2020年物理高考大一轮复习 第2章 相互作用 第6讲 受力分析 共点力的平衡 课件

第二章相互作用高考总复习·物理第6讲受力分析共点力的平衡高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿[知识梳理]1．共点力作用于物体的或作用线交于一点的力．2．受力分析的一般顺序先分析场力(、电场力、磁场力)，再分析接触力(弹力、)，最后分析其他力．3．平衡状态物体处于状态或状态．同一点重力摩擦力静止匀速直线运动4．共点力的平衡条件(1)F合＝0或者Fx＝0Fy＝0(2)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．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一个封闭的矢量．相等相反相等相反三角形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[基础小练]判断下列说法是否正确(1)物体的速度为零即处于平衡状态．()(2)物体受两个力处于平衡状态，这两个力必定等大反向．()(3)物体处于平衡状态时，其所受的作用力必定为共点力．()(4)对物体受力分析时，只能画该物体受到的力，其他物体受到的力不能画在该物体上．()×√×√(5)物体沿光滑斜面下滑时，受到重力、支持力和下滑力的作用．()(6)物体处于平衡状态时，其加速度一定为零．()×√板块二︿︿[考法精讲]考法一物体的受力分析解题技巧整体法、隔离法在受力分析中的灵活运用(1)当涉及的物理问题是整体与外界的相互作用时，应用整体分析法，可使问题简单明了，而不必考虑内力的作用．(2)当涉及的物理问题是物体间的相互作用时，应用隔离分析法，这时系统中物体间相互作用的内力就会变为各个独立物体的外力．【例题1】(2019·肇庆高三二模)如图所示，横截面为直角三角形的斜劈P，靠在粗糙的竖直墙面上，力F通过球心水平作用在光滑球Q上，系统处于静止状态．当力F增大时，系统仍保持静止．下列说法正确的是()A．斜劈P对竖直墙壁的压力增大B．斜劈P所受合外力增大C．球Q对地面的压力不变D．墙面对斜劈P的摩擦力增大[思维导引]先从整体角度考虑，根据水平方向合力为零，判断墙对P物体的弹力大小，根据竖直方向合力为零，判断地面对球的弹力大小．答案A解析以整体为研究对象，受力分析，根据平衡条件，水平方向N＝F，N为竖直墙壁对P的弹力，F增大，则N增大，P对竖直墙壁的压力增大，故选项A正确；斜劈P一直保持静止，所受合外力一直为零不变，故选项B错误；对Q受力分析如图所示，根据平衡条件F＝N′sinθ，F增大，则N′增大，N″＝mg＋N′cosθ，N′增大，则N″增大，球对地面的压力增大，以整体为研究对象，令整体质量为M，竖直方向N″＋Ff＝Mg，故随支持力的增大，摩擦力减小，若N″增大至与Mg相等，则Ff＝0，故选项C、D错误．【跟踪训练1­1】(2019·南京、盐城高三一模)质量为m的物块沿着倾角为θ的粗糙斜面匀速下滑，物块与斜面间的动摩擦因数为μ.斜面对物块的作用力是()A．大小mg，方向竖直向上B．大小mgcosθ，方向垂直斜面向上C．大小mgsinθ，方向沿着斜面向上D．大小μmgcosθ，方向沿着斜面向上A解析方法1：对物块进行受力分析，重力G，斜面对物块的支持力N，摩擦力Ff，斜面对物块的作用力即支持力与摩擦力的合力，由于物块匀速下滑，所以支持力与摩擦力的合力应与重力等大反向，故选项A正确．方法2：物体受重力和斜面对物体的作用力，两个力等大反向，选项A正确．【跟踪训练1­2】(2019·兰州第一中学高三月考)如图所示，一只可视为质点的蚂蚁在半球形碗内缓慢从底部爬到a处，则下列说法正确的是()A．在a点碗对蚂蚁的摩擦力大于在b点的摩擦力B．在a点碗对蚂蚁的支持力大于在b点的支持力C．在a点碗对蚂蚁的作用力大于在b点的作用力D．在a点蚂蚁受到的合力大于在b点受到的合力A解析蚂蚁缓慢上爬，可以认为蚂蚁处于平衡状态，则合力始终为零，受力分析如图所示，根据共点力平衡有Ff＝mgsinα，N＝mgcosα，因为a点的α比b点的大，所以在a点碗对蚂蚁的摩擦力大于在b点的摩擦力，在a点碗对蚂蚁的支持力小于在b点的支持力，故选项A正确，B错误；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点的作用力，在a、b两点的合力都为零，故选项C、D错误．考法二解决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【例题2】(2019·濮阳高三一模)如图所示，一定质量的小物体(可视为质点)用轻质细线固定悬挂在天花板上．在水平拉力F作用下，当细线与竖直方向夹角为30°时小物体恰能处于平衡状态．若对小物体施加同样大小的拉力，方向垂直于细线，仍然使物体处于平衡状态．则下列说法正确的是()A．小物体所受到的重力大小为3FB．当施加水平方向作用力时细线受到沿线方向的拉力大小等于2FC．当施加垂直于细线方向的拉力时，细线受到沿线方向的拉力大小等于2FD．当施加垂直于细线方向的拉力时，细线与竖直方向的夹角大于60°[思维导引]将物体受的三个力归到一个矢量三角形中，根据某个方向合力为零判断线中的拉力或外力与重力的关系．答案A解析对小物体受力分析如图所示，根据平衡条件可得tan30°＝Fmg，FTsin30°＝F，解得小物体所受到的重力大小mg＝3F，细线受到沿线方向的拉力大小FT＝Fsin30°＝2F，故选项A正确，B错误；当施加垂直于细线方向的拉力时，细线与竖直方向的夹角为θ，则有mgsinθ＝F，解得细线与竖直方向的夹角sinθ＝33sin60°，故选项D错误；根据平衡条件可得tanθ＝FFT，解得细线受到沿线方向的拉力大小FT＝2F，故选项C错误．解题技巧应用平衡条件解题步骤(1)选取研究对象：根据题目要求，选取一个平衡体(单个物体或系统，也可以是结点)作为研究对象．(2)画受力示意图：对研究对象进行受力分析，画出受力示意图．(3)三个力直接合成或正交分解，四个及四个以上的力正交分解．(4)列方程求解：根据平衡条件列出平衡方程，解平衡方程，对结果进行讨论．【跟踪训练2­1】(2019·淮北一中高三月考)如图所示，倾角为45°的斜面B放置在水平面上，物块A放在斜面B上，A、B接触面光滑，水平力F作用在物块A上，A、B一起沿水平面向左匀速滑动，若B与水平面间的动摩擦因数为μ，则A与B的质量之比为()A.μ1－μB.μ1＋μC.1－μμD.1＋μμA解析对物体A受力分析可知，F＝mAgtan45°＝mAg；对A、B的整体F＝μ(mA＋mB)g，解得mAmB＝μ1－μ，故选项A正确．【跟踪训练2­2】(2019·洛阳高三一模)如图所示，质量为m的物块分别置于水平地面和倾角为θ的固定斜面上．物体与地面、物体与斜面之间的动摩擦因数均为μ，先用与水平地面夹角为θ的推力F1作用于物体上，使其沿地面匀速向右滑动；再改用水平推力F2作用于物体上，使其沿斜面匀速向上滑动，则两次推力之比F1F2为()A.μsinθ＋μcosθB.μsinθ－μcosθC.sinθ＋μcosθμD.sinθ－μcosθμ答案A解析用与水平地面夹角为θ的推力F1作用于物体上，对物体受力分析如图所示，根据平衡条件有N1＝F1sinθ＋mg，F1cosθ＝Ff1，Ff1＝μN1，解得F1＝μmgcosθ－μsinθ，用水平推力F2作用于物体上，对物体受力分析如图所示，根据平衡条件有N2＝F2sinθ＋mgcosθ，F2cosθ＝mgsinθ＋Ff2，Ff2＝μN2，解得F2＝mgsinθ＋μmgcosθcosθ－μsinθ，两次推力之比F1F2＝μsinθ＋μcosθ，故选项A正确，B、C、D错误．考法三动态平衡问题1．动态平衡在某一物理过程中，物体或系统始终处于平衡状态，而物体或系统受到的力有一部分是变力(力的大小变或方向变或大小和方向均发生变化)，这样的物理过程叫动态平衡．2．基本思路化“动”为“静”，“静”中求“动”．3．“两种”典型方法【例题3】(2019·佛山南海区七校联合体冲刺考试)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＝450，已知弹簧劲度系数为k，则弹簧形变量不可能是()A.2mgkB.2mg2kC.42mg3kD.2mgk[思维导引]以小球a、b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．答案B解析以小球a、b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，如图所示．根据平衡条件得知，F与T的合力与整体重力2mg总是大小相等、方向相反，由力的合成图可知，当F与绳子Oa垂直时，F有最小值，即图中F2位置，F的最小值为Fmin＝2mgsinθ＝2×22mg＝2mg，当F竖直向上时，F有极大值Fmax＝2mg，所以选项B不可能，A、C、D均可能．归纳总结(1)何时需要考虑用图解法？从物体受力的基本特征判断：处于平衡状态的物体，有一个力的大小和方向均不变(此力一般是重力)，一个力的大小变化而方向不变，还有另一个力的大小和方向都在变化．另一类的基本特征是：有一个力的大小和方向均不变，一个力的大小不变而方向在变化，还有另一个力的大小和方向都在变化．(2)如何应用图解法？具体解题方法是：首先对动态平衡的物体进行受力分析，依据某一参量的变化，在同一图中作出物体在几个状态下的平衡力图(力的平行四边形或矢量三角形图)，再由动态的力的平行四边形或矢量三角形各边的长度变化及角度变化确定力的大小和方向的变化情况．【跟踪训练3­1】(2019·江西红色七校高三联考)如图所示，木板P下端通过光滑铰链固定于水平地面上的O点，物体A、B叠放在木板上且处于静止状态，此时物体B的上表面水平．现使木板P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置，物体A、B仍保持静止与原位置的情况相比()A．A对B的作用力减小B．B对A的支持力增大C．木板对B的支持力增大D．木板对B的摩擦力增大答案D解析设木板与水平地面的夹角为α，木板转过的角度为β；以A为研究对象，无论木板如何转动，只要二者保持相对静止，B对A的作用力始终与A的重力平衡，保持不变，则A对B的作用力不变，选项A错误；当将P绕O点缓慢旋转到虚线所示位置，B的上表面不再水平，A的重力分解情况如图所示．开始时物体A不受B对A的摩擦力，B对A的支持力大小与A的重力相等；后来时设B的上表面与水平方向之间的夹角是β，受到的B对A的支持力、摩擦力的合力仍然与A的重力大小相等，方向相反，因N＝N′＝GA·cosβ，所以A受到B的支持力一定减小，选项B错误；以A、B整体为研究对象，分析受力情况如图所示，总重力GAB、木板的支持力N2和摩擦力Ff2;由平衡条件分析可知，木板对B的支持力N2＝GABcosα，摩擦力Ff2＝GABsinα，α增大，N2减小，Ff2增大，选项C错误，D正确．【跟踪训练3­2】(2019·青岛高三调研)一光滑的轻滑轮用细绳OA悬挂于O点，站在地面上的人用轻绳跨过滑轮拉住沙漏斗，在沙子缓慢漏出的过程中，人握住轻绳保持不动，则在这一过程中()A．细线OA的张力保持不变B．细线OA的张力逐渐增大C．人对地面的压力将逐渐减小D．人对地面的摩擦力将逐渐减小答案D解析轻滑轮的重力不计，受三个拉力而平衡，三个拉力的方向均不变，故细线OA与竖直方向夹角不变，随着沙子缓慢