2020届高三物理一轮复习 第二章 第3讲 受力分析 共点力的平衡课件

高频考点·分类突破基础知识·自主梳理目录ONTENTSC学科素养提升4课时作业第3讲受力分析共点力的平衡第二章相互作用一、受力分析1．受力分析的定义把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来，并画出受力，这个过程就是受力分析．示意图2．受力分析的一般步骤二、共点力的平衡1．平衡状态物体处于状态或状态．2．平衡条件：F合＝0或者Fx＝0Fy＝0如图，小球静止不动，物块匀速运动．则：小球F合＝.物块Fx＝，Fy＝.静止匀速直线运动F－mg＝0F1－Ff＝0F2＋FN－mg＝03．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．(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，则其中任何一个力与大小相等，方向相反．(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，则其中任何一个力与大小相等，方向相反．大小相等，方向相反其余两个力的合力其余几个力的合力■判一判记一记易错易混判一判(1)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．()(2)物体沿光滑斜面下滑时，受到重力、支持力和下滑力的作用．()(3)物体的速度为零即处于平衡状态．()(4)物体处于平衡状态时，其加速度一定为零．()√×√×(5)物体受两个力处于平衡状态，这两个力必定等大反向．()(6)物体处于平衡状态时，其所受的作用力必定为共点力．()(7)对物体进行受力分析时不用区分外力与内力，两者都要同时分析．()(8)若三个力F1、F2、F3平衡，若将F1转动90°时，三个力的合力大小为2F1.()(9)物体在缓慢运动时所处的状态不可看作平衡状态．()×××√√规律结论记一记(1)受力物体与周围物体的每个接触处最多有两个接触力——弹力、摩擦力．(2)受力分析时若某个力的大小和方向不能确定，可以试一试分析该力的反作用力，再由牛顿第三定律得出该力．(3)对物体受力分析时，只分析物体受到的力，不考虑物体施加的力．(4)解题中常用到的二级结论①物体处于平衡状态时，沿任意方向的合力均为0.②物体受多个力作用处于平衡状态时，其中几个力的合力与其余力的合力必定等大反向．③物体受三个非平行力作用处于平衡状态，这三个力的作用线必定在同一平面内，而且这三个力必定为共点力．考点一物体的受力分析自主学习型1．研究对象的选取方法：整体法和隔离法．(1)整体法是指将相互关联的各个物体看成一个整体的方法．(2)隔离法是指将某物体从周围物体中隔离出来，单独分析该物体的方法．(3)整体法和隔离法的使用技巧当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时，宜用整体法；而在分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时，宜用隔离法．2．受力分析的一般步骤1．[隔离法的应用](多选)(2019·广东省百校联盟高三联考)如图所示，地面上固定一个斜面，斜面上叠放着A、B两个物块并均处于静止状态．现对物块A施加一斜向上的力F作用，A、B两个物块始终处于静止状态，则木块B的受力个数可能是()A．3个B．4个C．5个D．6个对A受力分析可得，A受竖直向下的重力、斜向左上方的拉力F、竖直向上的支持力及水平向右的摩擦力．对B受力分析可得，B受重力、A对B的压力、斜面的支持力、A对B向左的摩擦力，且斜面若对B没有摩擦力则B受到4个力，若斜面对B有摩擦力则B受5个力，选项A、D错误，B、C正确．BC2．[整体法、隔离法的综合应用](2019·北京海淀区中国人民大学附中月考)如图所示，物体A靠在竖直墙面上，A、B质量都不为零，在一竖直向上的力F作用下，都保持静止．关于物体A与B的受力，下列说法正确的是()A．A与B之间一定有压力，不一定有摩擦力B．A与B之间一定有压力和摩擦力C．A与墙壁之间可能有压力，不一定有摩擦力D．A与墙壁之间一定有压力，不一定有摩擦力对AB整体受力分析，竖直方向上F＝GA＋GB，水平方向上不受力，所以墙对A没有弹力也没有摩擦力；对A受力分析，其受重力、B对A的弹力，由于弹力不是竖直向上的，所以应该还受到B对A的摩擦力的作用，所以A、B之间一定有压力和摩擦力，故B正确．B3．[动力学分析法的应用](多选)如图所示，工作人员将小车和冰球推进箱式吊车并运至冰雕顶部安装，先后经历了水平向右匀速、水平向右匀减速、竖直向上匀加速、竖直向上匀减速直线运动四个过程．冰球与水平底板和右侧斜挡板始终保持接触但摩擦不计．关于冰球的受力情况，下列判断正确的是()A．水平向右匀速过程，冰球一定受到三个力B．水平向右匀减速过程，冰球可能只受到两个力C．竖直向上匀加速过程，冰球一定受到两个力D．竖直向上匀减速过程，冰球可能受到一个力向右匀速过程，冰球受重力与支持力两个力，故选项A错误；冰球向右匀减速过程，有可能只受重力和右侧斜挡板对它的弹力，这两个力的合力恰好水平向左，使其匀减速而不受底板的支持力，故选项B正确；冰球向上匀加速的过程，受重力和支持力两个力，合力向上，故选项C正确；如果冰球向上匀减速运动的加速度为g，则冰球就只受重力，故选项D正确．BCD[易错警示]受力分析的4个易错点1．不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆．2．每一个力都应找出其施力物体，不能无中生有．3．合力和分力不能重复考虑．4．对整体进行受力分析时，组成整体的几个物体间的作用力为内力，不能在受力图中出现；当把某一物体单独隔离分析时，原来的内力变成外力，要在受力分析图中画出．考点二解决物体静态平衡的四种常用方法师生互动型分析物理体静态平衡的四种常用方法适用条件注意事项优点合成法物体受三个力作用而平衡(1)表示三个力大小的线段长度不可随意画(2)两力的合力与第三个力等大反向分解法物体受三个力作用而平衡将其中一个力按作用效果分解，其两个分力分别与物体受到的另两个力等大反向对于物体所受的三个力，有两个力相互垂直或两个力大小相等的平衡问题求解较简单适用条件注意事项优点正交分解法物体受三个力或三个以上的力作用而平衡选坐标轴时应使尽量多的力与坐标轴重合对于物体受三个以上的力处于平衡状态的问题求解较方便力的三角形法物体受三个力作用而平衡,将三个力的矢量图平移构成一个依次首尾相连接的矢量三角形常用于求解一般矢量三角形中未知力的大小和方向[典例1](多选)如图所示，光滑半球形容器固定在水平面上，O为球心．一质量为m的小滑块，在水平力F的作用下静止于P点．设滑块所受支持力为FN，OP与水平方向的夹角为θ.下列关系正确的是()A．F＝mgtanθB．F＝mgtanθC．FN＝mgsinθD．FN＝mgtanθ[解析]方法一：合成法滑块受力如图甲，由平衡条件知mgF＝tanθ，则F＝mgtanθ，FN＝mgsinθ.方法二：效果分解法将重力按产生的效果分解，如图乙所示，F＝G2＝mgtanθ，FN＝G1＝mgsinθ.方法三：正交分解法将滑块受的力沿水平、竖直方向分解，如图丙所示，mg＝FNsinθ，F＝FNcosθ，联立解得F＝mgtanθ，FN＝mgsinθ.方法四：力的三角形法如图丁所示，滑块受的三个力组成封闭三角形，解直角三角形得F＝mgtanθ，FN＝mgsinθ.[答案]AC[规律总结]应用平衡条件解题的步骤1．[合成法](2019·河南开封质检)如图所示，一件重力为G的衣服悬挂在等腰衣架上，已知衣架顶角α＝120°，底边水平，不计摩擦，则衣架一侧对衣服的作用力大小为()A.33GB.32GC.12GD．G以衣服为研究对象，受力分析如图所示，衣架两侧对衣服作用力的夹角为60°，由平衡条件得2Fcos30°＝G，解得F＝33G，选项A正确．A2．[分解法](2019·贵州贵阳模拟)如图所示，用完全相同的轻质弹簧1、2、3将两个相同的小球连接并悬挂，小球静止时，弹簧3水平，弹簧1与竖直方向的夹角θ＝30°，弹簧1的弹力大小为F，则()A．弹簧3的弹力大小为2FB．弹簧3的弹力大小为F2C．每个小球重力的大小为32FD．每个小球重力的大小为3F把两个小球看作整体，将重力按效果分解如图所示，设弹簧3的弹力大小为F′，由平衡条件可得F＝G2，F′＝G1，又G2cos30°＝G，G2sin30°＝G1，解得F′＝F2，G2＝34F，选项B正确，A、C、D错误．B3．[正交分解法](2019·山东烟台模拟)如图所示，斜面上放有两个完全相同的物体a、b，两物体间用一根细线连接，在细线的中点加一与斜面垂直的拉力F，使两物体均处于静止状态．则下列说法正确的是()A．a、b两物体的受力个数一定相同B．a、b两物体对斜面的压力相同C．a、b两物体受到的摩擦力大小一定相等D．当逐渐增大拉力F时，物体b先开始滑动对a、b进行受力分析，如图所示．b物体处于静止状态，当细线沿斜面向上的分量与重力沿斜面向下的分量相等时，摩擦力为零，所以b可能只受3个力作用，而a物体必定受到摩擦力作用，肯定受4个力作用，故A错误；a、b两个物体，垂直于斜面方向受力都平衡，则有FN＋FTsinθ＝mgcosα，解得FN＝mgcosα－FTsinθ，则a、b两物体对斜面的压力相同，故B正确；根据A项的分析可知，b的摩擦力可以为零，而a的摩擦力一定不为零，故C错误；对a沿斜面方向有FTcosθ＋mgsinα＝Ffa，对b沿斜面方向有FTcosθ－mgsinα＝Ffb，正压力相等，所以最大静摩擦力相等，则a先达到最大静摩擦力，故a先滑动，故D错误．B4．[力的三角形法](多选)(2019·云南临沧一中模拟)如图所示，穿在一根光滑固定杆上的小球A、B通过一条跨过定滑轮的细绳连接，杆与水平方向成θ角，不计所有摩擦．当两球静止时，OA绳与杆的夹角为θ，OB绳沿竖直方向，则下列说法正确的是()A．A可能受到2个力的作用B．B受到2个力的作用C．A、B的质量之比为1∶tanθD．A、B的质量之比为tanθ∶1分别对A、B分析，如图所示，故小球A受到三个力作用，小球B受到2个力作用，A错误，B正确；根据共点力平衡条件，得FT′＝mBg，且FT′＝FT，FTsinθ＝mAgsin90°＋θ(根据正弦定理列式)，故mA∶mB＝1∶tanθ，C正确，D错误．BC考点三解决物体动态平衡的三种常用方法师生互动型1．动态平衡(1)所谓动态平衡问题，是指通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢变化，而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态，常利用图解法解决此类问题．(2)基本思路化“动”为“静”，“静”中求“动”．2．分析动态平衡问题的方法及其步骤方法步骤解析法(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，画出平行四边形边、角的变化；(2)确定未知量大小、方向的变化相似三角形法(1)根据已知条件画出某一状态对应的力的三角形和空间几何三角形，确定对应边，利用三角形相似知识列出比例式；(2)确定未知量大小的变化情况[典例2](多选)(2017·高考全国卷Ⅰ)如图所示，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(απ2)．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()A．MN上的张力逐渐增大B．MN上的张力先增大后减小C．OM上的张力逐渐增大D．OM上的张力先增大后减小[思路点拨](1)“缓慢拉起”说明重物处于动态平衡；(2)“保持夹角α不变”说明OM与MN上的张力大小和方向均变化，但其合力不变．[解析]方法一：解析法设重物的质量为m，绳OM中的张力为TOM，绳MN中的张力为TMN.开始时，TOM＝mg，TMN＝0.由于缓慢拉起，则重物一直处于平衡状态，两绳张力的合力与重物的重力mg等大、反向．如图所示，已知角α不变，在绳MN缓慢拉起的过程中，角β逐渐增大，则角(α－β)逐渐减小，但角θ不变，在三角形中，利用正弦定理得TOMsinα－β＝mgsinθ，(α－β)由钝角变为锐角，s