2020版高考物理总复习 2 第3讲 受力分析共点力的平衡课件 新人教版

必考部分第二章相互作用第3讲受力分析共点力的平衡基础·全面落实考点·深度研析素能·专项突破真题·实战演练基础·全面落实教材回扣基础自测一、物体的受力分析一般顺序：先场力(如、等)，再接触力(如、等)。方法：假设法、整体法和隔离法。二、共点力的平衡1．平衡状态：物体处于或状态。2．平衡条件(1)物体所受合外力为零，即F合＝0。(2)若采用正交分解法，平衡条件表达式为Fx＝0，Fy＝0。重力电场力弹力摩擦力静止匀速直线运动3．物体平衡条件的相关推论(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，其中任意两个力的合力一定与第三个力大小、方向。(3)多力平衡：如果物体受多个力作用处于平衡状态，其中任何一个力与其余力的合力大小，方向。相等相反相等相反相等相反(判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。)1．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。()2．处于平衡状态的物体加速度一定等于零。()3．速度等于零的物体一定处于平衡状态。()4．物体在缓慢运动时所处的状态不能认为是平衡状态。()5．物体做竖直上抛运动到达最高点时处于静止状态。()××√××1．(受力分析)(多选)如图所示，光滑水平地面上有一直角三角形斜面体B靠在竖直墙壁上，物块A放在斜面体B上，开始时A、B静止。现用水平力F推A，A、B仍静止，则此时A、B受力个数的组合可能是()A．3个、5个B．3个、3个C．4个、5个D．3个、4个解析先对A、B整体受力分析，A、B整体受推力、重力、地面的支持力、墙壁的支持力；再对物块A受力分析，A受重力、推力、斜面体的支持力，可能还受到静摩擦力，所以A可能受到3个或4个力，分析B的受力情况，B受到重力、墙壁的支持力、地面的支持力、A对B的压力，可能还受到A对B的静摩擦力，所以B可能受到4个或5个力，故C、D两项均正确。答案CD2．(物体的平衡条件)如图所示，质量为m的光滑圆球，在细线和墙壁的作用下处于静止状态，重力加速度为g，细线与竖直墙壁的夹角为30°，则细线对小球的拉力大小为()A.23mg3B.3mg3C．mgD.3mg2解析对小球受力分析，由力的平衡知识可知，细线对小球的拉力大小为T＝mgcos30°＝2mg3＝23mg3，A项正确。答案A3．(整体法和隔离法的应用)如图所示，水平细杆上套一环A，环A与球B间用一轻质绳相连，质量分别为mA、mB，由于球B受到风力作用，环A与球B一起向右匀速运动。已知细绳与竖直方向的夹角为θ，重力加速度为g，则下列说法正确的是()A．风力增大时，轻质绳对球B的拉力保持不变B．球B受到的风力F为mBgtanθC．杆对环A的支持力随着风力的增加而增加D．环A与水平细杆间的动摩擦因数为mBmA＋mB解析以球B为研究对象，其受到重力、风力和绳的拉力作用，三力平衡，解三角形得到拉力T＝mBgcosθ，风力F＝mBgtanθ，风力增大，θ变大，则F变大，A项错误，B项正确；利用整体法，水平方向有f＝μ(mA＋mB)g，解得μ＝mBtanθmA＋mB，D项错误；竖直方向杆对A球的支持力FNA＝(mA＋mB)g，C项错误。答案B考点·深度研析核心考点分层突破考点1受力分析考|点|速|通1．受力分析的四种方法(1)假设法：在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其作出存在的假设，然后根据分析该力存在对物体运动状态的影响来判断该力是否存在。(2)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。(3)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。(4)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。2．受力分析的四个步骤(1)明确研究对象：确定受力分析的物体，研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体的组合。(2)隔离物体分析：将研究对象从周围物体中隔离出来，进而分析周围有哪几个物体对它施加了力的作用(重力—弹力—摩擦力—其他力)。(3)画出受力示意图：画出受力示意图，准确标出各力的方向。(4)检查分析结果：检查画出的每一个力能否找出它的施力物体，检查分析结果能否使研究对象处于题目所给的物理状态。典|例|微|探【例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．3个B．4个C．5个D．6个解析P、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，C项正确。答案C有关受力分析的四点提醒1．每分析一个力，都应找出施力物体。2．分析研究对象受的力，不要把研究对象对其他物体施加的力也加在研究对象上。3．只分析根据力的性质命名的力(场力、弹力、摩擦力等)，不分析根据效果命名的力(向心力、下滑力、回复力等)。4．为了使问题简化，忽略某些次要的力，如：微小粒子的重力、速度不大时空气的阻力等，至于何时忽略某个力的影响，要依据题目的具体情景和条件而定。题|组|冲|关1.(多选)如图所示，A、B两物体叠放在粗糙的水平面上，A、B间的动摩擦因数为μ，水平轻绳一端拴住B物体，另一端固定在墙上且恰能伸直，水平外力F作用于A，A、B均保持静止状态，则A、B两物体受力的个数可能分别为()A．5、2B．4、2C．5、4D．6、4解析本题易错之处在于不善于采用假设法分析：假设绳子上没有拉力和假设绳子有拉力两种情况。假设绳子无拉力，则B不受摩擦力，只受重力和支持力2个力，对A：受重力、支持力、压力、拉力、地面对它的摩擦力5个力，A项正确；假设绳子有拉力，则B要受到向右的摩擦力、重力、支持力，对A：重力、支持力、压力、拉力、地面对它的摩擦力、B对它的摩擦力6个力，D项正确，B、C两项错误。答案AD2.(多选)如图所示，两个相似的斜面体A、B在竖直向上的力F的作用下静止靠在竖直粗糙墙壁上。关于斜面体A和B的受力情况，下列说法正确的是()A．A一定受到四个力B．B可能受到四个力C．B与墙壁之间一定有弹力和摩擦力D．A与B之间一定有摩擦力解析对A、B整体受力分析，如图甲所示，受到向下的重力和向上的推力F，由平衡条件可知B与墙壁之间不可能有弹力，因此也不可能有摩擦力，C项错误；对B受力分析如图乙所示，其受到重力、A对B的弹力及摩擦力而处于平衡状态，故B只能受到三个力，B项错误；对A受力分析，如图丙所示，受到重力、推力、B对A的弹力和摩擦力，共四个力，A、D两项正确。答案AD考点2解答平衡问题常用的四种方法考|点|速|通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，每一组的力都满足力的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，则这三个力的合力为零；反之，若不能构成三角形，则这三个力的合力必不为零。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典|例|微|探【例2】如图所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的。一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为m1和m2的小球，当它们处于平衡状态时，质量为m1的小球与O点的连线与水平面的夹角α＝60°，则两小球的质量之比m2m1为()A.33B.23C.32D.22解析小球m2受重力和细线的拉力处于平衡状态，由二力平衡条件得，细线的拉力T＝m2g。解法一：合成法小球m1受T、FN、m1g三力作用而处于平衡状态。受力分析如图所示，小球m1处于平衡状态，故FN与T的合力F＝m1g。根据合力公式可得F＝F2N＋T2＋2FNTcosθ＝m1g，将FN＝T＝m2g，θ＝60°，代入上式解得m2m1＝33，故A项正确。解法二：力的三角形定则FN和T的合力与小球m1的重力大小相等，方向相反，故FN、T、m1g构成矢量三角形，如图所示。由正弦定理得Tsin30°＝m1gsin120°，即m2sin30°＝m1sin120°，得m2m1＝33。解法三：正交分解法如图所示，以FN的方向为y轴，以垂直FN的方向为x轴建立坐标系。因FN与T的夹角为60°，则m1g与y轴成30°角。在x轴方向由物体的平衡条件有m1gsin30°－Tsin60°＝0，即12m1g＝32m2g，所以m2m1＝33。答案A处理平衡问题的三个技巧1．物体受三个力平衡时，利用力的分解法或合成法比较简单。2．物体受四个及以上的力作用时一般采用正交分解法。3．建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合，需要分解的力尽可能少。题|组|冲|关1.如图，一不可伸长的光滑轻绳，其左端固定于O点，右端跨过位于O′点的固定光滑轴悬挂一质量为M的物体；OO′段水平，长度为L；绳子上套一可沿绳滑动的轻环。现在轻环上悬挂一钩码，平衡后，物体上升L，则钩码的质量为()A.22MB.32MC.2MD.3M解析重新平衡后，绳子形状如图，由几何关系知：绳子与竖直方向夹角为30°，则环两边绳子的夹角为60°，根据平行四边形定则，环两边绳子拉力的合力为3Mg，根据平衡条件，则钩码的质量为3M，D项正确。答案D2．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先开始滑动解析对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，A项错误；a、b两个物体，垂直于斜面方向受力都平衡，则有FN＋Tsinθ＝mgcosθ，解得FN＝mgcosθ－Tsinθ，则a、b两物体对斜面的压力相同，B项正确；根据对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，C项错误；对a沿斜面方向有Tacosθ＋mgsinθ＝fa，对b沿斜面方向有Tbcosθ－mgsinθ＝fb，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，先滑动，D项错误。答案B考点3分析动态平衡问题的三种方法考|点|速|通动态平衡是通过控制某些物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，物体在这一变化过程中始终处于一系列的平衡状态。解决此类问题的基本思路是化“动”为“静”，“静”中求“动”，具体有以下三种方法：1．解析法：对研究对象进行受力分析，先画出受力示意图，再根据物体的平衡条件，得到因变量与自变量的关系表达式(通常要用到三角函数)，最后根据自变量的变化确定因变量的变化。2．图解法此法常用于求解三力平衡且有一个力是恒力、另有一个力方向不变的问题。一般按照以下流程解题。受力分析――――――――→化“动”为“静”画不同状态下的平衡图――――――――→“静”中求“动”确定力的变化3．相似三角形法在三力平衡问题中，如果有一个力是恒力，另外两个力方向都变化，且题目给出了空间几何关系，多数情况下力的矢量三角形与空间几何三角形相似，可利用相似三角形对应边成比例进行计算。典|例|微|探【例3】如图所示，小球用细绳系住，绳的另一端固定于O点，现用水平力F缓慢推动斜面体，小球在斜面上无摩擦地滑动，细绳始终处于直线状态，当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平，此过程中斜面对小球的支持力FN以及绳对小球的拉力T的变化情况是()A．FN保持不变，T不断增大B．FN不断增大，T不断减小C．FN保持不变，T先增大后减小D