福建省长泰县第一中学高考物理二轮复习 专题一 第1讲 力与物体的平衡课件.ppt

必考部分专题一力与直线运动第1讲力与物体的平衡 体系构建 核心自查 一 几种常见力的比较1 重力 1 大小 g 2 方向 总是 2 弹力 1 大小 一般由力的 或牛顿第二定律求解 弹簧的弹力 f 2 方向 与引起形变的力的方向 压力 支持力垂直于接触面 绳的拉力沿绳指向绳收缩的方向 mg 竖直向下 平衡条件 kx 相反 3 摩擦力 1 大小 静摩擦力0 f fm 滑动摩擦力f 2 方向 与接触面相切 与 或 方向相反 与运动方向不一定相反 4 电场力 1 大小 匀强电场中的电场力f 点电荷的库仑力f 2 方向 正电荷受电场力与电场强度方向 负电荷受电场力与电场强度方向 n 相对运动 相对运动趋势 qe 相同 相反 5 安培力 1 大小 f i b 2 方向 用 定则判断 垂直于i b所决定的平面 6 洛伦兹力 1 大小 f v b 2 方向 用 定则判断 垂直于v b所决定的平面 ilb 左手 qvb 左手 二 力的合成与分解1 运算法则 定则或三角形定则 2 常用方法 合成法 分解法 按力的实际作用效果分解 法 3 合力与分力的关系 平行四边形 正交分解 等效替代 三 共点力的平衡1 平衡状态 物体处于 或 的状态 2 平衡条件 或 静止 匀速直线运动 f合 0 3 共点力平衡条件的推论 1 若物体受n个作用力而处于平衡状态 则其中任意一个力与其余 n 1 个力的合力大小 方向 2 若三个共点力的合力为零 则表示这三个力的有向线段首尾相接组成一个 三角形 相等 相反 封闭 热点考向1 物体的受力分析 典题训练1 一物体恰能在一个斜面体上沿斜面匀速下滑 此时斜面体不受地面的摩擦力作用 若沿斜面方向用力向下推此物体 使物体加速下滑 则关于斜面体受地面的摩擦力 下列判断正确的是 a 大小为零b 大小不为零 方向水平向右c 大小不为零 方向水平向左d 无法判断其大小和方向 解题指导 解答本题应注意以下两点 1 物体沿斜面匀速下滑时 分析物体和斜面体整体的受力情况 2 对物体施加沿斜面方向的推力前后 物体所受斜面的支持力和摩擦力是否变化 解析 选a 物体沿斜面匀速下滑时 物体和斜面体组成的系统受重力和地面的支持力而处于平衡状态 地面对斜面体的摩擦力为零 对物体施加沿斜面方向的推力时 物体所受斜面的支持力和摩擦力没有发生变化 因此斜面体受力情况没有发生变化 不受地面的摩擦力作用 故选项a正确 典题训练2 2013 东城区一模 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 f mbg mag 不变 fn magcos 变小 ff magsin f 变大 fa合 0 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 mag 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 mag 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 拓展提升 考题透视 受力分析及物体的平衡问题是近几年来高考的热点 分析近几年高考题 命题规律主要有以下几点 1 以选择题的形式考查 一般涉及重力 弹力 摩擦力 电场力及安培力的受力分析 尤其是静摩擦力的分析与计算更是频繁出现在考题中 2 考查共点力平衡条件的应用 3 在计算题中往往和牛顿运动定律 功能关系相结合 有时也和电场或磁场中的带电体的运动结合起来考查 借题发挥 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 检查画出的每一个力能否找出它的施力物体 检查分析结果能否使研究对象处于题目所给的运动状态 防止发生漏力 添力或错力现象 通关题组 1 如图所示 a b两物体叠放在一起 在力f的作用下静止在竖直墙边 已知ma mb 撤去力f后 物体b a 只受一个重力b 受到重力和一个摩擦力c 受到重力 一个弹力和一个摩擦力d 受到重力 一个摩擦力和两个弹力 解析 选a 当撤去力f后 物体a和b将一起做自由落体运动 故物体b只受一个重力 2 有一块长方体木板被锯成如图所示的a b两块放在水平桌面上 a b紧靠在一起 木板a的角度如图所示 现用水平方向的力f垂直于板的左边推木板b 使两块板a b保持原来形状整体沿力f的方向匀速运动 则 a 木板a在水平方向受两个力的作用 合力为零b 木板a只受一个摩擦力c 木板b对a的压力小于桌面对木板a的摩擦力d 木板b在水平方向受三个力的作用 解析 选c 对木板a进行受力分析 如图所示 水平方向上受到b的弹力和摩擦力以及桌面的摩擦力三个力的作用 合力为零 f nba 选项a b错误 c正确 木板b在水平方向受到a的弹力和摩擦力以及桌面的摩擦力 推力f四个力的作用 选项d错误 热点考向2 整体法和隔离法在受力分析中的应用 典题训练3 2013 南平二模 重为g的两个完全相同的小球 与水平面间的动摩擦因数均为 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 地面对球的支持力变大b 球刚开始运动时 地面对球没有支持力c 地面对球的摩擦力变小d 球刚开始运动时 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 f f 0 f 2fn 2g 0 ftsin ff 0 fn ftcos g 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fn ftcos g 0可判断ft变大 由ftsin ff 0可判断ff变大 解析 选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a错误 其中一球受力如图乙所示 由平衡条件得ftsin ff 0 fn ftcos g 0 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b c错误 d正确 典题训练4 如图所示 倾角为 的斜面体c置于水平面上 b置于斜面上 通过细绳跨过光滑的定滑轮与a相连接 连接b的一段细绳与斜面平行 a b c都处于静止状态 则 a 物块b c间的摩擦力一定不为零b 斜面体c受到水平面的摩擦力一定为零c 水平面对c的支持力与b c的总重力大小相等d 不论b c间摩擦力大小 方向如何 水平面对c的摩擦力方向一定向左 解题指导 解答本题应注意以下三点 1 分析细绳受力 隔离a进行受力分析 2 分析b c间的作用力 隔离b进行受力分析 3 分析地面对c的作用力 以b c整体进行受力分析 解析 选d 以a为研究对象进行受力分析 可得细绳的拉力f mag 以b为研究对象进行受力分析可知 t mbgsin 时 f沿斜面向下 t f mbgsin 时f 0 t mbgsin 时 f沿斜面向上 a错 以b c整体为研究对象进行受力分析可知受到重力 支持力 沿斜面向上的拉力 水平向左的摩擦力 b错d对 由受力平衡条件可知水平面对c的支持力小于b c的总重力 c错 故选d 拓展提升 考题透视 该知识为每年高考的重点 分析近几年高考 命题规律主要有以下几点 1 受力分析结合平衡知识进行考查 2 考查学生对整体法与隔离法的熟练应用 3 在综合题目中结合功能关系进行考查 借题发挥 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 2 运用整体法的条件 运用整体法分析问题时 一般情况下系统内各物体的加速度的大小和方向均应相同 3 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 4 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 通关题组 1 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 2 一套有细环的粗糙杆水平放置 带正电的小球通过绝缘细线系在细环上 并将整个装置放入一水平的匀强电场中 处于平衡状态 如图所示 现在将电场稍加大一些 小球再次平衡 下列说法错误的是 a 细线对细环的拉力保持不变b 细线对带电小球的拉力变大c 细环所受的摩擦力变大d 粗糙杆对细环的支持力保持不变 解析 选a 将电场稍加大一些 小球所受的电场力增大 设细线与竖直方向的夹角为 对带电小球由平衡条件得 水平方向tsin qe 竖直方向tcos mg 解得细线对带电小球的拉力变大 选项a错误 b正确 把小球和细环看做一个整体 水平方向f qe 竖直方向n m m g 小球所受电场力增大 细环所受的摩擦力变大 竖直方向二者所受重力不变 粗糙杆对细环的支持力保持不变 选项c d正确 热点考向3 共点力作用下的动态平衡 典题训练5 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 典题训练6 如图所示 放在水平地面上的光滑绝缘圆筒内有两个带正电小球a b a位于筒底靠在左侧壁处 b在右侧筒壁上受到a的斥力作用处于静止 若a的电量保持不变 b由于漏电而下降少许重新平衡 下列说法正确的是 a a对筒底的压力变小b b对筒壁的压力变大c a b间的库仑力变小d a b间的电势能减小 解题指导 解答本题应注意以下三点 1 分析a b整体的受力情况 2 隔离b分析受力情况 判断b下降过程中库仑力与水平方向夹角的变化 3 根据功能关系判断电势能的变化 解析 选b 取ab整体受力分析知a对筒底的压力大小等于a b两球重力之和不变 选项a错误 对b受力分析如图 b由于漏电而下降 即 减小 f库增大 n增大 选项b正确 c错误 a b靠近 库仑斥力做负功 电势能增大 选项d错误 拓展提升 考题透视 共点力的静态平衡和动态平衡是高考的重点内容 分析近几年的高考题 命题规律有以下几点 1 以选择题的形式出现 受力分析结合平衡条件考查 2 动态平衡主要考查解析法 图解法和相似三角形法的灵活运用 3 带电体在电场中的受力分析往往也会涉及动态平衡问题 尤其是涉及库仑定律的考查 借题发挥 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 应先分析物体的受力情况 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 该法可以使动态问题静态化 抽象问题形象化 从而使问题易于分析求解 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 通关题组 1 半圆柱体p放在粗糙的水平地面上 其右端有一固定放置的竖直挡板mn 在半圆柱体p和mn之间放有一个光滑均匀的小圆柱体q 整个装置处于平衡状态 如图所示是这个装置的截面图 现使mn保持竖直并且缓慢地向右平移 在q滑落到地面之前 发现p始终保持静止 则在此过程中 下列说法中正确的是 a mn对q的弹力逐渐减小b p对q的弹力逐渐减小c 地面对p的摩擦力逐渐增大d q所受的合力逐渐增大 解析 选c 圆柱体q的受力如图所示 在mn缓慢地向右平移的过程中 它对圆柱体的作用力f1方向不变 p对q的作用力f2的方向与水平方向的夹角逐渐减小 由图可知mn对q的弹力f1逐渐增大 a错误 p对q的弹力f2逐渐增大 b错误 以p q为整体 地面对p的摩擦力大小等于mn对q的弹力f1 故地面对p的摩擦力逐渐增大 c正确 q所受的合力始终为零 d错误 2 如图所示 用ao bo细绳吊一重物p静止 其中ao绳水平 现用水平向右的力f缓慢拉起重物p的过程中 绳ob所受的拉力变化为 a 变大b 变小c 先变小再变大d 不变 解析 选d 以结点o op绳及重物整体为研究对象 受到重力mg f ao绳的拉力fao和bo绳的拉力fbo而平衡 如图所示 由平衡条件得fbo 可见 fbo与f变化情况无关 选项d正确 共点力平衡综合问题的规范求解共点力平衡问题往往涉及多个物体的平衡或者与电场 磁场 电磁感应相结合 常结合功能关系和整体法 隔离法求解 解答时可从以下两点进行突破 1 确定研究对象 1 对于多个物体的平衡问题 需要明确求解的是系统的内力 还是外力 如果是外力 往往选择整体法 如果是内力 往往选择隔离法 一般整体法和隔离法总是结合运用 2 对于电场 磁场中的平衡问题 研究对象是带电体 或电荷 分析受力时 只不过多了电场力或磁场力 对于电磁感应中的平衡问题 应注意通电导体所受安培力方向的判断 2 分析运动状态无论物体 或带电体 经过了怎样的运动过程 一定要注意分析所研究的问题及研究对象所处的运动状态 题目中 静止 匀速直线运动 恰好达到最大速度 等关键词是应用平衡条件解决问题的突破口 典题例证 典例 12分 如图所示 ace和bdf是间距为l的两根足够长平行导轨 其中ac bd段光滑 ce df段粗糙 导轨平面与水平面的夹角为 整个装置处在磁感应强度为b 方向垂直于导轨平面向上的匀强磁场中 ab之间连有阻值为r的电阻 若将一质量为m的金属棒置于ef端 今用大小为f 方向沿斜面向上的恒力把金属棒从ef位置由静止推至距ef端s处的cd位置 此时金属棒已经做匀速运动 现撤去恒力f 金属棒最后又回到ef端 此时金属棒也已经做匀速运动 若不计导轨和金属棒的电阻 且金属棒与ce df段的动摩擦因数为 求 1 金属棒上滑过程中的最大速度 2 金属棒下滑过程的末速度 解题关键 1 ac bd段光滑说明金属棒在该段运动时不受摩擦力作用 ce df段粗糙说明金属棒在该段运动时受摩擦力作用 且摩擦力的方向与相对运动方向相反 2 磁场方向垂直于导轨平面说明安培力沿导轨方向 3 金属棒匀速运动说明金属棒受力平衡 解题思路 1 金属棒在cd位置匀速运动 其速度为上滑的最大速度 由平衡条件列方程求解 2 金属棒下滑过程的末状态为匀速运动 由平衡条件求解其末速度 规范解答 1 当金属棒上滑到匀速时速度最大为v1 此时受力平衡 则 2分 2分 解得 2分 2 设金属棒下滑过程的末速度为v2 此时受力平衡 则bi2l mgcos mgsin 0 2分 2分 解得 2分 答案 1 2 拓展训练 1 如图 匀强电场方向垂直于倾角为 的绝缘粗糙斜面向上 一质量为m的带正电荷的滑块静止于斜面上 关于该滑块的受力 下列分析正确的是 当地重力加速度为g a 滑块可能只受重力 电场力 摩擦力三个力的作用b 滑块所受摩擦力大小一定为mgsin c 滑块所受电场力大小可能为mgcos d 滑块对斜面的压力大小一定为mgcos 解析 选b 滑块受力如图所示 滑块受重力 电场力 支持力 摩擦力四个力的作用 选项a错误 由平衡条件得f mgsin n qe mgcos 选项b正确 c d错误 2 如图所示 ab cd是两根长度均为l 4 0m 质量分别为m1 0 6kg和m2 0 2kg的金属棒 两根等长的细金属丝将两节干电池与两根金属棒串联成闭合回路 整个回路用绝缘细线悬挂在天花板上 且保证两金属棒水平 整个装置处于竖直向下的匀强磁场中 磁感应强度b 1 0t 电路中的电流强度i 0 5a 待系统稳定之后 金属棒 细金属丝在力的作用下不会发生变形 g 10m s2 不计干电池的质量 求 1 绝缘细线与竖直方向的夹角 2 细金属丝与竖直方向的夹角 解析 1 以整体为研究对象 整体总共受到四个力的作用 水平方向上 两金属棒受到力的大小均为f bil 方向相反的安培力 这两个力互相平衡 竖直方向上 绝缘细线的拉力与总的重力平衡 因为重力的方向竖直向下 所以 绝缘细线的拉力一定是竖直向上 也就是说 绝缘细线与竖直方向的夹角为0 受力情况如图所示 2 以cd棒为研究对象 cd棒受三个力而平衡 安培力f bil 1 0 5 4n 2ncd棒的重力m2g 0 2 10n 2n由平衡条件得f m2gtan 解得 45 即金属丝与竖直方向的夹角为45 答案 1 0 2 45 1 2013 重庆高考 如图所示 某人静躺在