高中物理一轮复习课件：2.3受力分析 共点力的平衡.ppt

第3讲 受力分析 共点力的平衡 1.定义：把指定物体(研究对象)在特定的物理环境中受到的所 有外力都找出来，并画出受力_的过程 2.受力分析的一般顺序 先分析场力(_、电场力、磁场力)，再分析接触力(弹力、 _)，最后分析其他力. 示意图 重力 摩擦力 考点1 受力分析 1.受力分析的常用方法 (1)整体法和隔离法. 方 法 整 体 法 隔 离 法 概 念 选用原则 将加速度相同的几个相 互关联的物体作为一个 整体进行分析的方法 将所研究的对象从周 围的物体中分离出来 进行分析的方法 研究系统外的物体对系 统整体的作用力或系统 整体的加速度 研究系统内部各物体 之间的相互作用力 方 法 整 体 法 隔 离 法 注意问题 受力分析时不考虑系统 内各物体之间的相互作 用力 一般情况下隔离 受力较少的物体 (2)假设法. 在受力分析时，若不能确定某力是否存在，可先对其作出存在 或不存在的假设，然后再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. 2.受力分析的基本步骤 (1)明确研究对象即确定分析受力的物体，研究对象可以是 单个物体，也可以是多个物体组成的系统. (2)隔离物体分析将研究对象从周围的物体中隔离出来，进 而分析周围物体有哪些对它施加了力的作用. (3)画受力示意图边分析边将力一一画在受力示意图上，准 确标出力的方向，标明各力的符号. (2012淄博模拟)如图所示，物体M在竖直 向上的拉力F的作用下静止在斜面上，关于 M受力的个数，下列说法中正确的是( ) A.M一定是受两个力作用 B.M一定是受四个力作用 C.M可能受三个力作用 D.M可能受两个力作用,也可能受四个力作用 【解析】选D.若拉力F大小等于重力，则物体与斜面之间没有相 互作用力，所以物体就只受到两个力的作用；若拉力F小于物体 的重力，则斜面对物体产生支持力和静摩擦力，且支持力与静 摩擦力的合力竖直向上，物体就受到四个力作用，故D正确. 1.平衡状态：物体处于_或_的状态，即a=0 2.共点力的平衡条件：_或Fx=0、Fy=0 3.平衡条件的推论 (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_. 静止匀速直线运动 F合=0 相等相反 考点2 共点力的平衡 (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， 其中任何一个力与其余两个力的合力大小_，方向_； 并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量_. (3)多力平衡：如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态， 其中任何一个力与其余几个力的合力大小_，方向_. 相等相反 三角形 相等相反 1.处理平衡问题常用的方法 方法 内容 合成法 分解法 物体受三个共点力的作用而平衡，则任意两个力的合力 一定与第三个力大小相等，方向相反. 物体受三个共点力的作用而平衡，将某一个力按力的效 果分解，则其分力和其他两个力满足平衡条件. 方法 内容 正交 分解法 力的三 角形法 物体受到三个或三个以上力的作用时，将物体所受的力分 解为相互垂直的两组，每组力都满足平衡条件. 对受三力作用而平衡的物体，将力的矢量图平移使三力组 成一个首尾依次相接的矢量三角形，根据正弦定理、余弦 定理或相似三角形等数学知识求解未知力. 2.处理动态平衡、临界与极值问题的常用方法 方法步 骤 解 析 法 列平衡方程求出未知量与已知量的关系表达式 根据已知量的变化情况来确定未知量的变化情况 图 解 法 根据已知量的变化情况,画出平行四边形的边角变化 确定未知量大小、方向的变化 (2012庆阳模拟)如图所示，把球夹在竖直墙面AC和木板BC之 间，不计摩擦，设球对墙的压力为FN1，球对板的压力为FN2，在 将板BC逐渐放至水平的过程中，下列说法中正确的是( ) A.FN1增大，FN2减小B.FN1减小，FN2增大 C.FN1增大，FN2增大D.FN1减小，FN2减小 【解析】选D.如图所示，利用图解法可知FN1、FN2都减小，故D 正确. 物体的受力分析 【例证1】(多选)(2011山东高考)如图所示，将两相同的木块 a、b置于粗糙的水平地面上，中间用一轻弹簧连接，两侧用细 绳固定于墙壁上.开始时a、b均静止.弹簧处于伸长状态，两细 绳均有拉力，a所受摩擦力Ffa0，b所受摩擦力Ffb=0，现将右 侧细绳剪断，则剪断瞬间( ) A.Ffa大小不变B.Ffa方向改变 C.Ffb仍然为零D.Ffb方向向右 【解题指南】本题考查对弹簧和轻绳上弹力的分析，轻绳的弹 力可以在瞬间突变，而弹簧的弹力发生变化需要一段时间. 【自主解答】选A、D.弹簧处于伸长状态，弹簧对物体施加的是 拉力.先对物体b进行受力分析.在轻绳未剪断时，b在水平方向 上受到两个力的作用，向左的弹簧的拉力和向右的绳的拉力， 在突然剪断细绳时，弹簧的拉力还没有发生变化，即弹簧的长 度没有变化，物体b具有向左运动的趋势，所以要受到一个与弹 簧拉力方向相反的摩擦力，C错误，D正确.对物体a受力分析， 在剪断细绳前后，物体a的位置没有发生变化，受到的弹簧拉力 和细绳拉力没有发生变化，故它所受到的摩擦力没有发生变 化，A正确，B错误. 【总结提升】解答本题关键在于对弹簧和轻绳的弹力能否在瞬 间发生突变的理解.对易错选项及错误原因具体分析如下： 易错角度错误原因 易错选B、C 误认为 右侧绳子剪断瞬间，绳子和弹簧的拉力瞬间 消失，a所受摩擦力改变，b水平方向上不受力，实际 上弹簧的弹力是由于发生明显形变产生的，而发生形 变需要时间. 【变式训练】(多选)(2012连云港模拟) 如图所示,木块b放在一固定斜面上，其上 表面水平，木块a放在b上.用平行于斜面 向上的力F作用于a,a、b均保持静止.则木块b的受力个数可 能是( ) A.2个B.3个C.4个D.5个 【解析】选C、D.木块b一定受到的力有:木块a对木块b的压力、 摩擦力，木块b的重力，斜面对木块b的支持力，共四个力；可 能受到斜面对木块b的摩擦力的作用，故正确选项为C、D. 【变式备选】L型木板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C.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，故C正确. 平衡条件的应用 【例证2】(2012哈尔滨模拟)(10分)如图所示，位于竖直侧面 的物体A的质量mA=0.2 kg，放在水平面上的物体B的质量mB 1.0 kg，绳和滑轮间的摩擦不计，且绳的OB部分水平，OA部分 竖直，A和B恰好一起匀速运动，取g10 m/s2. (1)求物体B与桌面间的动摩擦因数； (2)如果用水平力F向左拉物体B，使物体A和B做匀速运动需多大 的拉力. 【解题指南】解答本题时可按以下思路分析： 把A、B隔离受力分析列平衡方程 【规范解答】(1)因物体A和B恰好一起匀速运动，所以物体A、B 均处于平衡状态.由平衡条件得： 对A:FT-mAg=0(2分) 对B:FT-FN=0(2分) FN-mBg=0(2分) 解得：0.2 (1分) (2)如果用水平力F向左拉物体B，使物体A和B做匀速运动，此时 水平绳的拉力与滑动摩擦力的大小均不变，对物体B由平衡条件 得：F-FT-FN=0(2分) 解得：F4 N(1分) 答案：(1)0.2 (2)4 N 【互动探究】若F与水平方向成37角向左拉物体B，使物体A和 B做匀速运动需多大的拉力.(sin37=0.6,cos37=0.8) 【解析】物体A和B一起匀速运动，由平衡条件得： 对A:FT-mAg=0 对B:Fcos37-FT-FN=0 Fsin37+FN-mBg=0 解得： F4.35 N 答案：4.35 N 【总结提升】共点力平衡问题的规范求解 1.一般解题步骤 (1)选取研究对象：根据题目要求，选取一个平衡体(单个物体 或系统，也可以是结点)作为研究对象. (2)画受力示意图：对研究对象进行受力分析，画出受力示意图 . (3)正交分解：选取合适的方向建立直角坐标系，将所受各力正 交分解. (4)列方程求解：根据平衡条件列出平衡方程，解平衡方程，对 结果进行讨论. 2.应注意的问题 (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)解平衡问题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.物体受四个以上的力作用时一般要采用 正交分解法. “极限法”求解临界问题 【例证3】物体A的质量为2 kg，两根轻细绳 b和c的一端连接于竖直墙上，另一端系于物 体A上，在物体A上另施加一个方向与水平线 成角的拉力F，相关几何关系如图所示， =60.若要使两绳都能伸直，求拉力F的 大小范围.(g取10 m/s2) 【解题指南】解答本题时应注意要使两绳都能伸直，必须保证 两绳的拉力都大于或等于零，进而根据平衡条件，正交分解求 出F的极值. 【自主解答】c绳刚好伸直时，拉力F最小，物体A受力如图所示： 由平衡条件得：Fminsin+Fbsin-mg=0 Fmincos-Fbcos=0 解得： Fmin= b绳刚好伸直时，拉力F最大，物体A受力如图所示： 由平衡条件得：Fmaxsin-mg=0 解得：Fmax= 故拉力F的大小范围是 答案： 【总结提升】“极限法”求解临界问题时的注意事项 (1)求解平衡中的临界问题和极值问题时，首先要正确地进行受 力分析和变化过程分析，找出平衡的临界点和极值点. (2)临界条件必须在变化中去寻找，不能停留在一个状态来研究 临界问题，而是把某个物理量推向极端，即极大和极小，并依 此做出科学的推理分析，从而给出判断或导出一般结论. 【变式训练】(多选)(2012太原模拟) 倾角为=37的斜面与水平面保持静止， 斜面上有一重为G的物体A，物体A与斜面 间的动摩擦因数为=0.5，现给A施以一水平力F，如图所示， 设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等(sin37=0.6， cos37=0.8)，如果物体A能在斜面上静止，水平力F与G的比值 可能是( ) A.3B.2C.1D.0.5 【解析】选B、C、D.设物体刚好不下滑时F=F1，此时物体A有沿 斜面下滑的趋势，则： F1cos+FN-Gsin=0 FN-F1sin-Gcos=0 解得： 设物体刚好不上滑时F=F2，此时物体A有沿斜面向上滑动的趋势 则： F2cos-FN-Gsin=0 FN-F2sin-Gcos=0 解得： 即 故B、C、D正确. 【例证】质量均为m的a、b两木块叠放在 水平面上，如图所示，a受到斜向上与水 平面成角的力F作用，b受到斜向下与 水平面成角等大的力F作用，两力在同 一竖直平面内，此时两木块保持静止，则( ) 考查内容 整体法、隔离法的综合应用 A.b对a的支持力一定等于mg B.水平面对b的支持力可能大于2mg C.a、b之间一定存在静摩擦力 D.b与水平面之间可能存在静摩擦力 【规范解答】选C.对a、b整体，合外力为零，故地面与b之间无 摩擦力，否则无法平衡，D错误；由竖直方向受力平衡可知两个 力F的竖直分量平衡，故地面对b的支持力等于2mg，B错误；对a 采用隔离法分析，受到竖直向上的b对a的支持力、竖直向下的 重力、水平向左的摩擦力和力F四个力的作用，摩擦力不可能为 零，否则a不能平衡，由竖直方向受力平衡条件知b对a的支持力 小于a的重力mg，A错误，C正确. 1.(2012温州模拟)物体静止于倾角为的斜面上，当斜面倾 角变小时，物体所受力的变化情况是( ) A.重力、支持力、静摩擦力均增大 B.重力不变，支持力增大，静摩擦力减小 C.重力不变，支持力、静摩擦力增大 D.重力不变，支持力增大，静摩擦力不变 【解析】选B.物体受力如图所示，根据平衡 条件,物体所受支持力FN=mgcos,所受静摩 擦力Ff=mgsin,故当斜面倾角变小时， 受支持力FN增大，静摩擦力Ff减小，B正确. 2.(2012安庆模拟)如图所示，A、B两木块放在水平面上，它 们之间用细线相连，两次连接情况中细线倾斜方向不同但倾角 一样，两木块与水平面间的动摩擦因数相同.先后用水平力F1和 F2拉着A、B一起匀速运动，则( ) A.F1F2B.F1=F2 C.FT1FT2D.FT1=FT2 【解析】选B.取A、B为一整体，由水平方向合力为零可得， F1=F2=(mA+mB)g，A错误，B正确；隔离物体A可求得： FT1cos=(mAg-FT1sin)，FT2cos=(mAg+FT2sin)，比较 可得：FT1FT2，C、D错误. 3.(多选)如图所示，重物的质量为m，轻细 线AO和BO的A、B端是固定的，平衡时AO是 水平的，BO与水平面的夹角为，AO的拉 力F1和BO的拉力F2的大小是( ) A.F1mgcosB.F1 C.F2mgsinD.F2 【解析】选B、D.以结点O为研究对象，受力如图所示： 由平衡条件得：F2sin-mg=0，F2cos-F1=0， 解得：F1= F2= 故B、D正确. 4.(2012洛阳模拟)如图所