2020届高考物理二轮复习 专题冲刺 专题复习篇一 力与物体的平衡课件

要点提炼1.共点力作用下物体平衡的特点(1)运动学特点：速度不变(不一定为零)(动能和动量不变)，加速度为零；(2)力学特点：F合＝0。2．三个共点力平衡：其中任意一个力与其余两个力的合力一定大小相等，方向相反；若有两个力等大，则这两个力一定关于第三个力所在直线对称；表示三个力的有向线段可以组成一个矢量三角形。3．多个共点力平衡：任意方向上合力为零；建立直角坐标系后，两个坐标轴上的合力均为零，即Fx合＝0，Fy合＝0；物体受N个力作用而处于平衡状态，则其中任意一个力与其余N－1个力的合力一定等大反向。4．动态平衡：物体在缓慢移动过程中，可以认为物体时刻处于平衡状态，其所受合力时刻为零。5．带电粒子或带电物体在复合场中处于平衡状态时，合力为零；带电粒子(或微粒)在重力、恒定电场力和洛伦兹力共同作用下的直线运动必然是匀速直线运动。高考考向高考考向1受力分析共点力平衡命题角度1物体的受力分析例1(2019·西宁第四中学高三一模)一个底面粗糙、质量为M的斜劈放在粗糙的水平面上，劈的斜面光滑且与水平面成30°角；现用一端固定的轻绳系一质量为m的小球，小球放在斜面上，小球静止时轻绳与竖直方向的夹角也为30°，如图所示，试求：(1)当斜劈静止时绳子的拉力大小；(2)当斜劈静止时地面对斜劈的摩擦力的大小；(3)若地面对斜劈的最大静摩擦力等于地面对斜劈支持力的k倍，为使整个系统静止，k值必须满足什么条件？解析(1)以小球为研究对象，受力分析如图1所示，对拉力T和重力mg进行正交分解。由物体的平衡条件可知：Tcos30°＝mgsin30°得：T＝33mg。(2)以斜劈和小球整体为研究对象，整体受力情况如图2所示，由物体平衡条件可得：f＝Tcos60°＝36mg。(3)为使整个系统静止，要求fmax＝kFN≥Tcos60°而FN＋Tsin60°＝(M＋m)g联立以上两式可得：k≥3m6M＋3m。答案(1)33mg(2)36mg(3)k≥3m6M＋3m受力分析的常用方法受力分析贯穿整个力学，包括分析处于平衡状态和非平衡状态物体的受力情况，为了知识的连贯，此处归纳出通用的受力分析方法(对于非平衡状态的受力分析运用参见后续二、三、四专题)。(1)假设法：在受力分析时，对于弹力、摩擦力，若不能确定是否存在，或者不能确定力的方向、特点，可先作出假设(如该力存在、沿某一个方向、摩擦力是静摩擦力)，然后根据该假设对运动状态的影响判断假设是否成立。(2)整体法与隔离法：若系统内各个物体的运动状态相同，优先采用整体法；如果需要求解系统内部的相互作用，可再用隔离法。如果系统内部各部分运动状态不同，一般用隔离法(如果存在相对运动但整体处于平衡状态，也可以采用整体法)。整体法与隔离法一般交叉综合运用。(3)转换对象法：当直接分析一个物体的受力不方便时，可转换研究对象，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。(4)动力学分析法：根据物体的运动状态用平衡条件或牛顿运动定律确定其受力情况。备课记录：1－1(2019·河北武邑中学高三月考)(多选)如图所示，将一物块分成靠在一起的A、B两部分，B放置在地面上，然后在物体A上施加一水平外力F，整个装置静止。关于A、B两个物体的受力情况，下列说法中正确的是()A．物体A一定受到三个力的作用B．物体A一定受到四个力的作用C．物体B一定受到地面对它的摩擦力的作用D．物体B可能受到四个力的作用答案CD解析分析物体A的受力情况，一定受到外力F、重力和B对A的支持力，假设这三个力能使A处于平衡状态，则A只受到三个力，假设这三个力不能使A平衡，则A一定还受到B对A的摩擦力，所以物体A可能受到三个力的作用，也可能受到四个力的作用，A、B错误；以整个装置为研究对象，因为系统处于平衡状态，所以B一定受到地面对它的摩擦力作用，C正确；由于力的作用是相互的，从转换对象角度假设A受到B对它的摩擦力作用，则B一定受到A对它的摩擦力作用，所以物体B可能受四个力作用，也可能受五个力作用，D正确。1－2(2019·山东青岛高三一模)(多选)如图，固定在地面上的带凹槽的长直杆与水平面成α＝30°角，轻质环a套在杆上，置于凹槽内质量为m的小球b通过一条细绳跨过固定定滑轮与环a连接。a、b静止时，细绳与杆间的夹角为30°，重力加速度为g，不计一切摩擦，下列说法正确的是()A．a受到3个力的作用B．b受到3个力的作用C．杆对b的作用力大小为12mgD．细绳对a的拉力大小为33mg答案BD解析轻质环a套在杆上，不计摩擦，则a静止时细绳的拉力与杆对a的弹力平衡，故拉a的细绳与杆垂直，a受到两个力的作用，故A错误；对b球受力分析可知，b受到重力，绳子的拉力和杆对b球的弹力，b受到3个力的作用，故B正确；以b为研究对象，受力分析如图所示，根据几何关系可得β＝θ＝30°，设杆对b的作用力大小为N，则2Ncos30°＝mg，N＝33mg，故C错误；对b分析，细绳的拉力大小T＝N＝33mg，则细绳对a的拉力大小为T＝33mg，故D正确。命题角度2共点力作用下的静态平衡问题例2(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解析如图所示，卡车匀速行驶，圆筒受力平衡，由题意知，力F1′与F2′相互垂直。由牛顿第三定律知F1＝F1′，F2＝F2′，则F1＝mgsin60°＝32mg，F2＝mgsin30°＝12mg，D正确。答案D解决静态平衡问题的四种常用方法备课记录：2－1(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答案A解析物块沿斜面向上匀速运动，受力如图，根据平衡条件有F＝Ff＋mgsinθ①Ff＝μFN②FN＝mgcosθ③由①②③式得F＝mgsinθ＋μmgcosθ所以m＝Fgsinθ＋μgcosθ故当F＝Fmax＝1500N时，物块的质量最大，最大质量为mmax＝150kg，A正确。2－2(2019·济南高三模拟)如图所示，在倾角为37°的斜面上放置一质量为0.5kg的物体，用一大小为1N平行斜面底边的水平力F推物体时，物体保持静止。已知物体与斜面间的动摩擦因数为32，物体受到的摩擦力大小为(sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2)()A．3NB．23NC.10ND.26N答案C解析物体所受的摩擦力为静摩擦力，其大小与F和重力沿斜面向下的分量的矢量和等大反向，则f＝F2＋mgsin37°2＝12＋0.5×10×0.62N＝10N，故选C。高考考向2动态平衡问题命题角度1图解法解动态平衡问题例3(2019·全国卷Ⅰ)(多选)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解析选N为研究对象，受力情况如图甲所示，由图可知，用水平拉力F缓慢拉动N的过程中，水平拉力F逐渐增大，细绳的拉力T逐渐增大，A错误，B正确。对于M，受重力GM、支持力FN、绳的拉力T以及斜面对它的摩擦力f，如图乙所示；若开始时斜面对M的摩擦力f沿斜面向上，则T＋f＝GMsinθ，T逐渐增大，f逐渐减小，f可能会减小到零后，再反向增大；若开始时斜面对M的摩擦力沿斜面向下，则T＝GMsinθ＋f，当T逐渐增大时，f逐渐增大，C错误，D正确。答案BD图解法(矢量三角形法、平行四边形法)如果物体受到三个力的作用，其中一个力的大小、方向均不变，另一个力的方向不变，此时可用图解法，画出不同状态下力的矢量图(即矢量三角形或平行四边形)，判断两个变力的变化情况。如例题中物块N的重力大小、方向均不变，拉力F的方向不变，可用图解法。图解法的关键是作图，次序很重要，先找恒力，再找方向不变的力，再画大小、方向均变化的力，从而明确两个变力的变化情况。备课记录：3－1(2019·河北武邑质检)如图所示，斜面体A静置于粗糙水平面上，被一轻绳拴住的小球B置于光滑的斜面上，轻绳左端固定在竖直墙面上P处，此时小球静止且轻绳与斜面平行。现将轻绳左端从P处缓慢沿墙面上移到P′处，斜面体始终处于静止状态，则在轻绳移动过程中()A．轻绳的拉力先变小后变大B．斜面体对小球的支持力逐渐增大C．斜面体对水平面的压力逐渐增大D．斜面体对水平面的摩擦力逐渐减小答案D解析小球的受力分析如图1所示，小球受到斜面体的支持力FN1及轻绳拉力F的合力始终与小球重力G1等大反向，当轻绳左端上升时，F增大，FN1减小，故A、B错误；对斜面体A进行受力分析，如图2所示，随小球对斜面压力FN1′的减小，由受力平衡可知，水平面对斜面体的支持力FN2逐渐减小，摩擦力Ff逐渐减小，由牛顿第三定律可知C错误，D正确。3－2(2019·湖北孝感高三上学期期末八校联考)如图所示，放在地面上的质量为M的物块与质量为m的小球通过不可伸长的轻质细绳跨过两个定滑轮连接。M远大于m。先给小球施加一个向右且与水平方向始终成θ＝30°角的力F，使小球缓慢地移动，直至悬挂小球的绳水平，小球移动过程中细绳一直处于拉直状态，则下列说法正确的是()A．拉力F一直增大B．拉力F先减小后增大C．物块对地面的力一直减小D．物块对地面的压力先减小后增大答案A解析对小球受力分析，小球受重力mg、细绳的拉力T和拉力F，三力的合力为零，如图所示，根据图解法可知，拉力F一直增大，绳的拉力先减小后增大，故A正确，B错误；细绳的拉力先减小后增大，对物块进行研究可知，物块对地面的压力先增大后减小，故C、D错误。命题角度2解析法解动态平衡问题例4(2017·全国卷Ⅰ)(多选)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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解析设重物的质量为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，在将重物缓慢拉起的过程中，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，则TOM先增大后减小，D正确；同理知TMNsinβ＝mgsinθ，在β由0变为π2的过程中，TMN一直增大，A正确。答案AD三力动态平衡问题归纳备课记录：4－1(2019·重庆一中高三5月模考)如图所示，在粗糙的水平地面上放着一左侧截面是半圆的柱状物体B，在B与竖直墙之间放置一光滑小球A，整个装置处于静止状态。现用水平力F拉动B缓慢向右移动一小段距离后，它们仍处于静止状态，在此过程中，下列判断正确的是()A．小球A对物体B的压力逐渐增大B．小球A对物体B的压力逐渐减小C．墙面对小球A的支持力逐渐减小D．墙面对小球A的支持力先增大后减小答案A解析对A球受力分析并建立直角坐标系如图。由平衡条件得：竖直方向：N2cosθ