将如何变化 图1 13 解析物体B受到两个力作用而处于平衡状态 即绳的拉力和重力 且二力大小相等 由定滑轮的特点可知 绳两端的拉力大小相等 故绳子对A的拉力FT保 持不变 对物体A进行受力分析 如右图所示 由共点力平衡特点可得 FN G FT1 因FT1 FTsin 逐渐减小 故FT1逐渐减小 则FN逐渐增大 由Ff FN可知 地面对物体A的摩擦力逐渐增大即水平地面对物体A的支持力FN和摩擦力Ff均增大 而绳子的拉力FT不变 答案FN逐渐增大Ff增大FT不变 14 如图1 14所示 在轻质细线的下端悬挂一个质量为m的物体 若用力F拉物体 使细线偏离竖直方向的夹角为 且始终 图1 14 解析以物体为研究对象 始终保持 角不变 说明处于静止状态 物体受到的细线的张力FT与拉力F的合力F 与物体的重力等大反向 由于细线的张力FT的方向不变 根据各力的特点可组成矢量三角形如右图所示 由图解可以看出 当F垂直于力FT时 F有最小值 Fmin F sin 因F mg 故Fmin mgsin 保持 角不变 求拉力F的最小值 答案mgsin 15 如图1 15所示 CD EF是长度均为40cm 质量分别为60g 20g的两个金属棒 两端由两根等长的细金属杆相连 不计杆重力 形成闭合回路CDEF 将整个回路用两根绝缘细线悬于天花板上 使两棒保持水平并处于竖直向上的匀强磁场中 磁感应强度为B 1T 在闭合电路CDEF中通以如图所示的电流 电流I 0 5A 待系统稳定后 取g 10m s2 求 1 每根绝缘细线所受的拉力 2 细金属棒EF所受的拉力 图1 15 解析 1 取CD EF两金属棒构成的整体为研究对象 则每根绝缘细线所受的拉力FT 0 4N 2 对于CD EF两金属棒构成的整体 当其稳定后 两绝缘细线呈竖直状态 作EF棒的受力分析如右图所示 安培力F BIL 1 0 5 0 4N 0 2N重力m2g 0 02 10N 0 2N故 45 细金属棒EF所受拉力为F m2g 0 28N 答案 1 0 4N 2 0 28N 图1 16 16 汕头市二模 水平面内固定一U形光滑金属导轨 轨道宽d 2m 导轨的左端接有R 0 3 的电阻 导轨上放一阻值为R0 0 1 m 0 1kg的导体棒ab 其余电阻不计 导体棒ab用水平轻线通过定滑轮连接处于水平地面上质量M 0 3kg的重物 空间有竖直向上的匀强磁场 如图1 16所示 已知t 0时 B 1T l 1m 此时重物上方的连线刚刚被拉直 从t 0开始 磁场以 0 1T s均匀增加 取g 10m s2 求 1 经过多长时间t物体才被拉离地面 2 在此时间t内电阻R上产生的电热Q 解析 1 由法拉第电磁感应定律可求出回路感应电动势E S 由闭合电路欧姆定律可求出回路中电流I 在t时磁感应强度为B B 此时安培力为F安 B ILab 物体被拉动的临界条件为F安 Mg 由 式并代入数据得t 20s 所以经过t 20s物体能被拉动 2 在此时间t内电阻R上产生的电热Q I2Rt 由 式并代入数据得Q 1 5J 答案 1 20s 2 1 5J 返回