高考物理一轮总复习课件(共点力的平衡与受力分析)分析

第4讲共点力的平衡与受力分析问题一正交分解法为了在受力分析时不多分析力，也不漏力，一般情况下按下面的步骤进行：（1）确定研究对象—可以是某个物体也可以是整体。（2）按顺序画力①．先画重力：作用点画在物体的重心，方向竖直向下。②．次画已知力③．再画接触力—（弹力和摩擦力）：看研究对象跟周围其他物体有几个接触点（面），先对某个接触点（面）分析，若有挤压，则画出弹力，若还有相对运动或相对运动的趋势，则再画出摩擦力。分析完一个接触点（面）后，再依次分析其他的接触点（面）。④．再画其他场力：看是否有电、磁场力作用，如有则画出。（3）验证：①．每一个力都应找到对应的施力物体②.受的力应与物体的运动状态对应。总之，在进行受力分析时一定要按次序画出物体实际受的各个力，为解决这一难点可记忆以下受力口诀：，地球周围受重力绕物一周找弹力考虑有无摩擦力其他外力细分析合力分力不重复只画受力抛施力一重二弹三摩擦然后看其它1.如图所示,重力为500N的人通过跨过定滑轮的轻绳牵引重200N的物体,当绳与水平面成60°角时,物体静止,不计滑轮与绳的摩擦,求人对地面的支持力和摩擦力.变式：若人缓慢向右移动少许，地面对人的支持力和摩擦力如何变化答案326.8N100N2．如图所示，质量分别为M、m的两个物体系在一根通过轻滑轮的轻绳两端，M放在水平地板上，m被悬挂在空中，若将M沿水平地板向右缓慢移动少许后M仍静止，则（）A．绳中张力变大B．滑轮轴所受的压力变大C．M对地面的压力变大D．M所受的静摩擦力变大mMB3．如图甲所示，在用力F拉小船匀速靠岸的过程中，若水的阻力保持不变，下列说法正确的是()A．小船所受到的合外力保持不变B．绳子的拉力F不断增大C．绳子的拉力F保持不变D．船所受到的浮力不断减小甲【解析】小船的受力情况如图乙所示．由平衡条件得：Fcosθ＝fF浮＝mg－Fsinθ乙可知随着θ增大，F＝增大，浮力F浮不断减小．【答案】ABDcosf4．如图所示，质量分别为mA和mB的物体A、B用细绳连接后跨过滑轮，A静止在倾角为45°的斜面上，B悬挂着。已知mA=2mB，不计滑轮摩擦，现将斜面倾角由45°增大到50°，系统保持静止。下列说法正确的是（）A．绳子对A的拉力将增大B．物体A对斜面的压力将减小C．物体A受到的静摩擦力不变D．物体A受到的合力将增大AB45°B解见下页当倾角为30°时,A不受摩擦力,当倾角大于30°时，摩擦力沿斜面向上，且随着倾角的增加，静摩擦力增大，C错误，解：绳子对A的拉力大小等于B的重力，A错；A对斜面的压力FN＝mAgcosθ,θ变大，FN变小，B正确；A静止所受合力为零，因而D错误；本题正确选项是B。AB45°5.如图所示，OA为一遵守胡克定律的弹性轻绳，其一端固定在天花板上的O点，另一端与静止在动摩擦因数恒定的水平地面上的滑块A相连．当绳处于竖直位置时，滑块A与地面有压力作用。B为一紧挨绳的光滑水平小钉，它到天花板的距离BO等于弹性绳的自然长度。现用水平力F作用于A，使之向右作直线运动，在运动过程中，作用A的摩擦力：A．逐渐增大B．逐渐减小C．保持不变D．条件不足，无法判断答案：C6.如图所示,一质量为m的氢气球用细绳拴在地面上,地面上空风速水平且恒为v0,球静止时绳与水平方向夹角为.某时刻绳突然断裂,氢气球飞走.已知氢气球在空气中运动时所受到的阻力f正比于其相对空气的速度v，可以表示为f=kv（k为已知的常数）．则（1）氢气球受到的浮力为多大？（2）绳断裂瞬间，氢气球加速度为多大？（3）一段时间后氢气球在空中做匀速直线运动,其水平方向上的速度与风速v0相等，求此时气球速度大小（设空气密度不发生变化,重力加速度为g）．v0（1）气球静止时受力如图，设细绳的拉力为T，由平衡条件得解：0浮FmgsinT0kvcosT解得coskvT0mgtankvF0浮（2）细绳断裂瞬间，气球所受合力大小为T，则加速度大小为mFa合解得cosmkva0mgTF浮f（3）设气球匀速运动时，相对空气竖直向上速度vy，则有0浮Fmgkvy解得tanvvy0气球相对地面速度大小220yvvv解得cosvv0题目7．(湖北省沙市三中2010届高三摸底考试)如图4－1所示，位于斜面上的物块的质量为M，在沿斜面向上的力F作用下处于静止状态，则斜面作用于物块的静摩擦力()A．方向可能沿斜面向上B．方向可能沿斜面向下C．大小可能等于零D．大小可能等于F图4－1【解析】除斜面可能作用于物块的静摩擦力f外，物块在沿斜面方向还受到重力的下滑分力Mgsinα和沿斜面方向向上的力F这两个力的作用．若F＝Mgsinα，则f＝0；若F＞Mgsinα，则f≠0且沿斜面向下；若F＜Mgsinα，则f≠0且沿斜面向上，此时有F＋f＝Mgsinα，当F＝Mgsinα时，f＝F＝Mgsinα．【答案】ABCD12128一斜块M静止于粗糙的水平面上，在其斜面上放一滑块m，若给m一向下的初速度v0，则m正好保持匀速下滑，如图4－8甲所示．现在m下滑的过程中再加上一个作用力，则以下说法正确的是()图4－8甲A．在m上加一竖直向下的力FA，则m将保持匀速运动，M对地仍无摩擦力的作用B．在m上加一沿斜面向下的力FB，则m将做加速运动，M对地有水平向左的静摩擦力C．在m上加一水平向右的力FC，则m将做减速运动，在m停止前M对地仍无摩擦力的作用D．无论在m上加上什么方向的力，在m停止前M对地都无静摩擦力的作用【正解】当m匀速下滑时，m、M的受力情况分别如图4－8乙、丙所示．由平衡条件知：f1＝mgsinθFN1＝mgcosθ又因为f1＝μFN1可得：μ＝tanθ图4－8乙图4－8丙当在m上加一竖直向下的压力时，m与M之间的弹力FN1′＝(mg＋F)cosθm与M之间的摩擦力f1′＝μ(mg＋F)cosθ故m沿x方向有：(F＋mg)sinθ－μ(mg＋F)cosθ＝0m保持匀速下滑，对于m对M的摩擦力和压力的水平分力同样有：f1′cosθ－FN1′sinθ＝0．即M对地面无摩擦力的作用．选项A正确．无论在m上施以何方向的作用力，在m停止之前都有f1＝μFN1，所以m对M的压力和摩擦力的水平分力之和为：Fx＝f1cosθ－FN1sinθ＝μFN1cosθ－FN1sinθ＝0即M无水平移动的趋势，M对地无静摩擦力作用．【答案】ACD【点评】①本解的结果可以作为结论记住．②要注意C、D选项中有个关键的前提——“在m停止之前”．9．如图所示，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，其中跳伞运动员受到的空气阻力不计．已知运动员和他身上的装备总重为G1，圆顶形降落伞伞面重为G2，有8条相同的拉线一端与飞行员相连(拉线的重量不计)，另一端均匀分布在伞面边缘上(图中没有把拉线都画出来)，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】由8Tcos30°＝G1，解得：T＝G1．【答案】A1312G123()12GG128GG14G31210．如图4－14甲所示，用光滑的金属杆做的直角三角形框ABC的AB边和AC边上各有一完全相同的小环E和F，用一根细线把E、F连接起来，细线比BC边短，使三角形竖直放置，BC边水平．若已知AB边与BC边的夹角θ＝60°，求两环平衡时细线与AB边的夹角α．图4－14甲【解析】平衡时每个小环都受重力、金属杆的弹力和细线拉力的作用．如图4－14乙所示，若α≤θ，容易判断F不可能平衡；若α≥，则容易判断E不能平衡，故α的大小应大于60°而小于90°．现分别画出E、F的受力示意图如图4－14丙所示．乙丙图4－14对于E，由平衡条件可得：mgcos30°＝Tcosα对于F，由平衡条件可得：mg＝Tcos(150°－α)解得：tanα＝即平衡时细线与AB边的夹角α＝arctan．【答案】arctan273373373311.如图，斜面体A可以在水平面上无摩擦地滑动，其斜面倾角为α，柱体B压在A上，并能在竖直方向上无摩擦地运动，B上放有重物C，F为水平向左施加于A上的推力，重物C的质量为M，A、B质量不计，它们之间的动摩擦因数为μ，求使重物C匀速上升时推力F的大小？解析：依题意，分别对A、B两物体进行受力分析，如图所示。对B：列竖直方向平衡方程：MgsinFcosFABABNsinFcosFFBANBAABABNFF.MgsincossincosF对A：列水平方向平衡方程：创新·方法探究提炼方法展示技巧题型方法一、两种三角架问题例1.如图4－4甲所示，水平轻杆一端插入竖直墙内，另一端装有不计摩擦的轻质滑轮，一轻绳一端C固定于墙上，另一端跨过滑轮后悬挂一质量为m的重物，绳BC与水平方向成θ角．求轻杆对滑轮的作用力．图4－4甲【解析】绕过滑轮的轻绳张力大小处处相等，图4－4乙取滑轮及与其接触的那段轻绳为研究对象，其受力情况如图4－4乙所示．由平衡条件知，轻杆对滑轮的弹力与两侧绳拉力的合力互为平衡力，故F＝2T·cos，方向为向上偏右角．【答案】略【点评】本题若取滑轮为研究对象，则应说明轻绳对滑轮的弹力大小和方向等于两侧绳拉力的合力．2424例2如图4－5甲所示，轻杆AB的一端固定在铰链上，在另一端B用轻绳悬挂一重为G的物体，再用绳BC拉住B端使轻杆处于水平状态．已知∠CBA＝θ，B点为两绳在轻杆上的共同结点，求轻杆对结点B的弹力．图4－5甲【解析】轻杆只受两端点力的作用时，两端点的力一定沿轻杆方向，取结点B为研究对象，其受力情况如图4－5乙所示．由平衡条件有：TC·cosθ＝TTC·sinθ＝TD＝G解得：轻杆对B的弹力大小T＝Gcotθ图4－5乙方向沿AB方向．【答案】Gcotθ方向沿AB方向【点评】在图4－5甲所示的悬挂法中，就算是同一根绳子在轻杆上打一个结以固定轻杆和重物，B点两侧BC段和BD段绳的张力也可以不同，或者说，在理论分析中BC段和BD段不能算同一根绳子．3．如图甲所示，质量为m的物体悬挂在轻质支架上，轻杆OA、OB与墙，AO与BO之间都通过可自由转动的铰链连接．斜梁OB与竖直方向的夹角为θ，设水平横梁OA和斜梁OB作用于O点的弹力分别为F1和F2，则以下结果正确的是()甲A．F1＝mgsinθB．F1＝C．F2＝mgcosθD．F2＝sinmgcosmg【解析】取O点为研究对象，BO、AO对O点的弹力都沿杆的方向，O点的受力情况如图乙所示．由平衡条件可得：乙F2＝F1＝Ttanθ＝mgtanθ．【答案】DcoscosTmg4.如图所示，质量不计的定滑轮用轻绳悬挂在B点，另一条轻绳一端系重物C，绕过滑轮后，另一端固定在墙上A点，若改变B点位置使滑轮位置发生移动，但使A段绳子始终保持水平，则可以判断悬点B所受拉力FT的大小变化情况是：A．若B向左移，FT将增大B．若B向右移，FT将增大C．无论B向左、向右移，FT都保持不变D．无论B向左、向右移，FT都减小【答案】C5．如图甲所示，晾晒衣服的绳子两端分别固定在两根竖直杆上的A、B两点，绳子的质量及绳与衣架挂钩间的摩擦均忽略不计，衣服处于静止状态．如果保持两杆不动，绳子B端在杆上的位置不变，将A端上移少许，稳定后衣服仍处于静止状态．则()甲A．绳子的弹力增大B．绳子的弹力不变C．绳对挂钩弹力的合力减小D．绳对挂钩弹力的合力不变【解析】由平衡条件知，绳对挂钩的弹力的合力方向向上，大小等于衣服及衣架的总重力，故选项D正确．设绳子与水平方向的夹角为θ，有FN＝，延长BO与左竖杆交于A′点，可知OA′＝OA(如图乙所示)．乙再设绳的总长为L，两竖杆的间距为x，有Lsinθ＝．可见绳子与水平方向的夹角θ与A、B两点的高度差无关，故选项C错误、D正确．【答案】BD2sinG22Lx6.如图，将一根不能伸长、柔软的轻绳两端分别系于Ａ、Ｂ两点上，一物体用动滑轮悬挂在绳子上，达到平衡时，两段绳子间的夹角为θ１，绳子张力为Ｆ１；将绳子Ｂ端移至Ｃ点，待整个系统达到平衡时，两段绳