高三物理一轮复习 第2章 相互作用 3 受力分析 共点力的平衡课件.ppt

第二章相互作用 第三单元受力分析共点力的平衡 知识点一受力分析 想一想 如图所示 物体m在竖直拉力f作用下处于静止状态 试分析在斜面光滑和不光滑两种情况下 物体的受力情况 填一填 1 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 这个过程就是受力分析 2 受力分析的一般顺序先分析 力 重力 电场力 磁场力 再分析 力 弹力 摩擦力 最后分析其他力 受力图 接触 场 整体法 整体法 隔离法 2 假设法在未知某力是否存在时 可先对其作出 或 的假设 然后再就该力 与 对物体运动状态是否产生影响来判断该力是否存在 存在 不存在 存在 不存在 练一练 如图所示 物体a靠在竖直墙面上 在力f作用下 a b保持静止 物体b的受力个数为 a 2b 3c 4d 5 解析 a b都处于静止状态 故b受到a的弹力作用 a的摩擦力作用 重力作用 外力f作用 共4个力 答案 c 知识点二共点力作用下物体的平衡 想一想 如图所示 质量为m的小球在外力f作用下缓慢上升 请思考以下两个问题 1 物体处于什么状态 其合外力多大 2 物体处于平衡状态时 其速度和加速度各有什么特点 提示 1 物体缓慢上升过程中处于动态平衡状态 其合外力始终为零 2 物体处于平衡状态时 其加速度一定为零 速度不一定为零 填一填 1 平衡状态物体处于 或 状态 即a 0 2 动态平衡物体在缓慢运动时所处的一种近似平衡状态 3 共点力的平衡条件 或fx 0 fy 0 静止状态 匀速直线运动 f合 0 4 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 方向 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 其中任何一个力与其余两个力的合力大小 方向 并且这三个力的矢量可以形成一个矢量 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 其中任何一个力与其余几个力的合力大小 方向 相反 三角形 相等 相反 相等 相等 相反 练一练 如图 粗糙的水平地面上有一斜劈 斜劈上一物块正在沿斜面以速度v0匀速下滑 斜劈保持静止 则地面对斜劈的摩擦力 a 等于零b 不为零 方向向右c 不为零 方向向左d 不为零 v0较大时方向向左 v0较小时方向向右 解析 以斜劈和物块整体为研究对象 整个系统处于平衡状态 合力为零 所以地面对斜劈没有水平方向的摩擦力的作用 故a正确 答案 a 考向一受力分析1 受力分析的思路 2 常用方法整体法和隔离法 典例1如图所示 木块a和b接触面水平 在水平力f作用下 木块a b保持静止 则木块b受力的个数可能是 a 3个b 4个c 5个d 6个 解题引路 1 物体a受哪些力作用 画出a受力图 2 分析b与斜面间的受力情况应用整体法还是隔离法 提示 1 受本身重力 b的支持力 b的摩擦力 外力f 2 整体法 尝试解题 解析 根据整体法 把a b作为一个整体 整体受重力 水平向左的推力f 斜面的支持力fn 斜面对整体的摩擦力可有可无 即斜面对b物体的摩擦力无法判断 将a隔离 b对a有向右的静摩擦力 故a对b有向左的静摩擦力 所以b受力分析如图 所以b物体受力可能是4个也有可能是5个 答案 bc 名师点睛 受力分析的方法步骤 针对训练 1 如图所示 在恒力f作用下 a b两物体一起沿粗糙竖直墙面匀速向上运动 则关于它们受力情况的说法正确的是 a a一定受到4个力b b可能受到4个力c a与墙壁之间一定有弹力和摩擦力d a与b之间一定有摩擦力 解析 将a b看成整体 其受力图如图甲所示 说明a与墙壁之间没有弹力和摩擦力作用 对物体b进行受力分析 如图乙所示 b受到3个力作用 所以a受到4个力作用 答案 ad 考向二利用平衡条件处理平衡问题1 处理平衡问题的常用方法 2 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 典例2 2015 厦门高三上学期调研 如图所示 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 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所对应的圆心角为 则两物块的质量比m1 m2应为 解题引路 根据物体所处平衡状态 分析物体受力情况 然后选取解决平衡状态的方法进行数学或物理方法处理 求解 尝试解题 答案 c 答案 c 考向三图解法分析动态平衡问题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 这是力平衡问题中的一类难题 2 基本思路 化 动 为 静 静 中求 动 3 基本方法 图解法和解析法 典例3如图所示 物体在沿粗糙斜面向上的拉力f作用下处于静止状态 当f逐渐增大到物体即将相对于斜面向上运动的过程中 斜面对物体的作用力可能 a 逐渐增大b 逐渐减小c 先增大后减小d 先减小后增大 解题引路 1 斜面对物体的作用力是摩擦力吗 2 斜面对物体的摩擦力方向如何变化 3 斜面对物体的弹力如何变化 提示 1 不是 是摩擦力和支持力的合力 2 先向上后向下 3 不变 大小总为mgcos 尝试解题 解析 因为初始状态拉力f的大小未知 所以斜面对物体的摩擦力大小和方向未知 故在f逐渐增大的过程中 斜面对物体的作用力的变化存在多种可能 斜面对物体的作用力是斜面对物体的支持力与摩擦力的合力 因为物体始终保持静止状态 所以斜面对物体的作用力和物体重力g与拉力f的合力是平衡力 因此 判断斜面对物体的作用力的变化就转化为分析物体的重力g和拉力f的合力的变化 物体的重力g和拉力f的合力的变化如图所示 由图可知 f合可能先减小后增大 也可能逐渐增大 答案 ad 名师点睛 用图解法解动态平衡问题的一般思路 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 若给定条件中有长度条件 常用力组成的三角形 矢量三角形 与长度组成的三角形 几何三角形 的相似比求解 2 用力的矢量三角形分析力的最小值问题的规律 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上f2 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 针对训练 3 如图所示 将球用细绳系住放在倾角为 的光滑斜面上 当细绳由水平方向缓慢向上偏移至竖直方向的过程中 细绳上的拉力将 a 逐渐增大b 逐渐减小c 先增大后减小d 先减小后增大 解析 球的重力有两个效果 即拉细绳和压斜面 用图解法分析该题 作出力的分解图示如图所示 由图可知 当细绳由水平方向逐渐向上偏移至竖直方向时 细绳上的拉力f2将先减小后增大 当f2和f1的方向垂直时 f2有极小值 而球压斜面的力f1逐渐减小 故选项d正确 答案 d 考向四平衡中的临界与极值问题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 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 等语言叙述 常见的临界状态有 1 两接触物体脱离与不脱离的临界条件是相互作用力为0 主要体现为两物体间的弹力为0 2 绳子断与不断的临界条件为绳中张力达到最大值 绳子绷紧与松弛的临界条件为绳中张力为0 3 存在摩擦力作用的两物体间发生相对滑动或相对静止的临界条件为静摩擦力达到最大 研究的基本思维方法 假设推理法 2 极值问题平衡物体的极值 一般指在力的变化过程中的最大值和最小值问题 一般用图解法或解析法进行分析 解题引路 1 试画出c点的受力分析图 2 试分析d点的受力情况 当施加在d点的力最小时 其方向应 提示 1 2 与bd垂直 尝试解题 答案 c 名师点睛 解决极值问题和临界问题的方法 1 图解法 根据物体的平衡条件 作出力的矢量图 通过对物理过程的分析 利用平行四边形定则进行动态分析 确定最大值与最小值 2 数学解法 通过对问题的分析 依据物体的平衡条件写出物理量之间的函数关系 或画出函数图像 用数学方法求极值 如求二次函数极值 公式极值 三角函数极值 针对训练 4 重为g的木块与水平地面间的动摩擦因数为 一人欲用最小的作用力f使木块做匀速运动 则此最小作用力的大小和方向应如何 特色专题之 sts问题 的处理 sts是科学 science 技术 technology 社会 society 三个单词的第一个字母的缩写 sts是一门研究科学 技术 社会三者相互作用关系的复杂而庞大的系统学科 科学 技术 社会三者间是一种相互塑造 相互促进 相互依存的动态关系 从近年各地高考题看 与sts相关的命题在所有试卷中都出现过 在所有高考题型中都能找到sts的踪影 例 2014 山东理综 如图所示 用两根等长轻绳将木板悬挂在竖直木桩上等高的两点 制成一简易秋千 某次维修时将两轻绳各剪去一小段 但仍保持等长且悬挂点不变 木板静止时 f1表示木板所受合力的大小 f2表示单根轻绳对木板拉力的大小 则维修后 a f1不变 f2变大b f1不变 f2变小c f1变大 f2变大d f1变小 f2变小 答案 a 名师点睛 本题以秋千为背景 联系生活实际考查物体平衡条件的推论 题目看似复杂 但当明白了椅子各部分作用力的合力与重力等大反向后 题目却又变得异常简单 此类问题历年高考命题统计 答案 b 名校模题 1 2015 杭州高三二模 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粗糙斜面匀速下滑 在下滑过程中b的受力个数为 a 3个b 4个c 5个d 6个 解析 a与b相对静止一起沿斜面匀速下滑 可先对a进行受力分析 再对b进行受力分析 可知b受到的力有 重力gb a对b的压力 斜面对b的支持力和摩擦力 选项b正确 答案 b 2 2015 河南省中原名校期中 国庆节时 五颜六色的氢气球将节日装扮的靓丽多姿 如图所示 一氢气球通过软绳与地面上的石块相连 石块质量为m 由于风的作用 使软绳偏离竖直方向 当氢气球和石块相对地面静止时 与石块相连的绳端切线与水平方向成 角 不计风对石块的作用 则下列说法中正确的是 解析 对石块受力分析 如图 a ft mg fn sin b 当fn ftsin mg时 石块不会被拉动 所以ft mg fn sin 可大于mg 石块受到地面的支持力和摩擦力 其合力与ft和mg的合力等大反向 即石块受到地面作用力等于绳拉力与重力的合力 c错 d正确 答案 d 必纠错题 3 如图所示 倾角为 的斜面体c置于水平地面上 小物块b置于斜面上 通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体a相连接 连接b的一段细绳与斜面平行 已知a b c都处于静止状态 则 a b受到c的摩擦力一定不为零b c受到地面的摩擦力一定为零c c有沿地面向右滑动的趋势 一定受到地面向左的摩擦力d 将细绳剪断 若物块b依然静止在斜面上 此时地面对c的摩擦力为0 错解 易错选b 错因分析 认为a b c整体处于静止状态 在水平方向上不受其他外力作用 故地面对系统的摩擦力不一定为零 从而错选b 实际上在选a b c作为整体时 漏掉了滑轮的水平分力的作用 正确解析 若绳对b的拉力恰好与b的重力沿斜面向下的分力平衡 则b与c间的摩擦力为零 a项错误 将b和c看成一个整体 则b和c受到细绳向右上方的拉力作用 故c有向右滑动的趋势 一定受到地面向左的摩擦力 b项错误 c项正确 将细绳剪断 若物块b依然静止在斜面上 利用整体法判断 b c系统在水平方向不受其他外力作用 处于平衡状态 则地面对c的摩擦力为0 d项正确 答案 cd 高考真题 4 2013 新课标 如图 在固定斜面上的一物块受到一外力f的作用 f平行于斜面向上 若要物块在斜面