高考物理 考前三个月 第1部分 专题1 力与物体的平衡课件.ppt

专题1力与物体的平衡 A 三条绳中的张力都相等B 杆对地面的压力大于自身重力C 绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零D 绳子拉力的合力与杆的重力是一对平衡力 1 多选 2015 广东 19 如图1所示 三条绳子的一端都系在细直杆顶端 另一端都固定在水平地面上 将杆竖直紧压在地面上 若三条绳长度不同 下列说法正确的有 图1 真题示例 解析杆静止在水平地面上 则杆受到重力 三条绳子的拉力和地面对它的支持力 根据平衡条件 则三条绳的拉力的合力竖直向下 故绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零 杆对地面的压力大小等于杆的重力与三条绳的拉力的合力之和 选项B C正确 由于三条绳子长度不同 即三条绳与竖直方向的夹角不同 所以三条绳上的张力不相等 选项A错误 绳子拉力的合力与杆的重力方向相同 因此两者不是一对平衡力 选项D错误 答案BC 2 2015 山东理综 16 如图2所示 滑块A置于水平地面上 滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A A B接触面竖直 此时A恰好不滑动 B刚好不下滑 已知A与B间的动摩擦因数为 1 A与地面间的动摩擦因数为 2 最大静摩擦力等于滑动摩擦力 A与B的质量之比为 图2 1 题型特点力的合成与分解 共点力的平衡是高考中的热点 主要考查对共点力作用下物体的受力分析以及平衡条件的应用 以选择题形式呈现 难度相对较低 命题突出对受力分析 力的合成与分解方法的考查 考纲解读 2 命题预测高考仍会以选择题为主 以受力分析 动态平衡为考点 其中拉力方向的变化 斜面倾角的变化 摩擦力的突变 细绳拉力的突变 弹簧弹力的变化都是动态平衡中常出现的类型 在平衡问题的分析中 摩擦力方向和大小的变化 滑动摩擦力和静摩擦力之间的转换也需要引起我们的注意 要求学生灵活 熟练运用平衡问题的常规解法 准确地进行判断与求解 考题一受力分析 物体的平衡 考题二物体的动态平衡问题 考题三电学中的平衡问题 考题四平衡中的临界 极值问题 专题综合练 内容索引 考题一受力分析 物体的平衡 1 多选 如图3所示 某同学用同一弹簧测力计按图甲 乙两种方式测量某小桶的重力 甲图中系小桶的轻绳较长 下列说法中正确的是 图3 A 甲图中弹簧测力计的示数比乙图中的大B 两图中弹簧测力计的示数一样大C 甲图中绳的拉力比乙图中的大D 乙图中绳的拉力比甲图中的大 解析由题意可知 弹簧测力计测的是小桶的重力 而与绳子的长短无关 故A错误 B正确 一力进行分解时 当两分力间夹角越小 分力越小 当两分力间夹角越大 分力越大 甲图中绳的拉力之间的夹角小于乙图中的夹角 则甲图中绳的拉力比乙图中的小 故C错误 D正确 答案BD 图4 A 1kgB 2kgC 3kgD 4kg 解析若物块B的质量较小 物块A将有沿斜面下滑的趋势 则有 Mg mgcos mgsin 解得 M 1kg若物块B的质量较大 物块A将有沿斜面上滑的趋势 则有Mg mgcos mgsin 解得 M 3kg 综上所述 可知D正确 答案D 图5 A 0 6mgB 0 8mgC 0 4mgD 0 75mg 解析蚂蚁受重力 支持力和摩擦力处于平衡 若此时蚂蚁所在的位置与圆心的连线与水平方向的夹角为 则由几何关系可知sin 0 8 cos 0 6 蚂蚁所受的最大静摩擦力等于重力沿切线方向的分力 即Ff mgcos 0 6mg 故选A 答案A 4 如图6所示 直角三角形框架ABC 角C为直角 固定在水平地面上 已知AC与水平方向的夹角为 30 小环P Q分别套在光滑臂AC BC上 用一根不可伸长的细绳连接两小环 静止时细绳恰好处于水平方向 小环P Q的质量分别为m1 m2 则小环P Q的质量之比为 图6 答案B 1 物体受力分析的常用方法 1 整体法与隔离法 方法小结 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 v 0时一定是平衡状态吗 不一定 3 处理平衡问题的基本方法 1 物体受三个力平衡时 利用力的合成或分解法比较简单 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 5 目前 我市每个社区均已配备了公共体育健身器材 图7器材为一秋千 用两根等长轻绳将一座椅悬挂在竖直支架上等高的两点 由于长期使用 导致两根支架向内发生了稍小倾斜 如图中虚线所示 但两悬挂点仍等高 座椅静止时用F表示所受合力的大小 F1表示单根轻绳对座椅拉力的大小 与倾斜前相比 考题二物体的动态平衡问题 图7 A F不变 F1变小B F不变 F1变大C F变小 F1变小D F变大 F1变大 解析座椅静止时 受重力和两个拉力而平衡 故三个力的合力为零 即 F 0 根据共点力平衡条件 有 2F1cos mg 答案A 6 如图8所示 挡板垂直于斜面固定在斜面上 一滑块m放在斜面上 其上表面呈弧形且左端最薄 一球M搁在挡板与弧形滑块上 一切摩擦均不计 用平行于斜面的拉力F拉住弧形滑块 使球与滑块均静止 现将滑块平行于斜面向上拉过一较小的距离 球仍搁在挡板与滑块上且处于静止状态 则与原来相比 图8 A 滑块对球的弹力增大B 挡板对球的弹力减小C 斜面对滑块的弹力增大D 拉力F不变 解析对球进行受力分析 如图 a 球只受三个力的作用 挡板对球的力F1方向不变 作出力的矢量图 滑块上移时 F2与竖直方向夹角减小 最小时F2垂直于F1 可以知道F1和滑块对球的作用力F2都减小 故B正确 A错误 再对滑块和球一起受力分析 如图 b 其中FN M m gcos 不变 F F1不变 F1减小 可以知道斜面对滑块的支持力不变 拉力F增大 故C D错误 答案B 7 如图9所示 一定质量的物体通过轻绳悬挂 结点为O 人沿水平方向拉着OB绳 物体和人均处于静止状态 若人的拉力方向不变 缓慢向左移动一小段距离 下列说法正确的是 图9 A OA绳中的拉力先减小后增大B OB绳中的拉力不变C 人对地面的压力逐渐减小D 地面给人的摩擦力逐渐增大 解析将物体的重力进行分解 当人的拉力方向不变 缓慢向左移动一小段距离 则OA与竖直方向夹角变大 OA的拉力由图中1位置变到2位置 可见OA绳子拉力变大 OB绳拉力逐渐变大 根据平衡条件知地面给人的摩擦力逐渐增大 人对地面的压力始终等于人的重力 保持不变 答案D 1 解析法画出研究对象的受力示意图 根据动态变化的原因 一般是某一夹角发生变化 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 方法小结 2 图解法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3个力作用而处于动态平衡时 如果题目只要求定性讨论力的大小而不必进行定量计算时 应首先考虑用矢量三角形方法 8 多选 如图10所示 在匀强磁场中 磁场方向没有画出 固定一倾角为30 的光滑斜面 一根质量为m的通电直导线垂直于纸面水平放置在斜面上 直导线恰好能保持静止 电流方向垂直于纸面向里 已知直导线受到的安培力和重力大小相等 斜面对直导线的支持力大小可能是 重力加速度大小为g 考题三电学中的平衡问题 图10 A 0B mg 答案AD 9 如图11所示 一质量为m的带电小球A用长度为l的绝缘丝质细线悬挂于天花板上的O点 在O点的正下方l处的绝缘支架上固定一个带与A同种电荷的小球B 两个带电小球都可视为点电荷 已知小球A静止时丝线OA与竖直方向的夹角为60 设丝线中拉力为FT 小球所受库仑力为F 下列关系式正确的是 图11 解析对小球A受力分析可得 它受竖直向下的重力mg B对它的电场力F 方向沿BA的方向 以及细线对它的拉力FT 沿细线的方向斜向上 通过画图可知 这三个力的夹角都是120 所以这三个力的大小是相等的 即FT F mg 故选项D正确 答案D 10 多选 如图12所示 A B两球所带电荷量均为2 10 5C 质量均为0 72kg 其中A球带正电荷 B球带负电荷 A球通过绝缘细线吊在天花板上 B球一端固定绝缘棒 现将B球放在某一位置 能使绝缘细线伸直 A球静止且与竖直方向的夹角为30 g 10m s2 则B球距离A的距离可能为 图12 A 0 5mB 0 8mC 1 2mD 2 5m 电磁学中的物体的平衡问题 除了涉及重力 弹力和摩擦力之外 还涉及电磁学中的静电力 安培力和洛伦兹力 与力学中的共点力平衡问题一样 电磁学中的物体平衡问题也要遵循合力为零这一平衡条件 所不同的是除服从力学规律之外 还要服从电磁学规律 这是解决电磁学中的物体平衡问题的两条主线 规律小结 11 将三根伸长可不计的轻绳AB BC CD如图13所示连接 现在B点悬挂一个质量为m的重物 为使BC绳保持水平且AB绳 CD绳与水平天花板夹角分别为60 和30 需在C点再施加一作用力 则该力的最小值为 考题四平衡中的临界 极值问题 图13 答案D 12 质量为M的木楔倾角为 在水平面上保持静止 当将一质量为m的木块放在木楔斜面上时 它正好匀速下滑 如果用与木楔斜面成 角的力F拉着木块匀速上升 如图14所示 已知木楔在整个过程中始终静止 图14 1 当 时 拉力F有最小值 求此最小值 解析木块在木楔斜面上匀速向下运动时 有mgsin mgcos 即 tan 因其在力F作用下沿斜面向上匀速运动 则有 Fcos mgsin Ff Fsin FN mgcos Ff FN 由 得 则当 时 F有最小值 即Fmin mgsin2 答案mgsin2 2 求在 1 条件下木楔对水平面的摩擦力是多少 1 物体平衡的临界问题 当某一物理量变化时 会引起其他几个物理量跟着变化 从而使物体所处的平衡状态恰好出现变化或恰好不出现变化 2 极限分析法 通过恰当地选取某个变化的物理量将其推向极端 极大 或 极小 极右 或 极左 等 方法小结 3 解决中学物理极值问题和临界问题的方法 1 物理分析方法 就是通过对物理过程的分析 抓住临界 或极值 条件进行求解 2 数学方法 例如求二次函数极值 讨论公式极值 三角函数极值 1 如图15所示 斜面体M放置在水平地面上 位于斜面上的物块m受到沿斜面向上的推力F的作用 设物块与斜面之间的摩擦力大小为Ff1 斜面体与地面之间的摩擦力大小为Ff2 增大推力F 斜面体始终保持静止 下列判断正确的是 专题综合练 图15 A 如果物块沿斜面向上滑动 则Ff1 Ff2一定增大B 如果物块沿斜面向上滑动 则Ff1 Ff2一定不变 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 C 如果物块与斜面相对静止 则Ff1 Ff2一定增大D 如果物块与斜面相对静止 则Ff1 Ff2一定不变 解析发生滑动时 摩擦力为滑动摩擦力 其大小与压力有关 与F大小无关 相对静止时 摩擦力为静摩擦力 选物块与斜面体整体为研究对象 摩擦力Ff2增大 m与M间的摩擦力Ff1变化不确定 答案B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 如图16所示 内壁及碗口光滑的半球形碗固定在水平面上 碗口保持水平 A球 C球与B球分别用两根轻质细线连接 当系统保持静止时 B球对碗壁刚好无压力 图中 30 则A球和C球的质量之比为 图16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3 如图17所示 在高度不同的两水平台阶上放有质量分别为m1 m2的两物体 物体间用轻弹簧相连 弹簧与竖直方向夹角为 在m1左端施加水平拉力F 使m1 m2均处于静止状态 已知m1表面光滑 重力加速度为g 则下列说法正确的是 图17 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 C 地面对m2的支持力可能为零D m1与m2一定相等 解析对整体受力分析可知 整体受重力 支持力 拉力及摩擦力 要使整体处于平衡 则水平方向一定有向右的摩擦力作用在m2上 且大小与F相同 故B正确 因m2与地面间有摩擦力 则一定有支持力 故C错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4 多选 如图18所示 用OA OB两根轻绳将花盆悬于两竖直墙之间 开始时OB绳水平 现保持O点位置不变 改变OB绳长使绳右端由B点缓慢上移到B 点 此时OB 与OA之间的夹角 90 设此过程OA OB绳的拉力分别为FOA FOB 则下列说法正确的是 图18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A FOA一直减小B FOA一直增大C FOB一直减小D FOB先减小后增大 解析以结点O为研究对象 分析受力 重力G 绳OA的拉力FOA和绳OB的拉力FOB 如图所示 根据平衡条件知 两根绳子的拉力的合力与重力大小相等 方向相反 作出轻绳OB在两个位置时力的合成图如图 由图看出 FOA逐渐减小 FOB先减小后增大 当 90 时 FOB最小 答案AD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 5 如图19所示 横截面为直角三角形的斜劈A 底面靠在粗糙的竖直墙面上 力F通过球心水平作用在光滑球B上 系统处于静止状态 当力F增大时 系统仍保持静止 则下列说法正确的是 图19 A A所受合外力增大B 墙面对A的摩擦力一定增大C B对地面的压力一定不变D 墙面对A的摩擦力可能变小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析A一直处于静止状态 所受合外力一直为零 故A错误 对B受力分析 如图 根据平衡条件 F FN sin 可见F增大则FN 增大 FN mg FN cos 可见FN 增大则FN 增大 根据牛顿第三定律则球对地面的压力增大 故C错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 以整体为研究对象 竖直方向 FN Ff Mg 若FN 增大至与Mg相等 则Ff 0 故B错误 D正确 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6 如图20所示 倾角为 的斜面体C置于水平面上 B置于斜面C上 通过细绳跨过光滑的定滑轮与A相连接 连接B的一段细绳与斜面平行 A B C都处于静止状态 则 图20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A 水平面对C的支持力等于B C的总重力B B一定受到C的摩擦力C C一定受到水平面的摩擦力D 若将细绳剪断 B物体开始沿斜面向下滑动 则水平面对C的摩擦力可能为零 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析把B C当作一个整体进行受力分析 在竖直方向上有 FN mAgsin mB mC g 绳子的拉力在竖直方向上的分量mAgsin 不为零 所以水平面对C的支持力小于B C的总重力 故A错误 对B 当B受到绳子的拉力与B的重力在斜面上的分力大小相等 即mBgsin mAg时 B在斜面上没有运动趋势 此时B C间没有摩擦力 故B错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 把B C当作一个整体进行受力分析 可知绳子的拉力在水平方向上的分量不为零 整体有向右的运动趋势 所以C受到地面的摩擦力不会为零 方向一定向左 故C正确 若将细绳剪断 B物体在斜面上加速下滑时具有沿斜面向下的加速度 该加速度在水平方向上有分量 故对C的作用力有水平向右的分量 而C处于平衡状态可知 地面对C的摩擦力肯定不为零 故D错误 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 7 如图21所示 A B是两个带异号电荷的小球 其质量分别为m1和m2 所带电荷量分别为 q1和 q2 A用绝缘细线L1悬挂于O点 A B间用绝缘细线L2相连 整个装置处于水平方向的匀强电场中 平衡时L1向左偏离竖直方向 L2向右偏离竖直方向 则可以判定 图21 A m1 m2B m1 m2C q1 q2D q1 q2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析两球整体受力分析 如图所示 根据平衡条件可知 q1E q2E 即q1 q2 而两球的质量无法比较其大小 故C正确 A B D错误 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 8 多选 如图22所示 在倾角为 的光滑斜面上 垂直纸面放置一根长为L 质量为m的直导体棒 在导体棒中的电流I垂直纸面向里时 欲使导体棒静止在斜面上 下列外加匀强磁场的磁感应强度B的大小和方向正确的是 图22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 若外加匀强磁场的磁感应强度B的方向垂直斜面向下 则安培力沿斜面向下 导体棒不能平衡 C错误 若外加匀强磁场的磁感应强度B的方向竖直向下 则安培力水平向左 导体棒不能平衡 D错误 故选A B 答案AB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 9 由粗糙的水平杆AO与光滑的竖直杆BO组成的绝缘直角支架如图23放置 在AO杆 BO杆上套有带正电的小球P Q 两个小球恰能在某一位置平衡 现将P缓慢地向左移动一小段距离 两球再次达到平衡 若小球所带电荷量不变 与移动前相比 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A P Q之间的距离增大B BO杆对Q的弹力减小C AO杆对P的摩擦力增大D AO杆对P的弹力减小 图23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析Q受力如图 由力的合成与平衡条件可知 BO杆对小球Q的弹力变大 两小球之间的库仑力变大 由库仑定律知 两小球P Q的距离变小 A B错误 对小球P受力分析 可得AO杆对小球P的摩擦力变大 C正确 对小球P Q整体受力分析 AO杆对小球P的弹力不变 D错误 答案C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10 如图24所示 倾角为 的绝缘斜面体ABC置于粗糙的水平地面上 一质量为m 电荷量为 q的小物块 可看作是点电荷 恰好能在斜面上匀速下滑 若在AB中点D的上方与B等高的位置固定一电荷量为 Q的点电荷 再让物块以某一速度从斜面上滑下 物块在下滑至底端的过程中 斜面体保持静止不动 在不考虑空气阻力和物块电荷没有转移的情况下 关于在物块下滑过程中斜面体受到地面的摩擦力及其方向的分析正确的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 图24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A 当物块在BD之间 斜面体受到地面的摩擦力的方向向左B 当物块在DA之间 斜面体受到地面的摩擦力的方向向右C 当物块在DA之间 斜面体受到地面的摩擦力的方向要视具体问题而定D 当物块在DA之间 斜面体受到地面的摩擦力为零 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析开始时刻小物块受重力 支持力和摩擦力 物块恰好能在斜面上匀速下滑 说明摩擦力和支持力的合力与重力平衡 是竖直向上的 根据牛顿第三定律 压力和滑块对斜面体的摩擦力的合力是竖直向下的 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 增加电场力后 小物块对斜面体的压力和摩擦力正比例增加 故滑块对斜面体的压力和摩擦力的合力仍然是竖直向下的 再对斜面体受力分析 受重力 物块对斜面体的压力和摩擦力 支持力 不受地面的摩擦力 否则合力不为零 故A B C错误 D正确 答案D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11 如图25所示 质量为m的物体 放在一固定斜面上 当斜面倾角为30 时恰能沿斜面匀速下滑 对物体施加一大小为F的水平向右的恒力 物体可沿斜面匀速向上滑行 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 当斜面倾角增大并超过某一临界角 0时 不论水平恒力F多大 都不能使物体沿斜面向上滑行 试求 图25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 物体与斜面间的动摩擦因数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 这一临界角 0的大小 解析设斜面倾角为 由平衡条件有Fcos mgsin FfFN2 mgcos Fsin 静摩擦力Ff FN2联立解得F cos sin mgsin mgcos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11