（山东专用）2020版高考物理二轮复习 专题一 1 第1讲 力与物体的平衡课件

第1讲力与物体的平衡总纲目录考点一受力分析整体法与隔离法考点二动态平衡与临界极值问题素养引领·情境命题考点三电磁场中的平衡问题考点一受力分析整体法与隔离法1.(2015山东理综,16,6分)如图,滑块A置于水平地面上,滑块B在一水平力作用下紧靠滑块A(A、B接触面竖直),此时A恰好不滑动,B刚好不下滑。已知A与B间的动摩擦因数为μ1,A与地面间的动摩擦因数为μ2,最大静摩擦力等于滑动摩擦力。A与B的质量之比为 (B) A. B. C. D. 121μμ12121-μμμμ12121μμμμ12122μμμμ答案B设水平作用力为F,则对于B:μ1F=mBg,对于整体:F=μ2(mA+mB)g,解得 = 。ABmm12121-μμμμ2.(2013山东理综,15,5分)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 (D) A. ∶4B.4∶ C.1∶2D.2∶133答案D将两小球及弹簧B视为整体进行受力分析有FC=FAsin30°FC=kxCFA=kxA = =2∶1 =2∶1故D正确,A、B、C错误。ACFF1sin30?ACxx1.基本思路在分析两个或两个以上物体间的相互作用时,一般采用整体法与隔离法进行分析。2.两点注意(1)采用整体法进行受力分析时,要注意系统内各个物体的状态应该相同。(2)当直接分析一个物体的受力不方便时,可转移研究对象,先分析另一个物体的受力,再根据牛顿第三定律分析该物体的受力,此法叫“转移研究对象法”。1.(2019山东济南章丘一模)如图所示,斜面体A放置在水平地面上,物块B用平行于斜面的轻弹簧拴接在挡板P上,P固定于斜面上,A、B均保持静止状态。在物块B上施加水平向左的拉力F后,整个系统仍保持静止。则施加拉力F后,下列相互作用力一定存在的是 (B)A.物块B与弹簧之间的弹力B.地面与斜面体A之间的摩擦力C.物块B与斜面体A之间的弹力D.物块B与斜面体A之间的摩擦力答案B对物块B受力分析,受重力、弹簧的弹力(可能有)、A对B的弹力(可能有)、拉力F和静摩擦力(可能有),讨论:(1)如果弹簧恰好等于原长,则物块B与弹簧之间没有相互作用力;(2)如果拉力、重力和弹簧的弹力三力平衡,则没有静摩擦力和A对B的弹力,则物块B与斜面体A之间不存在弹力和摩擦力,故A、C、D错误;对整体受力分析,由于在竖直方向上没有其他外力,在水平方向上有一水平向左的拉力F,根据平衡条件,地面对A必须有静摩擦力,故B正确。2.(2019山东济宁一模)如图所示,质量为m的长木板放在水平地面上,站在木板上的人用斜向右下方的力F推箱子,三者都保持静止。人和箱子的质量也均为m,重力加速度为g。下列说法正确的是 (C) A.人对长木板的压力大小为mgB.长木板对地面的压力大于3mgC.箱子受到摩擦力的方向水平向左D.地面对长木板的摩擦力的方向水平向左答案C人用斜向下的力推箱子,对人受力分析,受重力和木板的支持力、箱子的支持力(推力的反作用力)、摩擦力。人在竖直方向上合力为零,则有:箱子的支持力沿竖直方向分力和木板的支持力的合力大小等于人的重力,故木板的支持力小于mg,根据牛顿第三定律知人对木板的压力小于重力,故A错误;对三个物体组成的整体受力分析,整体受重力和支持力,根据平衡条件可知,支持力等于整体的重力,根据牛顿第三定律可知,地面对长木板的支持力等于长木板对地面压力,故长木板对地面压力等于整体的重力,即3mg,故B错误;人用力F向右下方推箱子,对箱子受力分析,受推力、重力、支持力、摩擦力,根据平衡条件可知,箱子受到的摩擦力方向向左,与推力在水平方向的分力平衡,故C正确;对三个物体的整体受力分析,受重力和支持力,不受摩擦力,否则不平衡,故地面对木板没有摩擦力,故D错误。考点二动态平衡与临界极值问题1.(多选)(2019课标Ⅰ,19,6分)如图,一粗糙斜面固定在地面上,斜面顶端装有一光滑定滑轮。一细绳跨过滑轮,其一端悬挂物块N,另一端与斜面上的物块M相连,系统处于静止状态。现用水平向左的拉力缓慢拉动N,直至悬挂N的细绳与竖直方向成45°。已知M始终保持静止,则在此过程中 (BD)A.水平拉力的大小可能保持不变B.M所受细绳的拉力大小一定一直增加C.M所受斜面的摩擦力大小一定一直增加D.M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增加答案BD本题考查了受力分析、共点力平衡中的动态平衡内容、理解能力和推理能力的应用,体现了核心素养中科学推理、科学论证要素。用水平拉力向左缓慢拉动N,如图所示,水平拉力F逐渐增大,细绳的拉力T逐渐增大,则细绳对M的拉力逐渐增大,故A错误,B正确。当物块M的质量满足mMgsinθmNg时,初始时M受到的摩擦力方向沿斜面向上,这时随着对物块N的缓慢拉动,细绳的拉力T逐渐增大,物块M所受的摩擦力先向上逐渐减小,然后可能再向下逐渐增大,故C错误,D正确。2.(多选)(2017课标Ⅰ,21,6分)如图,柔软轻绳ON的一端O固定,其中间某点M拴一重物,用手拉住绳的另一端N。初始时,OM竖直且MN被拉直,OM与MN之间的夹角为α 。现将重物向右上方缓慢拉起,并保持夹角α不变。在OM由竖直被拉到水平的过程中 (AD)A.MN上的张力逐渐增大B.MN上的张力先增大后减小π2αC.OM上的张力逐渐增大D.OM上的张力先增大后减小答案AD本题考查对共点力平衡问题的理解和推理能力,要求运用数学工具求解物理问题。设MN上的张力为T,OM上的张力为F,在缓慢拉起的过程中重物处于动态平衡状态。当OM与竖直方向成任意θ角时,由受力分析有 Fcosθ+Tcos(α-θ)=mgFsinθ=Tsin(α-θ)利用三角函数化简解得T= mgF= mgsinsinθαsin(-)sinαθα可知,在θ由0增加至 的过程中,MN上的张力T逐渐增大,选项A正确,B错误。由于OM与MN之间的夹角α ,所以在θ由0增加至 的过程中,α-θ的值先由大于 减小至 后,进一步再减小,相应sin(α-θ)的值先增大后减小,即OM上的张π2π2π2π2π2力F先增大后减小,选项C错误,D正确。1.解答动态平衡问题的三种方法(1)解析法。(2)图解法。(3)相似三角形法。2.临界极值问题分析方法极限法把物理问题(或过程)推向极端,从而使临界现象(或状态)暴露出来,以达到正确解决问题的目的假设法临界问题存在多种可能,特别是非此即彼两种可能时,或变化过程中可能出现临界条件,也可能不出现临界条件时,往往用假设法解决问题数学法将物理过程转化为数学表达式,根据数学表达式解出临界条件1.(2019山东潍坊二模)如图所示,光滑直杆倾角为30°,质量为m的小环穿过直杆,并通过弹簧悬挂在天花板上,小环静止时,弹簧恰好处于竖直位置,现对小环施加沿杆向上的拉力F,使环缓慢沿杆滑动,直到弹簧与竖直方向的夹角为60°。整个过程中,弹簧始终处于伸长状态,以下判断正确的是 (B)A.弹簧的弹力逐渐增大B.弹簧的弹力先减小后增大C.杆对环的弹力逐渐增大D.拉力F先增大后减小答案B由几何关系可知,弹簧的长度先减小后增加,即伸长量先减小后增加,弹簧的弹力先减小后增加,选项A错误,B正确;开始时,小环静止,根据平衡条件可知,弹簧的弹力等于重力,即F弹=mg,此时杆对环的弹力为零,当环缓慢沿杆滑动,直到弹簧与竖直方向的夹角为60°时,弹簧的长度等于原来的长度,弹力等于重力,此时有mgcos30°=F弹cos30°,杆对环的弹力仍为零,故杆对环的弹力不是一直增大,选项C错误;设弹簧与杆之间的夹角为θ,则在圆环从开始到弹簧与杆垂直位置的过程中,由平衡知识可知:F弹cosθ+F=mgsin30°,随θ角的增加,F弹减小,则F增大;在圆环从弹簧与杆垂直位置到弹簧与竖直方向的夹角为60°的过程中,由平衡知识可得F=F弹cosθ+mgsin30°,随θ角的减小,F弹增大,则F仍然是增大,可知拉力F一直增大,选项D错误。2.(多选)(2019山东日照二模)如图所示为一种儿童玩具,在以O点为圆心的四分之一竖直圆弧轨道上,有一个光滑的小球(不能视为质点),O'为小球的圆心。挡板OM沿着圆弧轨道的半径,以O点为转轴,从竖直位置开始推着小球缓慢沿顺时针转动(水平向里看),到小球触到水平线的过程中 (BC) A.圆弧轨道对小球的支持力逐渐增大B.圆弧轨道对小球的支持力逐渐减小C.挡板对小球的支持力逐渐增大D.挡板对小球的支持力逐渐减小答案BC设挡板OM与竖直方向的夹角为θ、圆弧轨道对小球的支持力为F1、挡板对小球的支持力为F2,受力示意图如图所示,则F1=mgcosθ、F2=mgsinθ。小球缓慢沿顺时针转动,则θ增加,所以圆弧轨道对小球的支持力逐渐减小、挡板对小球的支持力逐渐增大,故选项B、C正确,A、D错误。 3.(2019山东日照校际联合质检)如图所示,倾角θ=37°的斜面上有一木箱,木箱与斜面之间的动摩擦因数μ= 。现对木箱施加一拉力F,使木箱沿着斜面向上做匀速直线运动。设F的方向与斜面的夹角为α,在α从0°逐渐增大到60°的过程中,木箱的速度保持不变,则(A)A.F先减小后增大B.F先增大后减小C.F一直增大D.F一直减小33答案A对木箱受力分析如图所示正交分解得FN+Fsinα=mgcosθFcosα=mgsinθ+Ff又Ff=μFN联立解得F= 又cosα+μsinα=cosα+ sinα=  (cos30°cosα+sin30°sinα)=  cos(30°-α)在α从0°逐渐增大到60°的过程中,当α=30°时,cosα+μsinα最大,F最小。则在α从0°逐渐增大到60°的过程中,F先减小后增大,故选A。sincoscossinmgθμmgθαμα33233233考点三电磁场中的平衡问题169(2018课标Ⅰ,16,6分)如图所示,三个固定的带电小球a、b和c,相互间的距离分别为ab=5cm,bc=3cm,ca=4cm。小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线。设小球a、b所带电荷量的比值的绝对值为k,则 (D)A.a、b的电荷同号,k= B.a、b的电荷异号,k= C.a、b的电荷同号,k= D.a、b的电荷异号,k= 16964276427答案D由于小球c所受库仑力的合力的方向平行于a、b的连线,根据受力分析知,a、b的电荷异号。根据库仑定律,a对c的库仑力为Fa=k0 ①b对c的库仑力为Fb=k0 ②设合力方向向左,如图所示,根据相似三角形,得 2acqqac2bcqqbc = ③联立①②③式得k= = = ,故选D。aFacbFbcabqq33acbc6427解决电场中平衡问题的两条主线1.遵循平衡条件:与纯力学问题的分析方法相同,只是多了电场力、安培力等,把电学问题力学化分析。2.遵循电磁学规律:(1)要注意准确判断电场力、安培力、洛伦兹力方向。(2)要注意电场力、安培力、洛伦兹力的大小,遵循牛顿第三定律。1.(2019山东临沂期末)如图所示,绝缘粗糙固定斜面处于磁感应强度大小为B、方向为垂直斜面向上的匀强磁场中,通有大小为I、方向为垂直纸面向里的恒定电流的金属细杆水平静止在斜面上。若仅把磁场方向改为竖直向上,则 (C)A.金属杆所受的摩擦力一定变大B.金属杆所受的摩擦力一定变小C.金属杆所受的安培力大小保持不变D.金属杆对斜面的压力保持不变答案C由于开始时摩擦力的方向不确定,改变磁场方向,安培力方向改变,但摩擦力的大小和方向不能确定,故A、B错误;根据FA=BIL可知,金属杆所受的安培力大小保持不变,故C正确;开始时安培力方向沿斜面向上,金属杆对斜面的压力FN=mgcosθ,把磁场方向改为竖直向上,安培力方向水平向右,金属杆对斜面的压力FN=mgcosθ+FAsinθ,压力变大,故D错误。2.(2019湖南株洲质检)套有三个带电小球的圆环放在水平桌面上(不计一切摩擦),小球的电荷量保持不变,整个装置平衡后,三个小球的一种可能位置如图所示。三个小球构成一个锐角三角形