高中物理必修一受力分析共点力的平衡

高中物理必修一受力分析共点力的平衡1．受力分析时选取研究对象的原则是要使对问题的研究尽量 ．2．研究对象可以是

或物体的一部分，也可以是由几个物体组成的

，还可以是没有质量的点．3．选取研究对象的方法有

和 ．简便单个物体系统整体法隔离法第2页,共63页，2024年2月25日，星期天1．受力分析的步骤：①

；②

；③ ．2．受力分析的顺序：

→

→

→其他力．确定研究对象受力分析画受力图重力弹力摩擦力第3页,共63页，2024年2月25日，星期天1．共点力：作用于物体上

的力，或力的

相交于一点的力叫做共点力．2．平衡状态：物体处于

或匀 运动状态叫做平衡状态．3．共点力作用下物体平衡的运动学特征是

为零，动力学特征是

为零．4．共点力作用下物体的平衡条件： ．同一点作用线静止速直线加速度合外力物体受到的合力为零第4页,共63页，2024年2月25日，星期天1．解决物体的平衡问题遵循的基本规律则是共点力作用下物体的平衡条件：F合＝0.2．解平衡问题的基本步骤(1)选定

，依据题意应该用整体法还是隔离法更有利于解决问题应视具体问题而定．研究对象第5页,共63页，2024年2月25日，星期天(2)对研究对象进行准确的

，找出哪些物体对要研究的物体有力的作用．(3)画出

，并将某些力进行合成或分解，作出平行四边形．(4)根据平衡条件：

，列出平衡方程进行求解．受力分析受力示意图F合＝0第6页,共63页，2024年2月25日，星期天1．“隔离法”与“整体法”(1)“隔离法”为了弄清系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况，一般可采用隔离法，运用隔离法解题的基本步骤：①明确研究对象或过程、状态；②将某个研究对象或某段运动过程、某个状态从全过程中隔离出来；第7页,共63页，2024年2月25日，星期天③画出某状态下的受力图或运动过程示意图；④选用适当的物理规律列方程求解．(2)“整体法”当只涉及研究系统而不涉及系统内部某些物体的力和运动时，一般可采用整体法．运用整体法解题的基本步骤：第8页,共63页，2024年2月25日，星期天①明确研究的系统和运动的全过程；②画出系统整体的受力图和运动全过程的示意图；③选用适当的物理规律列方程求解．隔离法和整体法常常需交叉运用，从而优化解题思路和方法，使解题简捷明快．第9页,共63页，2024年2月25日，星期天2．“假设法”在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其做出存在或不存在的假设，然后就该力存在与否对物体运动状态影响的不同来判断该力是否存在．第10页,共63页，2024年2月25日，星期天1．条件“判据”：即根据力的产生条件是否满足来判断物体是否受到某个力的作用．2．效果“判据”：即根据力的作用效果是否得以体现来判断物体是否受到某个力的作用．3．相互作用“判据”：即利用力的相互作用性，从一个物体是否受到某个力的作用来判断另一物体是否受到相应的反作用力的作用．第11页,共63页，2024年2月25日，星期天1．平衡状态：物体处于静止或匀速直线运动状态．2．共点力平衡的条件物体所受的合力为零，即F合＝0若采用正交分解法求平衡问题，则平衡条件应为：

第12页,共63页，2024年2月25日，星期天推论1：物体在多个共点力作用下处于平衡状态，则其中的任意一个力与其余力的合力等大反向．推论2：物体在同一平面内受到三个不平行的力的作用下处于平衡状态，则这三个力必为共点力(三力汇交原理)．第13页,共63页，2024年2月25日，星期天1．临界状态某种物理现象变化为另一种物理现象或物体从某种状态变化为另一种状态时，发生质的飞跃的转折状态叫临界状态．第14页,共63页，2024年2月25日，星期天2．平衡物体的临界状态问题平衡物体的临界状态是指物体所处平衡状态将要变化的状态，涉及平衡物体的临界状态的问题称为平衡物体的临界问题．3．临界状态的特征体现为“恰好出现”或“恰好不出现”的某种现象或状态．平衡问题的临界状态，常常通过一些特殊词语来表达，如“恰”“最大”“最多”“至少”等．如“刚好沿斜面匀速下滑”，不仅隐含加速度a＝0，还隐含μ＝tanθ的条件．第15页,共63页，2024年2月25日，星期天有些运动变化中，一些物理量变化到零的时刻常是一种临界状态的表现．第16页,共63页，2024年2月25日，星期天1．极值问题是指研究平衡问题中某物理量变化时出现的最大值或最小值问题．第17页,共63页，2024年2月25日，星期天第18页,共63页，2024年2月25日，星期天第19页,共63页，2024年2月25日，星期天力的分解图的研究对象是某个力，此力可分解成怎样的力，由合力、分力一定组成平行四边形；物体受力分析图的研究对象是某个物体，图中示意出该物体受到了怎样的外力，它们不存在合力、分力的关系．例如，图1中所示三角架，在O点所挂重物的重力可分解为如图2(1)所示的拉AO的力F1和压OB的力F2，F1、F2、G构成平行四边形．对O点及重物整体受力分析如图2(2)所示，受重力G，AO对O点的拉力F3，BO对O点的支持力F4，因三角架平衡，图2(2)中F3、F4的合力与G等大反向．第20页,共63页，2024年2月25日，星期天图1第21页,共63页，2024年2月25日，星期天图2第22页,共63页，2024年2月25日，星期天1．对物体受力分析的一般思路(1)明确研究对象，研究对象可以是质点、结点、物体、物体系．(2)按顺序分析物体所受的力，一般可先按重力、弹力、摩擦力的次序分析，再分析电场力、磁场力等其他力．第23页,共63页，2024年2月25日，星期天(3)正确画出受力图，注意不同对象的受力图用隔离法分别画出，对于质点和不考虑力对物体的形变和转动效果的情况，可将各力平移至物体的重心上，即各力均从重心画起．(4)检验，防止错画力、多画力和漏画力．第24页,共63页，2024年2月25日，星期天2．受力分析的注意事项(1)只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其他物体所施的力．(2)只分析根据性质命名的力．(3)每分析一个力，都应找出施力物体．(4)合力和分力不能同时作为物体所受的力．第25页,共63页，2024年2月25日，星期天【例1】

如图3所示，物体A靠在竖直墙面上，在力作用下，A、B保持静止．物体B的受力个数为(

)A．2

B．3

C．4

D．5图3第26页,共63页，2024年2月25日，星期天解析：若使物体A保持静止，物体B须对物体A施加一个垂直接触面向上的弹力，由牛顿第三定律可得，物体A必然对物体B施加垂直接触面向下的反作用力．再对物体B受力分析，由于物体B处于静止状态，则它必然受到重力、力F、物体A对物体B的弹力和摩擦力共四个力的作用，应选C.答案：C第27页,共63页，2024年2月25日，星期天高分通道(1)在常见的几种力中，重力是主动力，而弹力、摩擦力是被动力，其中弹力存在又是摩擦力存在的前提，所以分析受力时应按重力、弹力、摩擦力的顺序去分析．(2)物体的受力情况要与其运动情况相符，因此，常常从物体的运动状态入手去分析某个力是否存在．第28页,共63页，2024年2月25日，星期天►变式1：(2010年广东模拟)人站在自动扶梯的水平踏板上，随扶梯斜向上匀速运动，如图4所示，以下说法正确的是 (

)图4第29页,共63页，2024年2月25日，星期天A．人受到重力和支持力的作用B．人受到重力、支持力和摩擦力的作用C．人受到的合外力不为零D．人受到的合外力方向与速度方向相同解析：因人随扶梯匀速运动，处于平衡状态，合外力一定为零，C、D项错；人所受的重力与支持力大小相等，合力为零，不可能有摩擦力，若有摩擦力，F合一定不等于零，这与物体的运动状态不符，故A对，B错．答案：A第30页,共63页，2024年2月25日，星期天【例2】

(2009年海南卷)两刚性球a和b的质量分别为ma和mb、直径分别为da和db(da>db)．将a、b球依次放入一竖直放置、内径为d(da<d<da＋db)的平底圆筒内，如图5所示．设a、b两球静止时对圆筒侧面的压力大小分别为f1和f2，筒底所受的压力大小为F.已知重力加速度大小为g.若所有接触都是光滑的，则 (

)第31页,共63页，2024年2月25日，星期天图5第32页,共63页，2024年2月25日，星期天A．F＝(ma＋mb)g，f1＝f2B．F＝(ma＋mb)g，f1≠f2C．mag<F<(ma＋mb)g，f1＝f2D．mag<F<(ma＋mb)g，f1≠f2解析：对a和b整体受力分析，由平衡条件可知，A正确．答案：A第33页,共63页，2024年2月25日，星期天高分通道对连接体的整体受力分析掌握不透彻，凭感觉认为ma≠mb，故f1≠f2.本题用整体法较方便．第34页,共63页，2024年2月25日，星期天►变式2：如图6所示，质量为m1＝5kg的物体，置于一粗糙的斜面上，用一平行于斜面的大小为30N的力F推物体，物体沿斜面向上匀速运动，斜面体质量m2＝10kg，且始终静止，取g＝10m/s2，求：图6第35页,共63页，2024年2月25日，星期天(1)滑块对斜面的摩擦力大小．(2)地面对斜面体的摩擦力和支持力的大小．(斜面体始终静止)第36页,共63页，2024年2月25日，星期天图7第37页,共63页，2024年2月25日，星期天解析：(1)用隔离法：对滑块作受力分析如图7所示，在平行斜面的方向上F＝m1gsin30°＋Ff所以Ff＝F－m1gsin30°＝(30－5×10×0.5)N＝5N.由牛顿第三定律可知：滑块对斜面的摩擦力大小为5N.(2)用整体法：第38页,共63页，2024年2月25日，星期天图8因两个物体均处于平衡状态，故可以将滑块与斜面体当作一个整体来研究，其受力如图8所示，由图8可知：在水平方向上有F地＝Fcos30°＝N在竖直方向上，有FN地＝(m1＋m2)g－Fsin30°＝135N.第39页,共63页，2024年2月25日，星期天答案：(1)5N

(2)15N

135N第40页,共63页，2024年2月25日，星期天【例3】

(2009年宁夏卷)水平地面上有一木箱，木箱与地面之间的动摩擦因数为μ(0<μ<1)．现对木箱施加一拉力F，使木箱做匀速直线运动．设F的方向与水平面夹角为θ，如图9，在θ从0逐渐增大到90°的过程中，木箱的速度保持不变，则 (

)第41页,共63页，2024年2月25日，星期天图9第42页,共63页，2024年2月25日，星期天A．F先减小后增大 B．F一直增大C．F的功率减小 D．F的功率不变图10第43页,共63页，2024年2月25日，星期天答案：AC第44页,共63页，2024年2月25日，星期天高分通道不能正确的求解F与θ的关系，故错选B答案．第45页,共63页，2024年2月25日，星期天►变式3：半圆柱体P放在粗糙的水平地面上，其右端有固定放置的竖直挡板MN.在P和MN之间放有一个光滑均匀的小圆柱体Q，整个装置处于静止．如图11所示是这个装置的纵截面图．若用外力使MN保持竖直，缓慢地向右移动，在Q落到地面以前，发现P始终保持静止．在此过程中，下列说法中正确的是 (

)第46页,共63页，2024年2月25日，星期天图11第47页,共63页，2024年2月25日，星期天A．MN对Q的弹力逐渐减小B．地面对P的摩擦力逐渐增大C．P、Q间的弹力先减小后增大D．Q所受的合力逐渐增大图12第48页,共63页，2024年2月25日，星期天解析：Q的受力如图12所示，F1表示P对Q的弹力，F2表示MN对Q的弹力，F2的方向水平向左保持不变，F1的方向顺时针旋转，由平行四边形的边长变化可知：F1与F2都逐渐增大．故选B.答案：B第49页,共63页，2024年2月25日，星期天1．如图13所示，小车M在恒力作用下，沿水平地面做直线运动，由此可判断 (

)图13第50页,共63页，2024年2月25日，星期天A．若地面光滑，则小车一定受三个力作用B．若地面粗糙，则小车可能受三个力作用C．若小车做匀速运动，则小车一定受四个力作用D．若小车做加速运动，则小车可能受三个力作用第51页,共63页，2024年2月25日，星期天解析：先分析重力和已知力F，再分析弹力，由于F的竖直分力可能等于重力，因此地面可能对物体无弹力作用，选项A错误．F的竖直分力可能小于重力，地面对物体有弹力作用，若地面粗糙，小车受摩擦力作用，共四个力作用，选项B错误．若小车匀速运动，那么水平方向上所受摩擦力和F的分力平衡，这时小车一定受重力、恒力F、地面弹力、摩擦力四个力作用，选项C正确．第52页,共63页，2024年2月25日，星期天若小车做加速运动，当地面光滑时，小车受重力和力F作用或受重力、力F、地面弹力作用，选项D正确．答案：CD第53页,共63页，2024年2月25日，星期天2．如图14所示，质量为6kg的物体，在水平向右大小为20N的力F作用下向右运动，物体与地面之间的动摩擦因数为μ＝0.2，则物体所受到的合力为(

)A．20N，水平向右 B．12N，水平向左C．32N，水平向右 D．8N，水平向右图14第54页,共63页，2024年2月25日，星期天解析：先对物体进行受力分析，物体受重力、弹力、摩擦力、水平推力四个力的作用，其中重力、弹力大小相等，方向相反，作用效果相互抵消，所以物体合力即摩擦力与水平推力的合力．摩擦力Ff＝μFN＝μmg＝12N，方向向左，所以合力F合＝F－Ff＝8N，方向与F方向相同，水平向右．D正确．答案：D第55页,共63页，2024年2月25日，星期天3．(2009年浙江卷)如图15所示，质量为m的等边三棱柱静止在水平放置的斜面上．已知三棱柱与斜面之间的动摩擦因数为μ，斜面的倾角为30°，则斜面对三棱柱的支持力与摩擦力的大小分别为 (

)图15第56页,共63页，2024年2月25日，星期天第57页,共63页，2024年2月25日，星期天解析：对三棱柱进行受力