高考物理二轮复习 专题一 力与运动 第2讲 力和物体的平衡课件.ppt

第2讲力和物体的平衡 专题一力与运动 考点一重力 弹力 摩擦力及受力分析 考点三平衡中的临界与极值问题 考点二平衡条件的应用 真题研究 1 2017 浙江4月选考 7 如图1所示 重型自卸车利用液压装置使车厢缓慢倾斜到一定角度 车厢上的石块就会自动滑下 以下说法正确的是a 在石块下滑前后自卸车与石块整体的重心位置不变b 自卸车车厢倾角越大 石块与车厢的动摩擦因数越小c 自卸车车厢倾角变大 车厢与石块间的正压力减小d 石块开始下滑时 受到的摩擦力大于重力沿斜面方向的分力 图1 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 解析物体的重心的位置跟形状还有质量分布有关 石块下滑前后 质量分布变化 形状变化 所以重心改变 选项a错 动摩擦因数与倾角无关 b错 如图 fn gcos 倾角变大 所以车厢与石块间的正压力减小 所以c正确 石块下滑时 重力沿斜面方向的分力大于受到的摩擦力 d错 1 2 3 4 5 6 7 2 2016 浙江10月学考 3 中国女排在2016年奥运会比赛中再度夺冠 图2为比赛中精彩瞬间的照片 此时排球受到的力有a 推力b 重力 推力c 重力 空气对球的作用力d 重力 推力 空气对球的作用力 解析此时手与球并没有接触 所以没有推力 故c选项正确 答案 解析 图2 1 2 3 4 5 6 7 3 2015 浙江10月学考 13 将质量为1 0kg的木板放在水平长木板上 用力沿水平方向拉木块 拉力从0开始逐渐增大 木块先静止后相对木板运动 用力传感器采集木块受到的拉力和摩擦力的大小 并用计算机绘制出摩擦力大小ff随拉力大小f变化的图象 如图3所示 木块与木板间的动摩擦因数为 g取10m s2 a 0 3b 0 5c 0 6d 1 0 解析由图可知最大静摩擦力为5n 滑动摩擦力为3n 且滑动摩擦力满足公式ff mg 所以 0 3 答案 解析 图3 1 2 3 4 5 6 7 4 2017 浙江 七彩阳光 联考 跑酷 是一项深受年轻人喜爱的运动 如图4为运动员在空中跳跃过程中的照片 此时运动员受到的力有a 重力b 重力 向前冲力c 重力 空气作用力d 重力 向前冲力 空气作用力 答案 1 2 3 4 5 6 7 模拟训练 图4 5 2017 台州市9月选考 足球运动是目前全球体育界最具影响力的项目之一 深受青少年喜爱 如图5所示的四种与足球有关的情景 其中正确的是图5a 如图甲所示 静止在草地上的足球 受到的弹力就是它受到的重力b 如图乙所示 静止在光滑水平地面上的两个足球 因接触受到弹力作用c 如图丙所示 踩在脚下且静止在水平草地上的足球 可能受到3个力的作用d 如图丁所示 落在球网中的足球受到弹力 是由于足球发生了形变 1 2 3 4 5 6 7 答案 6 2017 湖州市期末 如图6所示 某人手拉弹簧 使其伸长了5cm 在弹性限度内 若此时弹簧的两端所受拉力各为10n 则a 弹簧所受的合力大小为10nb 弹簧的劲度系数为200n mc 弹簧的劲度系数为400n md 弹簧的劲度系数随弹簧的拉力的增大而增大 解析弹簧所受合力大小为零 由f kx知k 200n m 弹簧的劲度系数与拉力大小无关 和弹簧本身的因素有关 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 图6 7 2017 金华市高三期末 如图7所示 铁质的棋盘竖直放置 每个棋子都是一个小磁铁 能吸在棋盘上 不计棋子间的相互作用力 下列说法正确的是a 小棋子共受三个力作用b 棋子对棋盘的压力大小一定等于重力c 磁性越强的棋子所受的摩擦力越大d 质量不同的棋子所受的摩擦力不同 图7 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 解析小棋子受重力 棋盘的吸引力 棋盘的弹力 摩擦力 共四个力 选项a错误 棋盘对棋子吸引力的大小与磁铁内部的分子结构有关 而棋子对棋盘的压力大小等于棋盘对棋子的吸引力的大小 与重力大小无关 选项b错误 摩擦力的大小总是等于重力 不会变化 选项c错误 摩擦力的大小等于重力 则质量不同的棋子所受摩擦力不同 选项d正确 1 2 3 4 5 6 7 规律总结 1 弹力有无的判断 三法 1 条件法 根据物体是否直接接触并发生弹性形变来判断是否存在弹力 此方法多用来判断形变较明显的情况 2 假设法 对形变不明显的情况 可假设两个物体间弹力不存在 看物体能否保持原有的状态 若运动状态不变 则此处不存在弹力 若运动状态改变 则此处一定有弹力 3 状态法 根据物体的运动状态 利用牛顿第二定律或共点力平衡条件判断弹力是否存在 2 静摩擦力的有无及方向的判断方法 1 假设法 2 状态法 静摩擦力的大小与方向具有可变性 明确物体的运动状态 分析物体的受力情况 根据平衡方程或牛顿第二定律求解静摩擦力的大小和方向 3 牛顿第三定律法 此法的关键是抓住 力是成对出现的 先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向 再根据 力的相互性 确定另一物体受到的静摩擦力的方向 3 弹力大小的计算方法 1 根据胡克定律进行求解 2 根据力的平衡条件进行求解 3 根据牛顿第二定律进行求解 4 摩擦力大小的计算方法 1 首先分清摩擦力的种类 因为只有滑动摩擦力才能用公式ff fn求解 静摩擦力通常只能用平衡条件或牛顿运动定律来求解 2 公式ff fn中 fn为两接触面间的正压力 与物体的重力没有必然联系 不一定等于物体的重力大小 3 滑动摩擦力的大小与物体速度的大小无关 与接触面积的大小也无关 真题研究 1 2017 浙江11月选考 5 叠放在水平地面上的四个完全相同的排球如图8所示 质量均为m 相互接触 球与地面间的动摩擦因数均为 则a 上方球与下方三个球间均没有弹力b 下方三个球与水平地面间均没有摩擦力c 水平地面对下方三个球的支持力均为mgd 水平地面对下方三个球的摩擦力均为 mg 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 图8 解析将四个球看成一个整体 地面的支持力与球的重力平衡 设下方三个球中的一个球受到的支持力大小为fn 因此3fn 4mg 即fn mg 所以选项c正确 由力的平衡条件知 下面三个球对最上面的球有弹力 故最上面的球对下面三个球肯定有弹力 选项a错误 对地面上的其中一个球进行受力分析 如图所示 由受力分析可知 选项b错误 由于小球是受到地面的静摩擦力 因此不能通过ff fn求解此摩擦力 选项d错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 2017 浙江4月选考 10 重力为g的体操运动员在进行自由体操比赛时 有如图9所示的比赛动作 当运动员竖直倒立保持静止状态时 两手臂对称支撑 夹角为 则a 当 60 时 运动员单手对地面的正压力大小为b 当 120 时 运动员单手对地面的正压力大小为gc 当 不同时 运动员受到的合力不同d 当 不同时 运动员与地面之间的相互作用力不相等 答案 解析 图9 解析单手对地面的正压力大小 与 无关 如图f1 f2 而手臂受力与夹角 有关 所以选项a正确 b错误 不管角度如何 运动员受到的合力为零 选项c错误 不管角度如何 运动员与地面之间的相互作用力总是等大 选项d错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 3 2016 浙江10月学考 13 如图10所示 质量为m 电荷量为q的带电小球a用绝缘细线悬挂于o点 带有电荷量也为q的小球b固定在o点正下方绝缘柱上 其中o点与小球a的间距为l o点与小球b的间距为l 当小球a平衡时 悬线与竖直方向夹角 30 带电小球a b均可视为点电荷 静电力常量为k 则 图10 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析根据题意 oa l ob l 当小球a平衡时 悬线与竖直方向夹角 30 由几何关系可知 aob为等腰三角形 ab ao l aob为等腰三角形 由于对称性 绳子拉力等于库仑力 且根据平衡条件得 fcos30 ftcos30 mg 即f ft 故b正确 c d错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 2015 浙江10月学考 11 如图11所示 一质量为m 电荷量为q的小球a系在长为l的绝缘轻绳下端 另一电荷量也为q的小球b位于悬挂点的正下方 a b均视为点电荷 轻绳与竖直方向成30 角 小球a b静止于同一高度 已知重力加速度为g 静电力常量为k 则两球间的静电力为 答案 解析 图11 由于小球a b均静止 对球a受力分析如图所示 由平衡条件得ftsin30 f ftcos30 mg联立解得f mg c d选项错误 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 人教版必修1p61插图改编 两小孩共提总重力为g的一桶水匀速前行 如图12所示 两人手臂用力大小均为f 手臂间的夹角为 则a 当 60 时 f b 当 90 时 f有最小值c 当 120 时 f gd 越大时 f越小 图12 答案 解析 模拟训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6 2016 浙江台州中学期中 如图13所示是磁悬浮地球仪 地球仪依靠它与底座之间的磁力悬浮在底座的正上方保持静止 已知地球仪的质量为m 底座的质量为m 则底座对水平地面的作用力大小为a 0b mgc mgd m m g 解析将地球仪和底座看作整体 整体受到的重力为 m m g 支持力为fn 满足fn m m g 根据牛顿第三定律可知底座对水平地面的作用力大小为 m m g 选项d正确 答案 解析 图13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7 2016 浙江绍兴一中期中 如图14所示 小球a b带等量同种电荷 质量均为m 都用长为l的绝缘细线挂在绝缘的竖直墙上o点 a球靠墙且其悬线刚好竖直 b球悬线偏离竖直方向 角而静止 此时a b两球之间的库仑力为f 由于外部原因小球b的电荷量减少 使两球再次静止时它们之间的库仑力变为原来的一半 则小球b的电荷量减少为原来的 答案 解析 图14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析小球b受力如图所示 两绝缘细线的长度都是l 则 oab是等腰三角形 根据力的合成及几何关系可知b球悬线的拉力ft与b球的重力mg大小相等 即mg ft 小球b处于平衡状态 则库仑力f 2mgsin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 如图15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 柱体与水平地面间的动摩擦因数为 现施加一个垂直于bc面向下的外力f 柱体仍保持静止 则地面对柱体的摩擦力大小等于a mgb fsin c fcos d fcos mg 解析对三棱柱受力分析如图所示 ff fsin 故b选项正确 答案 解析 图15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 9 2017 湖州市期末 如图16所示 质量为m的光滑小球放在斜面和竖直挡板之间 当挡板从竖直位置逆时针缓慢转动到水平位置的过程中 斜面和挡板对小球的弹力大小的变化是a 斜面的弹力逐渐变大b 斜面的弹力先变小后变大c 挡板的弹力先变小后变大d 挡板的弹力逐渐变大 答案 解析 图16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析小球受力如图甲所示 因挡板是缓慢转动 所以小球处于动态平衡状态 在转动过程中 此三力 重力 斜面支持力 挡板弹力 组成矢量三角形的变化情况如图乙所示 重力大小 方向均不变 斜面对其支持力方向始终不变 由图可知此过程中斜面对小球的支持力不断减小 挡板对小球的弹力先减小后增大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 规律总结 动态平衡问题分析的常用方法1 解析法 一般把力进行正交分解 两个方向上列平衡方程 写出所要分析的力与变化角度的关系 然后判断各力的变化趋势 2 图解法 能用图解法分析动态变化的问题有三个显著特征 1 物体一般受三个力作用 2 其中有一个大小 方向都不变的力 3 还有一个方向不变的力 命题预测 1 如图17所示 质量m 2 2kg的金属块放在水平地板上 在与水平方向成 37 角斜向上 大小为f 10n的拉力作用下 以速度v 5 0m s向右做匀速直线运动 cos37 0 8 sin37 0 6 取g 10m s2 求 1 金属块与地板间的动摩擦因数 1 2 3 图17 答案0 5 答案 解析 解析设地板对金属块的支持力为fn 金属块与地板间的动摩擦因数为 因为金属块匀速运动 所以有fcos fnmg fsin fn 1 2 3 2 现换用另一个力f 施加在金属块上 为使金属块向右做匀速直线运动 求f 的最小值 解析分析金属块的受力 如图所示竖直方向 f sin fn mg水平方向 f cos fn 1 2 3 答案 解析 2 如图18所示 质量均为m的小球a b用两根不可伸长的轻绳连接后悬挂于o点 在外力f的作用下 小球a b处于静止状态 若要使两小球处于静止状态且悬线oa与竖直方向的夹角 保持30 不变 则外力f的大小不可能为 答案 解析 模拟训练 1 2 3 图18 解析将a b两球作为一个整体 受力分析如图所示 由图可以看出 外力f与悬线oa垂直时最小 fmin 2mgsin mg 所以外力f应大于或等于mg