创新设计高考物理大一轮复习 第二章 相互作用 基础课3 受力分析 共点力的平衡课件 新人教版.pptVIP

基础课3受力分析共点力的平衡 知识点一 受力分析1 受力分析的定义把指定物体 研究对象 在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来 并画出受力 这个过程就是受力分析 示意图 2 受力分析的一般步骤 整体 隔离 重力 方向 知识点二 共点力的平衡1 平衡状态物体处于 状态或 状态 静止 匀速直线运动 如图 小球静止不动 物块匀速运动 则 小球f合 物块fx fy f mg 0 f1 ff 0 f2 fn mg 0 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 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 大小相等 方向相反 3 多力平衡 如果物体在多个共点力的作用下处于平衡状态 其中任何一个力与 大小相等 方向相反 大小相等 方向相反 其余两个力的合力 其余几个力的合力 思考判断 1 对物体受力分析时 只能画该物体受到的力 其他物体受到的力不能画在该物体上 2 物体沿光滑斜面下滑时 受到重力 支持力和下滑力的作用 3 物体的速度为零即处于平衡状态 4 物体处于平衡状态时 其加速度一定为零 5 物体受两个力处于平衡状态 这两个力必定等大反向 6 物体处于平衡状态时 其所受的作用力必定为共点力 答案 1 2 3 4 5 6 受力分析整体法与隔离法的应用 1 受力分析的 四点 提醒 1 不要把研究对象所受的力与研究对象对其他物体的作用力混淆 2 对于分析出的物体受到的每一个力 都必须明确其来源 即每一个力都应找出其施力物体 不能无中生有 3 合力和分力不能重复考虑 4 区分性质力与效果力 研究对象的受力图 通常只画出按性质命名的力 不要把按效果命名的分力或合力分析进去 受力图完成后再进行力的合成或分解 2 整体法与隔离法 1 单个物体的受力分析 2017 绍兴一中测试 多选 如图1所示 工作人员将小车和冰球推进箱式吊车并运至冰雕顶部安装 先后经历了向右匀速 向右匀减速 向上匀加速 向上匀减速直线运动四个过程 冰球与水平底板和右侧斜挡板始终保持接触但摩擦不计 关于冰球的受力情况 下列判断正确的是 a 向右匀速过程 冰球一定受到三个力b 向右匀减速过程 冰球可能受到二个力c 向上匀加速过程 冰球一定受到二个力d 向上匀减速过程 冰球可能受到一个力 图1 解析向右匀速运动 冰球受重力与支持力两个力 选项a错误 冰球向右匀减速过程 有可能只受重力和右侧斜挡板对它的弹力 这两个力的合力恰好水平向左 故选项b正确 冰球向上匀加速运动的过程 受重力和支持力两个力 合力向上 故选项c正确 如果冰球向上匀减速运动的加速度为g 则冰球就只受重力 选项d正确 答案bcd 2 隔离法的应用 如图2所示 a b两个小球穿在一根光滑的固定杆上 并且通过一条细绳跨过定滑轮连接 已知b球质量为m 杆与水平面成 角 不计所有摩擦 重力加速度为g 当两球静止时 oa段绳与杆的夹角也为 ob段绳沿竖直方向 则下列说法正确的是 图2 a a可能受到2个力的作用b b可能受到3个力的作用c 绳子对a的拉力等于mgd a的重力为mgtan 答案c 3 整体法 隔离法的综合应用 如图3所示 矩形物块a和楔形物块b c叠放在水平地面上 b物块上表面水平 水平向左的力f作用在b物块上 整个系统处于静止状态 则以下说法正确的是 图3 a 物块a的受力个数为4个b 物块b的受力个数为4个c 地面对物块c的支持力小于三者重力之和d 地面对物块c的摩擦力大小等于f 方向水平向右解析对a受力分析 根据平衡条件知a只受重力和支持力2个力的作用 选项a错误 对b受力分析 有重力 压力 c施加的垂直斜面斜向上的支持力 拉力f 根据平衡条件还有c施加的平行斜面斜向上的摩擦力 共5个力的作用 选项b错误 以 a b c整体为研究对象受力分析 根据平衡条件知地面对物块c的支持力等于三者重力之和 选项c错误 对a b c整体受力分析 根据平衡条件知地面对物块c的摩擦力大小等于f 方向水平向右 选项d正确 答案d 受力分析的三个常用判据 1 条件判据 不同性质的力产生条件不同 进行受力分析时最基本的判据是根据其产生条件 2 效果判据 有时候是否满足某力产生的条件是很难判定的 可先根据物体的运动状态进行分析 再运用平衡条件或牛顿运动定律判定未知力 也可应用 假设法 物体平衡时必须保持合外力为零 物体做变速运动时必须保持合力方向沿加速度方向 合力大小满足f ma 方法技巧 共点力作用下物体平衡的分析方法 处理平衡问题的常用方法 图4 答案c 1 平衡中的研究对象选取 1 单个物体 2 能看成一个物体的系统 3 一个结点 方法技巧 2 静态平衡问题的解题 四步骤 1 分解法 多选 如图5所示 重为mg的水桶用细绳悬挂在门楣上 一人将水桶拉起使细绳与竖直方向的夹角为30 且细绳绷紧 则人对水桶施加的作用力可能为 图5 答案ad 2 合成法 如图6所示 轻弹簧两端分别固定质量为ma mb的小球a b 通过两根细线将小球吊在水平天花板上 已知两球均处于静止状态 两细线与水平方向的夹角均为 弹簧轴线沿水平方向 以下说法正确的是 图6 a a球所受细线的拉力大小为magsin b a b两球所受细线的拉力大小不一定相等c b球所受弹簧弹力的大小为mbgtan d a b球的质量大小关系一定满足ma mb 答案d 3 正交分解法 如图7所示 质量为m的光滑球体夹在竖直墙和斜面体之间静止 斜面体质量也为m 倾角 45 斜面体与水平地面间的动摩擦因数为 0 5 1 斜面体与地面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力 若增加球体的质量 且使斜面体静止不动 则可增加的最大质量为 图7 答案c 动态平衡问题的分析方法 1 动态平衡是指平衡问题中的一部分力是变力 是动态力 力的大小和方向均要发生变化 所以叫动态平衡 2 基本思路化 动 为 静 静 中求 动 3 两种 典型方法 典例 多选 如图8所示 在粗糙水平地面上放着一个截面为四分之一圆弧的柱状物体a a的左端紧靠竖直墙 a与竖直墙之间放一光滑圆球b 已知a的圆半径为球b的半径的3倍 球b所受的重力为g 整个装置处于静止状态 设墙壁对b的压力为f1 a对b的压力为f2 则若把a向右移动少许后 它们仍处于静止状态 则f1 f2的变化情况分别是 可用不同方法分析 图8 a f1减小b f1增大c f2增大d f2减小 方法二图解法 先根据平衡条件和平行四边形定则画出如图乙所示的矢量三角形 在 角减小的过程中 从图中可直观地看出 f1 f2都会减小 故选项a d正确 甲乙 答案ad 拓展延伸 在 典例 中若把a向右移动少许后 它们仍处于静止状态 则地面对a的摩擦力变化情况是 a 减小b 增大c 不变d 先变小后变大 解析方法一隔离法 隔离a为研究对象 地面对a的摩擦力ff f2sin 当f2和 减小时 摩擦力减小 故选项a正确 方法二整体法 选a b整体为研究对象 a b整体受到总重力 地面的支持力 墙壁的压力和地面的摩擦力 所以摩擦力ff f1 当把a向右移动少许后 随着f1的减小 摩擦力也减小 故选项a正确 方法三临界值分析法 当a逐渐右移至b与a刚要脱离时 b和a之间没有挤压 a受到地面的摩擦力也变为零 所以在a逐渐右移的过程中 摩擦力在逐渐减小 故选项a正确 答案a 1 解析法或图解法 如图9所示 一光滑小球静置在光滑半球面上 被竖直放置的光滑挡板挡住 现水平向右缓慢地移动挡板 则在小球运动的过程中 该过程小球未脱离球面且球面始终静止 挡板对小球的推力f 半球面对小球的支持力fn的变化情况是 图9 a f增大 fn减小b f增大 fn增大c f减小 fn减小d f减小 fn增大 答案b 2 图解法 2017 保定调研 如图10所示 斜面顶端固定有半径为r的轻质滑轮 用不可伸长的轻质细绳将半径为r的球沿斜面缓慢拉升 不计各处摩擦 且r r 设绳对球的拉力为f 斜面对球的支持力为n 则关于f和n的变化情况 下列说法正确的是 图10 a f一直增大 n一直减小b f一直增大 n先减小后增大c f一直减小 n保持不变d f一直减小 n一直增大 解析小球受到三个力作用 重力g为恒力 斜面的支持力n方向垂直斜面向上 当球沿斜面上升时 细绳的拉力f与竖直方向的夹角减小 画出受力的矢量三角形如图所示 则n减小 f增大 a正确 答案a 3 相似三角形法 如图11所示 小圆环a吊着一个质量为m2的物块并套在另一个竖直放置的大圆环上 有一细线一端拴在小圆环a上 另一端跨过固定在大圆环最高点b的一个小滑轮后吊着一个质量为m1的物块 如果小圆环a 滑轮 绳子的大小和质量以及相互之间的摩擦都可以忽略不计 绳子又不可伸长 若平衡时弦ab所对的圆心角为 则两物块的质量比m1 m2应为 图11 答案c 相似三角形法在三力平衡问题中 如果有一个力是恒力 另外两个力方向都变化 且题目给出了空间几何关系 多数情况下力的矢量三角形与空间几何三角形相似 可利用相似三角形对应边成比例进行计算 方法技巧 1 2016 全国卷 14 质量为m的物体用轻绳ab悬挂于天花板上 用水平向左的力f缓慢拉动绳的中点o 如图12所示 用t表示绳oa段拉力的大小 在o点向左移动的过程中 图12 a f逐渐变大 t逐渐变大b f逐渐变大 t逐渐变小c f逐渐变小 t逐渐变大d f逐渐变小 t逐渐变小 解析对o点受力分析如图所示 f与t的变化情况如图 由图可知在o点向左移动的过程中 f逐渐变大 t逐渐变大 故选项a正确 答案a 2 2016 全国卷 17 如图13 两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上 一细线穿过两轻环 其两端各系一质量为m的小球 在a和b之间的细线上悬挂一小物块 平衡时 a b间的距离恰好等于圆弧的半径 不计所有摩擦 小物块的质量为 图13 解析如图所示 圆弧的圆心为o 悬挂小物块的点为c 由于ab r 则 aob为等边三角形 同一条细线上的拉力大小相等 t mg 合力沿ao方向 则ao为角平分线 由几何关系知 acb 120 故绳的拉力的合力与物块的重力大小相等 即每条线上的拉力大小t g mg 所以小物块质量为m 故c对 答案c 3 2016 浙江五校联考 如图14所示 一个 房子 形状的铁制音乐盒静止在水平面上 一个塑料壳里面装有一个圆柱形强磁铁 吸附在 房子 的顶棚斜面上 保持静止状态 已知顶棚斜面与水平面的夹角为 塑料壳和磁铁的总质量为m 塑料壳和顶棚斜面间的动摩擦因数为 则以下说法正确的是 a 塑料壳对顶棚斜面的压力大小为mgcos b 顶棚斜面对塑料壳的摩擦力大小一定为 mgcos c 顶棚斜面对塑料壳的支持力和摩擦力的合力大小为mgd 磁铁的磁性若瞬间消失 塑料壳不一定会往下滑动 图14 解析因塑料壳里面装有一个圆柱形强磁铁 其对顶棚有吸引力作用 故塑料壳对顶棚斜面的压力大于mgcos 所以选项a错误 又塑料壳保持静止状态 故顶棚斜面对塑料壳的摩擦力为静摩擦力 大小等于mgsin 所以选项b错误 顶棚斜面对塑料