2020高考物理二轮复习专题02力与物体的平衡讲含解析

力与物体的平衡考试大纲要求考纲解读1.滑动摩擦、静摩擦、滑动摩擦因数Ⅰ高考着重考查的知识点有：力的合成与分解、弹力、摩擦力概念及其在各种形态下的表现形式．对受力分析的考查涵盖了高中物理的所有考试热点问题．此外，基础概念与实际联系也是当前高考命题的一个趋势．考试命题特点：这部分知识单独考查一个知识点的试题非常少，大多数情况都是同时涉及到几个知识点，而且都是牛顿运动定律、功和能、电磁学的内容结合起来考查，考查时注重物理思维与物理能力的考核.2.形变、弹性、胡克定律Ⅰ3.矢量和标量Ⅰ4.力的合成和分解Ⅱ5.共点力的平衡Ⅱ纵观近几年高考试题，预测2019年物理高考试题还会考：1、高考对本章内容着重考查的知识点有弹力和摩擦力的概念及其在各种状态下的表现形式、力的合成与分解等，对受力分析的考查涵盖了高中物理的所有热点问题。题型通常为选择题，分值一般为6分。2、以生活中的实际问题为背景考查静力学的知识将会加强，在今年届高考复习中应特别关注建立物理模型能力的培养。考向01三种常见力：重力、弹力和摩擦力1.讲高考（1）考纲要求高考着重考查的知识点有：重力、弹力、摩擦力概念及其在各种形态下的表现形式；弹力、摩擦力的产生条件、方向判断及大小计算。（2）命题规律这部分知识单独考查一知识点的试题很少，大多数情况都是同时涉及几个知识点，而且都是与牛顿运动定律、功和能、电磁学的内容结合起来考查，此外，基础概念与实际联系与是当前高考命题的一个趋势。特别注重物理思维与物理能力的考核案例1．如图，轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，系统处于静止状态，现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动，以x表示P离开静止位置的位移，在弹簧恢复原长前，下列表示F和x之间关系的图像可能正确的是（）A.B.C.D.【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（新课标I卷）【答案】A【点睛】牛顿运动定律是高中物理主干知识，匀变速直线运动规律贯穿高中物理。案例2．【2017·新课标Ⅲ卷】一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板上相距80cm的两点上，弹性绳的原长也为80cm。将一钩码挂在弹性绳的中点，平衡时弹性绳的总长度为100cm；再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点，则弹性绳的总长度变为（弹性绳的伸长始终处于弹性限度内）：（）A．86cmB．92cmC．98cmD．104cm【答案】B【考点定位】胡克定律、物体的平衡【名师点睛】在处理共点力平衡问题时，关键是对物体进行受力分析，再根据正交分解法将各个力分解成两个方向上的力，然后列式求解；如果物体受到三力处于平衡状态，可根据矢量三角形法，将三个力移动到一个三角形中，然后根据正弦定理列式求解。前后两次始终处于静止状态，即合外力为零，在改变绳长的同时，绳与竖直方向的夹角跟着改变。案例3．【2016·海南卷】如图，在水平桌面上放置一斜面体P，两长方体物块a和b叠放在P的斜面上，整个系统处于静止状态。若将a和b、b与P、P与桌面之间摩擦力的大小分别用f1、f2和f3表示。则：（）A．f1=0，f2≠0，f3≠0B．f1≠0，f2=0，f3=0C．f1≠0，f2≠0，f3=0D．f1≠0，f2≠0，f3≠0【答案】C【解析】对整体受力分析可知，整体相对地面没有相对运动趋势，故f3=0；再将a和b看成一个整体，a、b整体有相对斜面向下运动的趋势，故b与P之间有摩擦力，即f2≠0；再对a受力分析可知，a相对于b有向下运动的趋势，a和b之间存在摩擦力作用，即f1≠0。选项C正确。【考点定位】共点力的平衡、整体法、隔离法【名师点睛】“整体隔离法”是力学中的重要方法，一定要熟练掌握，注意对于由多个物体组成的系统，不涉及内力时优先考虑以整体为研究对象。2．讲基础（1）重力：涉及到重力问题时，最容易出错的是，把重力忘掉了。（2）弹力①产生条件：直接接触；弹性形变②大小：弹簧弹力F=kx，其它的弹力利用牛顿定律和平衡条件求解。③方向：压力和支持力的方向垂直于接触面指向被压或被支持的物体，若接触面是球面，则弹力的作用线一定过球心，绳的作用力一定沿绳，杆的作用力不一定沿杆。特别提醒：绳只能产生拉力，杆既可以产生拉力，也可以产生支持力，在分析竖直平面内的圆周运动时应该注意两者的区别。3.摩擦力①产生条件：①接触且挤压②接触面粗糙③有相对运动或者相对运动趋势②大小：滑动摩擦力大小NfFF,与接触面的面积和物体运动速度无关；静摩擦力大小根据牛顿运动定律或平衡条件求解。③方向：沿接触面的切线方向，并且与相对运动或相对运动趋势方向相反3．讲典例案例1．如图为测定运动员体能的装置，轻绳拴在腰间沿水平线跨过定滑轮（不计滑轮的质量与摩擦），下悬重力为G的物体。设人的重心相对地面不动，人用力向后蹬传送带，使水平传送带以速率为v逆时针转动，则（）A．人对重物做功功率为GvB．人对传送带的摩擦力大小等于G，方向水平向右C．人对传送带的摩擦力对传送带不做功D．人对传送带做功的功率大小为Gv【答案】D【解析】【详解】【点睛】通过在力的方向上有无位移判断力是否做功．人的重心不动，则知人处于平衡状态，摩擦力与拉力平衡．根据恒力做功功率公式可以求得人对传送带做功功率为P=Fv．【趁热打铁】如图所示，一只可视为质点的蚂蚁在半球形碗内缓慢地从底部爬到a处，下列说法正确的是()A．在a点碗对蚂蚁的作用力大于在b点碗对蚂蚁的作用力B．在a点碗对蚂蚁的作用力和在b点碗对蚂蚁的作用力都指向半球形碗的球心C．在a点碗对蚂蚁的作用力等于在b点碗对蚂蚁的作用力D．蚂蚁在a点受到的合力大于在b点受到的合力【答案】C【解析】【详解】D、蚂蚁缓慢上爬，可以认为蚂蚁处于平衡状态，则合力始终为零，选项D错误。A、B、C、在a点和b点，碗对蚂蚁的作用力都等于蚂蚁的重力，所以在a点碗对蚂蚁的作用力等于在b点碗对蚂蚁的作用力，选项A、B错误，C正确．故选C。【点睛】本题主要是考查共点力的平衡问题，解决本题的关键能够正确地受力分析，运用共点力平衡进行求解．案例2．如图所示，两个小球a、b质量均为m，用细线相连并悬挂于O点，现用一轻质弹簧给小球a施加一个力F，使整个装置处于静止状态，且Oa与竖直方向夹角为θ=45°，已知弹簧劲度系数为k，则弹簧形变量不可能是（）A．B．C．D．【答案】B【解析】【分析】以小球ab整体为研究对象，分析受力，作出力图，根据平衡条件，分析F可能的值，然后再经过胡克定律分析弹簧形变量的可能情况。【详解】以小球ab整体为研究对象，分析受力，作出F在几个方向时整体的受力图【点睛】本题是隐含的临界问题，运用图解法确定出F的最大值和最小值，再进行选择．也可以用函数法。【趁热打铁】如图所示，水平地面上的物体A，在斜向上的拉力F作用下，向右作匀速直线运动，则（）A．物体A可能不受地面支持力的作用B．物体A可能受到三个力的作用C．物体A受到滑动摩擦力的大小为FcosθD．水平地面对A的作用力一定是竖直向上【答案】C【解析】【详解】4．讲方法弹力和摩擦力有无的判断方法：①条件法；②假设法；③状态法（用共点力平衡或牛顿运动定律）；5．讲易错【题目】一倾角为α的斜劈放在水平地面上，一物体沿斜劈匀速下滑．现给物体施加如图所示的力F，F与竖直方向夹角为β，斜劈仍静止，则此时地面对斜劈的摩擦力()A．大小为零B．方向水平向右C．方向水平向左D．无法判断大小和方向【答案】A【正解】【解析】没有施加力F时，由物体匀速下滑可知mgsinα＝μmgcosα，得μ＝tanα，物体受重力G、斜面的弹力FN、斜面的摩擦力Ff，且三力的合力为零，故FN与Ff的合力竖直向上，，如图所示：【错因】本题关键对滑块受力分析后根据平衡条件得到支持力和摩擦力的合力方向，然后根据牛顿第三定律得到滑块对斜面体的作用力的合力方向，当压力增加后，滑动摩擦力也增加，但两个力的合力方向不变．考向02力的合成与分解1.讲高考（1）考纲要求会用平行四边形定则、三角形定则进行力的合成与分解；会用正交分解法进行力的合成与分解（2）命题规律这部分内容独立命题考试一般以选择题为主，在高考中独立命题的可能性不大，一般与牛顿运动定律、共点力平衡、功与能以及电磁学内容结合起来考查案例1．明朝谢肇淛《五杂组》中记载：“明姑苏虎丘寺庙倾侧，议欲正之，非万缗不可。一游僧见之,曰：无烦也，我能正之。”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去，经月余扶正了塔身。假设所用的木楔为等腰三角形，木楔的顶角为θ，现在木楔背上加一力F，方向如图所示，木楔两侧产生推力FN，则A.若F一定，θ大时NF大B.若F一定，θ小时NF大C.若θ一定，F大时NF大D.若θ一定，F小时NF大【来源】2018年全国普通高等学校招生同一考试理科综合物理试题（天津卷）【答案】BC则，，故解得，所以F一定时，越小，NF越大；一定时，F越大，NF越大，BC正确；【点睛】由于木楔处在静止状态，故可将力F沿与木楔的斜面垂直且向上的方向进行分解，根据平行四边形定则，画出力F按效果分解的图示．并且可据此求出木楔对A两边产生的压力．对力进行分解时，一定要分清力的实际作用效果的方向如何，再根据平行四边形定则或三角形定则进行分解即可．案例2．【2016·全国新课标Ⅱ卷】质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上。用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O，如图所示。用T表示绳OA段拉力的大小，在O点向左移动的过程中：（）A．F逐渐变大，T逐渐变大B．F逐渐变大，T逐渐变小C．F逐渐变小，T逐渐变大D．F逐渐变小，T逐渐变小【答案】A可得，水平拉力F逐渐增大，绳的拉力逐渐增大，故选A。【考点定位】动态平衡的图解法【名师点睛】此题是物体的平衡问题，考查平行四边形定则的应用；图解法是最简单快捷的方法，注意搞清各个力的大小及方向变化的特点，变换平行四边形即可。此题还可以列方程讨论。2．讲基础2．讲基础（1）运算法则：①平行四边形定则；②三角形定则（2）常用方法：①作图法；②合成法；③分解法；④正交分解法；⑤等效替代法3．讲典例案例1．（多选）如图所示，带正电的小球A用竖立在地面上的绝缘杆支撑，带正电的小球B用绕过A球正上方的定滑轮的绝缘细线拉着，开始时A、B在同一水平线上并处于静止，不计两个小球的大小。现用手拉细线使小球B缓慢向上移动，小球B在向上移动过程中A、B两球的带电量保持不变，不计两球间的万有引力，则在B球缓慢移动一小段距离的过程中（）A．A、B两球间的距离在减小B．小球B的运动轨迹是一段圆弧C．细线上的张力一直减小D．细线上的张力可能先变小后变大【答案】BCOmgFT【解析】设小球B受到的重力为mg，A、B两球的带电量分别为q1、q2，两球间的距离为r，A球与定滑轮的距离为h，滑轮与B球的距离为d，对B球受力分析如图：【趁热打铁】如图所示，OA、OB、OC三段轻绳结于O点，轻绳OA与竖直方向的夹角为37°，下方轻绳OC悬挂质量为m1=0.4kg的沙桶。轻绳OB水平，B端与放置在水平面上的质量为m2=1.8kg的滑块相连，滑块处于静止状态，已知滑块与水平面间的动摩擦因数为μ=0.3，sin37°=0.6，cos37°=0.8，重力加速度g取10m/s2，最大静摩擦力按滑动摩擦力计算。（1）求滑块受到的摩擦力；（2）若缓慢往沙桶中添加细沙，要使滑块静止不动,沙桶和沙的总质量不能超过多少；【答案】（1）3N（2）0.72kg【解析】【详解】（1）以结点O为研究对象，受力分析如图所示，由平衡条件可知OB绳的拉力TB=m1gtan37°=4×0.75N=3N；对滑块B根据共点力的平衡条件可得：f=TB=3N；所以滑块受到的摩擦力为3N；【点睛】本题主要是考查了共点力的平衡问题，解答此类问题的一般步骤是：确定研究对象、进行受力分析、利用平行四边形法则进行力的合成或者是正交分解法进行力的分解，然后在坐标轴上建立平衡方程进行解答．案例2．如图所示，一根丝线的两端分别固定在M、N两点。用小铁夹将一个玩具娃娃固定在丝线上，使a段丝线恰好水平，b段丝线与水平方向的夹角为45%。现将小铁夹的位置稍稍向左移动一段距离，