【优化方案】高考物理一轮复习 第二章 第三节 受力分析 共点力的平衡课件

第三节受力分析共点力的平衡一、受力分析1．概念把研究对象(指定物体)在指定的物理环境中受到的所有力都分析出来，并画出物体所受力的__________，这个过程就是受力分析．2．受力分析的一般顺序先分析_______(重力、电场力、磁场力等)，然后按接触面分析接触力(弹力、摩擦力)，最后分析已知力．示意图场力二、共点力作用下物体的平衡1．平衡状态物体处于_______或__________________的状态．静止匀速直线运动2．共点力的平衡条件：___________或者Fx合＝0Fy合＝0F合＝0三、平衡条件的几条重要推论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_______．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，其中任意两个力的合力一定与第三个力大小_______，方向_______.3．多力平衡：如果物体受多个力作用处于平衡，其中任何一个力与其余力的合力大小_______，方向_______．相等相反相等相反相等相反1．如图所示，倾斜索道与水平方向的夹角为37°，当载重车厢沿索道匀速下滑时，车厢内重物受力个数可能为()A．2个B．1个C．3个D．4个A2.如图所示，质量分别为m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接,在力F的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(m1在地面，m2在空中)，力F与水平方向成θ角．则m1所受支持力N和摩擦力f正确的是()A．N＝m1g＋m2g－FsinθB．N＝m1g＋m2g－FcosθC．f＝FtanθD．f＝FsinθA3.(2013·高考重庆卷)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θ.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．GsinθC．GcosθD．GtanθA物体的受力分析1．受力分析的一般思路2．受力分析的常用方法(1)整体法和隔离法：当物理情景中涉及物体较多时,就要考虑采用整体法和隔离法.①整体法研究外力对物体系统的作用各物体运动状态相同同时满足上述两个条件即可采用整体法．②隔离法分析系统内各物体各部分间相互作用各物体运动状态不相同物体必须从系统中隔离出来,独立地进行受力分析,列出方程.(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．(2014·东营模拟)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个、4个B．4个、4个C．4个、5个D．4个、6个[解析]隔离A物体：A受重力、支持力、拉力，由平衡条件知，A还受静摩擦力的作用．整体法：由于两拉力等大反向,故地面对B没有摩擦力．隔离B物体：B受重力、压力、支持力、拉力和A对B的静摩擦力，综上所述C项正确．C[总结提升](1)物体的受力情况与物体的运动状态有关，分析物体受力时，要注意物体所处的状态．(2)注意整体法和隔离法灵活交叉使用．1．(2013·高考上海卷)如图，质量mAmB的两物体A、B叠放在一起，靠着竖直墙面．让它们由静止释放，在沿粗糙墙面下落过程中，物体B的受力示意图是()解析：A、B在竖直下落过程中与墙面没有弹力，所以也没有摩擦力，A、B均做自由落体运动，处于完全失重状态，均只受重力，故A正确．A解决平衡问题的常用方法方法内容合成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，方向相反分解法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正交分解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如图所示，在倾角为α的斜面上，放一质量为m的小球，小球被竖直的木板挡住，不计摩擦，则球对挡板的压力是()A．mgcosαB．mgtanαC.mgcosαD．mg[思路点拨]本题可按以下思路进行求解：以小球为研究对象⇨受力分析并画出受力图⇨根据平衡条件列方程B[解析]法一：(正交分解法)对小球受力分析如图甲所示，小球静止，处于平衡状态，沿水平和竖直方向建立坐标系，将N2正交分解，列平衡方程为N1＝N2sinα，mg＝N2cosα.可得：球对挡板的压力N′1＝N1＝mgtanα，所以B正确．法二：(力的合成法)如图乙所示，小球处于平衡状态，合力为零．N1与N2的合力一定与mg平衡，即等大反向．解三角形可得：N1＝mgtanα，所以，球对挡板的压力N′1＝N1＝mgtanα，所以B正确．法三：(力的分解法)如图丙所示，将小球的重力按效果分解由几何关系可得：N1＝mgtanαN2＝mgcosα故选项B正确．[名师归纳]共点力平衡问题的一般解题思路实际问题――→选用整体法或隔离法确定研究对象―→对研究对象受力分析―→画受力图――→将某些力进行合成或分解作出平行四边形――→根据平衡条件F合＝0列平衡方程求解2．两个相同的粗糙斜面上，放两个相同的物块，分别用沿斜面向下的力F1(如图甲)和沿斜面向上的力F2(如图乙)推物块，结果物块都能沿斜面匀速运动，斜面的倾角为θ，物块的质量为m,物块与斜面的动摩擦因数为μ,则关于推力F1、F2的说法正确的是()①F2－F1＝2mgsinθ②F2－F1＝2μmgcosθ③F2＋F1＝2mgsinθ④F2＋F1＝2μmgcosθA．①③B．①④C．②③D．②④B解析：对图甲分析可得：F1＋mgsinθ＝μmgcosθ，对图乙分析可得：F2＝mgsinθ＋μmgcosθ，解得F2－F1＝2mgsinθ，F2＋F1＝2μmgcosθ.B项正确．图解法分析动态平衡问题1．动态平衡：是指平衡问题中的一部分力是变力,是动态力,力的大小和方向均要发生变化，所以叫动态平衡，这是力平衡问题中的一类难题．2．基本思路：化“动”为“静”，“静”中求“动”．3．基本方法：图解法和解析法．(2013·高考天津卷)如图所示，小球用细绳系住，绳的另一端固定于O点．现用水平力F缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于直线状态，当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平，此过程中斜面对小球的支持力N以及绳对小球的拉力FT的变化情况是()A．N保持不变，FT不断增大B．N不断增大，FT不断减小C．N保持不变，FT先增大后减小D．N不断增大，FT先减小后增大D[审题突破]用水平力F缓慢推动斜面体的含义是什么？在整个过程中小球受几个力？哪个力是恒力？哪个力方向不变?[解析]选小球为研究对象,其受力情况如图所示,用平行四边形定则作出相应的“力三角形OAB”，其中OA的大小、方向均不变，AB的方向不变，推动斜面时，FT逐渐趋于水平，B点向下转动，根据动态平衡，FT先减小后增大，N不断增大,选项D正确．[方法总结]图解法分析动态平衡问题的步骤：(1)选某一状态对物体进行受力分析；(2)根据平衡条件画出平行四边形；(3)根据已知量的变化情况再画出一系列状态的平行四边形;(4)判定未知量大小、方向的变化．3．(2014·福州三中模拟)如图所示，将球用细绳系住放在倾角为θ的光滑斜面上，当细绳由水平方向缓慢向上偏移至竖直方向的过程中，细绳上的拉力将()A．逐渐增大B．逐渐减小C．先增大后减小D．先减小后增大D解析：球的重力有两个效果，即拉细绳和压斜面，用图解法分析该题，作出力的分解图示如图所示．由图可知，当细绳由水平方向逐渐向上偏移至竖直方向时，细绳上的拉力F2将先减小后增大，当F2和F1的方向垂直时，F2有极小值；而球压斜面的力F1逐渐减小．故选项D正确．当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时，宜用整体法；而在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时常用隔离法．整体法和隔离法不是独立的，对一些较复杂问题，通常需要多次选取研究对象，交替使用整体法和隔离法．隔离法和整体法在多体平衡中的应用(2013·高考山东卷)如图所示，用完全相同的轻弹簧A、B、C将两个相同的小球连接并悬挂，小球处于静止状态，弹簧A与竖直方向的夹角为30°，弹簧C水平，则弹簧A、C的伸长量之比为()A.3∶4B．4∶3C．1∶2D．2∶1D[解析]法一：(隔离法)分别对两小球受力分析，如图所示FAsin30°－FBsinα＝0F′Bsinα－FC＝0FB＝F′B得FA＝2FC,即弹簧A、C的伸长量之比为2∶1,选项D正确．法二：(整体法)将两球作为一个整体，进行受力分析，如图所示由平衡条件知：F′AFC＝1sin30°即F′A＝2FC又F′A＝FA，则FA＝2FC故选项D正确.4．(2012·高考山东卷改编)如图所示，两相同轻质硬杆OO1、OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O、O1、O2转动，在O点悬挂一重物M，将两相同木块m紧压在竖直挡板上，此时整个系统保持静止，f表示木块与挡板间摩擦力的大小，N表示木块与挡板间正压力的大小．若挡板间的距离稍许增大后，系统仍静止且O1、O2始终等高，则()A．f变小B．f变大C．N变小D．N变大D解析：整个系统受力如图甲所示．系统处于平衡状态，以整体为研究对象，在竖直方向：2f＝(2m＋M)g，f＝2m＋M2g，与两板间距离无关，A、B错误．以O点为研究对象，受力如图乙所示．由平衡条件得：F＝Mg2cosθ以m为研究对象，受力如图丙所示，则N＝F′·sinθ＝F·sinθ＝12Mgtanθ当OO1、OO2夹角增大时，θ增大．由上式可知N增大，故C错误，D正确．平衡中的临界和极值问题[规范解答]————————————该得的分一分不丢！(1)设该同学沿拖杆方向用大小为F的力推拖把．将推拖把的力沿竖直和水平方向分解，由平衡条件可得竖直方向Fcosθ＋mg＝N①(2分)水平方向Fsinθ＝f②(2分)式中N和f分别为地板对拖把的正压力和摩擦力．由摩擦定律得f＝μN③(1分)联立①②③式得F＝μsinθ－μcosθmg④(1分)(2)若不管沿拖杆方向用多大的力都不能使拖把从静止开始运动，应有Fsinθ≤λN⑤(2分)这时，①式仍满足．联立①⑤式得sinθ－λcosθ≤λmgF⑥(2分)现考察使上式成立的θ角的取值范围．注意到上式右边总是大于零，且当F无限大时极限为零，有sinθ－λcosθ≤0⑦(2分)使上式成立的θ角满足θ≤θ0，这里θ0是题中所定义的临界角,即当θ≤θ0时，不管沿拖杆方向用多大的力都推不动拖把.临界角的正切为tanθ0＝λ.(2分)[答案](1)μsinθ－μcosθmg(2)λ[总结提升]处于平衡问题中的临界问题和极值问题,首先要正确进行受力分析，弄清临界条件，然后列出平衡方程．对于极值问题，要善于选择物理方法和数学方法，做到数理的巧妙结合．对于不能确定的状态，可以采用假设推理法，即先假设为某状态,然后根据平衡条件及有关知识列方程求解.5．(2013·高考新课标全国卷Ⅱ)如图，在固定斜面上的一物块受到一外力F的作用，F平行于斜面向上．若要物块在斜面上保持静止，F的取值应有一定范围，已知其最大值和最小值分别为F1和F2(F2＞0)．由此可求出()A．物块的质量B．斜面的倾角C．物块与斜面间的最大静摩擦力D．物块对斜面的正压力C解析：当物块所受外力F为最大值F1时，具有向上的运动趋势由平衡条件可得：F1＝mgsinθ＋fm；同理：当物块所受外力F为最小值F2时，具有向下的运动趋势，即F2＋fm＝mgsinθ.联立解得fm＝F1－F22，F1＋F2＝2mgsinθ，由于m或斜面的倾角θ未知，故选项C正确；选项A、B、D错误．