高三物理第讲受力分析共点力平衡复习课件

第4讲受力分析共点力平衡 知识建构技能建构一、受力分析1.定义:把研究对象(物体或物体系)在特定的物理环境中受到的外力都分析出来,并画出研究对象①受力示意图的过程.知识建构技能建构2.受力分析的一般顺序一般说来场力属于主动力,而接触力往往属于被动力.所以先分析②场力(重力、电场力、磁场力),再分析③接触力(弹力、摩擦力),最后分析其他力.知识建构技能建构3.受力分析的步骤知识建构技能建构1.平衡状态二、共点力的平衡(1)物体保持⑨静止状态或⑩匀速直线运动的状态.(2)通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢变化的过程(动态平衡).知识建构技能建构2.共点力平衡条件F合= 0或者 .00xyFF合合⑫⑬3.平衡条件的推论知识建构技能建构(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,则这两个力必定大小 相等、方向 相反,为一对 平衡力.知识建构技能建构(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,则这三个力必定共面,且其中任意两个力的合力一定与第三个力大小 相等、方向 相反.知识建构技能建构(3)多力平衡如果物体受多个力作用处于平衡状态,则其中任何一个力与其余力的合力大小 相等,方向 相反.知识建构技能建构(4)三力汇交原理如果物体在共面的、不平行的三个力作用下处于平衡状态,则这三个力一定是 共点力.注意:物体保持静止必须同时满足两个条件,即速度和加速度同时为零.三(多)力平衡的结论,本质上是将三(多)力平衡转化为二力平衡.知识建构技能建构1.如图所示,质量为m的物体A以一定的初速度v沿粗糙斜面上滑,物体A在上滑过程中受到的力有 ()A.冲力、重力、斜面的支持力和摩擦力B.重力、斜面的支持力C.重力、对斜面的正压力、沿斜面向下的摩擦力D.重力、斜面的支持力、沿斜面向下的摩擦力【解析】物体虽然是向上运动,但不受向上的冲力,按受力分析的顺序可知物体受重力、斜面的支持力、沿斜面向下的摩擦力,D正确.【答案】D知识建构技能建构2.如图甲所示,有一建筑工人,他在某次施工中,站在平板上,工人通过拉绳子,可以使自己和板一起匀速上升.若工人体重为G1,板重量为G2,滑轮质量和绳的质量及轴上的摩擦都可不计,则G1和G2必须满足 ()A.G1=G2B.G1≤G2甲知识建构技能建构C.G1≥ D.G1≤ 【解析】如图乙所示,对人和板由整体法得,4FT=G1+G2,对人FT≤G1,解得G1≥ ,故C项正确.【答案】C23G23G23G乙知识建构技能建构3.跳伞运动员打开伞后经过一段时间,将在空中保持匀速降落,已知运动员和他身上装备的总重量为G1,圆顶形降落伞伞面的重量为G2,有12条相同的拉线(拉线重量不计),均匀分布在伞面边缘上,每根拉线和竖直方向都成30°角.那么每根拉线上的张力大小为 ()A. B. C. D. 【解析】每根绳在竖直方向的分力为 T,由竖直方向平衡可知A正确.【答案】A1318G123()18GG1212GG16G32知识建构技能建构4.如图所示,将质量为m的滑块放在倾角为θ的固定斜面上.滑块与斜面之间的动摩擦因数为μ.若滑块与斜面之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力大小相等,重力加速度为g,则 ()A.将滑块由静止释放,如果μtanθ,滑块将下滑B.给滑块沿斜面向下的初速度,如果μtanθ,滑块将减速下滑C.用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动,如果μ=tanθ,拉力大小应是2mgsinθD.用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动,如果μ=tanθ,拉力大小应是mgsinθ知识建构技能建构【解析】对处于斜面上的物块受力分析,要使物块沿斜面下滑则mgsinθμmgcosθ,故μtanθ,故A、B选项错误;若要使物块在平行于斜面向上的拉力F的作用下沿斜面匀速上滑,由平衡条件有:F-mgsinθ-μmgcosθ=0故F=mgsinθ+μmgcosθ,若μ=tanθ,则mgsinθ=μmgcosθ,即F=2mgsinθ,故C选项正确;若要使物块在平行于斜面向下的拉力F作用下沿斜面向下匀速滑动,由平衡条件有:F+mgsinθ-μmgcosθ=0,则F=μmgcosθ-mgsinθ,若μ=tanθ,则mgsinθ=μmgcosθ,即F=0,故D选项错误.【答案】C知识建构技能建构 例1如图甲所示,质量m1=5kg的滑块,置于一粗糙的、倾角为30°的斜面上,用一平行于斜面的大小为30N的力F推滑块,滑块沿斜面向上匀速运动,斜面体质量m2=10kg,且始终静止,取g=10m/s2,求:一、受力分析的常用方法及注意事项甲知识建构技能建构(2)地面对斜面体的摩擦力和支持力的大小.(斜面体始终静止)【名师点金】(1)要求得滑块与斜面之间的摩擦力,隔离滑块进行受力分析;(2)求地面对斜面体的摩擦力和支持力的大小,对整体受力分析.(1)滑块对斜面的摩擦力大小.知识建构技能建构【规范全解】(1)用隔离法:对滑块受力分析如图乙所示,在平行斜面的方向上F=m1gsin30°+Ff所以Ff=F-m1gsin30°=(30-5×10×0.5)N=5N由牛顿第三定律可知,滑块对斜面的摩擦力大小为5N.乙丙知识建构技能建构(2)用整体法:因两个物体均处于平衡状态,故可以将滑块与斜面体当作一个整体来研究,其受力如图丙所示,由图丙可知:在水平方向上,有Ff地=Fcos30°=15 N在竖直方向上,有FN地=(m1+m2)g-Fsin30°=135N.【答案】(1)5N(2)15 N135N33知识建构技能建构1.受力分析的三个判断依据 方法概述(1)从力的概念判断,寻找对应的施力物体.(2)从力的性质判断,寻找产生的原因.(3)从力效果判断,寻找是否产生形变或改变运动状态.2.对物体进行正确的受力分析是解决力学问题的基础,在对物体进行受力分析时,为避免漏力,应做到:知识建构技能建构(2)分析弹力、摩擦力这些接触力时,按一定的绕向围绕研究对象,对接触面逐一分析.(1)养成按“一重二弹三摩四其他”的顺序分析受力的习惯.3.为避免多力,应注意:(1)分析出的所有力都应找得到施力物体.(2)不能把研究对象对其他物体的作用力也分析进去.(3)不能同时考虑合力和分力.知识建构技能建构(1)整体法和隔离法整体法隔离法概念将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法将研究对象与周围物体分隔开的方法选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度研究系统内物体之间的相互作用力注意问题受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用一般隔离受力较少的物体4.常用方法知识建构技能建构(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.知识建构技能建构变式训练1有一个直角支架AOB,AO水平放置,表面粗糙,OB竖直向下,表面光滑.AO上套有小环P,OB上套有小环Q,两环质量均为m,两环由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡,如图甲所示.现将P环向左移一小段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,AO杆对P环的支持力FN和摩擦力f的变化情况是 ()A.FN不变,f变大B.FN不变,f变小C.FN变大,f变大D.FN变大,f变小甲知识建构技能建构【规范全解】以两环和细绳整体为对象求FN,可知竖直方向上始终二力平衡,FN=2mg不变;以Q环为对象,在重力、细绳拉力F和OB压力FN'作用下平衡,如图乙所示,设细绳和竖直方向的夹角为α,则P环向左移的过程中α将减小,FN'=mgtanα也将减小.再以整体为对象,水平方向只有OB对Q的压力FN'和OA对P环的摩擦力f作用,因此f=FN'也减小.【答案】B乙知识建构技能建构 例2如图甲所示,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θ.下列关系正确的是 ()A.F= B.F=mgtanθC.FN= D.FN=mgtanθmgtanmgtan二、解决平衡问题的常用方法与一般步骤甲知识建构技能建构【名师点金】作出小滑块的受力图,可采用合成法,正交分解法、力的封闭三角形法等求解此题.知识建构技能建构【规范全解】解法一合成法滑块受力如图乙所示,由平衡条件知: =tanθ乙丙mgF知识建构技能建构丁戊【答案】A知识建构技能建构1.处理共点力平衡问题的常用方法 方法概述方法内容分解法物体受到几个力的作用.将某一个力按力的效果进行分解.则其分力和其他力在所分解的方向上满足平衡条件.合成法物体受几个力的作用.通过合成的方法将它们简化成两个力.这两个力满足二力平衡条件.知识建构技能建构力的封闭三角形法物体受同一平面内三个互不平行的力的作用平衡时,这三个力的矢量箭头首尾相接,构成一个矢量三角形,反之,若三个力的矢量箭头首尾相接恰好构成三角形,则这三个力的合力必为零,利用三角形定则,根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求解未知力.正交分解法将处于平衡状态的物体所受的力,分解为相互正交的两组力,每一组力都满足平衡条件.知识建构技能建构(1)确定研究对象;2.解共点力作用下平衡问题的解题步骤(2)对研究对象进行受力分析,并画受力分析图;知识建构技能建构(4)利用平衡条件列方程求解,并进行讨论.(3)根据物体的受力和已知条件,采用力的合成、分解、图解、正交分解法,确定解题方法;知识建构技能建构变式训练2如图甲所示,质量为m的小物块静止地放在半径为R的半球体上,小物块与半球体间的动摩擦因数为μ,小物块与球心连线与水平地面的夹角为θ,则下列说法正确的是 ()A.小物块所受摩擦力大小为μmgsinθB.小物块对半球体的压力大小为mgcosθC.小物块所受摩擦力大小为mgsinθD.小物块所受摩擦力大小为mgcosθ甲知识建构技能建构【规范全解】分析小物块受力如图乙所示,因小物块静止在半球体上,所以有FN=mgsinθ,Ff=mgcosθ,故有D正确,B、C错误;因小物块受静摩擦力作用,其大小不能用Ff=μFN=μmgsinθ来计算,故A错误.【答案】D乙知识建构技能建构 例3跨过定滑轮的轻绳两端,分别系着物体A和物体B,物体A放在倾角为θ的斜面上,如图甲所示.已知物体A的质量为m,物体A与斜面的动摩擦因数为μ(μtanθ),滑轮的摩擦不计.要使物体A静止在斜面上,求物体B的质量的取值范围.(设物体A受的最大静摩擦力等于其滑动摩擦力)三、平衡中的临界问题和极值问题甲知识建构技能建构【规范全解】物体B受到重力mBg和拉力FT的作用,根据平衡条件有:FT=mBg.选物体A为研究对象,当处于将要向上滑的临界状态时,它受到重力mg、斜面支持力FN、轻绳拉力FT和沿斜面向下的最大静摩擦力Ffm作用,受力情况如图乙所示,根据平衡条件有:FN-mgcosθ=0FT-Ffm-mgsinθ=0【名师点金】由于斜面对A的摩擦力的方向是不确定的,要分情况进行讨论.乙【答案】m(sinθ-μcosθ)≤mB≤m(sinθ+μcosθ)知识建构技能建构1.临界问题:某种物理现象变化为另一种物理现象或物体从某种特性变化为另一种特性时,发生质的飞跃的转折状态为临界状态,临界状态也可理解为“恰好出现”或“恰好不出现”某种现象的状态,平衡物体的临界状态是指物体所处平衡状态将要变化的状态,涉及临界状态的问题叫临界问题. 方法概述知识建构技能建构3.运用假设法解题的基本步骤是:(1)明确研究对象;(2)画出研究对象的受力图;(3)假设可发生的临界现象;(4)列出满足所发生的临界现象的平衡方程求解.2.解决临界问题的方法:基本思想是假设法,即先假设为某状态,然后再根据平衡条件及有关知识列方程求解.知识建构技能建构(1)极值:是指研究平衡问题中某物理量变化时出现的最大值或最小值.4.平衡中的极值问题知识建构技能建构(2)研究极值的两种方法①解析法: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