高考物理一轮复习 专题2 受力分析 共点力的平衡课件.ppt

专题2受力分析共点力的平衡 2 基础夯实 自我诊断 一 受力分析1 受力分析把指定物体 研究对象 在特定的物理环境中受到的所有外力都找出来 并画出受力示意图的过程 3 基础夯实 自我诊断 2 受力分析的一般顺序如图甲 物体a在水平推力f作用下沿粗糙斜面上滑 则物体受力分析的顺序应如图乙所示 1 首先分析场力 重力 电场力 磁场力 2 其次分析接触力 弹力 摩擦力 3 最后分析其他力 4 基础夯实 自我诊断 二 共点力的平衡1 平衡状态物体处于静止状态或匀速直线运动状态 2 平衡条件 如图所示 小球静止不动 物块匀速运动 则 小球f合 0 物块fx 0 fy 0 5 基础夯实 自我诊断 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 这两个力必定大小相等 方向相反 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 其中任何一个力与另外两个力的合力大小相等 方向相反 并且这三个力的矢量可以形成一个封闭的矢量三角形 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 其中任何一个力与另外几个力的合力大小相等 方向相反 速度等于零的物体一定处于平衡状态吗 为什么 提示物体速度等于零 合外力不一定等于零 合外力等于零时物体才处于平衡状态 6 基础夯实 自我诊断 1 如图所示 两个等大 反向的水平力f分别作用在物体a和b上 a b两物体均处于静止状态 若各接触面与水平地面平行 则a b两物体各受几个力 a 3 4b 4 4c 4 5d 4 6 答案 解析 7 基础夯实 自我诊断 2 下列说法正确的是 a 竖直上抛的物体到达最高点时 物体处于平衡状态b 电梯匀速上升时 电梯中的人不处于平衡状态c 在小车的水平光滑表面上静置一小木块 当小车加速运动时 小物块仍处于平衡状态d 竖直弹簧上端固定 下端挂一重物 平衡后 用力f将它下拉一段距离后停止 当突然撤去力f时 重物仍处于平衡状态 答案 解析 8 基础夯实 自我诊断 3 如图所示 一个质量为m的小物体静止在固定的 半径为r的半圆形槽内 距内槽最低点高为处 则它受到的摩擦力大小为 答案 解析 9 基础夯实 自我诊断 4 如图为喜庆节日里挂的灯笼 由于刮风 重力为g的灯笼向右飘起 设风对灯笼的作用力f恒定 灯笼看成质点 在某一时刻灯笼偏离竖直方向的角度恒为 设轻绳对灯笼的拉力为ft 下列说法正确的是 a ft与f的合力方向竖直向下b ft与f的合力大于gc ft和g是一对平衡力d 绳索所受拉力的大小为ft 答案 解析 10 基础夯实 自我诊断 5 如图所示 质量相等的a b两物体在平行于固定斜面的推力f的作用下 沿光滑斜面做匀速直线运动 a b间轻弹簧的劲度系数为k 斜面的倾角为30 则匀速运动时弹簧的压缩量为 答案 解析 11 考点一 考点二 考点三 考点一物体的受力分析 师生共研 1 受力分析的四个方法 1 假设法 在受力分析时 若不能确定某力是否存在 可先对其作出存在的假设 然后根据分析该力存在对物体运动状态的影响来判断假设是否成立 2 整体法 将加速度相同的几个相互关联的物体作为一个整体进行受力分析的方法 3 隔离法 将所研究的对象从周围的物体中分离出来 单独进行受力分析的方法 4 动力学分析法 对加速运动的物体进行受力分析时 应用牛顿运动定律进行分析求解的方法 12 考点一 考点二 考点三 2 受力分析的一般思路 13 考点一 考点二 考点三 例1 2016 广东茂名一模 多选 如图所示 在粗糙水平地面上放着一个截面为半圆的柱状物体a a与竖直墙之间放一光滑半圆球b 整个装置处于静止状态 已知a b两物体的质量分别为ma和mb 则下列说法正确的是 a a物体对地面的压力大小为magb a物体对地面的压力大小为 ma mb gc b物体对a物体的压力大于mbgd 地面对a物体没有摩擦力 答案 解析 14 考点一 考点二 考点三 例2 2016 江西抚州模拟 如图所示 a和b两物块的接触面是水平的 a与b保持相对静止一起沿固定斜面匀速下滑 在下滑过程中物块b的受力个数为 a 3b 4c 5d 6 答案 解析 15 考点一 考点二 考点三 思维点拨 1 若b与斜面间没有摩擦 b将下滑 2 若b对a有摩擦力 a能否与b一起匀速运动 匀加速 不能 16 考点一 考点二 考点三 规律总结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 1 物体平衡时合外力必定为零 2 物体做变速运动时必定合力方向沿加速度方向 合力大小满足f ma 3 物体做匀速圆周运动时必定合外力大小恒定 满足f m 方向始终指向圆心 17 考点一 考点二 考点三 3 特征判据 在有些受力情况较为复杂的情况下 我们根据力产生的条件及其作用效果仍不能判定该力是否存在时 可从力的作用是相互的这个基本特征出发 通过判定其反作用力是否存在来判定该力 18 考点一 考点二 考点三 突破训练1 2016 山东济南一模 如图所示 物体a在竖直向上的拉力f的作用下能静止在斜面上 关于a受力的个数 下列说法正确的是 a a一定受两个力作用b a一定受四个力作用c a可能受三个力作用d a受两个力或者四个力作用 答案 解析 19 考点一 考点二 考点三 2 多选 如图所示 将两相同的木块a b置于粗糙的水平地面上 中间用一轻弹簧连接 两侧用细绳系于墙壁 开始时a b均静止 弹簧处于伸长状态 两根绳均有拉力 a所受摩擦力 0 b所受摩擦力 0 现将右侧细绳剪断 则剪断瞬间 答案 解析 20 考点一 考点二 考点三 考点二解决平衡问题常用的四种方法 师生共研 21 考点一 考点二 考点三 例3在科学研究中 可以用风力仪直接测量风力的大小 其原理如图所示 仪器中一根轻质金属丝下悬挂着一个金属球 无风时 金属丝竖直下垂 当受到沿水平方向吹来的风时 金属丝偏离竖直方向一个角度 风力越大 偏角越大 通过传感器 就可以根据偏角的大小测出风力的大小 试求风力大小f跟金属球的质量m 偏角 之间的关系 22 考点一 考点二 考点三 解析 取金属球为研究对象 有风时 它受到三个力的作用 重力mg 水平方向的风力f和金属丝的拉力ft 如图所示 这三个力是共点力 在这三个共点力的作用下金属球处于平衡状态 则这三个力的合力为零 法一 力的合成法 如图甲所示 风力f和拉力ft的合力与重力等大反向 由平行四边形定则可得f mgtan 23 考点一 考点二 考点三 法二 效果分解法 重力有两个作用效果 使金属球抵抗风的吹力和使金属丝拉紧 所以可以将重力沿水平方向和金属丝的方向进行分解 如图乙所示 由几何关系可得f f mgtan 24 考点一 考点二 考点三 法三 正交分解法 以金属球为坐标原点 取水平方向为x轴 竖直方向为y轴 建立坐标系 如图丙所示 根据平衡条件有fx合 ftsin f 0 fy合 ftcos mg 0 解得f mgtan 答案 f mgtan 25 考点一 考点二 考点三 思维点拨本题可按以下思路进行求解 以金属球为研究对象进行受力分析 根据平衡条件列方程 解方程 确定f与m 的关系 26 考点一 考点二 考点三 例4 2016 广东佛山模拟 质量为m的四只完全相同的足球叠成两层放在水平面上 底层三只足球刚好接触成三角形 上层一只足球放在底层三只足球的正上面 系统保持静止 若最大静摩擦力等于滑动摩擦力 则 a 底层每个足球对地面的压力为mgb 底层每个足球之间的弹力为零 b 27 考点一 考点二 考点三 28 考点一 考点二 考点三 29 考点一 考点二 考点三 例5 2016 山东烟台一模 如图所示 斜面上放有两个完全相同的物体a b 两物体间用一根细线连接 在细线的中点加一与斜面垂直的拉力f 使两物体均处于静止状态 则下列说法正确的是 a a b两物体的受力个数一定相同b a b两物体对斜面的压力相同c a b两物体受到的摩擦力大小一定相等d 当逐渐增大拉力f时 物体b先开始滑动 答案 解析 30 考点一 考点二 考点三 思维点拨解答本题时应注意以下三点 1 由对称性确定左右两段细线拉力的大小关系 2 两物体均处于静止状态 所受合力均为零 3 当拉力f增大时 最先达到最大静摩擦力的物体先滑动 特别提醒处理平衡问题的两点说明 1 物体受三个力平衡时 利用力的分解法或合成法比较简单 2 解平衡问题建立坐标系时应使尽可能多的力与坐标轴重合 需要分解的力尽可能少 物体受四个以上的力作用时一般要采用正交分解法 31 考点一 考点二 考点三 突破训练3 如图所示 光滑半球形容器固定在水平面上 o为球心 一质量为m的小滑块 在水平力f的作用下静止于p点 设滑块所受支持力为fn op与水平方向的夹角为 下列关系正确的是 a 32 考点一 考点二 考点三 33 考点一 考点二 考点三 解法二 效果分解法将重力按产生的效果分解 如图乙所示 解法三 正交分解法将滑块受的力在水平 竖直方向上分解 如图丙所示 有mg fnsin f fncos 解法四 力的三角形法如图丁所示 滑块受到的三个力组成封闭三角形 利用直角三角形得 34 考点一 考点二 考点三 4 2016 山东高密模拟 如图所示 倾角为 30 的光滑斜面上固定有竖直光滑挡板p 质量相同的横截面为直角三角形的两物块a b叠放在斜面与挡板之间 且a与b间的接触面水平 则a对b的压力与b对斜面的压力之比应为 答案 解析 35 考点一 考点二 考点三 考点三动态平衡问题的处理技巧 师生共研 1 动态平衡 动态平衡就是通过控制某一物理量 使物体的状态发生缓慢的变化 但变化过程中的每一个状态均可视为平衡状态 所以叫动态平衡 36 考点一 考点二 考点三 2 分析动态平衡问题的方法 37 考点一 考点二 考点三 例6如图所示 与水平方向成 角的推力f作用在物块上 随着 逐渐减小直到水平的过程中 物块始终沿水平面做匀速直线运动 关于物块受到的力 下列判断正确的是 a 推力f先增大后减小b 推力f一直减小c 物块受到的摩擦力先减小后增大d 物块受到的摩擦力一直不变 答案 解析 38 考点一 考点二 考点三 例7如图所示 把球夹在竖直墙面ac和木板bc之间 不计摩擦 球对墙的压力为fn1 球对板的压力为fn2 在将板bc逐渐放至水平的过程中 下列说法正确的是 a fn1和fn2都增大b fn1和fn2都减小c fn1增大 fn2减小d fn1减小 fn2增大 答案 解析 39 考点一 考点二 考点三 思维点拨 1 画出小球受力示意图 2 怎么理解 将板bc逐渐放至水平 这句话 提示 1 2 球始终处于动态平衡状态 40 考点一 考点二 考点三 例8 2016 河南商丘模拟 如图所示 固定在竖直平面内的光滑圆环的最高点有一个光滑的小孔 质量为m的小球套在圆环上 一根细线的下端系着小球 上端穿过小孔用手拉住 现拉动细线 使小球沿圆环缓慢上移 在移动过程中手对线的拉力f和轨道对小球的弹力fn的大小变化情况是 a f不变 fn增大b f不变 fn减小c f减小 fn不变d f增大 fn减小 答案 解析 41 考点一 考点二 考点三 规律总结处理动态平衡问题的常用方法1 平行四边形定则是基本方法 但也要根据实际情况采用不同的方法 若出现直角三角形 常用三角函数表示合力与分力的关系 2 图解法的适用情况 图解法分析物体动态平衡问题时 一般是物体只受三个力作用 且其中一个力大小 方向均不变 另一个力的方向不变 第三个力大小 方向均变化 3 用力的矢量三角形分析力的最小值问题的规律 1 若已知f合的方向 大小及一个分力f1的方向 则另一分力f2的最小值的条件为f1 f2 2 若已知f合的方向及一个分力f1的大小 方向 则另一分力f2的最小值的条件为f2 f合 42 考点一 考点二 考点三 突破训练5 2016 四川绵阳检测 如图是用来粉刷墙壁的涂料滚的示意图 使用时 用撑竿推着涂料滚沿墙壁上下滚动 把涂料均匀地粉刷到墙壁上 撑竿的重力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某一距离处缓缓上推涂料滚 使撑竿与墙壁间的夹角越来越小 该过程中撑竿对涂料滚的推力为f1 墙壁对涂料滚的支持力为f2 下列说法正确的是 a f1 f2均减小b f1 f2均增大c f1减小 f2增大d f1增大 f2减小 答案 解析 43 考点一 考点二 考点三 6 2016 江西南昌模拟 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 杆的a端用铰链固定 光滑轻小滑轮在a点正上方 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 在ab杆达到竖直前 绳未断 关于绳子的拉力f和杆受的弹力fn的变化 判断正确的是 a f变大b f变小c fn变大d fn变小 答案 解析 44 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 平衡中的临界与极值问题如图所示 用一根长为l的细绳一端固定在o点 另一端悬挂质量为m的小球a 为使细绳与竖直方向成30 角且绷紧 小球a处于静止 对小球施加的最小的力是 答案 解析 45 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 1 问题特点 1 临界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能够 恰好出现 或 恰好不出现 在问题描述中常用 刚好 刚能 恰好 等语言叙述 2 极值问题平衡物体的极值 一般是指在力的变化过程中出现最大值和最小值问题 46 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 2 解题思路解决共点力平衡中的临界 极值问题 四字诀 47 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 例1 6分 2016 江苏苏州调研 如图所示 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 答案 解析 48 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 例2 12分 2016 陕西宝鸡检测 如图所示 质量为m的物体 放在一固定斜面上 当斜面倾角为30 时恰能沿斜面匀速下滑 对物体施加一大小为f的水平向右的恒力 物体可沿斜面匀速向上滑行 设最大静摩擦力等于滑动摩擦力 当斜面倾角增大并超过某一临界角 0时 不论水平恒力f多大 都不能使物体沿斜面向上滑行 试求 1 物体与斜面间的动摩擦因数 2 临界角 0的大小 49 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 解析 1 恰能匀速下滑 说明满足mgsin30 mgcos30 2 设斜面倾角为 物体m的受力情况如图所示 由匀速直线运动的条件得fcos mgsin ff 2分 fn mgcos fsin 2分 ff fn 1分 当cos sin 0 即cot 时 f 即只要斜面倾角超过临界角 0 60 不论水平恒力f多大 都不能使物体沿斜面向上滑行 2分 50 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 思维点拨1 物体沿30 斜面匀速下滑 其所受合力为零 2 物体在力f作用下匀速上滑 合外力为零 3 斜面倾角超过临界角 0时 物体不能上滑 力f无解或为无穷大 51 思维激活 方法概述 典例示范 以题说法 类题过关 突破临界问题的三种方法 1 解析法根据物体的平衡条件列方程 在解方程时采用数学知识求极值