高考物理总复习（基础知识+方法探究+考点集训）受力分析 共点力平衡精讲课件 新人教版.ppt

受力分析共点力平衡 1 定义 把指定物体 或研究对象 在特定的物理环境中受到的所有外力都分析出来 并画出物体的示意图的过程 2 受力分析的一般顺序先分析 重力 电场力 磁场力 再分析 弹力 摩擦力 最后分析其它力 受力 场力 接触力 一 受力分析 1 平衡状态 1 静止 物体的和都等于零的状态 2 匀速直线运动 物体的不为零 其为零的状态 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 速度 加速度 速度 加速度 二 共点力作用下物体的平衡 3 平衡条件的推论 相等 相反 合力 相等 相反 合力 相等 相反 例1如图所示 a b两物体紧靠着放在粗糙水平面上 a b间接触面光滑 在水平推力f作用下两物体一起加速运动 物体a恰好不离开地面 关于a b两物体的受力个数 下列说法正确的是 a a受3个力 b受4个力b a受4个力 b受3个力c a受3个力 b受3个力d a受4个力 b受4个力 题型一 物体的受力分析 解析 a恰好不离开地面 说明地面对a恰好无支持力 摩擦力也为0 a受重力 水平推力f b对a的弹力三个力作用 b受重力 地面支持力 地面摩擦力 a对b的弹力四个力作用 答案 a 方法与知识感悟 受力分析是高中物理的基础 贯穿于力学 电磁学等知识中 对研究对象进行受力分析是解决所有力学问题的关键 1 受力分析的一般步骤 受力分析过程中 判断弹力 摩擦力的有无是难点 可采用假设法 运动状态法 转换对象法 以及运用牛顿第三定律等方法进行判断 2 研究对象的选取方法 整体法和隔离法 例2如图所示 在倾角为 的斜面上 放一质量为m的小球 小球被竖直的木板挡住 不计摩擦 则球对挡板的压力是 a mgcos b mgtan c d mg 思路点拨 先对小球进行正确的受力分析 并画出受力示意图 然后将某些力分解或合成 最后列平衡方程求解 题型二 三力平衡问题 解析 解法一 正交分解法 对小球受力分析如图甲所示 小球静止 处于平衡状态 沿水平和竖直方向建立坐标系 将fn2正交分解 列平衡方程为fn1 fn2sin mg fn2cos 可得 球对挡板的压力fn1 fn1 mgtan 所以b正确 解法二 力的合成法 如上图乙所示 小球处于平衡状态 合力为零 fn1与fn2的合力一定与mg平衡 即等大反向 解三角形可得 fn1 mgtan 所以 球对挡板的压力fn1 fn1 mgtan 所以b正确 解法三 按力的作用效果分解 小球所受的重力产生垂直板方向挤压竖直板的效果和垂直斜面方向挤压斜面的效果 将重力g按效果分解为如上图丙中所示的两分力g1和g2 解三角形可得 fn1 g1 mgtan 所以 球对挡板的压力fn1 fn1 mgtan 所以b正确 解法四 三角形法则 如右图所示 小球处于平衡状态 合力为零 所受三个力经平移首尾顺次相接 一定能构成封闭三角形 由三角形解得 fn1 mgtan 故挡板受压力fn1 fn1 mgtan 所以b正确 方法与知识感悟 1 共点力作用下物体平衡的一般解题思路 1 选取研究对象 整体法 隔离法 2 分析研究对象的受力情况 并作出受力图 3 将某些力处理 正交分解 合成或按力的实际效果分解 4 利用平衡条件建立方程并求解 2 处理共点力平衡问题常用的方法 3 物体受三个力平衡时 利用力的分解法或合成法比较简单 例3如图所示 质量分别为m1 2kg m2 1kg的两个物体通过轻弹簧连接 在力f 15n的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动 m1在地面 m2在空中 力f与水平方向成 53 角 g取10m s2 求 1 物体m1与地面间的动摩擦因数 2 弹簧的弹力大小 题型三 连接体平衡问题 思路点拨 方法与知识感悟 解决连接体问题时 往往采用整体法与隔离法相结合的方法 整体法与隔离法 题型四 动态平衡问题 例4如图所示 将一套在光滑圆轨上的小圆环用一始终沿切线方向的力缓慢地由底端拉向a点 则小圆环在向上拉动的过程中 a 圆轨对小圆环的支持力变大b 圆轨对小圆环的支持力变小c 小圆环受的拉力f变大d 小圆环受的拉力f不变 解析 作出小环受力的矢量三角形如图 由图知 fn mgcos 随着环上移 减小 所以fn增大 a对 b错 f mgsin 所以f减小 c d都错 答案 a 方法与知识感悟 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 2 解决动态平衡问题的常用方法 例5跨过定滑轮的轻绳两端 分别系着物体a和物体b 物体a放在倾角为 的斜面上 如图所示 已知物体a的质量为m 物体a与斜面的动摩擦因数为 tan 滑轮的摩擦不计 要使物体a静止在斜面上 求物体b的质量的取值范围 按最大静摩擦力等于滑动摩擦力处理 思路点拨 找出物体即将下滑和即将上滑两个临界状态所对应的临界条件是解题的关键 题型五 平衡中的临界 极值问题 解析 先选物体b为研究对象 它受到重力mbg和拉力ft的作用 根据平衡条件有 ft mbg 再选物体a为研究对象 它受到重力mg 斜面支持力fn 轻绳拉力ft和斜面的摩擦力作用 假设物体a处于将要上滑的临界状态 则物体a受的静摩擦力最大 且方向沿斜面向下 这时a的受力情况如图所示 根据平衡条件有 fn mgcos 0 ft ffm mgsin 0 由摩擦力公式知 ffm fn 联立 四式解得mb m sin cos 再假设物体a处于将要下滑的临界状态 则物体a受的静摩擦力最大 且方向沿斜面向上 根据平衡条件有 fn mgcos 0 ft ffm mgsin 0 由摩擦力公式知 ffm fn 联立 四式解得mb m sin cos 综上所述 物体b的质量的取值范围为m sin cos mb m sin cos 方法与知识感悟 1 临界 极值问题当某物理量变化时 会引起其他几个物理量的变化 从而使物体所处的平衡状态为 恰好出现 或 恰好不出现 在问题的描述中常用 刚好 刚能 恰好 等词语描述 往往在力的变化过程中存在最大值和最小值问题 2 解决此类问题的关键是通过审题 挖掘出临界条件作为解决问题的突破口 解答平衡物体的临界问题时常用假设法 运用假设法的基本步骤是 明确研究对象 画受力图 假设可能发生的临界现象 列出满足所发生的临界现象的平衡方程求解 1 蛟龙 号载人潜水器7000米深海试验在2012年组织实施 设质量为m的 蛟龙 号在匀速下降 若此时缆绳的拉力为0 蛟龙 号所受浮力f始终保持不变 蛟龙 号在运动过程中所受阻力仅与速率有关 重力加速度为g 现欲使 蛟龙 号以同样速率匀速上升 则缆绳的拉力为 a 2 mg f b mg 2fc 2mg fd 0 a 解析 蛟龙 号下降和上升时的受力情况如图 f为阻力 f为绳子拉力 匀速 有 f f mg f t mg f 由上式可解得 t 2 mg f 选a 2 有一个直角支架aob ao水平放置 表面粗糙 ob竖直向下 表面光滑 ao上套有小环p ob上套有小环q 两环质量均为m 两环由一根质量可忽略 不可伸长的细绳相连 并在某一位置平衡 如图所示 现将p环向左移一小段距离 两环再次达到平衡 那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较 ao杆对p环的支持力fn 摩擦力ff的变化情况是 a fn不变 ff变大b fn不变 ff变小c fn变大 ff变大d fn变大 ff变小 b 解析 以两环和细绳整体为对象求fn 可知竖直方向上始终二力平衡 fn 2mg不变 以q环为对象 在重力 细绳拉力f和ob压力fn 作用下平衡 如图所示 设细绳和竖直方向的夹角为 则p环向左移的过程中 将减小 fn mgtan 也将减小 再以整体为对象 水平方向只有ob对q的压力fn 和oa对p环的摩擦力ff作用 因此ff fn 也减小 选项b正确 3 如图所示 a b两球用劲度系数为k1的轻弹簧相连 b球用长为l的细线悬于o点 a球固定在o点正下方 且o a间的距离恰为l 此时绳子所受的拉力为f1 现把a b间的弹簧换成劲度系数为k2的轻弹簧 仍使系统平衡 此时绳子所受的拉力为f2 则f1与f2的大小关系为 a f1 f2b f1 f2c f1 f2d 因k1 k2大小关系未知 故无法确定 c 4 如图所示 小球质量为m 两根轻绳bo co系好后 将绳固定在竖直墙上 在小球上施加一个与水平方向夹角为60 的力f 使小球平衡时 两绳均伸直且夹角为60 则力f大小的取值范围是什么 解析 当力f较小时 ob张紧 oc有可能松弛 当力f较大时 oc张紧 ob有可能松弛 由此可知 oc刚要松弛和ob刚要松弛是此问题的临界条件 对小球进行受力分析如图所示 根据物体的平衡条件 在水平方向上 fcos ftbcos ftc 0 在竖直方向上 fsin ftbsin mg 0 巩固基础 1 一轻杆ab a端用铰链固定于墙上 b端用细线挂于墙上的c点 并在b端挂一重物 细线较长使轻杆位置如图甲所示时杆所受的压力大小为n1 细线较短使轻杆位置如图乙所示时杆所受的压力大小为n2 则有 a n1 n2b n1 n2c n1 n2d 无法比较 c 2 在农村 人们经常将农具斜靠墙放置 我们将它等效成如图所示模型 a b两个小球通过细轻杆连接 斜靠在竖直墙上 不计竖直墙壁的摩擦 当b球向右移动少许后 两球仍静止 下列说法正确的是 a 地面对b球的支持力增大b 地面对b球的摩擦力减小c 轻杆中的弹力增大d 地面对b球的支持力减小 c 3 滑滑梯是小孩子很喜欢的娱乐活动 如图所示 一个小孩正在滑梯上匀速下滑 则 a 小孩所受的重力与小孩所受的弹力大小相等b 小孩所受的重力与小孩所受的摩擦力大小相等c 小孩所受的弹力和摩擦力的合力与小孩所受的重力大小相等d 小孩所受的重力和弹力的合力与小孩所受的摩擦力大小相等 cd 解析 小孩受重力 支持力 弹力 滑动摩擦力三个力的作用处于平衡状态 任意两个力的合力跟第三个力大小相等 方向相反 所以cd是对的 4 木块a b分别重50n和60n 它们与水平地面之间的动摩擦因数均为0 25 夹在a b之间轻弹簧被压缩了2cm 弹簧的劲度系数为400n m 系统置于水平地面上静止不动 现用f 1n的水平拉力作用在木块b上 如图所示 力f作用后 a 木块a所受摩擦力大小是12 5nb 木块a所受摩擦力大小是11 5nc 木块b所受摩擦力大小是9nd 木块b所受摩擦力大小是7n c 解析 未加f时 木块a在水平面内受弹簧的弹力f1及静摩擦力f2作用 且f1 f2 kx 8n 木块b在水平面内受弹簧弹力f2和静摩擦力f2作用 且f1 f2 kx 8n 在木块b上施加f 1n向右的拉力后 由于f1 f g 故木块b所受摩擦力仍为静摩擦力 其大小为fb f2 f 9n 木块a的受力情况不变 5 如图所示 斜面小车m静止在光滑水平面上 m左边紧贴墙壁 若在m斜面上放一个物体m 当m沿着m的斜面下滑时 m始终静止不动 则m受力个数可能为 a 4个或5个b 5个或6个c 3个或4个d 4个或6个 a 解析 斜面光滑时 m受到重力 地面支持力 m对它的压力和墙壁对它的弹力共4个力 斜面粗糙m匀速下滑时 m受到重力 地面支持力 m对它的压力和m对它的摩擦力共4个力 斜面粗糙 且m加速下滑时 m受到重力 地面支持力 m对它的压力 m对它的摩擦力和墙壁对它的弹力5个力 提升能力 6 如图所示 一辆质量为m的汽车沿水平面向右运动 通过定滑轮将质量为m的重物a缓慢吊起 在吊起重物的过程中 关于绳子的拉力ft 汽车对地面的压力fn和汽车受到的摩擦力ff随细绳与水平方向的夹角 变化的图象中正确的是 ab b 8 如图所示 质量均可忽略的轻绳与轻杆承受弹力的最大值一定 a端用铰链固定 滑轮在a点正上方 滑轮大小及摩擦均可不计 b端吊一重物g 现将绳的一端拴在杆的b端 用拉力f将b端缓慢上拉 均未断 在ab杆达到竖直前 以下分析正确的是 a 绳子越来越容易断b 绳子越来越不容易断c ab杆越来越容易断d ab杆越来越不容易断 b b 10 如图是给墙壁粉刷涂料用的 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 撑竿的重量和墙壁的摩擦均不计 而且撑竿足够长 粉刷工人站在离墙壁一定距离处缓缓上推涂料滚 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将如何变化 a f1增大 f2减小b f1减小 f2增大c f1 f2均增大d f1 f2均减小 d 解析 把f1正交分解 f1cos mg f1sin f 2 f2 f 2 mg不变 减小 cos 增大 sin 减小 所以f1减小 f 2减小 f2也就减小 所以d对 11 倾角为 37 的斜面静止在水平面上 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 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 求水平推力f与g的比值范围 12 如图所示 质量为m的直角三棱柱a放在水平地面上 三棱柱的斜面