2020高考物理一轮总复习 第二章 相互作用 能力课 受力分析 共点力平衡课件 新人教版

第二章相互作用受力分析共点力平衡栏目导航123板块一考点突破板块二素养培优板块三跟踪检测考点突破记要点、练高分、考点通关板块一考点一受力分析——自主练透|记要点|1．受力分析的基本思路2．受力分析的四个方法方法解读假设法在未知某力是否存在时，先对其做出存在的假设，然后根据该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在整体法将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析的方法隔离法将所研究的对象从周围的物体中分离出来，单独进行受力分析的方法动力学分析法对加速运动的物体进行受力分析时，应用牛顿运动定律进行分析求解的方法3.判断力存在的3个依据从力的概念判断寻找对应的施力物体从力的性质判断寻找产生的原因从力的效果判断寻找是否发生形变或改变物体的运动状态(是否产生了加速度)|练高分|1．L形木板P(上表面光滑)放在固定斜面上，轻质弹簧一端固定在木板上，另一端与置于木板上表面的滑块Q相连，如图所示．若P、Q一起沿斜面匀速下滑，不计空气阻力，则木板P的受力个数为()A．3B．4C．5D．6解析：选CP、Q一起沿斜面匀速下滑时，由于木板P上表面光滑，滑块Q受到重力、P的支持力和弹簧沿斜面向上的弹力，木板P受到重力、斜面的支持力、斜面的摩擦力、Q的压力和弹簧沿斜面向下的弹力共计5个力，C项正确．2．(2019届保定模拟)磁性车载支架(图1)使用方便，它的原理是将一个引磁片贴在手机背面，再将引磁片对准支架的磁盘放置，手机就会被牢牢地吸附住(图2)．下列关于手机(含引磁片，下同)的说法中正确的是()A．汽车静止时，手机共受三个力的作用B．汽车静止时，支架对手机的作用力大小等于手机的重力大小C．当汽车以某一加速度向前加速时，手机可能不受支架对它的摩擦力作用D．只要汽车的加速度大小合适，无论是向前加速还是减速，手机都可能不受支架对它的摩擦力作用解析：选B手机处于静止状态时，受力平衡，手机共受到重力、支架的支持力、摩擦力以及磁盘的吸引力，共4个力的作用，A错误；手机处于静止状态时，支架对手机的支持力、摩擦力、吸引力的合力与手机重力等大反向，B正确；因磁盘对手机的吸引力和手机所受支持力均与引磁片垂直，只要汽车有向前的加速度时，一定有沿斜面向上的摩擦力，C、D错误．3.(2018届合肥一模)在竖直放置的平底圆筒内，放置两个半径相同的刚性球a和b，球a质量大于球b质量．放置的方式有如图甲和乙两种．不计圆筒内壁和球面之间的摩擦，对有关接触面的弹力，下列说法正确的是()A．图甲圆筒底受到的压力大于图乙圆筒底受到的压力B．图甲中球a对圆筒侧面的压力小于图乙中球b对侧面的压力C．图甲中球a对圆筒侧面的压力大于图乙中球b对侧面的压力D．图甲中球a对圆筒侧面的压力等于图乙中球b对侧面的压力解析：选B以ab整体为研究对象受力分析，受重力、圆筒底支持力和两侧的支持力，根据平衡条件，甲图圆筒底受到的压力等于乙图圆筒底受到的压力均等于两球重力之和，A错误；根据平衡条件，同一圆筒内两侧的两个支持力是相等的；再以上面球为研究对象受力分析，根据平衡条件运用合成法，如图所示，由几何知识可知，FN筒＝mgtanθ，故侧壁的支持力与上面球的重力成正比，由于球a质量大于球b，故乙图中两侧的支持力较大；由牛顿第三定律易知，B正确，C、D错误．考点二静态平衡问题的分析方法——师生共研|记要点|1．平衡中的研究对象选取(1)单个物体；(2)能看成一个物体的系统；(3)一个结点．2．静态平衡问题的解题“五步骤”|析典例|【例】如图所示，光滑斜面的倾角为30°，轻绳通过两个滑轮与A相连，轻绳的另一端固定于天花板上，不计轻绳与滑轮的摩擦．物块A的质量为m，不计滑轮的质量，挂上物块B后，当动滑轮两边轻绳的夹角为90°时，A、B恰能保持静止，则物块B的质量为()A.22mB．2mC．mD．2m[解析]先以物块A为研究对象，由物块A受力及平衡条件可得绳中张力T＝mgsin30°.再以动滑轮为研究对象，分析其受力并由平衡条件有mBg＝2T，解得mB＝22m，A正确．[答案]A|反思总结|处理平衡问题的三点说明(1)物体受三力平衡时，利用力的效果分解法或合成法比较简单．(2)物体受四个或四个以上的力作用时，一般采用正交分解法．(3)物体只受三个力的作用且三力构成普通三角形，可考虑使用相似三角形法．|练高分|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：选AC滑块受力如图，由平衡条件知mgF＝tanθ⇒F＝mgtanθ，FN＝mgsinθ.2．(2019届广东省惠州市第一中学综合测试)如图所示，小球A置于固定在水平面上的光滑半圆柱体上，小球B用水平轻弹簧拉着系于竖直板上，两小球A、B通过光滑滑轮O用轻质细线相连，两球均处于静止状态，已知B球质量为m，O点在半圆柱体圆心O1的正上方，OA与竖直方向成30°角，OA长度与半圆柱体半径相等，OB与竖直方向成45°角，则下列叙述正确的是()A．小球A、B受到的拉力TOA与TOB相等，且TOA＝TOB＝3mgB．弹簧弹力大小2mgC．A球质量为6mD．光滑半圆柱体对A球支持力的大小为mg解析：选C隔离，对B分析，根据共点力平衡得：水平方向有：TOBsin45°＝F，竖直方向有：TOBcos45°＝mg，则，弹簧弹力F＝mg，根据定滑轮的特性知：TOA与TOB相等，故A、B错误；对A分析，如图所示：由几何关系可知拉力TOA和支持力N与水平方向的夹角相等，夹角为60°，则N和T相等，有：2TOAsin60°＝mAg，解得mA＝6m，由对称性可得N＝TOA＝2mg，故C正确，D错误．故选C.3.(2019届鸡西模拟)如图所示，穿在一根光滑的固定杆上的两个小球A、B连接在一条跨过定滑轮的细绳两端，杆与水平面成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可能受到3个力的作用C．绳子对A的拉力大于对B的拉力D．A、B的质量之比为1∶tanθ解析：选D对A球受力分析可知，A受到重力，绳子的拉力以及杆对A球的弹力，三个力的合力为零，故A错误；对B球受力分析可知，B受到重力，绳子的拉力，两个力合力为零，杆对B球没有弹力，否则B不能平衡，故B错误；定滑轮不改变力的大小，则绳子对A的拉力等于对B的拉力，故C错误；分别对A、B两球分析，运用合成法，如图所示．根据共点力平衡条件，得T＝mBgTsinθ＝mAgsin90°＋θ(根据正弦定理列式)故mA∶mB＝1∶tanθ，故D正确．考点三动态平衡问题的分析方法——师生共研|记要点|1．动态平衡：“动态平衡”是指物体所受的力一部分是变力，是动态力，力的大小或方向均要发生变化，但变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态，所以叫动态平衡．2．分析动态平衡问题的方法方法步骤解析法(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)根据已知条件画出两个不同情况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|析典例|(一)解析法【例1】如图所示，与水平方向成θ角的推力F作用在物块上，随着θ逐渐减小直到水平的过程中，物块始终沿水平面做匀速直线运动．关于物块受到的外力，下列判断正确的是()A．推力F先增大后减小B．推力F一直减小C．物块受到的摩擦力先减小后增大D．物块受到的摩擦力一直不变[解析]对物块受力分析，建立如图所示的坐标系．由平衡条件得，Fcosθ－Ff＝0，FN－(mg＋Fsinθ)＝0，又Ff＝μFN，联立可得F＝μmgcosθ－μsinθ，可见，当θ减小时，F一直减小；由摩擦力Ff＝μFN＝μ(mg＋Fsinθ)可知，当θ、F减小时，Ff一直减小．综上分析可知，B正确，A、C、D错误．[答案]B(二)图解法【例2】(多选)(2017年全国卷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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]将重物的重力沿两绳方向分解，画出分解的动态图如图所示．在三角形中，根据正弦定理有Gsinγ1＝FOM1sinβ1＝FMN1sinθ1，由题意可知NM的延长线与OM的夹角γ＝180°－α，故γ不变，因sinβ(β为FMN与G的夹角)先增大后减小，故OM上的张力先增大后减小，当β＝90°时，OM上的张力最大，因sinθ(θ为FOM与G的夹角)逐渐增大，故MN上的张力逐渐增大，选项A、D正确，B、C错误．[答案]AD(三)相似三角形法【例3】如图所示，竖直墙壁上固定有一个光滑的半圆形支架(AB为直径)，支架上套着一个小球，轻绳的一端P悬于墙上某点，另一端与小球相连．已知半圆形支架的半径为R，轻绳长度为L，且RL2R.现将轻绳的上端点P沿墙壁缓慢下移至A点，此过程中轻绳对小球的拉力F1及支架对小球的支持力F2的大小变化情况为()A．F1和F2均增大B．F1保持不变，F2先增大后减小C．F1先减小后增大，F2保持不变D．F1先增大后减小，F2先减小后增大[解析]小球受重力、绳的拉力和支架提供的支持力，由于平衡，三个力可以构成矢量三角形，如图所示，根据平衡条件，该矢量三角形与几何三角形POC相似，故GPO＝F1L＝F2R，解得F1＝LPOG，F2＝RPOG，当P点下移时，PO减小，L、R不变，故F1增大，F2增大，A正确．[答案]A|反思总结|(1)在三力平衡问题中，若三个力能构成直角三角形，一般用解析法处理．(2)在三力平衡问题中，若一个力的大小、方向不变，另一个力的方向不变，一般用图解法处理．(3)在三力平衡问题中，若一个力的大小、方向不变，另外两个力的方向都改变，一般用相似三角形法处理．考点四平衡中的临界、极值问题——师生共研|记要点|1．临界问题当某物理量变化时，会引起其他几个物理量的变化，从而使物体所处的平衡状态“恰好出现”或“恰好不出现”，在问题的描述中常用“刚好”“刚能”“恰好”等语言叙述．2．极值问题平衡物体的极值，一般是指在力的变化过程中的最大值和最小值问题．3．解题思路解决共点力平衡中的临界、极值问题“四字诀”|析典例|【例】图中工人在推动一台割草机，施加的推力大小为400N，方向与水平地面成30°斜向下，割草机重500N.(1)割草机作用在地面上向下的压力多大？(2)割草机割完草后，工人用最小的拉力斜向右上方拉它，使之做匀速运动，已知最小拉力大小为300N，则割草机与地面间的动摩擦因数为多少？最小拉力与水平方向的夹角为多少？[解析](1)割草机在竖直方向上处于平衡状态，由平衡条件得G＋Fsin30°＝FN解得FN＝700N.(2)设最小拉力与水平方向的夹角为θ，割草机与地面间的动摩擦因数为μ，有Fcosθ＝f，G＝Fsinθ＋FN，又f＝μFN，则F＝μGcosθ＋μsinθ且最小值Fm＝μG1＋μ2即μ1＋μ2＝35解得μ＝0.75，θ＝37°.[答案](1)700N(2)0.7537°|反思总结|求解平衡问题中临界、极值问题的三种方法(1)数学方法：根据物体的平衡条件列方程，在解方程时采用数学知识求极值．通常用到的数学知识有二次函数求极值、讨论分式求极值、三角函数求极值以及几何法求极值等．如本题的求解方法．(2)图解法：根据平衡条件作出力的矢量图，如只受三个力，则这三个力构成封闭矢量三角形，然后根据矢量图进行动态分析