2019高考物理一轮复习 第二章 相互作用 专题2 受力分析 共点力的平衡课件 新人教版.ppt

专题2受力分析共点力的平衡 知识梳理 考点自诊 一 受力分析1 受力分析把指定物体 研究对象 在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来 并画出受力示意图的过程 2 受力分析的一般顺序如图甲 物体A在水平推力F作用下沿粗糙斜面上滑 则物体受力分析的顺序应如图乙所示 1 首先分析场力 重力 电场力 磁场力 2 其次分析接触力 弹力 摩擦力 3 最后分析其他力 知识梳理 考点自诊 二 共点力的平衡1 平衡状态物体处于静止状态或匀速直线运动状态 2 平衡条件 如图所示 小球静止不动 物块匀速运动 则 小球F合 0 物块Fx 0 Fy 0 知识梳理 考点自诊 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 这两个力必定大小相等 方向相反 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 其中任何一个力与另外两个力的合力大小相等 方向相反 并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量三角形 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 其中任何一个力与另外几个力的合力大小相等 方向相反 知识梳理 考点自诊 三 正交分解法1 定义 将已知力按互相垂直的两个方向进行分解的方法 2 建立坐标轴的原则 一般选共点力的作用点为原点 在静力学中 以少分解力和容易分解力为原则 在动力学中 习惯以加速度方向和垂直加速度方向为坐标轴建立坐标系 知识梳理 考点自诊 3 方法 物体受到多个力作用F1 F2 F3 求合力F时 可把各力沿相互垂直的x轴 y轴分解 知识梳理 考点自诊 1 如图所示 两个等大 反向的水平力F分别作用在物体A和B上 A B两物体均处于静止状态 若各接触面与水平地面平行 则A B两物体各受几个力 A 3 4B 4 4C 4 5D 4 6 答案 解析 知识梳理 考点自诊 2 下列说法正确的是 A 竖直上抛的物体到达最高点时 物体处于平衡状态B 电梯匀速上升时 电梯中的人不处于平衡状态C 在小车的水平光滑表面上静置一小木块 当小车加速运动时 小物块仍处于平衡状态D 竖直弹簧上端固定 下端挂一重物 平衡后 用力F将它下拉一段距离后停止 当突然撤去力F时 重物仍处于平衡状态 答案 解析 知识梳理 考点自诊 3 2018 福建三明月考 如图所示 某人静躺在椅子上 椅子的靠背与水平面之间有固定倾斜角 若此人所受重力为G 则椅子各部分对他的作用力的合力大小为 A GB Gsin C Gcos D Gtan 答案 解析 知识梳理 考点自诊 4 2018 山东郓城月考 甲 乙两人用绳aO和bO通过装在P楼和Q楼楼顶的定滑轮 将质量为m的物块由O点沿Oa直线缓慢地向上提升 如图所示 aOb为锐角 则在物块由O点沿Oa直线缓慢上升过程中 以下判断正确的是 A aO绳和bO绳中的弹力逐渐减小B aO绳和bO绳中的弹力逐渐增大C aO绳中的弹力一直增大 bO绳中的弹力先减小后增大D aO绳中的弹力先减小后增大 bO绳中的弹力一直增大 答案 解析 知识梳理 考点自诊 5 如图所示 一个重10N的光滑小球被一根细绳挂在竖直墙壁上的A点 绳子和墙壁的夹角 为37 取cos37 0 8 sin37 0 6 求 1 画出小球的受力示意图 2 绳子对小球的拉力FT的大小 3 墙壁对小球的支持力FN的大小 知识梳理 考点自诊 答案 1 受力示意图如解析图所示 2 12 5N 3 7 5N解析 1 如图所示 小球受到重力G 绳子的拉力FT 墙壁的支持力FN 力的示意图如图 2 据共点力的平衡条件 命题点一 命题点二 命题点三 物体的受力分析1 受力分析的三个常用判据 命题点一 命题点二 命题点三 2 受力分析的一般思路 命题点一 命题点二 命题点三 例1 多选 2017 安徽安庆模拟 如图所示 两个相似的斜面体A B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上 关于斜面体A和B的受力情况 下列说法正确的是 A A一定受到四个力B B可能受到四个力C B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力D A与B之间一定有摩擦力 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 思维点拨对A B整体受力分析 对B受力分析 对A受力分析 受力分析要注意以下几点 1 注意研究对象的合理选取 在分析系统内力时 必须把受力对象隔离出来 而在分析系统受到的外力时 一般采取整体法 有时也采用隔离法 2 养成按照一定顺序进行受力分析的习惯 3 涉及弹簧弹力时 要注意可能性分析 4 对于不能确定的力可以采用假设法分析 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练1 多选 如图所示 工作人员将小车和冰球推进箱式吊车并运至冰雕顶部安装 先后经历了向右匀速 向右匀减速 向上匀加速 向上匀减速直线运动四个过程 冰球与水平底板和右侧斜挡板始终保持接触但摩擦不计 关于冰球的受力情况 下列判断正确的是 A 向右匀速过程 冰球一定受到三个力B 向右匀减速过程 冰球可能受到两个力C 向上匀加速过程 冰球一定受到两个力D 向上匀减速过程 冰球可能受到一个力 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 2 如图所示 小车内一根轻质弹簧沿竖直方向和一条与竖直方向成 角的细绳拴接一小球 当小车和小球相对静止 一起在水平面上运动时 下列说法正确的是 A 细绳一定对小球有拉力的作用B 轻弹簧一定对小球有弹力的作用C 细绳不一定对小球有拉力的作用 但是轻弹簧对小球一定有弹力D 细绳不一定对小球有拉力的作用 轻弹簧对小球也不一定有弹力 D 命题点一 命题点二 命题点三 解析 当小车处于匀速直线运动时 弹簧的弹力等于重力 即F mg FT 0 当小车和小球向右做匀加速直线运动时 根据牛顿第二定律得水平方向有 FTsin ma 竖直方向有 F FTcos mg 由 知 细绳一定对小球有拉力的作用 当mg macot 即a gtan 时 F 0 所以细绳不一定对小球有拉力的作用 轻弹簧对小球也不一定有弹力的作用 D符合题意 A B C不符合题意 故答案为D 命题点一 命题点二 命题点三 解决平衡问题常用的四种方法 命题点一 命题点二 命题点三 例2 2018 江西赣州月考 如图所示 斜面上放有两个完全相同的物体a b 两物体间用一根细线连接 在细线的中点加一与斜面垂直的拉力F 使两物体均处于静止状态 则下列说法正确的是 A a b两物体的受力个数一定相同B a b两物体对斜面的压力不相同C a b两物体受到的摩擦力大小可能不相等D 当逐渐增大拉力F时 物体b先开始滑动 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 思维点拨解答本题时应注意以下三点 1 由对称性确定左右两段细线拉力的大小关系 2 两物体均处于静止状态 所受合力均为零 3 当拉力F增大时 最先达到最大静摩擦力的物体先滑动 命题点一 命题点二 命题点三 例3 2017 宁夏沙坡头区月考 如图所示 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 命题点一 命题点二 命题点三 解析 解法一合成法滑块受力分析如图甲 命题点一 命题点二 命题点三 解法二效果分解法将重力按产生的效果分解 如图乙所示 解法三正交分解法将滑块受的力在水平 竖直方向上分解 如图丙所示 有mg FNsin F FNcos 解法四力的三角形法如图丁所示 滑块受到的三个力组成封闭三角形 利用直角三角形得 命题点一 命题点二 命题点三 静态平衡问题的解题 四步骤 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练3 2017 全国卷 如图 一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动 若保持F的大小不变 而方向与水平面成60 角 物块也恰好做匀速直线运动 物块与桌面间的动摩擦因数为 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 4 如图所示 光滑的大圆环固定在竖直平面上 圆心为O点 P为环上最高点 轻弹簧的一端固定在P点 另一端拴连一个套在大环上的小球 小球静止在图示位置平衡 则 A 弹簧可能处于压缩状态B 大圆环对小球的弹力方向可能指向O点C 小球受到弹簧的弹力与重力的合力一定指向O点D 大圆环对小球的弹力大小可能小于球的重力 也可能大于球的重力 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 5 多选 2018 广西钦州月考 如图所示 质量为m0的木板C放在水平地面上 固定在C上的竖直轻杆的顶端分别用细绳a和b连接小球A和小球B 小球A B的质量分别为mA和mB 当与水平方向成30 角的力F作用在小球B上时 A B C刚好相对静止一起向右匀速运动 且此时绳a b与竖直方向的夹角分别为30 和60 则下列判断正确的是 A 力F的大小为mBgB 地面对C的支持力等于 m0 mA mB g D mA mB 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 动态平衡问题1 动态平衡 动态平衡就是通过控制某一物理量 使物体的状态发生缓慢的变化 但变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态 所以叫动态平衡 命题点一 命题点二 命题点三 2 分析动态平衡问题的方法 命题点一 命题点二 命题点三 例4 多选 2017 全国卷 如图 柔软轻绳ON的一端O固定 其中间某点M拴一重物 用手拉住绳的另一端N 初始时 OM竖直且MN被拉直 OM与MN之间的夹角为 现将重物向右上方缓慢拉起 并保持夹角 不变 在OM由竖直被拉到水平的过程中 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 AD 命题点一 命题点二 命题点三 解析 方法一 受力分析如图 设OM与竖直方向夹角为 M点绕O点做圆周运动 沿切线方向 FMNcos 90 mgsin 沿半径方向 FOM FMNsin 90 mgcos 当 90 时存在极大值 故FOM先增大再减小 D项正确 命题点一 命题点二 命题点三 方法二 利用矢量圆 如图重力保持不变 是矢量圆的一条弦 FOM与FMN夹角即圆心角保持不变 由图知FMN一直增大到最大 FOM先增大再减小 当OM与竖直夹角为 90 时FOM最大 命题点一 命题点二 命题点三 思维点拨重物受三个力中只有重力恒定不变 且要求OM MN两力的夹角不变 两力的大小 方向都在变 方法一 正交分解列方程 解出力随夹角变化的函数 然后由函数讨论 方法二 利用矢量圆 三力合力为零 能构成封闭的三角形 再借助圆 同一圆弧对应圆周角不变 命题点一 命题点二 命题点三 三种 典型方法 命题点一 命题点二 命题点三 即学即练6 如图所示 一小球放置在木板与竖直墙面之间 设墙面对球的压力大小为FN1 球对木板的压力大小为FN2 以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴 将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置 不计摩擦 在此过程中 A FN1始终减小 FN2始终增大B FN1始终减小 FN2始终减小C FN1先增大后减小 FN2始终减小D FN1先增大后减小 FN2先减小后增大 答案 解析 命题点一 命题点二 命题点三 7 多选 2018 甘肃白银月考 如图所示 质量为m的小球套在竖直固定的光滑圆环上 在圆环的最高点有一个光滑小孔 一根轻绳的下端系着小球 上端穿过小孔用力拉住 开始时绳与竖直方向夹角为 小球处于静止状态 现缓慢拉动轻绳 使小球沿光滑圆环上升一小段距离 则下列关系正确的是 A 绳与竖直方向的夹角为 时 F 2mgcos B 小球沿光滑圆环上升过程中 轻绳拉力逐渐增大C 小球沿光滑圆环上升过程中 小球所受支持力逐渐增大D 小球沿光滑圆环上升过程中 小球所受支持力大小不变 答案 解析 模型建立 典例示范 变式训练 平衡中的临界与极值问题1 问题特点 模型建立 典例示范 变式训练 2 突破临界问题的三种方法 模型建立 典例示范 变式训练 例1质量为m0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 模型建立 典例示范 变式训练 答案 1 mgsin2 2 mgsin4 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 模型建立 典例示范 变式训练 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Ffm Fcos 当F取最小值mgsin2 时 Ffm Fmincos2 mg sin2 cos2 mgsin4 思维点拨 1 对物块进行受力分析 根据共点力平衡 利用正交分解 在沿斜面方向和垂直于斜面方向都平衡 进行求解 2 采用整体法 对m m0构成的整体列平衡方程 模型建立 典例示范 变式训练 例2 2017 江苏如皋期末 物体的质量为2kg 两根轻细绳AB和AC的一端连接于竖直墙上 另一端系于物体上 在物体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 若要使绳都能伸直 求拉力F的大小范围 g取10m s2 模型建立 典例示范 变式训练 解析 作出物体A受力如图所示 由平衡条件Fy Fsin F1sin mg 0 Fx Fcos F2 F1cos 0 要使两绳都能绷直 则有F1 0 F2 0 由 式得F有最大值 由 式得F有最小值 模型建立 典例示范 变式训练 思维点拨对A物体受力分析 受到拉力F 重力mg 两根细绳的拉力F1 F2 根据共点力平衡条件列方程 然后根据两根细线的拉力都要大于或等于零分析判断 命题分析高中物理中的临界与极值问题 虽然没有在教学大纲或考试说明中明确提出 但近年高考试题中却频频出现 从以往的试题形式来看 有些直接在题干中常用 恰好 最大 至少 不相撞 不脱离 等词语对临界状态给出了明确的暗示 审题时 要抓住这些特定的词语发掘其内含的物理规律 找出相应的临界条件 也有一些临界问题具有一定的隐蔽性 解题灵活性较大 审题时应力图还原习题的物理情景 周密讨论状态的变化 综合得F的取值范围 模型建立 典例示范 变式训练 总结提升解决共点力平衡中的临界 极值问题 四字诀 模型建立 典例示范 变式训练 1 2017 湖北黄冈模拟 将两个质量均为m的小球a b用细线相连后 再用细线悬挂于O点 如图所示 用力F拉小球b 使两个小球都处于静止状态 且细线Oa与竖直方向的夹角保持 30 则F达到最小值时Oa绳上的拉力为 答案 解析 模型建立 典例示范 变式训练 2 倾角为 37 的斜面体与水平面保持静止 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 0 5 现给A施加一水平力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 水平推力与G的比值不可能是 A 3B 2C 1D 0 5 答案 解析 模型建立 典例示范 变式训练 3 多选 2017 江苏启东月考 如图所示 形状和质量完全相同的两个圆柱体a b靠在一起 表面光滑 重力为G 其中b的下半部刚好固定在水平面MN的下方 上边露出另一半 a静止在平面上 现过a的轴心施加一水平作用力F 可缓慢地将a拉离平面一直滑到b的顶端 对该过程分析 则应有 A 拉力F先增大后减小 最大值是GB 开始时拉力F最大为G 以后逐渐减小为0C a b间的压力开始最大为2G 而后逐渐减小到GD a b间的压力由0逐渐增大 最大为G 答案 解析 模型建立 典例示范 变式训练 4 2017 四川双流月考 一个底面粗糙 质量为m0 5kg的劈放在粗糙的水平面上 劈的斜面光滑且与水平面成30 角 现用一端固定的轻绳系一质量为m 3kg的小球 小球放在斜面上 小球静止时轻绳与竖直方向的夹角也为30 如图所示 g取10m s2 试求 1 当劈静止时绳子的拉力大小 2 若地面对劈的最大静摩擦力等于地面对劈支持力的k倍 为使整个系统静止 k值必须满足什么条件 模型建立 典例示范 变式训练 解析 对小球进行受力分析如图1FTcos30 FN1cos30 mgFTsin30 FN1sin30 FT FN1 Ff FN1sin30 要使整体不滑动 则有Ff kFN2