【人教版】2014届高考物理总复习 第2章 第3讲 受力分析、共点力作用下物体的平衡课件(共43张P

第二章相互作用第三讲受力分析、共点力作用下物体的平衡考纲展示共点力的平衡(Ⅱ)复习目标1.掌握受力分析的方法和步骤，能熟练的对物体进行受力分析．2.了解平衡状态，知道共点力作用下物体的平衡条件．3.熟练应用共点力平衡的条件解决实际问题.知识点一受力分析1．定义：把指定物体(或研究对象)在特定的物理环境中把所有都分析出来，并画出，这个过程就是受力分析．2．受力分析的顺序先找(重力、电场力、磁场力)，再找(弹力、摩擦力)，最后分析其他力．外力受力图场力接触力1．受力分析的三个判断依据(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)从力的效果判断，寻找是否产生形变或改变运动状态．2．受力分析的常用方法(1)整体法和隔离法方法整体法隔离法概念将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行分析的方法将所研究的对象从周围的物体中分离出来进行分析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部各物体之间的相互作用力注意问题受力分析时不考虑系统内各物体之间的相互作用力一般情况下隔离受力较少的物体(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．3．受力分析的基本步骤(1)明确研究对象——即确定分析受力的物体，研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体组成的系统．(2)隔离物体分析——将研究对象从周围的物体中隔离出来，进而分析周围物体有哪些对它施加了力的作用．(3)画受力示意图——边分析边将力一一画在受力示意图上，准确标出力的方向，标明各力的符号．1．(2013·济南检测)如图所示，物体A在竖直向上的拉力F的作用下能静止在斜面上，关于A受力的个数，下列说法中正确的是()A．A一定受两个力作用B．A一定受四个力作用C．A可能受三个力作用D．A受两个力或者四个力作用解析：若F等于物体重力，A受重力和拉力F两个力作用；若F小于物体重力，A受重力、拉力F、支持力和摩擦力四个力作用，选项D正确．答案：D知识点二共点力的平衡1．共点力作用于物体的或力的相交于一点的力．2．平衡状态(1)物体保持或的状态．(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)．同一点作用线静止匀速直线运动3．共点力的平衡条件F合＝或者Fx合＝Fy合＝4．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，方向，为一对．000相等相反平衡力(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合力大小，方向；并且这三个力的矢量可以形成．(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，其中任何一个力与其余几个力的合力大小，方向．相等相反一个封闭的矢量三角形相等相反1．处理平衡问题常用的方法方法内容分解法物体受到几个力的作用，将某一个力按力的实际效果进行分解，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，每一组的力都满足二力平衡条件力的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．利用三角形法，根据正弦定理、余弦定理或相似三角形等数学知识可求得未知力2.处理动态平衡、临界与极值问题的常用方法方法步骤解析法①列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式②根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况图解法①根据已知量的变化情况，画出平行四边形的边角变化②确定未知量大小、方向的变化2．如图所示，倾角为θ的光滑斜面放在水平面上，斜面上用固定的竖直板挡住一个质量为m的光滑小球，当整个装置沿水平面以速度v匀速向左运动时，以下说法中正确的是()A．斜面对小球的弹力大小为mgcosθB．竖直板对小球的弹力大小为mgtanθC．竖直板对小球的弹力大小为0D．斜面和竖直板对小球的作用力的合力水平向左答案：B解析：整个装置做匀速直线运动，所以小球所受的三个力平衡，画出受力分析图后可求得，斜面对小球的弹力大小N＝mgcosθ，竖直板对小球的弹力大小F＝mgtanθ，A、C两项错，B项正确．斜面和竖直板对小球的作用力的合力竖直向上，与重力等大反向，D项错．(2011·山东高考)如图所示，将两相同的木块a、b置于粗糙的水平地面上，中间用一轻弹簧连接，两侧用细绳固定于墙壁上．开始时a、b均静止，弹簧处于伸长状态，两细绳均有拉力，a所受摩擦力Ffa≠0，b所受摩擦力Ffb＝0，现将右侧细绳剪断，则剪断瞬间A．Ffa大小不变B．Ffa方向改变C．Ffb仍然为零D．Ffb方向向右本题考查对弹簧和轻绳上弹力的分析，轻绳的弹力可以在瞬间突变，而弹簧的弹力发生变化需要一段时间．解析：弹簧处于伸长状态，弹簧对物体施加的是拉力．先对物体b进行受力分析．在轻绳未剪断时，b在水平方向上受到两个力的作用，向左的弹簧的拉力和向右的绳的拉力，在突然剪断细绳时，弹簧的拉力还没有发生变化，即弹簧的长度没有变化，物体b具有向左运动的趋势，所以要受到一个与弹簧拉力方向相反的摩擦力，C错误，D正确．对物体a受力分析，在剪断细绳前后，物体a的位置没有发生变化，受到的弹簧拉力和细绳拉力没有发生变化，故它所受到的摩擦力没有发生变化，A正确，B错误．答案：AD受力分析的基本思路【变式训练】1.(2013·福建六校联考)如图所示，水平桌面上叠放着A、B两物体，B物体受力F作用，A、B一起相对地面向右做匀减速直线运动，则B物体的受力个数为()A．4个B．5个C．6个D．7个解析：先用隔离法，选取A为研究对象，A必受到B对其施加的水平向左的摩擦力，所以A对B施加了水平向右的摩擦力；再运用整体法，选取A和B组成的系统为研究对象，系统做匀减速运动，合力方向向后，即地面对系统或B物体施加了水平向左的摩擦力；最后再选取B为研究对象，其共受到6个力的作用：竖直向下的重力，A对其竖直向下的压力和水平向左的摩擦力，地面对它竖直向上的支持力和水平向左的摩擦力以及水平拉力F.答案：C如图所示，水平细杆上套一细环A，环A和球B间用一轻质绳相连，质量分别为mA、mB(mAmB)，由于B球受到水平风力作用，A环与B球一起向右匀速运动，已知细绳与竖直方向的夹角为θ，则下列说法正确的是A．风力增大时，轻质绳对B球的拉力保持不变B．B球受到的风力F为mAgtanθC．杆对A环的支持力随着风力的增加而不变D．A环与水平细杆间的动摩擦因数为mBmA＋mB解答本题时应注意以下三点：(1)A、B一起向右匀速运动，系统合力为零．(2)A与杆间的摩擦力为滑动摩擦力．(3)风对B球的风力始终沿水平方向．解析：先取A、B整体为研究对象受力分析如图甲所示，由平衡条件得：FAN＝(mA＋mB)g，FfA＝F，可知杆对A的支持力与风力F无关，C正确；答案：C隔离小球B受力分析如图乙所示，可求得：FT＝mBgcosθ，F越大，θ越大，故FT也越大，A错误；而F＝mBgtanθ，B错误；由F＝FfA＝μFAN，可求得μ＝mBtanθmA＋mB，故D错误．整体法与隔离法是分析系统平衡(或动态平衡)问题的常用方法．分析系统外力时，优先考虑整体法，分析系统内力时，优先考虑隔离法，有时即使分析系统外力，也必须采用隔离法先分析某些物理量及其变化．【变式训练】2.(2013·浙江四校联考)如图所示，物体A放在斜面体B上，A恰能沿斜面匀速下滑，而斜面体B静止不动．若沿斜面方向用力向下推此物体A，使物体A沿斜面加速下滑，则此时斜面体B受地面的摩擦力()A．方向水平向右B．方向水平向左C．大小为零D．无法判断大小和方向解析：根据物体A放在斜面体B上，A恰能沿斜面匀速下滑，把物体和斜面看作整体，可判断出此时斜面体B受地面的摩擦力大小为零．此时斜面体B受A的滑动摩擦力．沿斜面方向用力向下推此物体A，此时斜面体B受A的滑动摩擦力不变，此时斜面体B受地面的摩擦力大小仍为零，选项C正确．答案：C(16分)物体A的质量为2kg，两根轻细绳b和c的一端连接于竖直墙上，另一端系于物体A上，在物体A上另施加一个方向与水平线成θ角的拉力F，相关几何关系如图所示，θ＝60°.若要使两绳都能伸直，求拉力F的大小范围．(g取10m/s2)本题可以利用解析法进行分析，通过列出的平衡方程求出绳b和绳c的拉力表达式，若要使两绳都伸直，则必须保证两绳的拉力都大于或等于零，进而求出F的极值．作出物体A的受力分析图如图所示，由平衡条件得Fsinθ＋F1sinθ－mg＝0①(3分)Fcosθ－F2－F1cosθ＝0②(3分)由①式得F＝mgsinθ－F1③(1分)由②③式得F＝mg2sinθ＋F22cosθ④(2分)要使两绳都伸直，则有F1≥0，F2≥0(2分)所以由③式得Fmax＝mgsinθ＝4033N(2分)由④式得Fmin＝mg2sinθ＝2033N(2分)综合得F的取值范围为2033N≤F≤4033N.(1分)答案：2033N≤F≤4033N解决临界极值问题的常用方法1．图解法：当物体所受的力变化时，根据物体的受力特点进行受力分析，画出平行四边形或三角形，注意明确各个力的变化量和不变量，结合数学规律对比分析，使动态问题静态化、抽象问题形象化，问题将变得易于分析处理．2．解析法：分析研究对象的受力情况，将力按作用效果分解或正交分解，根据平衡条件列出方程，并推导出未知量的函数表达式，再根据已知量的变化情况结合函数关系确定未知量的大小或方向的变化情况．【变式训练】3.如图所示，两个质量均为m的小环套在一水平放置的粗糙长杆上，两根长度均为l的轻绳一端系在小环上，另一端系在质量为M的木块上，两个小环之间的距离也为l，小环保持静止．试求：(1)小环对杆的压力；(2)小环与杆之间的动摩擦因数μ至少为多大？解析：(1)整体法分析有：2FN＝(M＋2m)g，即FN＝12Mg＋mg由牛顿第三定律得：小环对杆的压力FN′＝12Mg＋mg.(2)研究M得2FTcos30°＝Mg临界状态，此时小环受到的静摩擦力达到最大值，则有FTsin30°＝μFN′解得：动摩擦因数μ至少为μ＝3M3M＋2m.答案：(1)12Mg＋mg(2)3M3M＋2m(2012·新课标全国高考)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N1，球对木板的压力大小为N2.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．N1始终减小，N2始终增大B．N1始终减小，N2始终减小C．N1先增大后减小，N2始终减小D．N1先增大后减小，N2先减小后增大解析：取小球为研究对象，小球受到重力G、竖直墙面对小球的压力N1和木板对小球的支持力N2′(大小等于N2)三个力作用，如图所示，N1和N2′的合力为G′，G′＝G，则G′恒定不变，当木板向下转动时，N1、N2′变化如图所示，则N1、N2′都减小，即N1、N2都减小，所以正确选项为B.答案：B[易错分析](1)定性分析多个力的动态平衡时常用图解法，但有时易误认为“变量”是“不变量”(2)弄不清木板对小球的作用力是否为单调变化的，误认为木板对小球的支持力不是单调变化的，而误选D