高考物理一轮复习 第1讲力与物体的平衡课件.ppt

专题一力与直线运动第1讲力与物体的平衡 1 力的合成与分解 1 运算法则 平行四边形定则 三角形定则 2 常用方法 合成法 分解法 3 合力与分力的关系 正交分解法 等效替代 2 共点力的平衡 1 平衡状态 物体处于 的状态 2 平衡条件 f合 或 静止或匀速直线运动 fx fy 0 0 0 1 2009 天津高考 物块静止在固定的斜面上 分别按图示的方向对物块施加大小相等的力f a中f垂直于斜面向上 b中f垂直于斜面向下 c中f竖直向上 d中f竖直向下 施力后物块仍然静止 则物块所受的静摩擦力增大的是 解析 选d 对物块进行受力分析 由平衡条件可知 a b两种情况时摩擦力的大小不变 c中f竖直向上 静摩擦力将减小 d中f竖直向下 静摩擦力由mgsin 变为 mg f sin 所以静摩擦力增大 故d正确 2 2012 新课标全国卷 如图 一小球放置在木板与竖直墙面之间 设墙面对球的压力大小为n1 球对木板的压力大小为n2 以木板与墙连接点所形成的水平直线为轴 将木板从图示位置开始缓慢地转到水平位置 不计摩擦 在此过程中 a n1始终减小 n2始终增大b n1始终减小 n2始终减小c n1先增大后减小 n2始终减小d n1先增大后减小 n2先减小后增大 解析 选b 以小球为研究对象 画出小球受力的矢量三角形 由力的矢量三角形很直观地可看出 n1始终减小 n2始终减小 故选项b正确 3 2013 山东高考 如图所示 用完全相同的轻弹簧a b c将两个相同的小球连接并悬挂 小球处于静止状态 弹簧a与竖直方向的夹角为30 弹簧c水平 则弹簧a c的伸长量之比为 a 4b 4 c 1 2d 2 1 解析 选d 对两小球组成的整体 受到整体重力g 轻弹簧a的弹力fa和轻弹簧c的弹力fc三个力的作用 根据平衡条件可得 水平方向有fasin30 fc 又据胡克定律可得fa kxa fc kxc 联立得选项d正确 4 2013 新课标全国卷 如图 在固定斜面上的一物块受到一外力f的作用 f平行于斜面向上 若要物块在斜面上保持静止 f的取值应有一定范围 已知其最大值和最小值分别为f1和f2 f2 0 由此可求出 a 物块的质量b 斜面的倾角c 物块与斜面间的最大静摩擦力d 物块对斜面的正压力 解析 选c 设物块质量为m 斜面的倾角为 最大静摩擦力为fm 对物块受力分析 根据物块的平衡条件建立方程 外力f最大时 最大静摩擦力方向沿斜面向下 有mgsin fm f1 外力f最小时 最大静摩擦力方向沿斜面向上 有mgsin fm f2 两式相减 可解得最大静摩擦力fm 选项c正确 由这两个等式无法解出物块的质量和斜面的倾角及物块对斜面的正压力 热点考向1物体的受力分析 典例1 2013 天津河西区模拟 如图所示 质量分别为ma和mb的物体a b用细绳连接后跨过滑轮 a静止在倾角为45 的斜面上 已知ma 2mb 不计滑轮摩擦 现将斜面倾角由45 增大到50 系统保持静止 下列说法正确的是 a 细绳对a的拉力将增大b a对斜面的压力将减小c a受到的静摩擦力不变d a受到的合力将增大 解题探究 1 请画出物体a b的受力分析图 提示 2 请结合受力分析图写出下列各力的表达式 并判断斜面倾角由45 增大到50 过程中各力的变化情况 fn magcos ff magsin f fa合 0 不变 变小 变大 不变 解析 选b 物体b受重力mbg和竖直向上的绳的拉力f 而平衡 则有f mbg 细绳对a的拉力保持不变 选项a错误 物体a受力如图所示 由物体的平衡条件得fn magcos 0 magsin ff f 0 f f 若 从45 增大到50 则有fn减小 ff增大 选项b正确 c错误 物体a始终保持静止状态 合力始终为零 选项d错误 拓展延伸 上题中 1 若ma mb 物体a受到的静摩擦力如何变化 提示 若ma mb 则绳的拉力f mbg 物体a受到的静摩擦力方向沿斜面向下 由平衡条件得ff f magsin 当 从45 增大到50 时 ff将逐渐减小 2 若 从45 减小到15 物体a受到的静摩擦力如何变化 提示 当30 45 时 物体a受到的静摩擦力方向沿斜面向上 当 30 时 物体a受到的静摩擦力为零 当15 30 时 物体a受到的静摩擦力方向沿斜面向下 故当 从45 减小到15 的过程中 物体a受到的静摩擦力先减小后增大 总结提升 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物体上 准确标出力的方向 标明各力的符号 4 验证受力合理性 检查每个力能否找到施力物体 防止漏力 添力 画错力 变式训练 多选 2013 武汉二模 如图所示 物块m在静止的传送带上以速度v匀速下滑时 传送带突然启动 方向如图中箭头所示 若传送带的速度大小也为v 则传送带启动后 a m静止在传送带上b m可能沿斜面向上运动c m受到的摩擦力不变d m下滑的速度不变 解析 选c d 由m匀速下滑可知其处于平衡状态 受重力 摩擦力 支持力 传送带启动以后对m受力没有影响 自然也不会影响其运动状态 选项c d正确 热点考向2整体法和隔离法在平衡问题中的应用 典例2 多选 2013 潍坊二模 重为g的两个完全相同的小球 与水平面的动摩擦因数均为 竖直向上的较小的力f作用在连接两球轻绳的中点 绳间的夹角 60 如图所示 缓慢增大f 到两球刚要运动的过程中 下列说法正确的是 a 两根绳子的拉力逐渐减小b 地面对球的支持力变小c 球刚要开始运动时 地面对球没有支持力d 球刚要开始运动时 球受到的摩擦力最大 解题探究 1 请画出两个小球整体和其中一个小球的受力示意图 提示 2 请结合受力分析图写出平衡方程式 对整体 a 水平方向 b 竖直方向 对其中一球 a 水平方向 b 竖直方向 ff ff 0 f 2fn 2g 0 3 请结合平衡方程 判断缓慢增大f时 fn ft ff的变化 提示 f增大 由f 2fn 2g 0可判断fn变小 由可判断ft变大 由可判断ff变大 解析 选b d 两球整体受力如图甲所示 由平衡条件得f 2fn 2g 0 当缓慢增大f时 fn变小 选项b正确 其中一球受力如图乙所示 由平衡条件得由于fn变小 故ft变大 ff变大 且球刚要开始运动时 ff最大 选项a c错误 d正确 总结提升 整体法和隔离法的灵活应用 1 整体法 选取几个物体组成的整体为研究对象进行受力分析的方法 用整体法解题一般较简单 但整体法不能求内力 运用整体法分析问题时 系统内各物体的加速度的大小和方向均应相同 2 隔离法 把研究对象从周围物体中隔离出来进行受力分析的方法 隔离法不仅能求出其他物体对整体的作用力 而且还能求出整体内部物体之间的作用力 3 注意问题 实际问题通常需要交叉应用隔离法与整体法才能求解 对两个以上的物体叠加组成的整体进行受力分析时 一般先从受力最简单的物体入手 采用隔离法进行分析 变式训练 2013 青岛一模 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b球受到风力作用 a与b球一起向右匀速运动 已知轻质绳与竖直方向的夹角为 则下列说法中正确的是 a 风力增大时 轻质绳对b球的拉力保持不变b b球受到的风力f为mbgtan c 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 解析 选b 以b球为研究对象 受力分析如图 三力平衡 解三角形得到拉力ft 风力f mbgtan 当f增大时 角增大 ft增大 选项a错误 b正确 对a b整体由平衡条件得 水平方向有f ma mb g 解得竖直方向杆对环a的支持力fna ma mb g 选项c d错误 变式备选 如图所示 将两个质量均为m的小球a b用细线相连并悬挂于o点 用力f拉小球a使整个装置处于平衡状态 且悬线oa与竖直方向的夹角 60 则力f的大小可能为 解析 选a 以a b整体为研究对象进行受力分析如图所示 当f与ft垂直时 f最小 fmin 2mgsin60 选项a正确 热点考向3共点力作用下物体的动态平衡 典例3 2013 广州一模 如图所示是给墙壁刷涂料用的涂料滚的示意图 使用时 用撑竿推着粘有涂料的涂料滚沿墙壁上下缓缓滚动 把涂料均匀地粉刷到墙上 撑竿的重力和墙壁的摩擦均不计 且撑竿足够长 粉刷工人站在离墙壁一定距离处缓缓上推涂料滚 设该过程中撑竿对涂料滚的推力为f1 涂料滚对墙壁的压力为f2 则 a f1增大 f2减小b f1增大 f2增大c f1减小 f2减小d f1减小 f2增大 解题探究 1 请画出涂料滚上推过程的受力示意图 提示 2 请结合受力分析图 判断上推涂料滚过程中 f1与竖直方向的夹角 以及f1和f2的变化 提示 角变小 f1和f2均变小 解析 选c 涂料滚缓慢沿墙上滚过程中 处于动态平衡状态 合力为零 涂料滚受力如图所示 涂料滚上滚过程中 变小 f1和f2均变小 选项c正确 总结提升 平衡问题的分析技巧对于平衡类问题 应当首先分清是静态平衡还是动态平衡问题 1 对于静态平衡问题 应当先分析物体的受力情况 根据平衡条件列出平衡方程 解方程并对结果进行讨论 2 对于动态平衡问题 结合具体情况采用相应的方法 如果物体所受的力较少 可以采用合成的方法 如果物体受到三个力的作用而处于动态平衡 若其中的一个力大小 方向均不变 另外两个力的方向都发生变化 可以用力三角形与几何三角形相似的方法求解 如果物体受到三个力的作用 其中一个力的大小 方向均不变 并且还有另一个力的方向不变 此时可用图解法分析 即可以通过画出多个平行四边形来分析力的变化 如果物体受到多个力的作用 可以用正交分解的方法列方程求解 变式训练 多选 2013 天津河西区二模 如图所示 两段等长细线l1和l2串接着两个质量相等的小球a b 悬挂于o点 现施加水平向右的力f缓慢拉动a l1对a球的拉力大小为f1 l2对b球的拉力大小为f2 在缓慢拉动的过程中 f1和f2的变化情况是 a f1变大b f1变小c f2不变d f2变大 解析 选a c 在f缓慢拉动过程中 b球受力如图甲所示 由平衡条件得f2 m2g 故f2不变 选项c正确 d错误 a b球整体受力如图乙所示 由平衡条件得f1cos m1 m2 g 0 在力f向右拉动过程中 l1与竖直方向的夹角 变大 cos 变小 故f1变大 选项a正确 b错误 1 2013 北京高考 倾角为 质量为m的斜面体静止在水平桌面上 质量为m的木块静止在斜面体上 下列结论正确的是 a 木块受到的摩擦力大小是mgcos b 木块对斜面体的压力大小是mgsin c 桌面对斜面体的摩擦力大小是mgsin cos d 桌面对斜面体的支持力大小是 m m g 解析 选d m受力分析如图甲所示 由平衡方程得fn mgcos ff mgsin 选项a b错误 m和m整体受力分析如图乙所示 可得桌面对斜面体的摩擦力大小是零 桌面对斜面体的支持力大小是 m m g 故c错误 d正确 2 如图所示 重力均为g的两条形磁铁分别用细线a和b悬挂在水平的天花板上 静止时 a线的张力为f1 b线的张力为f2 则 a f1 2g f2 gb f1 2g f2 gc f1gd f1 2g f2 g 解析 选b 以两条形磁铁整体为研究对象 由平衡条件得f1 2g 隔离下面的磁铁 它受重力和上面磁铁的斥力和b线的张力三个力的作用而处于平衡状态 由平衡条件得f2 g f斥 所以f2 g 故选项b正确 3 2013 天津宁河二模 长为l的通电导体放在倾角为 的光滑斜面上 并处在磁感应强度为b的匀强磁场中 如图所示 当b方向竖直向上 电流为i1时导体处于平衡状态 若b方向改为垂直斜面向上 则电流为i2时导体仍处于平衡状态 电流比值应为 a cos b c sin d 解析 选b 电流为i1时导体受力如图甲所示 由平衡条件得mgtan bi1l 解得电流为i2时导体受力如图乙所示 由平衡条件得mgsin bi2l 解得故选项b正确 4 多选 如图所示 物体a b之间用轻直杆连接 重力分别为2n 4n a用轻弹簧悬挂在顶板上 弹簧的弹力为3n 则轻杆对b的作用力以及b对地面的压力的可能值分别为 a 1n 3nb 2n 5nc 5n 9nd 2n 3n 解析 选a c 以a b和轻杆整体为研究对象 整体受竖直向下的重力 地面竖直向上的支持力和弹簧的弹力 由平衡条件得 ma mb g fn f 0 解得fn ma mb g f 由于弹簧的弹力可能是拉力 也可能是压力 故fn 9n或fn 3n 以b为研究对象 b受重力 地面的支持力 轻杆的弹力 由平衡条件得fb fn mbg 解得fb 5n 方向竖直向下 或fb 1n 方向竖直向上 故选项a c正确 一共点力作用下平衡问题的规范求解 案例剖析 14分 2012 新课标全国卷 拖把是由拖杆和拖把头构成的擦地工具 如图 设拖把头的质量为m 拖杆质量可忽略 拖把头与地板之间的动摩擦因数为常数 重力加速度为g 某同学用该拖把 在水平地板上拖地时 沿拖杆方向推拖把 拖杆与竖直方向的夹角为 1 若拖把头在地板上 匀速移动 求推拖把的力的大小 2 设能使该拖把在地板上从静止 刚好开始运动的水平推力与此时地板对拖把的正压力的比值为 已知存在一临界角 0 若 0 则不管沿拖杆方向的推力多大 都 不可能使拖把从静止开始运动 求这一临界角的正切tan 0 审题 抓住信息 准确推断 破题 精准分析 无破不立 1 拖把头在地板上匀速移动时 推拖把的力的求解 画出拖把的受力示意图 提示 列平衡方程 a 水平方向 b 竖直方向 fsin ff 0 fcos mg fn 0 2 临界角正切tan 0的求解 请写出拖把所受最大静摩擦力ffm与此