2020届高考物理二轮复习 专题一 第一讲 力与物体的平衡课件

专题一力与运动[核心知识体系]第一讲力与物体的平衡近三年全国卷考情统计高考必备知识概览常考点全国卷Ⅰ全国卷Ⅱ全国卷Ⅲ受力分析2019·T16共点力平衡2019·T162017·T162017·T17动态平衡问题2019·T192017·T21电学中的平衡问题2019·T152017·T161．(多选)(2019·全国卷Ⅰ)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()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[题眼点拨]①“缓慢拉动N”说明物块N处于动态平衡状态；②“系统处于静止状态”且“M始终保持静止”说明物块M受到的合外力为零，物块M受到的摩擦力随细绳的拉力变化．解析：对N进行受力分析如图所示，因为N的重力与水平拉力F的合力和细绳的拉力FT是一对平衡力，从图中可以看出水平拉力的大小逐渐增大，细绳的拉力也一直增大，选项A错误，B正确；M的质量与N的质量的大小关系不确定，设斜面倾角为θ，若mNg≥mMgsinθ，则M所受斜面的摩擦力大小会一直增大，若mNg＜mMgsinθ，则M所受斜面的摩擦力大小可能先减小后增大，选项D正确，C错误．答案：BD2．(2019·全国卷Ⅰ)如图，空间存在一方向水平向右的匀强电场，两个带电小球P和Q用相同的绝缘细绳悬挂在水平天花板下，两细绳都恰好与天花板垂直，则()A．P和Q都带正电荷B．P和Q都带负电荷C．P带正电荷，Q带负电荷D．P带负电荷，Q带正电荷[题眼点拨]①“方向水平向右的匀强电场”说明匀强电场对带电小球的电场力水平向左或向右；②“两细绳都恰好与天花板垂直”说明绳沿竖直方向，每个小球所受另一个小球的库仑力沿水平方向，且与匀强电场施加的电场力平衡．解析：对P、Q整体进行受力分析可知，在水平方向上整体所受电场力为零，所以P、Q必带等量异种电荷，选项A、B错误；对P进行受力分析可知，匀强电场对它的电场力应水平向左，与Q对它的库仑力平衡，所以P带负电荷，Q带正电荷，选项D正确，C错误．答案：D3．(2019·全国卷Ⅱ)物块在轻绳的拉动下沿倾角为30°的固定斜面向上匀速运动，轻绳与斜面平行．已知物块与斜面之间的动摩擦因数为33，重力加速度取10m/s2.若轻绳能承受的最大张力为1500N，则物块的质量最大为()A．150kgB．1003kgC．200kgD．2003kg[题眼点拨]①“向上匀速运动”说明物块所受的合外力为零，且受到斜面沿斜面向下的滑动摩擦力；②“最大张力”说明物块的质量最大值与最大张力对应．解析：设物块的质量最大为m，将物块的重力沿斜面方向和垂直斜面方向分解，由平衡条件，在沿斜面方向有F＝mgsin30°＋μmgcos30°，解得m＝150kg，A项正确．答案：A4.(多选)(2017·全国卷Ⅰ)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α＞π2.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[题眼点拨]①“缓慢拉起”说明重物处于动态平衡状态；②“保持夹角α不变”说明OM与MN上两张力的夹角不变，其方向均发生变化．解析：法1设重物的质量为m，绳OM的张力为FOM，绳MN的张力为FMN.开始时，FOM＝mg，FMN＝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FOMsin（α－β）＝mgsinθ，(α－β)由钝角变为锐角，则FOM先增大后减小，选项D正确；同理知FMNsinβ＝mgsinθ，在β由0变为π2的过程中，FMN一直增大，选项A正确．法2以重物为研究对象，受重力mg、OM绳上拉力F1、MN绳上拉力F2，由题意知，三个力合力始终为零，矢量三角形如图所示，在F2转至水平的过程中，MN上的张力F1逐渐增大，OM上的张力F2先增大后减小，所以A、D正确，B、C错误．答案：AD5．(2017·全国卷Ⅱ)如图，一物块在水平拉力F的作用下沿水平桌面做匀速直线运动．若保持F的大小不变，而方向与水平面成60°角，物块也恰好做匀速直线运动．物块与桌面间的动摩擦因数为()A．2－3B.36C.33D.32[题眼点拨]①“物块在水平拉力F的作用下做匀速直线运动”说明拉力F的大小和滑动摩擦力相等；②“保持F的大小不变，而方向与水平面成60°角，物块也恰好做匀速直线运动”说明F的水平分量与滑动摩擦力相等．解析：设物块的质量为m，据平衡条件及摩擦力公式有拉力F水平时，F＝μmg，①拉力F与水平面成60°角时，Fcos60°＝μ(mg－Fsin60°)，②联立①②式解得μ＝33，故选项C正确．答案：C命题特点与趋势1．物体的平衡条件及其应用历来是高考的热点，它不仅涉及力学中共点力的平衡，还常涉及带电粒子在电场、磁场或复合场中的平衡问题．2．整体法和隔离法分析物体的受力特点及平衡问题是学生必须掌握的方法，也是高考考查的重点．3．“整体法、隔离法”在受力分析中的应用，物体的“动态平衡”问题在2020年复习中应引起重视．解题要领解决物体的平衡问题，一是要认清物体平衡状态的特征和受力环境，这是分析平衡问题的关键；二是要灵活运用处理力学平衡问题的基本方法(如：合成法、正交分解法、效果分解法、三角形法等)来解答；三是要有辨析图形几何关系的能力．考点1物体的受力分析1．受力分析四个步骤2．摩擦力的注意事项(1)两物体接触处有无静摩擦力，要根据物体间有无相对运动趋势或根据平衡条件进行判断．(2)物体间恰好不相对滑动时，其间静摩擦力恰好等于最大静摩擦力．(3)静摩擦力的大小变化范围满足：0Ff≤Ffm，如果超出该范围，则物体间的相对运动趋势将突变为相对运动，同时摩擦力由静摩擦力突变为滑动摩擦力，其大小将遵循Ff＝μFN.(2019·全国卷Ⅲ)用卡车运输质量为m的匀质圆筒状工件，为使工件保持固定，将其置于两光滑斜面之间，如图所示．两斜面Ⅰ、Ⅱ固定在车上，倾角分别为30°和60°.重力加速度为g.当卡车沿平直公路匀速行驶时，圆筒对斜面Ⅰ、Ⅱ压力的大小分别为F1、F2，则()A．F1＝33mg，F2＝32mgB．F1＝32mg，F2＝33mgC．F1＝12mg，F2＝32mgD．F1＝32mg，F2＝12mg[题眼点拨]①“两光滑斜面”说明工件不受摩擦力；②“匀速行驶”说明工件受力平衡．解析：分析可知工件受力平衡，对工件受到的重力按照压紧斜面Ⅰ和Ⅱ的效果进行分解如图所示，结合几何关系可知工件对斜面Ⅰ的压力大小为F1＝mgcos30°＝32mg、对斜面Ⅱ的压力大小为F2＝mgsin30°＝12mg，选项D正确，选项A、B、C错误．答案：D受力分析的技巧1．一般按照“一重、二弹、三摩擦，再其他外力”的程序；2．分析物体的受力情况时结合整体法与隔离法；3．平衡状态下结合平衡条件．[对点训练]考向受力分析1．(多选)(2019·青岛检测)如图所示，完全相同的四个足球彼此相互接触叠放在水平面上，每个足球的质量都是m，不考虑转动情况，下列说法正确的是()A．下面每个球对地面的压力均为43mgB．下面的球不受地面给的摩擦力C．下面每个球受地面给的摩擦力均为33mgD．上面球对下面每个球的压力均为66mg解析：以四个球整体为研究对象，受力分析可得，3FN＝4mg，可知下面每个球对地面的压力均为F′N＝FN＝43mg，A项正确；隔离上面球分析，由几何关系可得3F1·63＝mg，F1＝66mg，D项正确；隔离下面一个球分析，Ff＝F1·33＝26mg，B、C项错误．答案：AD考向摩擦力突变问题2.如图所示，斜面固定在地面上，倾角为θ＝37°(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)．质量为1kg的滑块以初速度v0从斜面底端沿斜面向上滑行(斜面足够长，该滑块与斜面间的动摩擦因数为0.8)，则该滑块所受摩擦力Ff随时间变化的图象是下列图中的(取初速度方向为正方向，g取10m/s2)()解析：滑块上升过程中受滑动摩擦力，Ff＝μFN，FN＝mgcosθ，联立得Ff＝6.4N，方向沿斜面向下．当滑块的速度减为零后，由于重力的分力mgsinθμmgcosθ，滑块不动，滑块受的摩擦力为静摩擦力，由平衡条件得F′f＝mgsinθ＝6N，方向沿斜面向上，B正确．答案：B考点2共点力的平衡1．两大思维方法对比2．解答平衡问题的基本思路(2017·全国卷Ⅲ)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[题眼点拨]①“中点”说明钩码两侧对称；②“同一点”说明此时弹性绳对钩码的拉力竖直向上．解析：将钩码挂在弹性绳的中点时，由数学知识可知钩码两侧的弹性绳(劲度系数设为k)与竖直方向夹角θ均满足sinθ＝45，对钩码(设其重力为G)静止时受力分析，得G＝2k1m2－0.8m2cosθ；弹性绳的两端移至天花板上的同一点时，对钩码受力分析，得G＝2kL2－0.8m2，联立解得L＝92cm，可知A、C、D项错误，B项正确．答案：B在处理共点力平衡问题时，关键是对物体进行受力分析，然后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，如果物体受到三个力且处于平衡状态，则可根据矢量三角形法，将三个力移动到一个三角形中，然后根据几何知识求解．[对点训练]考向力的合成3.(2019·湖南十校联考)如图所示，一条不可伸长的轻质细绳一端跨过光滑钉子b悬挂一质量为m1的重物，另一端与另一轻质细绳相连于c点，ac＝l2，c点悬挂质量为m2的重物，平衡时ac正好水平，此时质量为m1的重物上表面正好与ac在同一水平线上且到b点的距离为l，到a点的距离为54l，则两重物的质量的比值m1m2为()A.52B．2C.54D.32解析：因c点处于平衡状态，所以任意两个力的合力均与第三个力大小相等，方向相反．如图所示，根据平行四边形定则将力F与m1g合成，则sinθ＝m2gm1g，而sinθ＝ll2＋（3l4）2＝45，所以m1m2＝54，选项C正确．答案：C考向整体法和隔离法4．(2019·天水模拟)如图所示，矩形物块A和楔形物块B、C叠放在水平地面上，B物块上表面水平．水平向左的力F作用在B物块上．整个系统处于静止状态，则以下说法正确的是()A．物块A的受力个数为4个B．物块B的受力个数为4个C．地面对物块C的支持力小于三者重力之和D．地面对物块C的摩擦力大小等于F，方向水平向右解析：对A进行受力分析，根据平衡条件知A只受重力和支持力两个力的作用，选项A错误；对B进行受力分析，有重力、压力、C施加的垂直斜面斜向上的支持力、拉力F，根据平衡条件还有C施加的平行斜面斜向上的摩擦力，共5个力的作用，选项B错误；以A、B、C整体为研究对象进行受力分析，根据平衡条件知地面对物块C的支持力等于三者重力之和，选项C错误；对A、B、C整体进行受力分析，根据平衡条件知地面对物块C的摩擦力大小等于F，方向水平向右，选项D正确．答案：D考点3动态平衡解决动态平衡问题的一般思路：把“动”化为“静”，“静”中求“动”，动态平衡问题的分析过程与处理方法如下：方法解析法如图所示，粗糙的水平面上放有一个截面为半圆的柱状物体A，A与竖直挡板间放有