2019版高考物理总复习 第二章 相互作用 基础课3 共点力的平衡条件和应用课件.ppt

基础课3共点力的平衡条件和应用 受力分析 1 受力分析 把研究对象 指定物体 在特定的物理环境中受到的所有力都找出来 并画出的过程 2 受力分析的一般顺序 1 画出 2 分析场力 电场力 磁场力 3 分析 4 分析 知识排查 受力示意图 已知力 重力 弹力 摩擦力 共点力的平衡条件 静止 匀速直线运动 0 0 如图甲所示 小球静止不动 如图乙所示 物块匀速运动 则 小球F合 FNsin F推 FNcos mg 物块Fx Fy 0 F1 Ff 0 F2 FN mg 0 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 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大小相等 方向相反 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 其中任何一个力与大小相等 方向相反 平衡条件的推论 相等 相反 合力 其余几个力的合力 1 思考判断 小题速练 答案 1 2 3 4 2 2017 广东六校联考 一个质量为3kg的物体 被放置在倾角为 30 的固定光滑斜面上 在如图1所示的甲 乙 丙三种情况下处于平衡状态的是 g 10m s2 A 仅甲图B 仅乙图C 仅丙图D 甲 乙 丙图答案B 图1 3 多选 如图2所示 将一充有氢气的气球系在一个石块上 风沿水平方向吹 气球受到的风力大小为F风 kSv2 k是阻力系数 S是迎风横截面积 石块开始静止于水平地面上 则 A 若风速逐渐增大 气球会连同石块一起离开地面B 无论风速多大 气球连同石块都不会离开地面C 若风速逐渐增大 气球会连同石块一起沿地面向左滑动D 无论风速多大 气球连同石块都不会被吹动 图2 解析解析法分析动态变化 如图 整体分析气球与石块 开始时受力平衡 水平风力增大 不改变竖直方向的各个力 则石块不会离开地面 故选项A错误 B正确 开始时系统平衡 有F风 Ff 又有Ff Ffmax FN 为石块与地面的动摩擦因数 解得F风 FN 若F风增大 竖直方向FN M m g F浮不变 当F风增大到 FN时 系统会沿地面向左滑动 故选项C正确 D错误 答案BC 受力分析 1 受力分析的基本思路 1 研究对象的选取方法 整体法和隔离法 2 基本思路 2 整体法与隔离法 1 一建筑塔吊如图3所示向右上方匀速提升建筑物料 若忽略空气阻力 则下列有关物料的受力图正确的是 图3 解析由题意可知 物料匀速运动 合力为零 对物料受力分析知 拉力T与重力mg平衡 故选项A B C错误 D正确 答案D 2 如图4所示 质量为m的木块A放在一质量为M的三角形斜劈B上 斜劈放在水平地面上 现同时用大小为F1和F2 方向相反的水平力分别推木块A和斜劈B 它们均静止不动 则 A F1 F2一定等大B 木块A 斜劈B间一定存在摩擦力C 斜劈B与地面间一定存在摩擦力D 地面对斜劈B的支持力的大小一定等于 M m g答案D 图4 3 2017 广东省百校联盟高三联考 多选 如图5所示 地面上固定一个斜面 斜面上叠放着A B两个物块并均处于静止状态 现对物块A施加一斜向上的力F作用 A B两个物块始终处于静止状态 则木块B的受力个数可能是 A 3个B 4个C 5个D 6个 图5 解析对A受力分析可得 A受竖直向下的重力 斜向左上方的拉力F 竖直向上的支持力及水平向右的摩擦力 对B受力分析可得 B受重力 A对B的压力 斜面的支持力 A对B向左的摩擦力 且斜面若对B没有摩擦力则B受到4个力 若斜面对B有摩擦力则B受5个力 选项A D错误 B C正确 答案BC 共点力作用下物体平衡的分析方法 1 平衡中的研究对象选取 1 单个物体 2 能看成一个物体的系统 3 一个结点 2 静态平衡问题的解题 五步骤 典例 多选 如图6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 图6 解析方法一合成法 方法二效果分解法将重力按产生的效果分解 如图乙所示 方法三正交分解法将滑块受的力沿水平 竖直方向分解 如图丙所示 mg FNsin F FNcos 方法四封闭三角形法 答案AC 1 如图7所示 光滑斜面的倾角为 37 一个可以看成质点的小球在轻质细线的拉力作用下静止在斜面上 细线与斜面间的夹角也为37 若小球的重力为G sin37 0 6 cos37 0 8 则手对细线的拉力等于 答案C 图7 2 2017 全国卷 17 一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80cm的两点上 弹性绳的原长也为80cm 将一钩码挂在弹性绳的中点 平衡时弹性绳的总长度为100cm 再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点 则弹性绳的总长度变为 弹性绳的伸长始终处于弹性限度内 A 86cmB 92cmC 98cmD 104cm 甲乙 答案B A cos sin B cos sin C 1 tan D 1 tan 图8 答案B 处理平衡问题的三点说明 1 物体受三力平衡时 利用力的效果分解法或合成法比较简单 2 物体受四个或四个以上的力作用时 一般采用正交分解法 3 物体只受三个力的作用且三力构成普通三角形 可考虑使用相似三角形法 1 动态平衡 1 所谓动态平衡问题 是指通过控制某些物理量 使物体的状态发生缓慢变化 而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态 常利用图解法解决此类问题 2 基本思路化 动 为 静 静 中求 动 动态平衡问题的分析方法 2 分析动态平衡问题的方法 1 2017 河北唐山一模 光滑斜面上固定着一根刚性圆弧形细杆 小球通过轻绳与细杆相连 此时轻绳处于水平方向 球心恰位于圆弧形细杆的圆心处 如图9所示 将悬点A缓慢沿杆向上移动 直到轻绳处于竖直方向 在这个过程中 轻绳的拉力 A 逐渐增大B 大小不变C 先减小后增大D 先增大后减小 图9 解析方法一当悬点A缓慢向上移动过程中 小球始终处于平衡状态 小球所受重力mg的大小和方向都不变 支持力的方向不变 对球进行受力分析如图甲所示 由图可知 拉力T先减小后增大 选项C正确 答案C 甲 乙 2 2017 湖南株洲二中模拟 多选 如图10所示 A球被固定在竖直支架上 A球正上方的点O悬有一轻绳拉住B球 两球之间连有轻弹簧 平衡时绳长为L 张力为T1 弹簧弹力为F1 若将弹簧换成原长相同的劲度系数更小的轻弹簧 再次平衡时绳中的张力为T2 弹簧弹力为F2 则 A T1 T2B T1 T2C F1F2 图10 答案BD 3 2017 广东省百校联盟高三模拟 质量为M的半圆柱体P放在粗糙的水平地面上 其右端固定一个竖直挡板AB 在P上放两个大小相同的光滑小球C和D 质量均为m 整个装置的纵截面如图11所示 开始时P C球心连线与水平面的夹角为 点P D球心连线处于竖直方向 已知重力加速度为g 则下列说法正确的是 图11 答案C 2 极值问题 当某物理量变化时 会引起其他几个物理量的变化 从而使物体所处的平衡状态 恰好出现 或 恰好不出现 在问题的描述中常用 刚好 刚能 恰好 等语言叙述 平衡中的临界 极值问题 平衡物体的极值 一般是指在力的变化过程中的最大值和最小值问题 1 临界问题 3 解题思路 解决共点力平衡中的临界 极值问题 四字诀 1 2017 广东汕头二模 如图12所示 重力都为G的两个小球A和B用三段轻绳连接后悬挂在O点上 O B间的绳子长度是A B间的绳子长度的2倍 将一个拉力F作用到小球B上 使三段轻绳都伸直且O A间和A B间的两段绳子分别处于竖直和水平方向上 则拉力F的最小值为 图12 答案A 图13 答案A 3 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 1 当 时 拉力F有最小值 求此最小值 2 当 时 木楔对水平面的摩擦力是多大 图14 解析木块在木楔斜面上匀速向下运动时 有mgsin mgcos 即 tan 1 木楔在力F作用下沿斜面向上匀速运动 有Fcos mgsin FfFsin FN mgcos Ff FN 则当 时 F有最小值 为Fmin mgsin2 2 因为木块及木楔均处于平衡状态 整体受到地面的摩擦力等于F的水平分力 即Ff Fcos 当F取最小值mgsin2 时 涉及极值的临界问题的三种解答方法 1 图解法根据平衡条件作出力的矢量图 如只受三个力 则这三个力构成封闭矢量三角形 然后根据矢量图进行动态分析 确定最大值和最小值 如T1的求解方法 2 假设推理法先假设某种临界情况成立 然后根据平衡条件及有关知识进行论证 求解 如T2的求解方法就是假设法 3 数学方法根据物体的平衡条件列方程 在解方程时采用数学知识求极值 通常用到的数学知识有二次函数求极值 讨论公式求极值 三角函数求极值以及几何法求极值等 如T3的求解方法 共点力作用下的物体的平衡 题源 人教版必修1 P91 T1 在光滑墙壁上用网兜把足球挂在A点 足球与墙壁的接触点为B 图4 7 6 足球的质量为m 悬绳与墙壁的夹角为 网兜的质量不计 求悬绳对球的拉力和墙壁对球的支持力 图4 7 6 拓展1在 上题 中缓慢增加悬绳的长度 其他条件不变 则悬绳对足球的拉力F和墙壁对足球的支持力FN的变化情况是 A F逐渐变大B F逐渐变小C FN逐渐变大D FN保持不变答案B 拓展2 2016 全国卷 14 质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上 用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O 如图15所示 用T表示绳OA段拉力的大小 在O点向左移动的过程中 A F逐渐变大 T逐渐变大B F逐渐变大 T逐渐变小C F逐渐变小 T逐渐变大D F逐渐变小 T逐渐变小 图15 解析对O点受力分析如图所示 F与T的变化情况如图 由图可知在O点向左移动的过程中 F逐渐变大 T逐渐变大 故选项A正确 答案A A MN上的张力逐渐增大B MN上的张力先增大后减小C OM上的张力逐渐增大D OM上的张力先增大后减小 图16 解析方法一以重物为研究对象 受重力mg OM绳上拉力F2 MN上拉力F1 由题意知 三个力合力始终为零 矢量三角形如图所示 F1 F2的夹角为 不变 在F2转至水平的过程中 矢量三角形在同一外接圆上 由图可知 MN上的张力F1逐渐增大 OM上的张力F2先增大后减小 所以选项A D正确 B C错误 方法二设重物的质量为m 绳OM中的张力为TOM 绳MN中的张力为TMN 开始时 TOM mg TMN 0 由于缓慢拉起 则重物一直处于平衡状态 两绳张力的合力与重物的重力mg等大 反向 答案AD