浙江版2020版高考物理一轮复习第5讲共点力的平衡及其应用课件.ppt

第5讲共点力的平衡及其应用,共点力的平衡,教材研读,突破一解答平衡问题的基本思路和常用方法,突破二三个力的动态平衡问题分析,突破三物体的平衡状态中临界、极值问题的分析方法,重难突破,共点力的平衡,教材研读,1.平衡状态(1)静止:物体的速度和加速度都等于零的状态。(2)匀速直线运动:物体的加速度为零,速度不为零且保持不变的状态。,2.共点力的平衡条件F合=0或者,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,这两个力必定大小相等,方向相反。(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相等,方向相反,并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量三角形。,1.判断下列说法正误:(1)物体的速度为零即处于平衡状态。()(2)物体处于平衡状态时,其加速度一定为零。()(3)物体受两个力处于平衡状态,这两个力必定等大反向。()(4)竖直上抛的小球到最高点时处于平衡状态。(),2.如图所示,物体放在倾角为30的光滑斜面上,弹簧测力计对物体的拉力与斜面平行,物体在斜面上保持静止时弹簧测力计示数为10N,物体所受重力为(C)A.10NB.15NC.20ND.5N,3.如图所示,倾角为、质量为m的直角三棱柱ABC置于粗糙水平地面上,三棱柱与水平地面间的动摩擦因数为。施加一个垂直BC面的外力F,三棱柱仍保持静止,地面对三棱柱的摩擦力大小等于(B)A.mgB.FsinC.FcosD.(Fcos+mg),突破一解答平衡问题的基本思路和常用方法,重难突破,解决平衡问题的四种常用方法,典例1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。下列关系正确的是(A)A.F=B.F=mgtanC.FN=D.FN=mgtan,解析解法一:合成法滑块受力如图甲,由平衡条件知=tan,=sinF=,FN=。,方法技巧处理静态平衡问题的常用方法,1-1如图所示,顶角为直角、质量为M的斜面体ABC放在粗糙的水平面上,A=30,斜面体与水平面间的动摩擦因数为,现沿垂直于BC方向对斜面体施加力F,斜面体仍保持静止状态,则关于斜面体受到地面对它的支持力和摩擦力的大小,正确的是(已知重力加速度为g)(C),解析分析斜面体的受力情况如图根据平衡条件得:FN=Mg+Fsin30=Mg+F,Ff=Fcos30=F,故选C。,1-2如图所示,质量为m的正方体和质量为M的正方体放在两竖直墙和水平面间,处于静止状态。m和M的接触面与竖直方向的夹角为,重力加速度为g,若不计一切摩擦,下列说法正确的是(D)A.水平面对正方体M的弹力大小大于(M+m)gB.水平面对正方体M的弹力大小为(M+m)gcosC.墙面对正方体m的弹力大小为mgtanD.墙面对正方体M的弹力大小为,解析由于两墙面竖直,对M和m整体受力分析可知,水平面对M的弹力大小等于(M+m)g,A、B错误;在水平方向,墙对M和m的弹力大小相等、方向相反,隔离物体m受力分析如图所示,根据平行四边形定则可得m受到的墙对它的弹力大小为,所以M受到墙面的弹力大小也为,C错误,D正确。,突破二三个力的动态平衡问题分析,1.动态平衡问题通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢的变化,而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态,在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述。,2.分析动态平衡问题的两种方法,典例2如图所示,质量为m的物体在细绳悬吊下处于平衡状态,现用手持绳OB的B端,使OB缓慢向上转动,且始终保持结点O的位置不动,分析AO、BO两绳中的拉力如何变化。,2-1竖直放置的“”形支架上,一根不可伸长的轻绳通过不计摩擦的轻质滑轮悬挂一重物G,现将轻绳的一端固定于支架上的A点,另一端从B点(与A点等高)沿支架缓慢地向C点靠近,则绳中拉力大小变化的情况是(C)A.变大B.变小C.不变D.先变大后变小,解析因不计轻质滑轮的摩擦力,故悬挂重物的左右两段轻绳的拉力大小相等,由平衡条件可知,两绳与竖直方向的夹角大小相等,设均为,则有2Fcos=G。设左右两段绳长分别为l1、l2,两竖直支架之间的距离为d,则有l1sin+l2sin=d,得:sin=,在悬点B竖直向上移至C点的过程中,虽然l1、l2的大小均变化,但l1+l2不变,故不变,F不变,C正确。,2-2如图所示,粗糙水平面上放有截面为圆周的柱状物体A,A与墙面之间放一光滑的圆柱形物体B,对A施加一个水平向左的力F,使A缓慢地向左移动少许,在这一过程中(D)A.A受到的摩擦力增大B.A受到的合力减小C.A对B的弹力增大D.墙壁对B的弹力减小,解析对B球受力分析,受到重力mg、A球对B球的弹力N和墙壁对B球的弹力N,如图所示:当A球向左移动后,A球对B球的支持力的方向不断变化,根据平衡条件,并结合合成法知:A球对B球的弹力和墙壁对B球的弹力N都在不断减小,故C错误,D正确;由于A缓慢地向左移动,A处于动态平衡过程,A所受合力始终为零,A所受合力不变,故B错误;对A和B整体受力分析,受到总重力G、地面支持力FN,推力F、墙壁的弹力N,水平面对它的摩擦力f,如图所示:根据平衡条件有:F=N+f,FN=G,地面的支持力不变,由于壁对B球的弹力N的不断减小,f=F-N,由于不知F如何变化,f可能减小,也可能增大,还可能不变,故A错误;故选D。,突破三物体的平衡状态中临界、极值问题的分析方法,1.极值问题(1)定义:平衡物体的极值问题,一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题。(2)解题方法:解决这类问题的常用方法是解析法,即根据物体的平衡条件列出方程,在解方程时,采用数学知识求极值或者根据物理临界条件求极值。另外,图解法也是常用的一种方法,即根据物体的平衡条件作,出力的矢量图,画出平行四边形或者矢量三角形进行动态分析,确定最大值或最小值。2.临界问题(1)定义:由某种物理现象变化为另一种物理现象或由某种物理状态变化为另一种物理状态时,发生转折的状态叫临界状态,解题的关键是确定“恰好出现”或“恰好不出现”的条件。(2)解题方法:解决这类问题的基本方法是假设推理法,即先假设某种情况成立,然后根据平衡条件及有关知识进行论证、求解。,典例3质量为M的木楔倾角为,在水平面上保持静止,当将一质量为m的木块放在木楔斜面上时,它正好匀速下滑。如果用与木楔斜面成角的力F拉着木块匀速上升,如图所示(已知木楔在整个过程中始终静止)。(1)当=时,拉力F有最小值,求此最小值;(2)求在(1)的情况下木楔对水平面的摩擦力是多少。,3-1如图所示,三根长度均为L的轻绳分别连接于C、D两点,A、B两端被悬挂在水平天花板上,相距2L。现在C点上悬挂一个质量为m的重物,为使CD绳保持水平,在D点上可施加力的最小值为(C)A.mgB.mgC.mgD.mg,解析由题图可知,要使CD绳水平,各绳均应绷紧,由几何关系AC绳与水平方向的夹角为60;结点C受力平衡,受力分析如图所示,则CD绳的拉力FTD=mgtan30=mg;D点受CD绳的拉力大小等于FTD,方向向左;要使CD水平,D点受到的两绳的拉力与外界施加的力的合力为零,则CD绳对D点的拉力可分解为沿BD绳方向的F1及另一分力F2,由几何关系可知,当力F2与BD垂直时,F2最小,而F2的大小等于外界施加的力的大小,故最小力F=FTDsin60=mg。故选C。,3-2如图所示,质量m=1kg的物块在与水平方向夹角为=37的推力F作用下静止于墙壁上,物块与墙之间的动摩擦因数=0.5,推力F应满足什么条件?(取最大静摩擦力等于滑动摩擦力),Fmaxsin=f+mgf=Fmaxsin-mg又f=N由以上各式代入数据可以得出:Fmax=50N。当力F较小时,物块有向下滑动的趋势,摩擦力向上,所以当物块恰不下滑时,力F有最小值(受力如图2所示),由平衡条件可得出:N=FmincosFminsin+f-mg=0f=mg-Fminsin又f=N由以上各式代入数据可以得出:Fmin=10N所以使物块静止于墙壁上推力F的取值范围为:10NF50N。,3-3物块A放在台式测力计上,通过跨过定滑轮的轻绳与物块B相连,B下端与一轻质弹簧粘连,弹簧的下端与地面接触(未拴接),整个系统处于平衡状态,此时台式测力计的示数为8.8N;已知mA=2mB=1kg,物块A、B间的水平距离s=20cm,倾斜绳与水平方向的夹角=37,物块A与台式测力计间动摩擦因数=0.5,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,A、B和滑轮视为质点,不计滑轮质量和滑轮处摩擦,弹簧一直在弹性限度内,g取10m/s2(已知sin37=0.6,cos37=0.8)。,(1)求物块A受到的摩擦力和绳对物块A的拉力;(2)沿竖直方向调